TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MƠI TRƯỜNG
---------------------------------------------------

BÁO CÁO KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG VÀ ĐỘNG HỌC HẤP PHỤ
PHOSPHO TRONG NƯỚC BẰNG THAN SINH HỌC CÓ
NGUỒN GỐC TỪ VỎ HẠT MAC-CA (MACADAMIA
HUSK)

GVHD:
SVTH:

Th.S Nguyễn Văn Phương
Nguyễn Thị Xuân Thảo
Phạm Gia Bảo

19454771
19433671

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2023

DHMT15A
DHMT15A


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

1) Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Xuân Thảo
Ngày, tháng, năm sinh:04/03/2000; Nơi sinh: Long An
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Lớp: ĐHMT15A; MSSV: 19454771
2) Họ và tên sinh viên: Phạm Gia Bảo
Ngày, tháng, năm sinh: 19/02/2001; Nơi sinh: Bến Tre
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Lớp: ĐHMT15A; MSSV: 19433671
I.

TÊN ĐỀ TÀI

“NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG VÀ ĐỘNG HỌC
HẤP PHỤ PHOSPHO TRONG NƯỚC BẰNG
THAN SINH HỌC CÓ NGUỒN GỐC TỪ VỎ
HẠT MAC-CA (MACADAMIA HUSK)”
II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
- Nhiệm vụ:
-

Đánh giá khả năng ứng dụng than sinh học có nguồn gốc từ vỏ macca.

- Nội dung:
- Xác định tính chất hóa học bề mặt của than sinh học ở các nhiệt độ nhiệt phân.
-

Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng và pH ban đầu đến sự hấp phụ P của than
sinh học


III.
IV.
V.

Khảo sát cân bằng và động học trong quá trình hấp phụ P

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
: 10/11/2022.
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ
: 31/5/2023.
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
: ThS. Nguyễn Văn Phương
Giảng viên hướng dẫn
(Ghi họ tên và chữ ký)

CN Bộ môn Công nghệ Môi trường
(Ghi họ tên và chữ ký)

Nguyễn Văn Phương

Trần thị Tường Vân

i


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành báo cáo tốt nghiệp này trước hết chúng em xin chân thành cảm ơn

quý thầy cô trong Viện Khoa học Công Nghệ và Quản lý Môi Trường, Trường Đại học
Cơng nghiệp TPHCM đã tận tình truyền đạt những kiến thức qua những mơn học để
chúng em có nền tảng kiến thức vững chắc, từ đó vận dụng vào trong q trình thực hiện
báo cáo.
Đặc biệt nhóm chúng em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn
Th.S Nguyễn Văn Phương đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em trong quá trình thực
hiện, viết và hoàn chỉnh báo cáo.

ii


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………
TP. Hồ Chí Minh, ngày ... tháng ... năm 2023
Giáo viên phản biện

iii


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
……………………
TP. Hồ Chí Minh, ngày ... tháng ... năm... 2023
Giáo viên hướng dẫn

iv


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ............................................... i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN........................................................... iii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN......................................................... iv
MỤC LỤC ...................................................................................................................... v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... viii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ......................................................................................... ix
DANH SÁCH HÌNH ẢNH ............................................................................................ x
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ xi
1.


Đặt vấn đề............................................................................................................ xi

2.

Mục tiêu nghiên cứu ..........................................................................................xii

3.

Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................xii

4.

Nội dung nghiên cứu .........................................................................................xii

5.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................ xiii

5.1 Ý nghĩa khoa học ................................................................................................. xiii
5.2 Ý nghĩa thực tiễn.................................................................................................. xiii
6.

Tính mới của đề tài .......................................................................................... xiii

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ....................................................................... 1

1.1 Tổng quan về nguồn P trong nước ........................................................................1
1.1.1 Giới thiệu ........................................................................................................1

1.1.2 Vai trò P trong đời sống..................................................................................1
1.1.3 Nguồn phát sinh P...........................................................................................1
1.1.4 Tác hại của hợp chất phospho tan trong môi trường nước .............................3
1.1.5 Các phương pháp loại bỏ phospho trong nước ...............................................4
1.2 Tổng quan phương pháp hấp phụ ........................................................................10

v


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

1.2.1 Khái niệm .....................................................................................................10
1.2.2 Tính chất hấp phụ .........................................................................................10
1.2.3 Động học q trình hấp phụ .........................................................................11
1.2.4 Đẳng nhiệt hấp phụ P....................................................................................13
1.2.5 Cơ chế hấp phụ .............................................................................................15
1.3 Hấp phụ P bằng than sinh học .............................................................................19
1.3.1 Điều chế than sinh học..................................................................................19
1.3.2 Đặc tính của than sinh học............................................................................20
1.3.3 Vai trò hấp phụ P của than sinh học .............................................................21
1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ P ............................................21
CHƯƠNG 2.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................ 25

2.1 Vật liệu nghiên cứu .............................................................................................25
2.1.1 Thu mẫu vỏ mácca ........................................................................................26
2.1.2 Phương pháp phân tích .................................................................................26
2.2 Thiết bị - Dụng cụ và hóa chất ............................................................................26
2.3 Chuẩn bị than sinh học ........................................................................................27

2.4 Bố trí thí nghiệm..................................................................................................28
2.4.1 Ảnh hưởng của pH dung dịch đến sự hấp phụ của P lên Ca-BC .................28
2.4.2 Ảnh hưởng của liều lượng than đến sự hấp phụ của P .................................28
2.4.3 Bố trí khảo sát cân bằng hấp phụ P lên than sinh học ..................................28
2.4.4 Bố trí khảo sát động học hấp phụ của P lên than sinh học ...........................29
2.5 Xử lý số liệu thí nghiệm ......................................................................................29
2.5.1 Tính tốn cân bằng hấp phụ hấp phụ ............................................................29
2.5.2 Tính tốn động học hấp phụ .........................................................................30
2.5.3 Xử lý số liệu..................................................................................................30
CHƯƠNG 3.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 31

3.1 Xác định tính chất hóa học bề mặt của than sinh học. ........................................31
3.2 Ảnh hưởng của pH dung dịch đến sự hấp phụ của P lên than sinh học ..............32
3.2.1 Than 300 .......................................................................................................32
3.2.2 Than 450 .......................................................................................................33
3.2.3 Than 600 .......................................................................................................34

vi


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

3.3 Ảnh hưởng của liều lượng than sinh học đến sự hấp phụ của P .........................36
3.3.1 Than 300 .......................................................................................................36
3.3.2 Than 450 .......................................................................................................37
3.3.3 Than 600 .......................................................................................................38
3.4 Bố trí khảo sát cân bằng hấp phụ P lên than sinh học .........................................40
3.4.1 Than 300 .......................................................................................................40

3.4.2 Than 450 .......................................................................................................41
3.4.3 Than 600 .......................................................................................................42
3.5 Bố trí khảo sát động học hấp phụ của P lên than sinh học ..................................44
3.5.1 Than 300 .......................................................................................................44
3.5.2 Than 450 .......................................................................................................46
3.5.3 Than 600 .......................................................................................................47
CHƯƠNG 4.

