Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

MỤC LỤC

1

2

3

4

5

5.1

5.2

6

6.1

6.2

6.3

6.4

6.5

6.6

6.7

6.8

7

8

9

9.1

9.2

9.3

9.4

9.5

9.6

9.7

9.8

Tính chất của Phốt pho

Tác hại của Phôtpho trắng

Nguồn phôtpho trong tự nhiên

Vòng tuần hoàn của phôtpho

Độc tính của phôtpho đối với con người

Nhiễm độc cấp tính

Nhiễm độc mãn tính

Phôtpho đỏ và các hợp chất phôtpho khác

Phôtpho đỏ

Phôtphin (PH3)

Axit Phôtphoric (H3PO4)

Phôtpho pentaoxit (P2O5)

Phôtpho pentaclorua (PCl5)

Phôtpho oxiclorua (POCl3)

Phôtpho triclorua (PCl3)

Phôtpho sesquisunfua (P4S3)

Ứng dụng của phôtpho và các hợp chất của phôtpho

Ví dụ về tác động của phốt pho

Nguyên tắc xử lý phôt pho

Quá trình A/O

Quá trình phostrip

Kỹ thuật mẻ kế tiếp giai đoạn

Quá trình A2/O

Quá trình bardenpho năm giai đoạn

Quá trình UCT

Quá trình VIP

Thu hồi phophat từ chất thải - xu hướng hiện nay trên thế

giới

1. TÍNH CHẤT CỦA PHÔTPHO

1

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

Phôtpho (P) là một nguyên tố có nhiều trong tự nhiên dưới dạng quặng. Ở

sinh vật, P có vai trò quan trọng, có nhiều trong xương động vật dưới dạng

canxi phôtphate, trong não, lòng đỏ trứng, dưới dạng hợp hữu cơ….

Phôtpho là một á kim, nguyên tử lượng 31, tỷ trọng 1.83, điểm nóng chảy

94 oC, điểm sôi 278 oC, không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ. Là

một chất rắn, dễ gãy ở nhiệt độ thường, mềm dễ uốn, có ba dạng thù hình là

trắng (vàng), đỏ và phôtpho pryromorphic.

2. TÁC HẠI CỦA PHÔTPHO TRẮNG.

Nguyên tố P lần đầu tiên được chiết xuất từ xương động vật, chủ yếu làm

nguyên liệu chế tạo diêm. Đầu thế kỷ 19, nhu cầu đòi hỏi diêm rất lớn, nên sản

xuất phát triển mạnh. Chẳng bao lâu sau, bệnh nhiễm độc P xuất hiện ở công

nhân làm diêm và các trường hợp đầu tiên đã được nhận biết vào năm 1845 khi

công nhân sản xuất bị hoại tử xương hàm. Bệnh nghiêm trọng và làm biến dạng

khuôn mặt, gây tử vong đến 20% trường hợp bệnh trong thế kỷ 19 và người ta

sớm nhận ra rồi tìm các biện pháp làm giảm thiệt hại. Điều đó có thể thực hiện

khi tìm ra chất thay thế P trắng bằng P đỏ và chất tương đối an toàn là phôtpho

sesquisunfua (P4S3). Công ước Berne năm 1906 quy định các quốc gia tham gia

công ước không được chế tạo và nhập khẩu diêm làm từ P trắng. Nhưng mối

nguy hiểm do P trắng ở một số nước vẫn còn tiếp tục do việc dùng P trắng

trong công nghiệp chất nổ đang phát triển.

Ngày nay, nguy cơ tác hại sức khỏe từ P trắng vẫn còn tiềm ẩn đối với

những người làm việc có liên quan đến chất độc này.

3. NGUỒN PHÔTPHO TRONG TỰ NHIÊN.

Các vi sinh vật biển nhận một lượng đáng kể phôtpho từ các nguồn thực

phẩm hoặc các cơ thể chết dưới dạng phôtpho khó hòa tan hoặc phôtphate vô

cơ hòa tan. Chỉ một phần nhỏ phôtphate ở dưới đất (5%) là có thể được cây

trồng hấp thụ vì chỉ có đihyđrôgenphôtphate (H2PO4-) có thể hòa tan tốt trong

nước. Các phôtphate vô cơ khó hòa tan sẽ tồn tại trong đất và sau này có thể bị

các axit như axit limonic, axit sunfuric hòa tan và đi vào thành phần của

2

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

nguyên sinh động vật. Các phôtpho tồn tại ở các gốc rễ cây trồng, sẽ từ từ thủy

phân ở dạng các khoáng vi sinh do quá trình phôtphate hóa.

Lượng phôtphate trong hệ sinh thái nước và sinh vật trên cạn không đủ

cung cấp dinh dưỡng cho các thực vật (lượng phôtphate này chỉ vào khoảng 0,5

– 5% khối lượng, cho nên phôtpho thường được biểu thị như là chất dinh

dưỡng hạn định. Sự thiếu hụt này được bổ sung bởi các hoạt động nhân tạo như

việc sản xuất các phân bón phôtphate từ các quặng phôtphate (superphôtphate,

đisuperphôtphate, NPK… .). Lượng phôtpho dư trong phân bón thấm qua đất,

qua sông ra biển và lắng ở đó. Trong nước mưa nồng độ có từ 10 – 100 mg/m3

( do bụi, muối biển bốc hơi, các quá trình có nhiệt độ cao và quá trình chuyển

hóa phôtpho trong khí quyển). Nguồn phát sinh phôtpho bao gồm:

Trong tự nhiên.

Sản xuất bom, đạn.

Sản xuất hóa chất, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật.

Chất thải, các chất bài tiết của động vật

Trong bùn thải của hệ thống xử lý nước thải….

4. VÒNG TUẦN HOÀN CỦA PHÔTPHO

Phôtpho là một trong các nguyên tố rất cần thiết cho sự sống. Trong vỏ trái

đất phôtpho là nguyên tố đứng ở vị trí thứ hai. Hóa học môi trường của

phôtpho khác với các nguyên tố phi kim loại khác ở chỗ các phản ứng khử

đóng vai trò không ổn định. Liên kết phôtpho tự nhiên (P2O5) chứa nguyên tử

phôtpho hóa trị +5, đây là dạng liên kết bền vững với ôxy (ED > 500kj/mol)

song vì đặc tính điện tử và phân tử lượng lớn mà hợp chất phôtpho tự nhiên có

áp suất hơi rất nhỏ. Do đó trong khí quyển thành phần phôtpho rất ít có ý nghĩa.

