1. Nguồn gốc, đặc điểm

1.1. Nguồn gốc

Phospho tồn tại trong nước thải chủ yếu dưới dạng vô cơ và hòa tan, chủ yếu là OrthoPhosphat (PO43-) và một phần là Phosphate cô đặc (ví dụ P3O105-) từ chất tẩy rửa.

Phospho hữu cơ:
- Este photphoric
- Muối phốt pho hữu cơ

Phospho vô cơ:
- Ortho-Phosphat (PO43-)
- Diphosphate
- Polyphosphate

- Polyphosphate cô đặc và Phospho hữu cơ thủy phân trong mạng lưới đường ống thông qua Exoenzyme thành Ortho-Phosphat (PO43-).

- Tại nhà máy, khoảng 60 % … 70 % tải lượng P tồn tại dưới dạng PO4-P vor.

- Mật độ cao của sinh khối trong bước xử lý sinh học của nhà máy dẫn tới thủy phân toàn bộ thành PO43-.

Nguồn chứa Phospho chính:

Nông nghiệp	Phân, phân bón
Nước thải sinh hoạt	Phân, Chất giặt, tẩy rửa, Chất chống ăn mòn trong cấp nước
Nước thải công nghiệp	Chất giặt, tẩy rửa, chất bảo quản và các sản phẩm H3PO4, khác

1.2. Hiện tượng phì nhưỡng

Chất dinh dưỡng Cacbon (C), Nitơ (N) và Phốtpho (P) sẽ được các sinh vật trong nước cũng như các Phytoplankton hấp thụ với tỷ lệ sau:

C : N : P = 50 : 5 : 1 hoặc BSB5 : N : P = 100 : 5 : 1

- Về nguyên tắc, Phốt pho là yếu tố hạn chế.

- Nồng độ PO4-P từ 0,1 mg/l sẽ xuất hiện phì dưỡng.

- Đáng chú ý là Phốt pho không được xử lý sinh học trong nước mà chỉ được đưa vào tế bào nhờ quá trình trao đổi chất của sinh vật trong nước.

- 1 g P tạo điều kiện cho sự hình thành ít nhất 100 g sinh khối, ngược lại để phân hủy chúng cần 150 g O2.

- Các hậu qua khác của hiện tượng phì dưỡng:

Ảnh hưởng xấu tới cơ cấu thể loại của động vật và thực vật => Khả năng tự làm sạch giảm
Đục nước, giảm chức năng dành cho hoạt động giải trí
Ảnh hưởng xấu tới vị, gây mùi
- Ảnh hưởng tới khai thác và xử lý nước cấp
- Tăng cường quá trình tạo lắng tụ.

1.3. Đặc điểm

Trong các nguồn nước, photphat tồn tại ở dạng tan (đơn, ortho) trong nước, một phần lớn nằm ở lớp bùn dưới dạng muối ít tan (Ca, Fe, Al) hoặc trong các tế bào chế của động vật, thực vật. Trong điều kiện yếm khí của lớp bùn đáy, các dạng photphat không tan được một số loại vi khuẩn (Acinetobacter) phân hủy thành dạng tan, thâm nhập trở lại nguồn nước.

Ô nhiễm nguồn nước do các chất dinh dưỡng thể hiện ở hiện tượng phú dưỡng, liên quan trực tiếp đến sự phát triển ồ ạt của tảo và một số các loại thủy thực vật. Tảo là loại thực vật đơn bào có kích thước từ một vài tới một trăm µm với chủng loại rất phong phú. Tảo có thành phần dinh dưỡng cao, hàm lượng protein thô trong tảo khô có thể tới 50 - 60% (8 - 20% N) vì vậy là nguồn thức ăn tốt cho thủy động vật và của người. Tuy nhiên có một số loại tảo có tính độc, trước hết là loại tảo lam (blue green algae). Một số loại tảo ví dụ Oscillatoria (f. Chalybea) tiết ra một số chất gây mùi khó chịu như geosmin, 2 - methylisoborneol. Đặc biệt gây tác hại là khi chúng chết đồng loạt, tạo ra môi trường nước mà phần lớn các loại thủy động vật không thể trú ngụ.