Kết LUẬN KIẾN NGHỊ................................................................... 50

4.1 KẾT LUẬN .........................................................................................................50
4.2 KIẾN NGHỊ ........................................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 51
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 54
Letter of acceptance .....................................................................................................54
Tóm tắt – Abstract .......................................................................................................55

vii


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BET

Brunauer-Emmett-Teller

Phương pháp đo diện tích bề mặt

BOD


Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxi sinh học

CEC

Cation Exchange Capacity

Khả năng trao đổi cation

FTIR

Fourier transform infrared

Hồng ngoại biến đổi Fourier

pzc

Point of zero charge

Điểm điện tích khơng

SEM

Scanning electron microscope

Kính hiển vi điện tử qt

TOC


Total organic carbon

Tổng lượng carbon hữu cơ

TCVN
WWTP

Tiêu chuẩn Việt Nam
Wastewater Treatment Plant

Nhà máy xử lý nước thải

viii


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Danh sách các thiết bị sử dụng cho nghiên cứu .............................................27
Bảng 3.1 Các đặc tính của than sinh học .......................................................................31
Bảng 3.2 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH dung dịch đến sự hấp phụ của P lên
than sinh học 300 ...........................................................................................................32
Bảng 3.3 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH dung dịch đến sự hấp phụ của P lên
than sinh học ở nhiệt độ 450 ..........................................................................................33
Bảng 3.4 Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH dung dịch đến sự hấp phụ của P lên
than sinh học ở nhiệt độ 600 ..........................................................................................34
Bảng 3.5 Khảo sát sự ảnh hưởng của liều lượng than sinh học đến sự hấp phụ của P ở
nhiệt độ than 300 ...........................................................................................................36
Bảng 3.6 Khảo sát sự ảnh hưởng của liều lượng than sinh học đến sự hấp phụ của P ở

nhiệt độ 450 ...................................................................................................................38
Bảng 3.7 Khảo sát sự ảnh hưởng của liều lượng than sinh học đến sự hấp phụ của P ở
nhiệt độ than 600 ...........................................................................................................39
Bảng 3.8 Kết quả khảo sát cân bằng quá trình hấp phụ P của than 300 ........................40
Bảng 3.9 Kết quả khảo sát cân bằng quá trình hấp phụ P của than 450 ........................41
Bảng 3.10 Kết quả khảo sát cân bằng quá trình hấp phụ P của than 600......................43
Bảng 3.11 Các thông số cân bằng đẳng nhiệt hấp phụ ..................................................44
Bảng 3.12 Kết quả khảo sát động học quá trình hấp phụ P của than 300 .....................45
Bảng 3.13 Kết quả khảo sát động học quá trình hấp phụ P của than 450 .....................46
Bảng 3.14 Kết quả khảo sát động học quá trình hấp phụ P của than 600 .....................47
Bảng 3.16 Kết quả tính tốn các thơng số động học quá trình hấp phụ P .....................48

ix


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Cơ chế hấp phụ của vật liệu hấp phụ phốt pho gốc than sinh học. ................ 16
Hình 2.1 Định hướng nghiên cứu .................................................................................. 25
Hình 3.1 Biểu diễn dung lượng hấp phụ theo pH ban đầu của than sinh học 300℃ .... 33
Hình 3.2 Biểu diễn dung lượng hấp phụ theo pH ban đầu của than sinh học 450℃ .... 34
Hình 3.3 Biểu diễn dung lượng hấp phụ theo pH ban đầu của than sinh học 600℃ .... 35
Hình 3.4 Biểu diễn dung lượng hấp phụ P và hiệu suất xử lý của than 300 theo liều lượng
than sử dụng................................................................................................................... 37
Hình 3.5 Biểu diễn dung lượng hấp phụ P và hiệu suất xử lý của than 450 theo liều lượng
than sử dụng................................................................................................................... 38
Hình 3.6 Biểu diễn dung lượng hấp phụ P và hiệu suất xử lý của than 450 theo liều lượng
than sử dụng................................................................................................................... 39
Hình 3.7 Biểu diễn dung lượng hấp phụ P và hiệu suất xử lý của than 300 theo nồng độ

P ban đầu ....................................................................................................................... 41
Hình 3.8 Biểu diễn dung lượng hấp phụ P và hiệu suất xử lý của than 450 theo nồng độ
P ban đầu ....................................................................................................................... 42
Hình 3.9 Biểu diễn dung lượng hấp phụ P và hiệu suất xử lý của than 600 theo nồng độ
P ban đầu ....................................................................................................................... 43
Hình 3.10 Biểu diễn dung lượng hấp phụ P và hiệu suất xử lý của than 300 theo thời
gian ................................................................................................................................ 45
Hình 3.11 Biểu diễn dung lượng hấp phụ P và hiệu suất xử lý của than 450 theo thời
gian ................................................................................................................................ 47
Hình 3.12 Biểu diễn dung lượng hấp phụ P và hiệu suất xử lý của than 600 theo thời
gian ................................................................................................................................ 48

x


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của cơng nghiệp hóa
và đơ thị hóa, lượng nitơ (N) và phốt pho (P) dư thừa được thải vào nước mặt có thể dẫn
đến hiện tượng phú dưỡng, làm giảm khả năng tự làm sạch của môi trường thủy sinh,
và phá vỡ sự cân bằng sinh thái và gây hại cho sức khỏe của con người [1]. Nhìn chung,
các vùng nước sẽ bị phú dưỡng nếu nồng độ P tổng số vượt quá 0,02 mg/L. Thật không
may, nồng độ P của nước thải từ nhà máy xử lý nước thải (WWTP) và nước thải nông
nghiệp thường cao hơn nhiều so với 0,02 mg/L [1, 2].
Tuy nhiên, với vai trò là một chất dinh dưỡng thiết yếu cho sự tăng trưởng và
phát triển của con người và các sinh vật khác, P là nguồn tài nguyên không thể tái tạo.
Do đó, hàm lượng P cao trong nước thải cũng có thể được coi là một nguồn P; và do đó,
việc thu hồi P từ nước thải một cách hiệu quả khơng chỉ có thể làm giảm bớt cuộc khủng