Nền tảng của liên kết phôtpho trong môi trường là axit phôtphoric H3PO4 với

hằng số phân ly pK1 = 2,15; pK2 = 7,20 và pK3 = 12,35 ở 250C. Nó tạo thành

không ít hơn 200 loại khoáng tồn tại trong tự nhiên, trước hết là với các cation

như Na+, Mg+2, Ca+2, Al+3, Pb+2, Fe+2, Fe+3, Mn+4, Cu+2, Zn+2, Th+4, UO2+2 và

những nguyên tố họ lantan, trong đó chỉ có một số canxi phôtphate là có ý

nghĩa như là nguyên liệu của ngành công nghiệp phôtpho (Bảng 1). Khoảng

95% nguồn phôtpho trên thế giới tồn tại dưới dạng các fluorapatit. Phân hủy

3

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

phôtpho qua ôxy hóa kết hợp với nước tạo thành axit ortohophôtphoric (H3PO4)

sau đó thành các muối ortohophôtphate. Phôtphate này là dẫn xuất của các axit

phôtpho ở dạng chung Hn+2PnO3n+1 (n = 2 điphôtpho axit, n = 3: triphôtphoaxit)

và chứa cầu liên kết P - - O - - P. Ví dụ: 2HPO4-2 = P2O7

-4 + H2O.

Bảng 1: Một số khoáng canxi phôtphate

Tên Công thức Tỷ lệ Ca/pP

Canxidihydrogenphôtphate Ca(H2PO4)H2O 0,5

Brushit CaHPO4.2H2O 1

Monetit CaHPO4 1

Octacanxi phôtphate Ca8H2(PO4)6.5H2O 1,33

Whitlockit Ca3(PO4) 1,5

Hyđrôylapatit Ca10(PO4)6(OH)2 1,67

Fluorapatit Ca10(PO4)3F2 1,67

Nguồn: Lê Văn Cát, 2007

Axit phôtpho có thể liên kết với các hợp chất hữu cơ hydrôxyl là những hợp

chất có ý nghĩa nền tảng trong tất cả các hệ thống sinh học. Ví dụ về một số

hợp chất hữu cơ phôtpho như adenosintriphôtphate, hợp chất uridintriphôtphate

và cytidintriphôtphate.

Vòng tuần hoàn phôtpho bao gồm các quá trình trao đổi phôtpho giữa các

phôtphate vô cơ và hữu cơ trong quá trình sống của sinh vật. Theo một số tác

giả thì vòng tuần hoàn sinh hóa của phôtpho có thể tách ra thành hai phần

riêng: đất – cây trồng và nước – cặn lắng vì hai phần này trao đổi chất với nhau

rất ít. Điều đáng chú ý là một phần phôtpho thông qua sử dụng sinh học và dân

dụng đã được phân tán một cách chậm chạp và một số được giữ lại trên bề mặt

Trái đất hoặc lắng dưới biển.

4

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

Hình 1: Vòng tuần hoàn của P trong tự nhiên

Cân bằng H2O – H3PO4 phụ thuộc vào pH, ở giá trị pH = 7 tồn tại cân bằng

sau: H2PO4- = HPO4

-2 + H+

Trong địa quyển và thủy quyển, các ion kim loại như Ca+2, Fe+3, Al+3 có khả

năng liên kết dễ dàng với phôtpho. Sự phụ thuộc của độ hòa tan của các

phôtphate kim loại vào pH rất có ý nghĩa đối với quá trình kết tủa phôtphate

trong các hồ nước ngọt có hiện tượng phì dưỡng (eutrophication). Nồng độ

phôtphate thực tế cao hơn nhiều so với nồng độ ở trạng thái cân bằng tương

ứng. Điều này có thể là do ảnh hưởng của một số ion lạ có khả năng hòa tan tốt

hoặc là do quá trình kết tinh hoặc liên kết xảy ra chập chạp.

Liên kết của các ion kim loại với phôtphate tạo thành từ bước quá độ của

các phản ứng kết tủa và phản ứng bề mặt. Quá trình hấp thụ phôtphate bằng

nhôm hyđrôxyt, sắt hyđrôxyt hoặc các ôxyt ngậm nước tuân theo cơ chế liên

hợp và đạt cực đạt cực đại ở giá trị pH mà tại đó tồn tại dạng ion H 2PO4-. Bước

quá độ chuyển sang môi trường kiềm có tác dụng như là quá trình khử hấp phụ.

Đặc trưng tổng hợp quá trình chuyển pha của phôtphate từ pha lỏng sang pha

rắn là tỷ lệ giữa kim loại và phôtpho trong sản phẩm kết tủa. Tỷ lệ này thường

lớn hơn 1, kết quả là một phần lớn phôtphate đưa vào đất dưới dạng phân bón

không chuyển hóa được thành chất dinh dưỡng. Vì vậy tùy theo tính chất của

từng loại đất mà phần phôtphate theo phân bón có thể bị giữ lại, không có tác

dụng tích cực.

5

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

Dung dịch nước của các sản phẩm phân ly của H3PO4 phụ thuộc nhiều vào

giá trị pH ở những hình thái H3PO4 (O), H2PO4- (1), HPO4

-2 (2), PO4

-3 (3). Trước

hết các gốc thực vật sẽ hấp thụ H2PO4- và HPO4

-2. Ở pH ≤ 6 bắt đầu có sự cố

định phôtphate với liên kết Fe+3 và Al+3 chủ yếu dẫn tới kết tủa các phôtphate

kiềm của Fe+3 và Al+3 (M(PO4)6(OH)3(1-X), với M là nhôm hoặc sắt). Quá trình

hấp phụ trên bề mặt các ôxyt ngậm nước hoặc keo là nhờ các sản phẩm thủy

phân. Ơ pH ≥ 7 bắt đầu kết tủa các caxiphôtphate như CaHPO4 hoặc các

hyđrôxylapatit Ca10(PO4)6(OH)2. Do đó khi sử dụng phôtphate làm chất dinh

dưỡng cho thực vật thì yêu cầu giá trị pH trong một giới hạn hẹp, vì nếu ở điều

kiện không thích hợp các phôtphate sẽ bị giữ lại trong đất.

Các phôtphate trong nguồn nước chảy hoặc nguồn tĩnh thường là nguồn gốc

dẫn đến hiện tượng phì dưỡng. Những chất này có thể là các chất tẩy rữa hoặc

chất làm mềm nước cứng đi vào thủy quyển, như pentanatripôlyphôtphate

(Na5P3O10). Ngoài ra còn có một số chất như sắt phôtphate từ các lớp cặn lắng

có thể bị hòa tan trở lại khi trong các nguồn nước có chứa nhiều chất dinh

dưỡng và chất ô nhiễm có thể tồn tại các điều kiện khử hoặc giá trị pH thấp,

quá trình có thể xảy ra theo phương trình sau:

Fe(PO4)r + H+ + e- = Fe+2 (nước) + HPO4-2 (nước)

Chất khử có thể là H2S hoặc các hợp chất hữu cơ trong nước.

