LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng nƣớc đang là một vấn đề đƣợc toàn xã hội quan tâm. Vấn đề này ngày càng trầm trọng đe dọa sự phát triển kinh tế xã hội bền vững, sự tồn tại và phát triển của các thế hệ hiện tại và tƣơng lai. Việt Nam chúng ta đã và đang coi trọng đến vấn đề xử lý môi trƣờng, giảm thiểu tác hại của ô nhiễm môi trƣờng nói chung và môi trƣờng nƣớc nói riêng. Ở nƣớc ta, hàng năm sản xuất hàng triệu tấn phân lân từ các nhà máy lớn nhƣ Supephotphat Lâm Thao, Long Thành, Đồng Nai, Văn Điển….Trong nguyên liệu sản xuất phân lân có chứa hàm lƣợng lớn Photphat, khi bón nhiều phân lân cho đất hàm lƣợng này sẽ tồn tại trong đất khoảng 50-60%, làm ô nhiễm đất, theo nƣớc mƣa, tiếp tục làm ô nhiễm nguồn nƣớc.
Trong các chất thải của các nhà máy sản xuất phân lân cũng chứa hàm lƣợng lớn Photphat. Lƣợng nƣớc thải này ít hoặc không đƣợc xử lý trƣớc khi thải ra ngoài môi trƣờng, gây ô nhiễm nguồn nƣớc. Hàm lƣợng Photphat trong nƣớc thải ra môi trƣờng vƣợt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép ảnh hƣởng đến sức khỏe của con ngƣời, môi trƣờng sống của các loài thủy sinh cũng nhƣ động thực vật. Việc xử lý các nguồn nƣớc thải có chứa Photphat đã đặt ra và thực hiện từ lâu nhƣng trên thực tế chƣa đƣợc thực hiện triệt để đối với các cơ sở sản xuất có nguồn nƣớc thải Photphat cao.
Laterit từ lâu đã đƣợc sử dụng để làm sạch nƣớc. Tuy nhiên, tải trọng hấp phụ của laterit thô hấp phụ Photphat thấp. Vì vậy chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu biến tính Laterit làm vật liệu hấp phụ xử lý ion Photphat trong môi trƣờng nƣớc.” với mong muốn tìm hiểu và tìm kiếm đƣợc vật liệu mới để hấp phụ, loại bỏ tốt Photphat, làm giảm tình trạng ô nhiễm môi trƣờng đang đe dọa lên cuộc sống của con ngƣời Mai Thị Thúy 1 Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Ô nhiễm Photphat và các phƣơng pháp xử lý Photphat 1.
Hóa học môi trường của Photphat Photphat là muối của axit photphoric (H3PO4): Có một muối trung hòa và hai muối axit. 10-13 Tính chất vật lý: các muối đihiđrophotphat đều tan trong nƣớc, các muối hidrophotphat và photphat trung hòa chỉ có muối K, Na, NH4 là dễ tan còn của các kim loại khác không tan hoặc ít tan trong nƣớc. Tính chất hóa học: muối photphat tham gia các phản ứng thủy phân, các phản ứng trung hòa,. Trong môi trƣờng đất photphat tồn tại trong các muối của Ca, Fe, Al,… Trong các mỏ quặng muối photphat có khả năng lƣu động chậm trong đất.
Mặc dù photphat đƣợc coi là cố định cao trong đất nhƣng nếu khả năng hấp thụ photphat của đất bị vƣợt quá thì photphat sẽ nhanh chóng chuyển xuống lớp đất sâu hơn và tập trung vào dòng chảy lớp dƣới mặt đất. Mức độ và tốc độ di chuyển phụ thuộc vào khả năng phát sinh tự nhiên của photphat trong đất. Trong môi trƣờng nƣớc photphat tồn tại ở các dạng: H2PO4-, HPO42-, PO43-, dạng polymetaphotphat nhƣ: (NaPO3)6 và photpho hữu cơ. Trong môi trƣờng không khí photphat tồn tại trên bề mặt hạt lơ lửng, dạng ion, trong các hạt bụi, các son khí,… Trong trầm tích, photphat tồn tại trong các loại khoáng quặng trong đất, trầm tích.