hoảng thiếu P mà cịn có thể ngăn chặn hiện tượng phú dưỡng của các vùng nước [1]
Do đó, việc loại bỏ và thu hồi phốt phát một cách hiệu quả từ các loại nước thải
và nước thải nông nghiệp khác nhau là một nhu cầu cấp thiết cần được phát triển. Nhiều
phương pháp khác nhau để loại bỏ photphat khỏi nước thải đã được khám phá, bao gồm
phương pháp sinh học, kết tủa hóa học, q trình điện hóa, đơng tụ, tách màng và hấp
phụ [2]
Hiện nay, nhiều phương pháp vật lý, hóa học và sinh học hiệu quả đã được áp
dụng để loại bỏ/thu hồi P từ nước thải. Phương pháp loại bỏ photpho sinh học chủ yếu
dựa vào quá trình trao đổi chất của một số vi sinh vật để loại bỏ P dạng nước thải. Do
hiệu quả loại bỏ P cao, chi phí thấp và sản lượng bùn thấp, phương pháp loại bỏ phốt
pho sinh học được coi là một phương pháp đầy triển vọng để loại bỏ P khỏi nước thải
[1]. Tuy nhiên, phương pháp loại bỏ phốt pho sinh học chỉ phù hợp với nước thải có
nồng độ P thấp và tỷ lệ loại bỏ P của nó thường chỉ đạt 30% đến 40% [1] và thường dao
động theo các điều kiện vận hành và tăng trưởng [2]. Phương pháp loại bỏ photpho hóa
học đạt được mục đích loại bỏ P bằng phản ứng kết tủa hoặc trao đổi ion giữa chất phản
ứng hóa học được thêm vào và P trong nước thải. Đây là quá trình loại bỏ P tuyệt vời
đối với nước thải ngay cả với nồng độ P cao [1]. Tuy nhiên, việc thêm thuốc thử hóa
học khơng chỉ có thể làm tăng chi phí kinh tế mà cịn có thể gây ô nhiễm bùn. Bên cạnh

xi


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

đó, q trình điện hóa bị hạn chế bởi khả năng xử lý nước thải có chứa nhiều hợp chất
anion hạn chế và nhu cầu thay thế điện cực thường xuyên [2]. Phương pháp hấp phụ
không chỉ thể hiện hiệu quả cao, đơn giản trong vận hành và tạo ra ít bùn nhất mà cịn
có thể được áp dụng để xử lý nước thải với nhiều nồng độ khác nhau. Vì vậy, hấp phụ
đã thu hút ngày càng nhiều sự chú ý trên toàn thế giới. [1]
Cho đến nay, nhiều vật liệu hấp phụ để hấp phụ như bentonit, zeolit, than hoạt

tính, than sinh học, v.v. đã được sử dụng để loại bỏ P và cho thấy hiệu quả loại bỏ P
khác nhau [1]. Gần đây, quá trình hấp phụ phốt phát trên than sinh học ngày càng được
chú ý vì than sinh học có thể là chất hấp phụ hiệu quả và chi phí thấp để loại bỏ phốt
phát trong nước và nước thải [2]. Tuy nhiên, năng lượng hydrat hóa cao của anion P,
điện tích âm của than sinh học và các anion cùng tồn tại trong nước thải gây trở ngại lớn
cho than sinh học thực hiện quá trình hấp thụ chọn lọc P từ pha nước [1, 2]. Do đó, sự
phát triển của than sinh học có tính chọn lọc P cao là chìa khóa để đạt được mức độ loại
bỏ/thu hồi P cao. [1].
Mục tiêu của nghiên cứu bao gồm (i) đánh giá ảnh hưởng của pH ban đầu đến sự
hấp phụ P của vật liệu biến tính; (ii) các hành vi động học và cân bằng trong quá trình
hấp phụ P cũng đã được nghiên cứu để xác định hiệu suất và cơ chế hấp phụ P của vật
liệu. Hơn nữa, những thay đổi trong cấu trúc lỗ rỗng khơng gian và hóa học bề mặt của
vật liệu trong quá trình hấp phụ P được đặc trưng bằng cách sử dụng FTIR, SEM và
BET cũng được xác định.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đánh giá khả năng ứng dụng than sinh học có nguồn gốc từ vỏ macca.
3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
− Vỏ macca từ cơ sở sản xuất ở ĐakNong
− Than sinh học có nguồn gốc từ vỏ macca được nhiệt phân ở 300, 450, 600 ℃
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
− Xác định tính chất hóa học bề mặt của than sinh học ở các nhiệt độ nhiệt
phân.
− Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng và pH ban đầu đến sự hấp phụ P của
than sinh học

xii


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023


− Khảo sát cân bằng và động học trong quá trình hấp phụ P
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
5.1 Ý nghĩa khoa học
Là cơ sở để đánh giá khả năng ứng dụng than sinh học trong hấp phụ P trong
nước.
5.2 Ý nghĩa thực tiễn
Cung cấp giải pháp có khả năng thu hồi P trong nước.
6. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI
Các nghiên cứu nước ngoài và Việt Nam cho thấy P trong nước thải chăn nuôi
thường khoảng144 mg/L với chăn nuôi heo tại huyện Bình Chánh, Tp HCM [3] hay
nước thải một số hộ chăn ni gia đình có P là 131- 512 mg/L [4] hay nước thải chăn
nuôi theo nghiên cứu của Vanotti & Szogi và cộng sự có P dễ tiêu 131 mg/L [5] có hàm
lượng P cao cần thu hồi. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở đánh giá cơ hội thu hồi P trong
nước thải chăn nuôi ở qui mơ gia đình hay cơng nghiệp.