Nước biển với pH = 8,1 là một điều kiện tốt để kết tủa PO4-3. Nồng độ

phôtpho tính toán theo lý thuyết cân băng pha vào khoảng 1,1 µg/l. Nhưng thực

tế thì nồng độ phôtpho trong nước biển lớn hơn nhiều, đó là do quá trình hòa

tan trở lại của các keo phôtpho hoặc các hợp chất hữu cơ phôtpho. Nồng độ

phôtpho trong nước biển tăng dần theo chiều sâu của biển so với lớp bề mặt.

Điều này có thể giải thích rằng các sản phẩm sinh học chứa phôtpho ở dưới lớp

nước sâu của biển sẽ bị hạn chế do các tia mặt trời không tới được để tham gia

quá trình tổng hợp.

5. ĐỘC TÍNH CỦA PHÔTPHO ĐỐI VỚI CON NGƯỜI

5.1. Nhiễm độc cấp tính

5.1.1.Tác dụng cục bộ

Do va chạm với P gây bỏng, vết thương lâu lành.

6

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

Hóa chất P kích ứng mạnh da, mắt và đường hô hấp (cảm giác bỏng, ho)

Hít phải nồng độ cao của P trong không khi gây viêm phế quản, có thể phù phổi.

5.1.2.Tác dụng toàn thân

Nuốt phải P gây ra nhiễm độc toàn thân. Nguyên nhân có thể do tai nạn,

nhầm lẫn, tự tử. Hậu quả là tổn thương gan, thận, cơ tim, tiểu động mạch…, có

thể tử vong.

Người ta phân biệt 2 giai đoạn biểu hiện nhiễm độc khi nuốt phải P (R.

Lauwerys)

- Nuốt phải P sau ½ giờ xảy ra các triệu chứng kích ứng dạ dày – ruột rất

nghiêm trọng. Tử vong xảy ra do suy tim – mạch.

- Giai đoạn đầu kéo dài khoảng 24 giờ, có thể tiếp theo một giai đoạn tiềm tàng kéo dài từ vài giờ đến vài ngày.

- Giai đoạn tiếp theo xuất hiện đau bụng dưới kèm theo buồn nôn, nôn,

nôn ra máu, giảm niệu, lẫn tâm thần, co giật, hôn mê và tử vong.

Mổ tử thi phát hiện các tổn thương nghiêm trọng của gan, tim, thận. Trong

trường hợp sống sót có thể bị xơ gan. Trong phòng tối thấy phát quang các chất

trong dạ dày, phân, nước tiểu, … là đặc trưng nhiễm độc phôtpho trắng.

Các triệu chứng trên hiếm gặp trong môi trường công nghiệp tiếp xúc với

phôtpho trắng.

5.2. Nhiễm độc mãn tính

Hít thở lâu dài P trắng trong không khi môi trường lao động dẫn đến tác hại

hệ thống xương, hoại tử các xương hàm; khí tiêu, đau bụng dưới; suy mòn;

chứng vàng da; bệnh gan và thận; tổn thương gan dẫn đến viêm gan nhiễm độc.

Giảm đường huyết nghiêm trọng

Các biến đổi điện tâm đồ do viêm cơ tim

Rối loạn chất điện giải.

Bệnh ảnh hưởng đến răng; bệnh tiến triển làm hàm sưng lên, đau, mất răng, xoang tạo thành các ổ hoại tử ở hàm…

6. PHÔTPHO ĐỎ VÀ CÁC HỢP CHẤT PHÔTPHO KHÁC

6.1. Phôtpho đỏ

7

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

Phôtpho đỏ là một dạng thù hình của phôtpho nhưng là chất trơ, không có

các hoạt tính đặc biệt như của P trắng. Phôtpho đỏ được chế tạo từ phôtpho

trắng và được xem là an toàn.

Trước đây, trong quá trình sử dụng P đỏ người ta thấy nó gây ra một số tác

hại sức khỏe, nguyên nhân là do trong P đỏ có lẫn P trắng, được xem là tạp chất

ô nhiễm.

P đỏ chủ yếu được dùng trong công nghiệp diêm, chế tạo pháo hoa, pháo lệnh,…

6.2. Phôtphin (PH3)

– Là chất khí không màu, tinh khiết không mùi (mùi tỏi khi tạo thành từ phôtphua). Tỉ trọng 1,175; sôi ở -87,4 oC; nóng chảy -132,5 oC.

– Rất ít tan trong nước, tan nhiều trong cồn và ête. Nó có thể hóa lỏng và cháy với ngọn lửa màu xanh sáng.

– Rất độc, tác dụng lên hệ thần kinh trung ương gây hôn mê. Gây kích ứng phần da hở, niêm mạc mắt, đường hô hấp, gây xuất huyết ở phổi.

6.3. Axit Phôtphoric (H3PO4)

Axit phôtphoric (H3PO4) còn gọi là axit orthophôtphoric, là một chất lỏng,

trong sánh, tan trong nước và cồn. Phân tử lượng : 98; tỷ trọng : 1,83; điểm

nóng chảy : 42,3 oC; điểm sôi : 213oC (mất ½ H2O)

Axit phôtphoric là một axit tương đối mạnh, được dùng nhiều trong công

nghiệp phân bón superphôtphate. Nó được dùng để làm sạch bề mặt kim loại

trước khi sơn, nếu có lẫn tạp chất có thể sinh ra hiđrô, từ đó có thể tạo ra một

khí cực độc là PH3…

Nếu bị axit bắn vào da hoặc mắt thì ngay tức khắc phải rửa với nhiều nước

tại nguồn gần nhất trước khi đưa nạn nhân đi cấp cứu.

6.4. Phôtpho pentaoxit (P2O5)

Còn gọi là anhiđrit phôtphoric, phôtphoric pentaoxit, là một bột trắng, chảy

ra trong không khí, tan trong H2SO4, phân hủy mạnh mẽ trong nước. Phân tử

lượng : 142; tỷ trọng 2,39; điểm nóng chảy 569oC

Được dùng trong tổng hợp hữu cơ làm tác nhân khử nước. Nó có tác dụng ăn mòn đối với mắt, niêm mạc, da. Hít phải hơi phôtpho pentaoxit có thể bị phù phổi.

8

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

6.5. Phôtpho pentaclorua (PCl5)

Là một khối kết tinh, bốc khói, mù hăng cay, khó ngửi.

Phân hủy trong nước, tan trong CS2, CCl4

Phân tử lượng : 208,2; tỷ trọng 4,64

Được dùng trong tổng hợp hữu cơ. Phôtpho pentaclorua phân hủy tạo thành

axit clohiđrit và axit phôtphoric

Phôtpho pentaclorua tiếp xúc với không khí tạo ra khói ăn mòn, rất nguy

hiểm với mắt, niêm mạc và da.

Hít thở phải khói có thể gây phù phổi. Khói tiếp xúc với da cũng làm bỏng da.