Ở Việt Nam photphat tự nhiên đƣợc khai thác từ canxi photphat, đƣợc chia thành hai nhóm: Nhóm apatit: là photphat biến chất, kết tinh thành những vi tinh thể apatit, có độ cứng cao. Hàm lƣợng P2O5 thay đổi trong quặng từ 15% đến 36%. Quặng loại một Mai Thị Thúy 2 Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ chứa 34-36% có thể xuất khẩu hoặc chế biến thành supephotphat, các loại quặng khác cần làm giầu trƣớc khi chế biến. Quặng apatit tập trung ở mỏ apatit Lào Cai.
Nhóm photphorit thƣờng gồm những kết hạch canxi photphat vô định hình, chứa sắt, nhôm với hàm lƣợng thƣờng thấp từ 5- 34%, dễ hòa tan trong axit yếu. Vì vậy khi xay nhỏ có thể làm phân bón trực tiếp. Thƣờng gặp trong các núi đá vôi ở Vĩnh Thịnh (Lạng Sơn), Nam Phát, Yên Sơn, Thƣợng Hòa (Quảng Nam), Kiên Lƣơng (Kiên Giang). Ngoài ra còn gặp dƣới dạng phân chim ở Hoàng Sa.
Từ 1968 đến nay, tất cả các loại quặng photphat thiên nhiên đều có thể sử dụng trực tiếp và tận dụng để chế biến làm phân bón. Chỉ có loại quặng 30-35% dùng để xuất khẩu. Chu trình photphat trong đất. Chu trình photphat trong đất.
Vòng tuần hoàn bắt đầu từ photphat vô cơ (HxPO43-x) tạo thành chất dinh dƣỡng cho vi khuẩn tồn tại và phát triển, một phần photphat vô cơ cung cấp cho nguyên sinh Mai Thị Thúy 3 Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ vật, một phần photphat không tan lắng cặn không hoạt tính. Nguyên sinh vật một phần quay trở lại photphat vô cơ, một phần làm lân hữu cơ và một phần làm dinh dƣỡng cho nguyên sinh động vật. Nguyên sinh động vật làm thức ăn cho động vật ăn thịt và một phần chết đi tạo chất hữu cơ. Động vật ăn thịt thải ra phân, hoặc chết đi, tạo các hợp chất hòa tan, dạng keo có chứa photphat quay trở lại chu trình, phần hữu cơ còn lại lắng cặn không hoạt tính.
Nguồn photphat trong môi trƣờng sinh thái đất có thể từ xác, bã hữu cơ và vật chất không hữu cơ nhƣ phân bón, thuốc trừ sâu, muối apatit. Một phần photphat bị giữ lại bởi Ca3(PO4)3, AlPO4 và FePO4 trong môi trƣờng đất. Một phần photphat phân hủy thành các ion HPO42-, H2PO4-, PO43- đƣợc hấp thụ vào rễ thực vật và vi sinh vật. Để rồi chúng tạo ra các axit amin chứa photphat và các enzyme photphat, chuyển liên kết cao năng thành năng lƣợng cho cơ thể.
ATP thành ADP và giải phóng năng lƣợng. Photpho tích lũy trong quả hạt rất cao và là nguyên tố không thể thiếu của thực vật. Khi động vật ăn thực vật, photphat biến thành chất liệu của xƣơng và của các liên kết enzyme. Động vật, thực vật và con ngƣời chết đi thì photphat trong cơ thể biến thành photphat trong môi trƣờng sinh thái đất.
Một phần photphat đi vào nƣớc và đại dƣơng. Ở đây chúng làm thức ăn cho động vật phù du. Cá tôm ăn động vật phù du, ngƣời ăn cá tôm thì photphat đi vào cơ thể ngƣời và cuối cùng ngƣời chết thì photphat trả lại cho môi trƣờng sinh thái đất. Một phần nhỏ photphat nằm trong trầm tích dƣới đáy biển và một phần nhỏ nhờ thực vật rừng tiêu thụ rồi trả lại cho đất.