xiii


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Tổng quan về nguồn P trong nước
1.1.1 Giới thiệu
Phospho là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hồn có ký hiệu là P và số
ngun tử là 15. Là một phi kim loại đá hóa trị trong nhóm Nitơ, Phospho chủ yếu được
tìm thấy trong các cơ thể sống. Do đó độ hoạt động hóa học cao, khơng bao giờ tìm thấy
nó ở dạng đơn chất trong tự nhiên. Nó củng là một nguyên tố thiết yếu cho các cơ thể

sống. Sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: dùng để sản xuất phân
bón, sản xuất diêm, pháo hoa, thuốc trừ sâu, thuốc đánh răng, chất tẩy rửa. [2]
1.1.2 Vai trò P trong đời sống
Phosphat là nguyên tố quan trọng trong mọi dạng hình sự sống:
3− Phospho vơ cơ trong dạng phosphat PO 4 đóng vai trò quan trọng tạo thành

một phần của phần cấu trúc các phân tử sinh học như ADN và ARN.
− Các tế bào sống cũng sử dụng phosphat để vận chuyển năng lượng tế bào thông
qua adenoin triphosphat (ATP).
− Các muối phosphat canxi được các động vật dùng để làm cứng xương của
chúng.
Các sử dụng khác cịn có:
− Các phosphat được dùng trong sản xuất các loại thủy tinh.
− Tripolyphosphat natri được dùng trong sản xuất từ axit phosphoric được sử
dụng trong bột giặt.
− Phosphat canxi được sử dụng trong sản xuất đồ sứ. [2]
1.1.3 Nguồn phát sinh P
Phospho trong môi trường nước tồn tại ở dạng H 2 PO 4- , HPO 4 2- , PO 43- , các
polyphosphat và phospho hữu cơ. Nồng độ của phosphat trong mọi nguồn nước không
ô nhiễm thường nhỏ hơn 0.01 mg/l. Trong nước bị ô nhiễm, hàm lượng phosphat không
lớn là ≈ 0.1 mg/l, trong nước thải nồng độ phosphat cao hơn nhiều và tồn tại chủ yếu là
polyphosphat. [3]
Phospho tồn tại trong mơi trường là từ 3 nguồn chính sau đây:
• Nguồn nước thải sinh hoạt

1


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023


• Nguồn nước thải nơng nghiệp
• Nguồn nước thải cơng nghiệp
Nguồn thải phospho quan trọng nhất trong nước thải sinh hoạt là phân, thức ăn
thừa, chất tẩy rửa tổng hợp:
+ Lượng phospho có nguồn gốc từ phân được ước tính là 0,2 – 1,0
kgP/người/năm.
+ Lượng phospho có nguồn gốc từ chất tẩy rửa tổng hợp được ước tính là 0,3
kg/người/năm.
+ Thức ăn thừa: Sữa, thịt, các hoặc dụng cụ nấu ăn, đựng các loại trên khi vào
nước cũng thải ra một lượng phospho đáng kể.
Nồng độ phospho trong nước thải sinh hoạt biến động theo lưu lượng nguồn thải:
Mức độ sử dụng của cư dân, mức độ tập trung các dich vụ công cộng, thời tiết, khí hậu
trong vùng,... thay đổi mạnh theo chu kỳ thời gian ngày tháng cũng như mức sống và
tiện nghi cộng đồng. [4]
Nông nghiệp là một nguồn thải ra lượng phospho vào mơi trường rất lớn. Bởi vì
canh tác nơng nghiệp về ngun tắc là phải bón phân đạm, lân cho cây trồng vì đây là
các yếu tố cần thiết trong trồng trọt. Vì thế phân bón sử dụng trong nơng nghiệp là một
trong những ngun nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước. Tại vùng nông thôn độ
phospho ở các con sông cao trong thời điểm sử dụng phân nhiều, đặc biệt có mưa rửa
trơi.[5,6]
Nguồn nước thải phát sinh do chăn ni gia cầm, gia súc có lượng nhỏ hơn so
với nước sinh hoạt. Chủ yếu là nước tắm, vệ sinh chuồn trại. Nước thải từ chuồng trại
chăn nuôi chứa một lượng chất rắn không tan lớn: Phân, rác, bùn đất, thức ăn thừa, các
hợp chất hữu cơ chứa phospho được chiết ra từ các chất thải rắn khi gặp nước. Nồng độ
các tạp chất trong nước thải chuồng trại cao hơn 50 – 150 lần với mức độ ô nhiễm của
nước thải đô thị. Nồng độ của phospho nằm trong 70 – 1750 mgP/L. [7,8]
Nguồn nước thải cơng nghiệp: Ơ nhiễm do hợp chất phospho từ sản xuất công
nghiệp chủ yếu liên quan tới ngành chế biến thực phẩm, xi mạ, đánh bóng, chế biễn mũ
cao su,... hợp chất chưa phospho nhanh chóng được tiết ra từ các thành phần rắn vào
nước vôi tốc độ phụ thuộc vào mức độ phân tán (kích thước), nhiệt độ của môi trường


2


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

và loại sẳn phẩn chế biến. Nồng độ của phospho trong nước thải cũng biến động rất
mạnh. [4]
1.1.4 Tác hại của hợp chất phospho tan trong môi trường nước
Phốt phát là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng phú dưỡng, gây ra nhiều rủi ro
cho con người, động vật và thực vật. Hai nguồn rủi ro cao nhất là; i) sự có mặt của
photphat trong nước thải và dấu vết photphat trong nước thải đã qua xử lý (TSE), ii)
dòng chảy từ đất nơng nghiệp do phân bón photphat lan truyền và hịa tan trong nước
mưa và do đó thải photphat vào sơng và các bề mặt khác và tài nguyên nước ngầm [6]
Phú dưỡng hóa là một khái niệm dùng để chỉ một nguồn nước, trong đó có q
trình phát triển ồ ạt của thủy thực vật mà trước tiên là các lồi vi tảo. Ngun nhân của
q trình là do trong nước chứa nhiều chất dinh dưỡng cho thực vật: đạm và lân.
Trong giai đoạn phát triển, nguồn nước giàu oxy. Do ban ngày hoặc khi quá nhiều
nắng, quá trình quang hợp của tảo biển diễn ra mãnh liệt. Khi quang hợp hấp thụ khí
CO2 hoặc bicacbonat ( HCO 3- ) trong nước và nhả ra khí oxy. pH của nước tăng nhanh,
nhất là khi nguồn nước nhận có đồ kiềm thấp, vào thời điểm cuối buổi chiều, pH của
một số ao hồ có thể lên đến 10. Nồng độ oxy tan trong nước thường ở mức siêu bão hịa,
có thể lên tới 20 mg/l.
Song song với quá trình quang hợp là q trình hơ hấp (phân hủy chất hữu cơ để
tạo ra năng lượng, ngược với quá trình quang hợp xảy ra). Trong khi hơ hấp, tảo thải ra
khí CO2, tác nhân làm giảm pH của nước. Vào ban đêm hoặc những ngày ít nắng, q
trình hơ hấp diễn ra mạnh mẽ gây tình trạng thiếu oxy và làm giảm pH trong nước. Trong
giai đoạn tảo chết, phân huy, nguồn nước sẽ cạn kiệt oxy.
Q trình phú dưỡng hóa đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền thực phẩm
của hệ sinh thái nước.

