NGHIÊN CỨU THU HỒI NITO VÀ PHOTPHO TỪ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT PHÂN BÓN BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA STRUVITE

NỘI DUNG
1

TỔNG QUAN XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2

KHOÁNG STRUVITE

3

THIẾT BỊ PHẢN ỨNG

4

TỶ LỆ THU HỒI N VÀ P

5 CHẤT LƯỢNG PHÂN VÀ THỬ NGHIỆM


TỔNG QUAN
TÌNH HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở VIỆT NAM

Nước thải được thải ra biển La Gi (Bình Thuận)

Nước thải chăn nuôi trong các cơ sở ở Tp HCM


MỘT SỐ PP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Các P/p
phổ biến

PP VẬT LÝ
•Lọc qua song
chắn rác
•Lắng lọc bỏ cặn
tụ
•Dùng As mặt trời
làm khô

PP HÓA HỌC

PP SINH HỌC
•Ủ ( nóng, lạnh)
•Hồ sinh học, bể
lắng
•Lên men, tiêu hủy
xác và PP khác

•Kết tủa => tạo
bông => loại tác
nhân gây ô
nhiễm


TỔNG QUAN VỀ STRUVITE (MAP)
Kết hợp 3 ion: Mg2+, NH4+, PO43 (MgNH4PO4.6H2O)
pKs=12.6-13.26
Ít tan trong nước hay dung dịch => giải
phóng chậm N,P cho đất
Ưu điểm
•Sinh học: các khoáng chất trong MAP dễ

dàng bị hấp thụ bởi cây
•Chậm tan: tính hòa tan thấp, đảm bảo
tính ổn định
•Tinh khiết cao: các kim loại nặng không
kết tủa với MAP
•Sử dụng trực tiếp làm phân bón


TỔNG QUAN VỀ STRUVITE (MAP)
Sơ đồ quá trình hình thành MAP trong tự nhiên

Qúa trình phụ thuộc 2 yếu tố chính:
Tỷ lệ Mg:N:P
Gía trị pH của qt phản ứng


DẠNG TỒN TẠI CỦA N VÀ P TRONG NƯỚC THẢI
NH4+

Nước thải

NO3PO43-

P

N

NO2-

Phosphat hữu cơ

Axit amin
PolyphosPhate


CÁC CHỈ SỐ QUAN TRỌNG

Production of slow release crystal fertilizer from wastewaters through struvite crystallization – A review (2014)


YÊU CẦU XỬ LÝ NƯỚC THẢI THEO TCVN


TÍNH CHẤT LÝ HÓA STRUVITE
CTPT: MgNH4PO4.6H2O
Trọng lượng: 245,43 g/mol
Tinh thể không đều, không có vỏ, thô
Struvite tinh khiết dạng bột tinh thể màu trắng
Là khoáng chất xốp mềm, trọng lượng riêng thấp ( SG=1.7 )
Tính tan: độ hòa tan kém, ít tan trong kiềm và trung tính, dễ tan hơn
trong axit (25oC 0,008g/100ml H2O , 0,033g/100ml HCL 0,001N )
Kích thước: 15um – 3.5mm
Tốc độ tăng trưởng tinh thể 0.173 mm/ngày


CTPT STRUVITE THEO CÁC ĐIỀU KIỆN


HÌNH ẢNH STRUVITE

LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ TẠO MẦM STRUVITE
TẠO
MẦM

Tạo dung
dịch siêu
bão hòa
(nồng độ
chất tan cao
hơn độ tan)

SINH
TRƯỞN
G

Cho tinh
thể chất
tan vào dd,
lượng chất
tan dư bắt
đầu kết
tinh quanh
tinh thể

TINH
THỂ

Tinh thể lớn
dần đến khi
nồng độ dd

giảm xuống
bằng độ tan

Mg2+ + NH4+ + PO43- + 6H2O => MgNH4PO4.6H2O
(pKs = 12.6 25oC)


ĐIỀU KIỆN TẠO STRUVITE

1

Tỷ lệ mol của 3 thành phần

2

Độ pH của phản ứng hóa học

3

Tốc độ sục khí

4

Chế độ hoạt động của thiết bị


ĐIỀU KIỆN TẠO STRUVITE
1. TỶ LỆ MOL
MgNH4PO4.6H2O

Mg : N : P = a : b :c

Tăng hiệu suất => Loại
bỏ N, P, COD và màu

A. Nguồn Mg
Mg(OH)2

MgSO4

Tăng TSS =>
loại N giảm

Nguồn
Mg

Không có sự
khác biệt nhiều
MgCl2

MgO

B. lượng Ca2+

Ca2+ + PO43- => Ca3(PO4)2
=> Struvite không tinh khiết, khả năng loại bỏ P kém

Kết luận: một số thí nghiệm với tỉ lệ Mg và P <1 hay > 1 đều cho
khả năng loại bỏ thấp =>tỷ lệ Mg:N:P tốt nhất để tạo struvite là
1.15:1:1