6.6. Phôtpho oxiclorua (POCl3)

Còn gọi là phôtphoryl clorua, là chất lỏng màu vàng nhạt, mùi khó ngửi.

Phân tử lượng : 153,4; tỷ trọng 1,67; điểm nóng chảy : 2oC; điểm sôi : 105,3oC

Được dùng làm tác nhân clo hóa cho hợp chất hữu cơ. Tính chất của nó nguy hiểm như phôtpho pentaclorua

6.7. Phôtpho triclorua (PCl3)

Là chất lỏng không màu, bốc khói, tan trong dung môi hữu cơ. Nó phân hủy

trong nước, giải phóng nhiều nhiệt.

Được dùng để sản xuất phôtpho pentaclorua (PCl5) là tác nhân clo hóa

Phôtpho triclorua là một chất cực kỳ ăn mòn khi ẩm. Nếu đun nóng sẽ tạo

thành PH3. Phản ứng mạnh với kiềm.

Phôtpho triclorua là một chất gây cháy, nổ

Tính chất nguy hiểm như PCl5 nên khi tiếp xúc phải rất thận trọng dự

phòng.

6.8. Phôtpho sesquisunfua (P4S3)

Còn gọi là tetraphôtpho trisunfua. Là chất kết tinh màu vàng, tan trong nước

lạnh, phân hủy trong nước nóng, tan trong một số dung môi hữu cơ.

Phân tử lượng : 220,26; tỷ trọng 2,03; điểm nóng chảy : 1,74oC; điểm sôi :

408oC

Hiện nay chất này được dùng nhiều trong công nghiệp diêm, làm đầu que

diêm hoặc bên sườn hộp diêm (hột quẹt) để đánh diêm (quẹt)

9

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

Tuy là chất tương đối ít độc, nhưng hít phải hơi của P4S3 cũng gây kích ứng

các niêm mạc.

7. ỨNG DỤNG CỦA PHÔTPHO VÀ CÁC HỢP CHẤT CỦA PHÔTPHO

Axít phốtphoric đậm đặc, có thể chứa tới 70% - 75% P2O5 là rất quan trọng

đối với ngành nông nghiệp do nó được dùng để sản xuất phân bón. Nhu cầu

toàn cầu về phân bón đã dẫn tới sự tăng trưởng đáng kể trong sản xuất phốtphat

(PO43-) trong nửa sau của thế kỷ 20.

Các phốtphat được dùng trong sản xuất các loại thủy tinh đặc biệt được sử

dụng trong các loại đèn hơi natri.

Tro xương, phôtphate canxi, được sử dụng trong sản xuất đồ sứ.

Natri tripolyphôtphate được sản xuất từ axít phốphoric được sử dụng trong

bột giặt ở một số quốc gia, nhưng lại bị cấm ở một số quốc gia khác.

Axít phốtphoric được sản xuất từ phốtpho được sử dụng trong các ứng dụng

như các đồ uống chứa sôđa. Axít này cũng là điểm khởi đầu để chế tạo các

phốtphat cấp thực phẩm. Các hóa chất này bao gồm phôtphate mônôcanxi được

dùng trong bột nở và các phốtphat khác của natri. Trong số các ứng dụng khác,

các hóa chất này được dùng để cải thiện các đặc trưng của thịt hay phó mát đã

chế biến.

Người ta còn dùng phôtpho trong thuốc đánh răng. Trinatri phôtphate được

dùng trong các chất làm sạch để làm mềm nước và chống ăn mòn cho các

đường ống/nồi hơi.

Phôtpho được sử dụng rộng rãi để sản xuất các hợp chất hữu cơ chứa

phôtpho, thông qua các chất trung gian như clorua phôtpho và sulfua phôtpho.

Các chất này có nhiều ứng dụng, bao gồm các chất làm dẻo, các chất làm chậm

cháy, thuốc trừ sâu, các chất chiết và các chất xử lý nước.

Nguyên tố này cũng là thành phần quan trọng trong sản xuất thép, trong sản

xuất đồng thau và trong nhiều sản phẩm liên quan khác.

Phôtpho trắng được sử dụng trong các ứng dụng quân sự như bom lửa, tạo

ra các màn khói như trong các bình khói và bom khói, và trong đạn lửa.

10

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

Hình 2: P trắng được sử dụng tại Fullujah, Iraq

Phôtpho đỏ được sử dụng để sản xuất các vỏ bao diêm an toàn, pháo hoa .

Với một lượng nhỏ, phôtpho được dùng như là chất thêm vào cho các loại

bán dẫn loại n.

Phôtpho P32 và phôtpho P33 được dùng như là các chất phát hiện dấu vết

phóng xạ trong các phòng thí nghiệm hóa sinh học.

Một ứng dụng khác cua phôtpho là sản xuất phụ gia thức ăn gia súc

Để giảm giá thành sản xuất thức ăn gia súc, người ta thường sử dụng xương

và các phế thải khác của gia súc để làm phụ gia cung cấp phôtpho và canxi.

Tuy nhiên, việc sử dụng các phế thải này có nguy cơ là làm nhiễm khuẩn thức

ăn và gây độc cho gia súc. Những lo ngại hiện nay ở châu Âu về dịch bò điên,

mà người ta qui cho việc sử dụng phế thải ngành giết mổ làm thức ăn gia súc,

đã khơi lại mối quan tâm về các quy trình sản xuất những phụ gia phôtpho vô

cơ từ quặng phôtphate tự nhiên.

Phôtpho là thành phần quan trọng của thức ăn gia súc, nó rất cần thiết cho

sự phát triển khỏe mạnh, tốc độ cứng của xương và tác động tốt đến các quá

trình trao đổi chất.

Hàm lượng phôtpho trong thức ăn tự nhiên của gia súc (lúa, ngô, đậu

tương...) tương đối thấp chỉ khoảng 0,2 - 0,5% (trong khi tỷ lệ phôtpho cần

thiết cho thức ăn chăn nuôi phải cỡ 0,3 - 0,7%). Vì vậy, người ta phải bổ sung

phôtpho từ các phụ gia khác.

Thức ăn gia súc được sản xuất từ các phụ phẩm giết mổ và bột cá có hàm

lượng P khoảng 3,0 - 3,4%. Tuy nhiên loại này luôn tiềm ẩn nguy cơ nhiễm

độc và truyền bệnh. Ngược lại, so với các dạng thức ăn gia súc trên các

phôtphate khoáng chất có ưu điểm là có hàm lượng phôtphate dinh dưỡng cao

11

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

hơn nhiều, nguồn nguyên liệu quặng phôtphate không hạn chế, ngoài ra hàm

lượng canxi trong loại sản phẩm này cũng cao.