Trong nước, tảo sử dụng cacbon dioxit, nito vô cơ, orthphosphat và các chất dinh
dưỡng khác với lượng vết để phát triển. Tảo lại là thức ăn của động vật phù du. Một số
lớn cá nhỏ ăn động vật phù du và rong tảo, một số loại cá lớn lại ăn cá nhỏ. Như vậy
năng suất của dây chuyền thực phẩm lại phụ thuộc vào lượng N và P. Khi nồng độ N và
P ca, rong tảo phát triển mạnh tạo ra khối lượng lớn đến mức các lồi động vật phù du
khơng thể tiêu thụ hết, dẫn đến làm đục nước. Đặc biệt trong nguồn nước tù (ao, đầm)
có thể tạo ra nước chứa đầy tảo như nước xúp. Việc phân hủy tảo sẽ tạo ra mùi và tạo ra

3


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

những chất cặn lắng, gây giảm oxy hịa tan trong nước, từ đó gây cản trở việc phát triển
hầu hết của các loài cá. Trong điều kiện đó thì chỉ có một số lồi cá dữ mới có thể sống
được.
1.1.5 Các phương pháp loại bỏ phospho trong nước
Trong số các phương pháp hóa học, vật lý và sinh học được sử dụng để loại bỏ
phốt phát khỏi nước; công nghệ hấp phụ đã được chứng minh là có hiệu quả để loại bỏ
phốt phát ngay cả ở nồng độ thấp. Công nghệ hấp phụ cũng dễ vận hành vì nó u cầu
thiết kế tương đối đơn giản và mang lại khả năng tái sinh chất hấp phụ và thường tạo ra
lượng sản phẩm phụ thấp. Hơn nữa, phốt phát cần thiết cho các sinh vật sống khác nhau
và có thể được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau, kể cả trong nông nghiệp làm
phân bón. Đáng chú ý, phốt phát là tài ngun thiên nhiên khơng tái tạo. Do đó, trong
thập kỷ qua, các nỗ lực nghiên cứu đã được tập trung vào các chất hấp phụ có khả năng
hấp phụ cao, bên cạnh các điều kiện để tái sinh chất hấp phụ để giải phóng phốt phát [6]
Một số chất hấp phụ đã được sử dụng để loại bỏ photphat khỏi dung dịch nước
như zeolit, chất hấp phụ polyme, silica xốp, than hoạt tính và khống sét. Trong số các
chất hấp phụ này, than hoạt tính đã được sử dụng rộng rãi để loại bỏ photphat do cấu
trúc xốp, tính ổn định và diện tích bề mặt cao. Tuy nhiên, nhiều than hoạt tính thường

có các nhóm kỵ nước hoặc tích điện rất yếu trên bề mặt của chúng và do đó chúng thể
hiện khả năng hấp phụ phốt phát kém. Về vấn đề này, than hoạt tính đã được ngâm tẩm
hoặc biến đổi với các ion kim loại để cải thiện khả năng hấp phụ phốt phát của chúng
[6]
Xử lý hợp chất phospho dựa trên nguyên tắc sau:
+ Kết tủa phosphat (đơn và một phần loại trùng ngưng) với các ion nhơm, sắt, canxi
tạo ra các muối tương ứng có độ tan thấp tích số tan càng nhỏ thì hiệu quả kết tủa
càng cao và tách chúng ra dưới dạng chất rắn.
+ Phương pháp sinh học dựa trên hiện tượng là một số loại vi sinh vật tích lũy lượng
phospho nhiều hơn mức cơ thể chúng cần trong điều kiện hiếu khí. Thơng thường
hàm lượng phospho 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 phospho dựa trên hiện tượng trên gọi là
loại bỏ phospho tăng cường. Phospho được tách ra khỏi nước trực tiếp thông qua

4


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

thải bùn dư (vi sinh chứa nhiều phospho) hoặc tách ra dưới dạng muối khơng tan
khi xử lý yếm khí với một hệ kết tủa kèm theo.
+ Tách hợp chất phospho đồng thời với các tạp chất khác nhau qua q trình màng
thích hợp: Màng nano, màng thẩm thấu ngược hoặc điện thẩm tích. Về ngun
tắc hiệu quả tách lọc qua màng có hiệu suất cao nhưng giá thành đắt nên hầy như
chưa thấy có ứng dụng trong thực tế.
1.1.5.1Loại bỏ phospho bằng phương pháp hóa học
Dùng Ca2+
Hợp chất Canxi sử dụng để xử lý nước thải thường được tiến hành với vôi tơi. Đồng
thời với sự hình thành các hợp chất của canxi với phosphat xảy ra phản ứng tạo thành

CaCO3 từ độ cứng và độ kiềm của nguồn nước. Từ hình 1.1 cho thấy hiệu quả tách
phospho khi kết tủa với canxi phụ thuộc mạnh vào pH, hiệu quả tốt tại vùng pH cao [8],
vì vậy nên quá trình được tiến hành ở vùng pH cao.
Khi đưa vôi vào hệ phản ứng, canxi ( Ca 2+ ) và độ kiềm ( HCO 3- ) trong nước phản
ứng tạo ra canxi carbonat (cancit) do sự dịch chuyển cân bằng của bicarbonat về carbonat
khi pH đạt trên 10 (hằng số cân bằng cặp HCO 3- - CO3 2- pK A = 8,3 ). Chỉ có lượng
canxi dư sau khi tạo thành canxi carbonat mới phản ứng với photphat. Phản ứng tạo ra
nhiều sản phẩm không tan khác nhau nhưng chủ yếu là hydroxylapatit:
Lượng vơi đưa vào cịn bị tiêu thụ do các phản ứng kết tủa canxi carbonat và độ
kiềm (khử độ cứng theo phương pháp vơi - sơ đa).
Để có được nồng độ photphat dư dưới mức 1mgP/l phản ứng được tiến hành tại
pH = 10,5 - 11 [10]. Liều lượng vôi sử dụng trước hết phụ thuộc vào độ kiềm của nước
và nồng độ photphat ban đầu, thông dụng là 1,4 - 1,5 lần lớn hơn độ kiềm tính theo