ĐIỀU KIỆN TẠO STRUVITE
Phạm vi phù hợp

2. ĐỘ PH
7

7.5

9

pH
11.5

Tăng pH => tăng tốc độ sinh trưởng tinh thể
pH=8.3 => loại bỏ 90% P ở đk phù hợp
pH=8-9, hàm lượng struvite 30-70%
pH>9-9.5 => hàm lượng < 30%, tủa bột trắng (có màu), lẫn Mg(OH)2 và Mg3(PO4)2
pH>10.5 => Mất tủa struvite
pH=7.0-7.5 => Struvite tinh khiết 99.7%
Ngoài ra: pH ảnh hưởng và thời gian lưu (CRT) ảnh hưởng tới kích thước struvite


ĐIỀU KIỆN TẠO STRUVITE
3. TỐC ĐỘ SỤC KHÍ
Đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ ammoniac hòa tan để hay hơi từ
dung dịch
0.6 l/p trong 24h => loại 93.4%
10 l/p trong 12h => loại 95.3%

Sự hình thành struvite tỉ lệ
thuận với tốc độ sục khí

0.6 l/p trong 4h = 0l/p trong 24h => loại 60.2%
Nguyên nhân: sục khí giúp loại bớt CO2, tăng pH => ảnh hưởng sự hình
thành struvite
Nhược điểm: sục khí tạo bọt trong quá trình => thêm chất phá bọt => tốn kém


ĐIỀU KIỆN TẠO STRUVITE
4. CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ KẾT TINH
Loại bỏ N và P trong nước thải từ pp struvite bằng các lò phản ứng khác
nhau (tùy vào chi phí sản xuất thiết bị)


THIẾT BỊ PHẢN ỨNG
1.Thiết kế thiết bị phản ứng kết tủa Struvite-MAP (MgNH4PO4.6H2O)

• Được thiết kế theo hình nón và được làm bằng
vật liệu polymethyl methacrylate
• Thể tích hiệu quả: 6.69 L

• Nhập liệu: Nước thải, các hóa chất (NH4Cl,
Na2HPO4.12H2O và MgCl2)

Int. J. Environ. Res. Public Health 2018


THIẾT BỊ PHẢN ỨNG

2.Thiết bị phản ứng kết tủa struvite từ nước tiểu gia súc

• Dung dịch MgCl2 được chuẩn bị với tỷ
lệ mol 1: 1 theo nồng độ PO43- có trong
nước tiểu
• Vận tốc dòng chảy 8.2 mL/s
• Các kết tủa struvite được thu thập và
sấy khô ở nhiệt độ phòng

The 11th Regional Conference on Chemical Engineering (RCChE 2018)


THIẾT BỊ PHẢN ỨNG
3.Tách struvite từ nước thải ngành công nghiệp phân bón

Sơ đồ công nghệ đơn giản của nhà máy sản xuất struvite liên tục từ nước thải ngành
công nghiệp phân bón
Thời gian lưu của dd trong TBPU là 900-7200s
Phản ứng kết tủa struvite ở nhiệt độ 298 K, dưới áp suất khí quyển
Andrzej Matynia et al. / Procedia Environmental Sciences 18 ( 2013)


TỶ LỆ THU HỒI N VÀ P
1.Một số yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi N và P

Int. J. Environ. Res. Public Health 2018


TỶ LỆ THU HỒI N VÀ P
1.Một số yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi N và P

a.Độ pH

pH có ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ thu hồi của N và P
Tỷ lệ thu hồi của N và P nhanh chóng tăng khi độ pH tăng từ 8 đến 9. Khi giá trị pH
tăng thêm lên 10, tỷ lệ thu hồi của P vẫn ổn định với khoảng 95%, tỷ lệ thu hồi của N
tăng lên 78%

Int. J. Environ. Res. Public Health 2018


TỶ LỆ THU HỒI N VÀ P
1.Một số yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi N và P
b. Tỷ lệ số mol Mg/P

 Tỷ lệ thu hồi của P tăng nhanh từ 80,8% đến 95,5% khi Mg/P tăng từ 0,8 lên 1,2
Tỷ lệ thu hồi chỉ tăng 2% khi giá trị của Mg/P tăng từ 1,2 lên 1,6
 Mg/P ít ảnh hưởng đến tốc độ phục hồi của N
Tỷ lệ thu hồi của N chỉ tăng từ 72,13% lên 75,85% khi giá trị của Mg/P tăng từ 0,8
lên 1,6

Int. J. Environ. Res. Public Health 2018


TỶ LỆ THU HỒI N VÀ P
1.Một số yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi N và P
c. Tỷ lệ số mol N/P

 N/P tăng từ 1.2 đến 2 ít ảnh hưởng đến tốc độ thu hồi của P
 N/P giảm từ 2 xuống 1,2 tỷ lệ thu hồi N tăng nhanh từ 67,2% lên
83,3%

Int. J. Environ. Res. Public Health 2018


TỶ LỆ THU HỒI N VÀ P
2.Tối ưu hóa thí nghiệm

Sau khi phân tích dữ liệu thực và được kiểm tra lại bằng các thí nghiệm
Điều kiện tối ưu: Mg/P = 1,6, N/P = 1,2 và pH = 10
Tỷ lệ thu hồi của N và P lần lượt là 89,6% và 99,6%.

Int. J. Environ. Res. Public Health 2018