Hàm lượng flo trong phôtphate khoáng chất là một yếu tố quan trọng cần

xem xét. Theo tiêu chuẩn quốc tế, tỷ lệ P/F trong thức ăn gia súc phải lớn hơn

hoặc bằng 100. Ngoài ra, một số kim loại nặng như Cd, As, Pb, Hg có thể có

mặt trong quặng phôtphate phải được khống chế, do đó cần phải phân tích và

thử nghiệm trước khi quyết định sử dụng loại quặng nào làm nguyên liệu sản

xuất thức ăn gia súc.

Sản xuất phụ gia thức ăn gia súc từ quặng phôtphate Quặng phôtphate được

sử dụng phổ biến để sản xuất phân lân. Quy trình sản xuất các phụ gia

phôtphate cho thức ăn gia súc có nhiều điểm tương tự quy trình sản xuất phân

hóa học. Mục đích của cả 2 quy trình đều là chuyển phôtpho ở dạng không hấp

thụ được cho cây trồng (hoặc gia súc) thành dạng hấp thụ được. Nhưng khi sản

xuất phụ gia thức ăn gia súc thì việc chuyển phôtpho sang dạng hấp thụ được

có ý nghĩa quan trọng hơn nhiều, ngoài ra những nguyên tố có hại cho sức khỏe

gia súc (như flo) phải được giảm xuống dưới mức cho phép.

Hai quy trình chính được áp dụng để sản xuất phụ gia phôtphate cho thức

ăn gia súc là:

- Sản xuất phôtphate đã tách flo (DFP).

- Sản xuất mônôcanxi phôtphate (MCP) và đicanxi phôtphate (DCP)

Quá trình sản xuất phôtphate tách flo gồm các bước chính sau: Việc tách flo

được thực hiện bằng phương pháp nung ở nhiệt độ cao. Quá trình này cũng

chuyển hóa các thành phần phôtpho ở dạng gia súc không hấp thụ được thành

dạng tan trong axit xitric và amoni xitrat, là dạng có thể được hấp thụ sinh học.

Sản phẩm sau khi nung được làm lạnh và sàng để thu được cỡ hạt theo yêu cầu,

sau đó được đóng bao.

Quá trình sản xuất MCP và DCP gồm các bước chính sau: Ở các nhà máy

cỡ nhỏ và vừa, người ta có thể sử dụng axit H3PO4 được sản xuất từ các loại

quặng phôtphate khác nhau mà vẫn đảm bảo hàm lượng flo còn lại ở mức quy

định. Còn ở các nhà nláy cỡ lớn (trên 40 tấn/giờ) thì người ta áp dụng quy trình

tách liên tục.

12

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

Axit H3PO4 của chính quá trình (đã tách flo) được cho tác dụng với vôi

nghiền trong máy nhào liên tục. Bán sản phẩm được sấy khô, sàng và đóng

bao. Các phần hạt quá mịn hoặc to được quay vòng trở lại.

8. VÍ DỤ VỀ TÁC ĐỘNG CỦA PHỐT PHO

Một vụ cháy tàu ở Ukraina làm khoảng 20 người phải nhập viện vì các dấu

hiệu nhiễm độc sau khi hỏa hoạn gây ra đám mây hóa chất khổng lồ tại hiện

trường. Những người địa phương không đi sơ tán được yêu cầu sử dụng mặt nạ

dưỡng khí và ở trong nhà. Họ cũng được khuyên không ăn các loại rau quả

trong vườn nhà và dùng sữa bò nuôi. Con tàu chở hóa chất nói trên đang trên

đường từ Kazakhstan tới Ba Lan thì lâm nạn gần Lviv, một thành phố cách

biên giới Ba Lan không xa. Có 15 trong số 58 toa tàu bị lật khỏi đường ray, sau

đó 6 toa bắt lửa và bốc cháy. Đám mây hóa chất màu vàng do cháy gây ra đã

che phủ khu vực rộng 90 km vuông, phía trên 14 ngôi làng gần Lviv. Sau hơn

một ngày nó mới tan dần. Phải mất vài giờ các nhân viên cứu hỏa mang mặt nạ

phòng độc và áo bảo hộ đặc biệt mới dập tắt được đám cháy. Giới chức

Ukraina đang cố gắng xác định nguyên nhân vụ tai nạn nhưng họ khẳng định

không có dấu hiệu nào cho thấy đây là một âm mưu phá hoại của bàn tay khủng

bố.

Hình 3: Cháy tàu chở P

9. NGUYÊN TẮC XỬ LÝ PHÔT PHO

Hợp chất phôtpho tồn tại trong nước thải dưới ba dạng hợp chất: phôtphate

đơn (PO43-), polyphôtphate (P2O7) và hợp chất hữu cơ chứa phôtphate, hai hợp

13

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

chất sau chiếm tỉ trọng lớn. Trong quá trình xử lý vi sinh, lượng phôtpho hao

hụt từ nước thải duy nhất là lượng được vi sinh vật hấp thu để xây dựng tế bào.

Hàm lượng phôtpho trong tế bào chiếm khoảng 2% (1, - 2,5%) khối lượng khô.

Trong quá trình xử lý hiếu khí, một số loại vi sinh vật có khả năng hấp thu

phôtphate cao hơn mức bình thường trong tế bào vi sinh vật (2-7%), lượng

phôtpho dư được vi sinh vật dự trữ để sử dụng sau. Trong điều kiện yếm khí,

với sự có mặt của chất hữu cơ, lượng phôtphate dư lại được thải ra ngoài cơ thể

vi sinh dưới dạng phôtphate đơn. Một vài loại tảo cũng có khả năng tích trữ

một lượng phôtphate dư so với nhu cầu của tế bào.

Hiện tượng trên được sử dụng để tách loại hợp chất phôtpho ra khỏi môi

trường nước thải bằng cách tách vi sinh có hàm lượng phôtpho cao dưới dạng

bùn thải hoặc tách phôtphate tồn tại trong nước sau khi xử lý yếm khí bằng

biện pháp hóa học.

Biện pháp loại bỏ phôtpho từ bùn được gọi là phương pháp tách trực tiếp,

biện pháp sau áp dụng giải pháp xử lý kế tiếp giữa hiếu khí – yếm khí có ghép

thêm công đoạn xử lý hóa học (công đoạn phụ - side stream)

Xử lý phôtpho vì vậy không phải là một hệ xử lý độc lập mà là bổ sung

hoặc vận hành hợp lý một tổ hợp đã tồn tại nhằm mục đích tách loại thêm khi

so với các hệ cữ: phương pháp tăng cường xử lý phôtpho bằng biện pháp sinh

học (enhanced biological phophorus removal EBPR)

Nhiều loại vi sinh vật tham gia vào quá trình hấp thu – tàng trữ - thải

phôtpho được quy chung về nhóm vi sinh bio – P mà vi sinh Acinetobacter là

chủ yếu. Loại vi sinh bio – P phát triển trong điều kiện vận hành kế tiếp chu

trình hiếu khí – yếm khí, tham gia vào quá trình tách loại phôtpho theo cơ chế

trên. Hệ thống xử lý phôtpho theo nguyên tắc trên được ứng dụng khá rộng rãi

trong thực tiễn xử lý nước thải mặc dù cơ chế của quá trình vẫn chưa được hiểu

thấu đáo.