CaCO3
Do pH của môi trường sau khi kết tủa cao, không phù hợp cho q trình keo tụ và
lắng nên nó cần được trung hịa (với khí CO 2 ) và đồng thời đáp ứng tiêu chuẩn
thải.
Vơi có thể sử dụng phối hợp với muối sắt trong phản ứng kết tủa, canxi carbonat
tạo thành đóng vai trị chất keo tụ.
Hình 1.1 Nồng độ phosphat dư trong dung dịch sau khi kết tủa với canxi

5


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

Đặc điểm của phương pháp dùng vôi:
Dùng vôi làm tăng độ kiềm của nước thuận lợi cho phản ứng phân hủy sinh học
của N𝐻4+ .

Không đưa anion mới vào nưới thải (so với dùng muối để kết tủa phosphat).
Canxi phosphat có thể dùng làm phân.
Do môi trường sau kết tủa pH cao không phù hợp với q trình keo tụ và lắng
nên nó cần được trung hòa (với khi CO2) và đồng thời đáp ứng tiêu chuẩn thải.
Dùng muối nhm
Tính năng kết tủa của Al3+, Al (III) có thể sử dụng từ phèn nhôm [Al2(SO4)3
.18H2O], natri aluminat NaAlO2, poly nhôm clorua (polyalumium chloride, PAC).
Chất kết tủa dưới dạng hydroxit Me(OH)3 hình thành đóng vai trò chất hấp phụ
photphat. Cơ chế loại bỏ photphat tan khi kết tủa với Al3+, Fe3+ bao gồm hai cơ chế: kết
tủa và hấp phụ được xem là khẳng định. Tuy vậy có những kết quả nghiên cứu (trên các
mẫu tự tạo) khẳng định photphat tan không thể loại bỏ thông qua chất kết tủa AlPO 4 .
Trên cơ sở tính tốn lý thuyết và kiểm nghiệm qua thí nghiệm cho thấy tại pH=7, sử
dụng phèn nhôm để tạo kết tủa photphat thì lượng photphat dư trong nước ở thế cân
bằng với AlPO 4 rắn là 22,44 mgP/l. Vì vậy cơ chế tách loại photphat tan là do hấp phụ
trên hydroxit tạo thành, hydroxit tạo thành cịn có khả năng hấp phụ cả hợp chất phospho
dạng trùng ngưng và dạng hữu cơ
➢ Đặc điểm của phương pháp dùng muối Al:
Cặn kết tủa của q trình có tính lắng khơng cao, chậm, kéo theo cần có thiết bị lắng
lớn. Vì vậy để thúc nay tốc độ lắng người ta thường sử dụng thêm các chất trợ keo tụ.
Các chất trợ keo tụ thường được sử dụng là các polyme hữu cơ mạch thẳng chứa các
nhóm chức phân cực để đảm bảo cho chúng tan được trong nước. Cơ chế hoạt động của
chất trợ keo tụ là làm cầu nối giữa các hạt keo hình thành để tạo ra tập hợp hạt lớn và dễ
lắng hơn.
Dùng Mg2+
Sử dụng Mg2+ trong xử lý nước thải có chứa phospho để tạo ra hợp chất hóa học
Struvite, một dạng phân bón tổng hợp (N, P) nhả chậm có chất lượng cao

6



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

Nước thải hầu như không hội đủ các yếu tố trên để tạo thành struvie phù hợp với
thành phần hóa học của sản phẩm, vì vậy ta cần phải bổ sung những thành phần cịn
thiếu. Tích số tan của struvite giảm khi pH tăng, đạt giá trị cực tiểu ở pH = 8,5.
Để kết tủa phosphat và amoni có trong nước thải dưới dạng struvie cần sử dụng một
lượng dư Mg2+ và NH4+.
➢ Ưu điểm của phương pháp:
• Hiệu quả xử lý cao, ổn định.
• Có thể sử dụng bùn thải làm phân bón.
➢ Nhược điểm của phương pháp:
• Sinh ra một lượng bùn lớn.
• Giá thành xử lý cao.
Dùng muối sắt
Muối sắt II chủ yếu là dạng sắt sunfat hoặc clorua, là chất thải của quá trình xử
lý bề mặt kim loại như tẩy gỉ sắt trước khi sơn, mạ. Dung dịch thải có thể chứa tới 15%
axit tự do hoặc dạng ion (khi thủy phân sắt sẽ nhả ra H+) và có thể chứa một số ion kim
loại nặng.
Các kết tủa phosphat sắt hình thành thường ở dạng gen và hiếm khi có thành phần
ổn định. Trong điều kiện pH thấp sẽ xuất hiên các kết tủa thiếu sắt (hàm lượng Fe <
thành phần theo tỷ lượng). Quá trình cân bằng đạt từ từ ở pH 5,5 và pH đo được sẽ trãi
qua một thời gian biến động cao. Trong môi trường trung tính và bazo các ion OH- có
ái lực với Fe lớn hơn so với P𝑂43− .
1.1.5.2Loại bỏ phospho bằng phương pháp sinh học
Hợp chất phospho tồn tại trong nước thải dưới ba dạng hợp chất: phosphat đơn
(P𝑂43− ), polyphosphat (P2O7) và hợp chất hữu cơ chứa phosphat. Trong quá trình xử lý
vi sinh lượng phospho hao hụt từ nước thải duy nhất lượng được vi sinh hấp thu để xây
dựng tế bào. Hàm lượng phospho trong tế bào chiếm khoảng 2% khối lượng khơ. Trong
q trình xử lý hiếu khí, một số loại sinh vật có khả năng hấp thu phosphat cao hơn mức
bình thường trong tế bào vi sinh vật (2 – 7%), lượng phospho dư được vi sinh vật dự trữ