Tảo cần đồng thời nhiều yếu tố để phát triển: nhiệt độ, ánh sáng, khí carbonic, nitơ, photpho và một loạt các nguyên tố vi lượng. Thiếu một trong các yếu tố trên sẽ hạn chế sự phát triển của chúng. Trong các nguồn nước tự nhiên không bị ô nhiễm, tảo phát triển với mức độ vừa phải và bị tiêu thụ bởi các loài thủy động vật, đặc biệt đối với động vật phù du có kích thước nhỏ.

Phospho và chế xử lý phospho trong nước thải

Một số loài tảo (tảo lam) có khả năng cố định đạm từ khí nitơ để phát triển, nguồn photpho chỉ có được từ nguồn nước. Trong các nguồn nước tự nhiên, lượng photpho tan thường có nồng độ rất thấp, ít khi vượt quá 0,1 mg/l. Nồng độ photpho trong nước mặn, nước lợ còn thấp hơn (~ 0,02 mg/l) do trong nước biển chứa nhiều canxi, tạo thành các hợp chất khó tan.

Do nồng độ photpho tan trong nước thấp, nên để tồn tại được, tảo có khả năng hấp thu photpho rất nhanh và triệt để, tới mức nồng độ dư ở dưới mức 1 µg/l. Một số loài tảo có khả năng hấp thu photpho nhiều hơn mức cần thiết, chúng dự trữ để sử dụng sau. Tảo lam là loại có khả năng tích trữ photpho khi môi trường giàu chất dinh dưỡng này, đó là đặc tính giúp cho chúng sống sót qua các giai đoạn thiếu chất dinh dưỡng.

Do dễ bị thiếu và rất cần thiết cho sự phát triển của tảo nên tiêu chuẩn thải về photpho thường rất ngặt nghèo, thường được qui định là 1 mg/l.

2. Cơ sở xử lý phospho

Hầu như tất cả các hợp chất của photpho không tồn tại ở dạng bay hơi trong điều kiện thông thường, vì vậy để tách photpho ra khỏi nước cần phải chuyển hóa chúng về dạng không tan trước khi áp dụng các kỹ thuật tách chất lắng như: lọc, lắng hoặc tách trực tiếp qua màng thích hợp. Hợp chất photpho trong môi trường nước thải tồn tại trong các dạng: photpho hữu cơ, photphat đơn (H2PO4-, HPO42-, PO43-) tan trong nước, polyphotphat hay còn gọi là photphat trùng ngưng, muối photphat và photpho trong tế bào sinh khối.

Xử lý hợp chất photpho dựa trên các nguyên tắc sau:

Kết tủa photphat (đơn và một phần loại trùng ngưng) với các ion nhôm, sắt, canxi tạo ra các muối tương ứng có độ tan thấp và tách chúng ra dưới dạng chất rắn.

Bảng 2.1: ghi các hợp chất photpho chính và khả năng chuyển hóa của chúng.

Hợp chất photpho chính và khả năng chuyển hóa của chúng

Phương pháp sinh học dựa trên hiện tượng là một số loại vi sinh vật tích lũy lượng photpho nhiều hơn mức cơ thể chúng cần trong điều kiện hiếu khí. Thông thường hàm lượng photpho trong tế bào chiếm 1,5 - 2,5% khối lượng tế bào khô, một số loại có thể hấp thu cao hơn, từ 6 - 8%. Trong điều kiện yếm khí chúng lại thải ra phần tích lũy dư thừa. Quá trình loại bỏ photpho dựa trên hiện tượng trên gọi là loại bỏ photpho tăng cường. Photpho được tách ra khỏi nước trực tiếp thông qua thải bùn dư (vi sinh chứa nhiều photpho) hoặc tách ra dưới dạng muối không tan sau khi xử lý yếm khí với một hệ kết tủa kèm theo (ghép hệ thống phụ).

Tách các hợp chất photpho đồng thời với các tạp chất khác qua quá trình màng thích hợp: màng nano, màng thẩm thấu ngược hoặc điện thẩm tích. Về nguyên tắc hiệu quả tách lọc qua màng có hiệu suất cao nhưng do giá thành quá đắt nên hầu như chưa thấy có ứng dụng trong thực tế.