Dưới điều kiện hiếu khí (O2) vi sinh bio – P tích lũy phôtphate trùng ngưng

trong cơ thể chúng từ phôtphate đơn tồn tại trong nước thải.

C2H4O2 + 0,16 NH4+ + 1,2 O2 + 0,2 PO4

3- 0,16 C5H7NO2 + 1,2 CO2 + 0,2

(HPO3) + 0,44 OH- + 1,44 H2O.

14

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

Phương trình tỷ lượng được thành lập trên cơ sở chất hữu cơ là axit acetic

(C2H4O2) với tỉ lệ tính theo mol của PO43-/C2H4O2 = 0,2 và với hiệu suất sinh

khối hữu hiệu là 0,3g/g C2H4O2. HPO3 là phôtphate ở dạng trùng ngưng tồn tại

trong cơ thể vi sinh vật. Trong điều kiện thiếu khí (không có oxi, chỉ có mặt

nitrat) quá trình tích lũy phôtpho xảy ra:

C2H4O2 + 0,16 NH4+ + 0,2 PO4

3- + 0,96 NO3- 0,16 C5H7NO2 + 1,2 CO2 + 0,2

(HPO3) + 1,4 OH- + 0,48 N2 + 0,96 H2O

Từ phương trình trên cho thấy chủng loại vi sinh tích lũy phôtpho cũng có khả

năng khử nitrat

Trong điều kiện yếm khí, vi sinh vật trên hấp thụ chất hữu cơ, phân hủy

phôtphate trùng ngưng trong tế bào và thải ra môi trường dưới dạng phôtphate

đơn:

2C2H4O2 + (HPO3) + H2O (C2H4O2)2 + PO43- + 3 H+

(C2H4O2)2 là chất hữu cơ tích lũy trong cơ thể vi sinh vật được hấp thu từ ngoài

vào. Lượng phôtpho được tách ra từ vi sinh vật theo tỉ lượng là 0,5 mol P/mol

axit acetic.

Hiệu suất sinh khối của loại vi sinh bio – P (còn gọi là loại tích lũy phôtpho,

Phosphorus accumulating organisms, PQOs) tương tự như loại dị dưỡng hiếu

khí có giá trị 0,5 – 0,6 g SK/g COD tan (sinh khối cũng tính theo COD). Nếu

hiệu suất sinh khối của bio – P tính theo khối lượng của thành phần không tan

thì giá trị thu được phụ thuộc vào hàm lượng phôtpho trong cơ thể vi sinh vật,

tương ứng với sự “thay thế” của chất hữu cơ khi phôtphate được thải ra.

Số liệu động học liên quan đến quá trình tích lũy – thải phôtpho của vi sinh vật

từ nghiên cứu chênh lệch nhau khá nhiều, vì vậy nên có những đánh giá trong

trường hợp cụ thể. Tuy nhiên khi xét về mặt động học cần chú ý tới cả 3 giai

đoạn của một quá trình: tích lũy trong điều kiện hiếu khí, thiếu khí và tách

phôtphate trong điều kiện yếm khí.

Trong điều kiện hiếu khí tốc độ hấp thu phôtphate được mô tả qua phương

trình động học dạng Monod:

Vi,p: tốc độ hấp thu phôtphate từ môi trường nước

15

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

µm,p, Ym,p là hằng số tốc độ phát triển cực đại và hiệu suất sinh khối cực đại của

vi sinh bio – P

Sp và Kp là nồng độ phôtphate trong dung dịch và hằng số bán bão hòa. X là

nồng độ vi sinh tích lũy phôtpho.

Trong điều kiện thiếu khí, tốc độ hấp thu phôtphate nằm trong khoảng 40-

60% so với tốc độ trong điều kiện hiếu khí.

Tốc độ tách phôtphate từ vi sinh vật trong điều kiện yếm khí phụ thuộc vào

tốc độ hấp thu cơ chất, tức là phụ thuộc vào bản chất của cơ chất. Nếu sử dụng

cơ chất là axit axetic thì phương trình động học dạng Monod mô tả quá trình

tách phôtphate có dạng:

Vi,Ax:Tốc độ hấp thu axit axetic, kAx là hằng số tốc độ phản ứng, SAx là nồng độ

axit axetic, X là mật độ vi sinh vật. KAx là hằng số bán bão hòa.

Khi tất cả phôtphate trùng ngưng tích trữ trong vi sinh đã tách hết thì quá

trình sẽ dừng lại. Tốc độ tách phôtphate và tỉ lượng giữa axit axetic và

phôtphate có thể tính ra từ các phương trình trên.

Bảng 2: Thông số động học của vi sinh vật tích lũy phôtpho

Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

Hằng số phát triển cực đại µm,p d-1 1 – 2

Hiệu suất sinh khối cực đại, axit axetic

Ym,p gCOD/gCOD(Ax) 0,5 – 0,6

Hiệu suất sinh khối cực đại, axit axetic

Ym,p gSK/gCOD(Ax) 0,6 – 0,8

Hiệu suất sinh khối cực đại, axit axetic

Ym,p gP/gCOD(Ax) 0,07 – 0,10

Hằng số bán bão hòa, hấp thu axit axetic

KAx g Ax/m3 2 – 6

Hằng số bán bão hòa, tích lũy phôtphate

KP g P/m3 0,1 – 0,5

Hằng số tốc độ hấp thu axit axetic

KAx gCOD(Ax)/gCOD(X).d 0,5 - 2

Nguồn: Lê Văn Cát, 2007

Hiệu quả và tốc độ xử lý phôtpho phụ thuộc vào các yếu tố của môi trường

như pH, nhiệt độ, cơ chất và sự có mặt của nitrat trong giai đoạn yếm khí.

16

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

So với các quá trình vi sinh khác, quá trình tăng cường xử lý phôtpho ít nhạy

cảm với nhiệt độ. Nhìn chung hiệu quả xử lý tăng ở nhiệt độ thấp.

pH có tác động đến giai đoạn hấp thu phôtphate của vi sinh vật, điều kiện tối

ưu nằm trong khoảng 6,6 – 7,4, giảm đáng kể khi pH < 6,2.

Hiệu quả xử lý phôtpho phụ thuộc vào hai yếu tố môi trường là: điều kiện

kế tiếp của yếm khí/thiếu khí và sự vắng mặt nitrat trong giai đoạn yếm khí.