để sử dụng sau. Trong điều kiện yếm khí, với sự có mặt của các chât hữu cơ, lượng
phosphat dư lại được thải ra ngoài cơ thể vi sinh dưới dạng phosphat đơn. Hiện tượng
trên được sử dụng để tách loại hợp chất phospho ra khỏi môi trường nước thải bằng cách
7


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

tách vi sinh có hàm lượng phospho cao dưới dạng bùn thải hoặc tách phosphat tồn tại
trong nước sau khi xử lý yếm khí bằng biện pháp hóa học. [3]
Khả năng thực hiện việc khử phospho bằng con đường sinh học là mục tiêu của nhiều
nghiên cứu khoa học. Đó là giải pháp không cần sự hỗ trợ của các chất phản ứng và thực
tế là không sản sinh ra lượng bùn dư thừa nào. Những nghiên cứu này thực sự đã bắt
đầu vào giữa những năm 60 với cơng trình của Shapiro và Levin. Các ơng nhận thấy
rằng bùn hoạt tính khơng được sục khí thì giải phóng phospho và ngay khi nồng độ ôxy
tăng lên bùn sẽ hấp thụ lại phospho. Nguyên tắc của phospho hóa sinh học là có sự tích
lũy phospho vào một khối vi sinh.
Sự phát triển cơng nghiệp ngày càng gia tăng, lượng nước thải cũng tăng về khối
lượng. Do đó vấn đề xử lý ơ nhiễm môi trường đang trở thành một vấn đề được tất cả
các nước trên thế giới quan tâm.
Đối với các nước công nghiệp phát triển với tiềm năng kinh tế hùng mạnh đã chi
nguồn tiền khổng lồ để xử lý nước thải trong thời gian vài thập kỷ qua bằng cách đầu tư
vào xây dựng các kênh dẫn nước thải, xây dựng hệ thống xử lý nước thải tập trung, luôn
đầu tư nâng cấp các hệ thống đang hoạt động nhằm đáp ứng tiêu chuẩn thải ngày càng
được qui định ngặt ngèo hơn.
Bên cạnh đó tình trạng ơ nhiễm ở các nước đang phát triển có thu nhập thấp, nơi
khoảng 90% dân số thế giới đang sống, còn nghiêm trọng hơn do thiếu tiền đầu tư, cơ
sở hạ tầng kém hoàn thiện, nhận thức có giới hạn mà tốc độ đơ thị hóa ngày càng cao.
Một trong những giải pháp có thể lựa chọn cho những nước ngèo là tận dụng các hệ tự
nhiên để xử lý nước thải do chi phí khơng q cao. [18]

Xử lý phospho trong hệ ngập nước
Trong hệ xử lý ngập nước, hợp chất phospho được thực vật và vi sinh vật hấp thu,
hấp phụ và lắng trong bùn, kết tủa thành dạng khơng tan. Nhìn chung hợp chất phospho
chuyển hóa và tồn tại trong hệ ngập nước theo chu trình tự nhiên kín, chỉ tách ra khỏi
hệ theo sinh khối được thu hoạch và vậy nên có xu hướng tích lũy cao trong hệ. Hợp
chất phospho dạng vơ cơ có tính linh hoạt cao dạng hữu cơ nên dễ xảy ra quá trình trao
đổi giữa nước và bùn đáy, tốc độ quá trình trao đổi phụ thuộc vào nồng độ phospho của
lớp bùn, tức là phụ thuộc vào khả năng hấp phụ, giải hấp của pha bùn đáy và nước.
Hồ sinh vật

8


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

➢ Cấu tạo
Hồ sinh vật hay ơxi hóa hay hồ ổn định nước thải là loại cơng trình được sử dụng
phổ biến để xử lý nước thải của thị trấn hay khu dân cư nhỏ. Hồ thường rộng và nông
lên mức độ khuấy trộn sẽ tốt hơn những hồ hẹp và sâu. Hồ thường sâu từ 0,6 – 1,2 m và
thậm chí 3 – 6 m tùy thuộc từng loại hồ. Ngày nay, người ta sử dụng hồ sinh vật để xử
lý bậc hai hoặc bậc ba là xử lý triệt để chất thải.
➢ Cơ chế hoạt động
Hồ hoạt động trong tình trạng hiếu khí. Tuy nhiên cùng tồn tại vùng yếm khí hoặc
vùng tùy tiện, sự phân hủy chất hữu cơ được thực hiện nhờ sinh vật mà chủ yếu là nhờ
vi khuẩn, một phần nhỏ nhờ Protozoa. Trong số các chất hữu cơ đưa vào hồ các chất
không tan sẽ bị lắng xuống đáy hồ còn các chất tan sẽ được hịa lỗng trong nước. Dưới
đáy hồ sẽ diến ra q trình phân giải yếm khí các hợp chất hữu cơ nhờ tổ hợp các vi sinh
vật yếm khí có trong lớp bùn. Các sản phẩm phân hủy yếm khí trước tiên cho ra các chất
axit hữu cơ, sau đó thành NH2, H2S, CH4. Trên vùng yếm khí là vùng tùy tiện và hiếu
khí với khu hệ vi sinh rất phong phú trong đó cịn có các nhóm vi khuẩn tùy nghi

(Facultative) có cơ chế phát triển trong điều kiện có hoặc khơng có oxy tự do. Tảo là
loại sinh vật tự dưỡng, chúng sử dụng cacbonat hoặc bicacbonat làm nguồn cacbon và
sử dụng các chất dinh dưỡng vô cơ như phosphat và nitơ để làm phát triển theo sơ đồ:
CO2 + PO4 + NH3 = Phát triển tế bào mới + O 2
Phản ứng thường kèm theo việc giải phóng oxy, lượng oxy được giải phóng tỷ
lệ với lượng CO2 bị phân hủy. Khi xem xét quá trình trao đổi chất, ta thấy vi khuẩn
phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí, tạo nguyên sinh chất mới, CO2, nước là
những sản phẩm cuối cùng thì BOD ra khỏi hồ mới thấp. Tảo đóng vai trị đảm bảo
cho hồ trong điều kiện hiếu khí. [18]
Hiện nay, nhiều phương pháp vật lý, hóa học và sinh học hiệu quả đã được áp
dụng để loại bỏ/thu hồi P từ nước thải. Phương pháp loại bỏ photpho sinh học chủ yếu
dựa vào quá trình trao đổi chất của một số vi sinh vật để loại bỏ P dạng nước thải. Do
hiệu quả loại bỏ P cao, chi phí thấp và sản lượng bùn thấp, phương pháp loại bỏ phốt
pho sinh học được coi là một phương pháp đầy triển vọng để loại bỏ P khỏi nước thải
[1]. Tuy nhiên, phương pháp loại bỏ phốt pho sinh học chỉ phù hợp với nước thải có
nồng độ P thấp và tỷ lệ loại bỏ P của nó thường chỉ đạt 30% đến 40% [1] và thường dao