Vòng tuần hoàn của photphat trong nước. Mai Thị Thúy 4 Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ Hình 1. Chu trình photphat trong nước. Một số nguồn gây ô nhiễm photphat Photphat tồn tại trong nƣớc là do sự phát tán từ các nguồn nhân tạo là chủ yếu nhƣ: Phân bón vô cơ, hợp chất hữu cơ của thuốc trừ sâu, polyphotphat từ nguồn chất tẩy rửa (chất khử cứng).
Ngoài ra nó còn là thành phần của các chất kìm hãm ăn mòn, phụ gia trong nhiều ngành công nghiệp thực phẩm. Nƣớc thải dân dụng (bể phốt), nƣớc thải nông nghiệp, công nghiệp cũng là nguồn chính nhiễm photphat. Một nguồn photphat khác là quá trình rửa trôi photphat dƣ thừa của các vùng đất canh tác và sa lắng từ khí quyển. + Các nguồn thải từ hệ thống cống rãnh trong các khu thị trấn, thành phố, các khu công nghiệp.
Nguồn thải này phụ thuộc rất nhiều vào mức sống của dân số và tiêu chuẩn vệ sinh trong khu vực; + Nƣớc thải từ các vùng canh tác, chăn nuôi, phân súc vật thối rữa…; + Nƣớc thải từ các khu vực sản xuất công nghiệp, chế biến các sản phẩm nông nghiệp và khu vực sản xuất nông nghiệp… Mai Thị Thúy 5 Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ Muối photphat vô cơ đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp bao gồm: sản phẩm làm sạch, kem đánh răng, bật lửa, công nghiệp dệt may, xử lý nƣớc và phân bón [5]. Tác hại của photphat Trong môi trƣờng nƣớc, P tồn tại ở các dạng: H2PO4-, HPO42-, PO43-, dạng polymetaphotphat nhƣ: Na(PO3)6 và photphat hữu cơ. Muối photphat vô cơ đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp bao gồm: sản phẩm làm sạch, kem đánh răng, bật lửa, công nghiệp dệt may, xử lý nƣớc và phân bón. Khi lƣợng photphat có trong đất quá nhiều, các ion photphat sẽ kết hợp với các kim loại trong đất nhƣ nhôm (Al3+), sắt (Fe3+, Fe2+)…dẫn đến chai cứng đất, tiêu diệt một số sinh vật có lợi, không tốt cho cây trồng phát triển.
Trong môi trƣờng nƣớc, khi lƣợng photphat quá dƣ sẽ gây nên hiện tƣợng phú dƣỡng. Trong môi trƣờng tự nhiên, quá trình trao đổi, hòa tan photphat từ dạng kết tủa hoặc phức bền diễn ra từ từ, quá trình tiêu thụ photphat diễn ra cân bằng tạo ra sự phát triển ổn định cho hệ sinh vật. Tuy nhiên khi lƣợng photphat quá dƣ do nƣớc thải mang đến gây hiện tƣợng phú dƣỡng ở các lƣu vực. Phú dƣỡng là hiện tƣợng phát triển ồ ạt, mạnh mẽ của các loài sinh vật thủy sinh nhƣ rong, bèo, tảo…Sự phát triển quá mạnh mẽ sẽ gây nên sự thay đổi hệ sinh thái và điều kiện môi trƣờng.
Với mật độ dày đặc, chúng ngăn cản ánh sáng đi sâu vào lòng nƣớc. Khi chết đi quá trình phân hủy xác của chúng cần một lƣợng oxi lớn, làm cạn kiệt oxi trong nƣớc, làm tăng các chất ô nhiễm trong nƣớc, do các sản phẩm phân hủy không hoàn toàn. Các xác chết cùng sản phẩm phân hủy tạo nên lớp bùn dày ở đáy hồ. Cứ nhƣ vậy, sau một thời gian, quá trình phân hủy hiếu khí chuyển thành phân hủy yếm khí tạo ra nhiều sản phẩm có tính khử, càng làm ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, tạo ra các khí độc, các khí có mùi khó chịu.
Hậu quả làm sinh vật sống trong nƣớc bị chết, ở mức độ nhẹ hơn, đối với các lƣu vực có dòng chảy, hiện tƣợng phú dƣỡng có thể làm Mai Thị Thúy 6 Khóa K24- Cao học Hóa Môi trƣờng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.