Điều kiện yếm khí giúp cho quá trình chọn lọc, làm giàu loại vi sinh tích lũy

phôtphate hoạt động trong giai đoạn hiếu khí sau đó. Sự có mặt của nitrat gây

ra hai tác động: sử dụng cạnh tranh nguồn cơ chất dễ sinh hủy giữa vi sinh

Denitrifier và bio – P (1,26 mol axit axetic/mol NO3-), làm thay đổi cơ chế trao

đổi chất của bio – P dẫn đến mất khả năng tích lũy phôtphate trùng ngưng.

Tách loại phôtpho trong công nghệ xử lý nước thải dựa trên nguyên tắc hoạt

động của vi sinh vật bio – P, quá trình tách loại phôtpho trong một hệ thống xử

lý nước thải có thể thực hiện phối hợp với oxy hóa BOD, với khử hợp chất nitơ

theo các phương án kỹ thuật khác nhau.

9.1. Quá trình A/O

Quá trình A/O là sơ đồ phối hợp xử lý yếm khí (anaerobic) và hiếu khí

(oxic) được bố trí thể hiện trên sơ đồ 1.

Bùn từ bể lắng thứ cấp được bơm trở lại trộn với dòng thải tại đầu vào.

Trong quá trình xử lý yếm khí, phôtphate được tách ra khỏi vi sinh vật từ dòng

bùn hồi lưu dưới dạng phôtphate đơn. Một phần chất hữu cơ cũng được xử lý

tại đây bởi các quá trình lên men yếm khí, khử nitrat và do vi sinh bio – P hấp

thu. Trong quá trình lên men yếm khí, khử nitrat và do vi sinh bio – P. Sinh

khối lắng trong thứ cấp chứa hàm lượng phôtpho cao được tách loại phôtpho

trong quá trình A/O phụ thuộc vào tỉ lệ BOD:P, nếu tỉ lệ trên lớn hơn 10, hiệu

quả tách loại tốt, nếu tỉ lệ trên thấp có thể bổ sung thêm muối sắt, nhôm để

17

Yếm khí Hiếu khí

Bùn thải

Sơ đồ 1: Quá trình A/O xử lý phôtpho

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

giảm nồng độ phôtpho tại đầu ra. Quá trình A/O là quá trình tách loại phôtpho

trực tiếp, không ghép thêm công đoạn tách phụ vào hệ xử lý nước thải thông

dụng. Trong trường hợp nước thải chứa hợp chất nitơ, hệ trên cũng có tác dụng

xử lý, tuy nhiên cần phải tính toán đủ thời gian lưu cho giai đoạn hiếu khí để

oxy hóa amoni

9.2. Quá trình phostrip

Phostrip là quá trình tách loại phôtpho có ghép thêm công đoạn phụ để kết

tủa phôtphate tan sau khi xử lý yếm khí.

Trong sơ đồ công nghệ Phostrip, một phần bùn thải từ bể lắng thứ cấp được

đưa vào xử lý yếm khí với thời gian lưu thủy lực từ 8 – 12 giờ. Phôtphate đơn

tách ra từ xử lý yếm khí tan trong nước, phần nước này được tách ra để kết tủa

với hóa chất. Sinh khối sau khi tách phôtpho được đưa về cùng với sinh khối từ

bể lắng thứ cấp hòa trộn với dòng vào đề xử lý hiếu khí.

9.3. Kỹ thuật mẻ kế tiếp giai đoạn

Sử dụng kỹ thuật mẻ kế tiếp giai đoạn cũng có thể tách loại đồng thời COD,

hợp chất nitơ, phôtpho bằng cách thay đổi thời gian vận hành đối với từng chu

kỳ. Trong giai đoạn sục khí xảy ra các quá trình oxy hóa BOD, amoni và tích

lũy phôtpho. Trong giai đoạn khuấy trộn xảy ra quá trình khử nitrat và tách

phôtpho ra khỏi sinh khối. Tách phôtpho ra khỏi nước thải có thể thực hiện với

hóa chất hay trực tiếp (ngay sau xử lý hiếu khí). Để khử nitrat và tách phôtpho

18

Lắng

Bùn thải

Hiếu khí

Bùn thải

Yếm khí

Nước sau xử lý yếm khí

Kết tủa hóa học Hóa chấtNước sau

kết tủa

Sơ đồ 2: Quá trình phostrip xử lý phôtpho

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

ra khỏi sinh khối cần bổ sung thêm BOD hoặc sử dụng chất hữu cơ từ phân hủy

nội sinh

9.4. Quá trình A2/O

A2/O là một biến hình công nghệ của sơ đồ A/O bao gồm các công đoạn xử

lý yếm khí (Anaerobic), thiếu khí (Anoxic) và hiếu khí (Oxic), trong đó giai

đoạn xử lý thiếu khí dành cho quá trình khử nitrat với thời gian lưu thủy lực

khoảng 1 giờ. Khoang xử lý thiếu khí được bổ sung nitrat, nitrit từ bể hiếu khí

(quay vòng), bùn từ bể lắng thứ cấp được hồi lưu về bể yếm khí. Sơ đồ A2/O có

khả năng xử lý đồng thời hợp chất nitơ và phôtpho.

9.5. Quá trình bardenpho năm giai đoạn

Quá trình được sử dụng để xử lý đồng thời hợp chất nitơ, phôtpho. Giai

đoạn yếm khí được ghép thêm vào để tách loại phôtpho. Giai đoạn xử lý thiếu

khí thứ hai nhằm tăng cường khử nitrat từ giai đoạn hiếu khí đầu với chất hữu

cơ từ phân hủy nội sinh. Bể hiếu khí cuối cùng có tác dụng sục đuổi khí nitơ

hình thành từ bể thiếu khí hai, oxy hóa phần amoni, BOD dư và để hạn chế quá

trình tách loại phôtpho từ vi sinh trong bể lắng thứ cấp. Hỗn hợp bùn – vi sinh

được quay vòng từ bể hiếu khí đầu về bể thiếu khí thứ nhất. So với A2/O thì

thời gian lưu tế bào của bardenpho năm giai đoạn dài hơn (10-40 ngày).

19

Yếm khí Thiếu khí Hiếu khí

Bùn thải

Sơ đồ 3: Quá trình A2/O xử lý phôtpho

Yếm khí

Thiếu khí

Hiếu khí

Thiếu khí

Hiếu khí

Sơ đồ 4: Quá trình bardenpho năm giai đoạn xử lý phôtpho

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

9.6. Quá trình UCT

UCT là tên viết tắt của University of Cape Town, nơi thiết lập sơ đồ công

nghệ xử lý có khả năng đồng thời loại bỏ BOD, hợp chât nitơ và phôtpho. Sơ

đồ UCT tương tự sơ đồ công nghệ A2/O, tuy vậy có hai điểm khác biệt: vi sinh

được quay vòng về bể xử lý thiếu khí và có 2 vòng quay hỗn hợp nước – bùn

nội bộ từ thiếu khí về hiếu khí và từ thiếu khí về yếm khí.