9


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

động theo các điều kiện vận hành và tăng trưởng [2]. Phương pháp loại bỏ photpho hóa
học đạt được mục đích loại bỏ P bằng phản ứng kết tủa hoặc trao đổi ion giữa chất phản
ứng hóa học được thêm vào và P trong nước thải. Đây là quá trình loại bỏ P tuyệt vời
đối với nước thải ngay cả với nồng độ P cao [1]. Tuy nhiên, việc thêm thuốc thử hóa
học khơng chỉ có thể làm tăng chi phí kinh tế mà cịn có thể gây ơ nhiễm bùn. Bên cạnh
đó, q trình điện hóa bị hạn chế bởi khả năng xử lý nước thải có chứa nhiều hợp chất
anion hạn chế và nhu cầu thay thế điện cực thường xuyên [2]. Phương pháp hấp phụ
không chỉ thể hiện hiệu quả cao, đơn giản trong vận hành và tạo ra ít bùn nhất mà cịn

có thể được áp dụng để xử lý nước thải với nhiều nồng độ khác nhau. Vì vậy, hấp phụ
đã thu hút ngày càng nhiều sự chú ý trên toàn thế giới. [1]
1.2 Tổng quan phương pháp hấp phụ
1.2.1 Khái niệm
Hấp phụ là phương pháp tách các chất, trong đó các cấu tử hỗn hợp lỏng, hoặc
khí hấp phụ trên bề mặt xốp, rắn. Chất hấp phụ là những vật rắn có chứa các mao
quản. Chất bị hấp phụ là chất nằm trong pha lỏng hoặc pha khí. Khi q trình hấp
phụ xảy ra tức là có dịng pha lỏng hoặc dịng pha khí chuyển động và tiếp xúc với
chất hấp phụ. Hấp phụ là quá trình chuyển động của các chất bị hấp phụ vào các
ống mao quản và trên bề mặt của chất rắn xốp. Quá trình ngược lại được gọi là quá
trình giải hấp phụ [7].
1.2.2 Tính chất hấp phụ
1.2.2.1Hấp phụ vật lý
Các nguyên tử bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử,
các ion,…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van der waals yếu. Nói một
cách khác, trong hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ
không tạo thành hợp chất hóa học (khơng hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị
ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt bằng lực liên kết phân
tử yếu (lực Van der waals) và liên kết hydro. Sự hấp phụ vật lý luôn ln thuận
nghịch. Nhiệt hấp phụ khơng lớn [8].
1.2.2.2Hấp phụ hóa học
Có những lực hóa trị mạnh (do các liên kết bền của liên kết ion, liên kết cộng
hóa trị, liên kết phối trí,...) liên kết những phân tử hấp phụ và những phân tử bị hấp

10


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023

phụ tạo thành những hợp chất hóa học trên bề mặt phân chia pha. Nói một cách

khác, hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử hấp phụ tạo thành hợp chất hóa học
với các phân tử bị hấp phụ và hình thành trên bề mặt phân chia pha (bề mặt hấp
phụ). Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thơng thường (liên kết ion,
liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí, ...) sự hấp phụ hóa học ln ln bất thuận
nghịch. Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol [8].
1.2.3 Động học quá trình hấp phụ
Hấp phụ là quá trình chuyển chất bị hấp phụ từ dung dịch khối lên bề mặt chất
hấp phụ. Động học hấp phụ, cơ chế hấp phụ và cân bằng hấp phụ không độc lập mà có
mối quan hệ với nhau. Ứng dụng quy mơ lớn của than sinh học để hấp phụ phốt pho từ
nước thải đòi hỏi sự hiểu biết rõ ràng về cơ chế khuếch tán và các phản ứng bề mặt trong
q trình hấp phụ [9]
Để mơ tả rõ hơn q trình hấp phụ, các nhà nghiên cứu đã thiết lập một số mơ
hình tốn học để kiểm tra động học hấp phụ. Q trình hấp phụ có thể được chia thành
hấp phụ kiểm soát khuếch tán và hấp phụ kiểm soát phản ứng dựa trên các nghiên cứu
động học [9]. Mơ hình động học khuếch tán qua màng chất lỏng và mơ hình động học
khuếch tán bên trong là phù hợp. Đối với phốt pho trong dung dịch, quá trình khuếch
tán vào lỗ rỗng than sinh học bao gồm các bước sau: (i) khuếch tán trong toàn bộ dung
dịch, (ii) khuếch tán trong màng chất lỏng trên bề mặt của chất hấp phụ than sinh học
và (iii) khuếch tán trong nước lỗ rỗng, cũng được gọi là khuếch tán bên trong. Đối với
hệ rắn-lỏng, chất lỏng lan truyền trên bề mặt chất hấp phụ để tạo thành một lớp màng
tương đối đứng yên và photpho phải đi qua lớp màng này trước khi đến bề mặt chất rắn.
[9]. Nếu khuếch tán màng là bước giới hạn tốc độ, thì tốc độ hấp phụ được điều khiển
bởi một biến thiên nồng độ. Trong hệ thống phản ứng được trộn đều, biến thiên nồng độ
của màng chất lỏng gần như không đáng kể, do đó khuếch tán màng thường khơng phải
là một bước kiểm soát. Nếu giai đoạn khuếch tán trong hạt là bước kiểm sốt của q
trình hấp phụ và mơ hình động học của khuếch tán trong hạt được sử dụng để đánh giá
điều này. Mơ hình khuếch tán trong hạt dựa trên các giả định: trở lực khuếch tán của
màng chất lỏng không đáng kể, hướng khuếch tán ngẫu nhiên và hệ số khuếch tán không
đổi. Đối với hấp phụ lân bằng than sinh học tẩm bismuth, sự phù hợp của mơ hình động
học thể hiện hệ số tương quan giữa 0,920 và 0,941, cho thấy mơ hình khuếch tán không


11