Quay vòng bùn từ bể lắng về bể thiếu khí sẽ hạn chế được sự có mặt của nitrat

trong bể yếm khí, thúc đẩy quá trình tách phôtpho từ vi sinh trong giai đoạn

yếm khí. Hai chu trình nội bộ giúp tăng cường khả năng xử lý chất hữu cơ.

Chất hữu cơ có trong dòng quay vòng từ bể xử lý thiếu khí là loại dễ sinh hủy

và hàm lượng nitrat trong đó thấp vì vậy thích hợp cho quá trình tách phôtpho

từ vi sinh vật. Dòng quay vòng nội bộ thứ 2 và bùn từ bể lắng thứ cấp có tác

dụng khử nitrat.

9.7. Quá trình VIP

VIP là tên viết tắt của Virginia Initiative Plant in Norfork, Virginia) tương

tự như A2/O và UCT, điểm khác biệt là chu trình quay vòng bùn và hỗn hợp

bùn – nước. Bùn từ bể lắng cùng với hỗn hợp bùn nước từ bể hiếu khí được

đưa về bể xử lý thiếu khí, còn hỗn hợp bùn – nước từ bể thiếu khí được quay

vòng về bể yếm khí. Do một phần chất hữu cơ của dòng vào được xử lý qua hai

giai đoạn yếm khí và thiếu khí nên tiết kiệm được lượng oxy tiêu thụ tại bể hiếu

khí.

20

Yếm khí

Thiếu khí

Thiếu khí

Hiếu khí

Sơ đồ 5: Quá trình UCT xử lý phôtpho

Yếm khí

Thiếu khí

Thiếu khí

Sơ đồ 6: Quá trình VIP xử lý

phôtpho

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

Do P là chất ô nhiễm đại lượng nên xử lý phôtpho trong đất ít được quan

tâm. Tuy nhiên, một số kỹ thuật được sử dụng để xử lý là: kỹ thuật bùn nhão,

kỹ thuật trải đất, kỹ thuật đống ủ…. Ngoài ra, có thể sử dụng thực vật để xử lý

phôtpho trong đất.

9.8. Thu hồi phophat từ chất thải - xu hướng hiện nay trên thế giới

Nếu những năm trước đây các hợp chất nitơ là thủ phạm chính gây ô nhiễm

nước ngầm ở các khu vực nông nghiệp, thì ngày nay, vấn đề ô nhiễm nước do

các hợp chất photphat đang nổi lên ngày càng rõ nét.

Hai nguồn chính gây nhiễm photphat cho nước bề mặt là canh tác trồng trọt

và nước thải. Mức độ ô nhiễm từ phân hóa học và phân gia súc phụ thuộc vào

loại đất, địa hình và điều kiện khí hậu. Thường các hợp chất photphat ít bị chiết

ra hơn so vói các hợp chất nitrat, vì chúng có xu hướng liên kết với các chất

kiềm ở lớp đất bề mặt. Nhưng ở các khu vực đồi núi hoặc các vùng có lũ thì

các hợp chất photphat bị cuốn trôi vào sông hồ cùng với lớp đất này.

Nước thải thường chứa cả hai dạng photphat có nguồn gốc sinh học và phi sinh

học. Nguồn chính của photphat phi sinh học là các chất tẩy rửa chứa photphat

(như natri tripolyphotphat). Hà Lan là nước đã đưa ra và sử dụng rộng rãi các

chất tẩy rửa không chứa photphat, nhờ đó giảm được 50% lượng photphat

trong nước thải. Tuy nhiên, do tác dụng của các chất tẩy rửa không photphat

đối với môi trường chưa được đánh giá kỹ, nên việc sử dụng chúng vẫn chưa

trở thành phổ biến.

Hiện nay, khả năng giảm phát thải photphat trực tiếp tại các trang trại sản

xuất nông nghiệp hoặc khả năng loại trừ photphat dạng sinh học ra khỏi nước

thải là rất hạn chế. Vì vậy, phương pháp khả thi duy nhất để giảm lượng

photphat trong các sông ngòi là loại bỏ photphat tại các nhà máy xử lý nước

thải.

Quy trình xử lý và thu hồi photphat từ nước thải không những phải loại bỏ

một cách hiệu quả phần lớn photphat có trong đó mà còn có thể thu hồi

photphat và chuyển nó thành dạng sản phẩm thương mại để bù đắp một phần

chi phí xử lý nước thải. Đây là một khó khăn lớn, vì nồng độ photphat trong

nước thải thường rất thấp (cỡ ppm). Tuy nhiên, do photphat có khả năng tạo

21

Độc chất học: Phốtpho và các hợp chất của chúng .

muối không tan với một số cation thông thường, nên người ta có thể tách nó ra

khỏi nước ngay cả ở những nồng độ rất thấp.

Hiện nay ở Hà Lan, Italia và Nhật Bản người ta đang vận hành một số nhà máy

xử lý nước thải có khả năng thu hồi photphat. Phần lớn các nhà máy này thu

hồi photphat ở dạng canxi photphat hoặc struvit (magiê amoni photphat

(MgNH4PO4); cũng có nhà máy áp dụng phương pháp kết tủa sắt photphat.

Photphat thu hồi từ các nhà máy xử lý nước thải được sử dụng để sản xuất

nguyên liệu photpho cho sản xuất chất tẩy rửa hoặc các hợp chất photphat công

nghiệp khác. Photphat thu hồi cũng được bán ra dưới dạng các loại phân bón có

giá trị (chẳng hạn với thành phần chính là (MgNH4PO4) cho lúa hoặc rau màu.

Ở Hà Lan cũng có một nhà máy thu hồi kali amoni photphat từ phân trâu bò, có

khả năng xử lý 700.000 tấn phân/năm. Ngoài ra, Hà Lan còn dự kiến xây dựng

nhà máy thu hồi photphat từ phân gà với công suất xử lý 300.000 tấn/năm.

Nhìn chung, trước yêu cầu bảo vệ môi trường, nhất là môi trường nước, nhiều

quốc gia trên thế giới đang tăng cường việc thu hồi và tái chế các hợp chất

photphat từ các nguồn nước thải cũng như phế thải nông nghiệp. Đặc biệt,

ngành sản xuất chất tẩy rửa càng phải có trách nhiệm tái chế photphat từ nước

thải và biến ý tưởng tái chế photphat thành hiện thực công nghiệp.

Tài liệu tham khảo

1. Hoàng Văn Bính, độc chất học công nghiệp và dự phòng nhiễm độc,

NXB Khoa học và Kỹ thuật

2. Lê Văn Cát, xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ và phốtpho, NXB Khoa

học tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội – 2007.

3. Đặng Kim Chi, hóa học môi trường, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà

Nội – 2002.

4. Lê Phi Nga, công nghệ sinh học môi trường, tài liệu lưu hành nội bộ,

Viện môi trường và Tài nguyên.

5. Trang web www.google.com

22