Nghiên cứu thu hồi amoni và photphat có trong nước thải chế biến mủ cao su bằng công nghệ kết tủa struvit TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NGÔ VĂN THANH HUY NGHIÊN CỨU THU HỒI AMMONI VÀ PHOPHAT CÓ TRONG NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO SU BẰNG CÔNG NGHỆ KẾT TỦA STRUVIT Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 9520320 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP.HCM – 2022 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG Người hướng dẫn khoa học PGS TS Lê Anh Kiên TS Trần Minh Chí Phản biện 1: GS TS Nguyễn Phước Dân Phản biện 2: GS TS Nguyễn Quốc Hiến Phản biện 3: PGS TS Phùng Chí Sỹ Luận án bảo vệ Hội đồng chấm luận án tiến sỹ cấp Viện, họp tại: Viện Khoa học Công nghệ quân vào hồi…giờ… ngày….tháng….năm 2022 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện Khoa học công nghệ quân - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN Trong vài năm gần đây, khan nitơ, photpho dần trở thành khủng hoảng công nghiệp phân bón nói riêng hệ thống lương thực tồn cầu nói chung Theo tính tốn Viện nghiên cứu Phosphate Florida (2015), ước tính giới có khoảng 7.000 triệu phốt phát đá P2O5 tồn tự nhiên khai thác kinh tế, người tiêu thụ khoảng 40 triệu P P2O5 năm dự đoán nhu cầu sử dụng phosphat giới tăng 1,5% năm Xuất phát từ áp lực vừa kiểm soát tượng phú dưỡng, vừa phải đáp ứng nguồn cung nitơ, photpho cho ngành phân bón, nhiều nghiên cứu tập trung phát triển giải pháp nhằm thu hồi nitơ, photpho từ nước thải Trong số nhiều giải pháp thay thế, giải pháp dựa việc thu hồi tái sử dụng chất dinh dưỡng có nước thải công nghệ kết tủa struvit thuận lợi khả thi thúc đẩy phát triển công nghệ bền vững Thu hồi, tái sử dụng chất dinh dưỡng có nước thải vừa đáp ứng mục tiêu bảo vệ nguồn nước, tiết kiệm lượng, hoá chất, vừa thu hồi hợp chất dinh dưỡng làm phân bón giảm khai thác nguồn tài nguyên Luận án “Nghiên cứu thu hồi amoni (NH4+), photphat (PO43-) có nước thải chế biến mủ cao su công nghệ kết tủa struvit” nghiên cứu động học trình tạo kết tủa struvit như: vận tốc phản ứng, bậc phản ứng, ứng dụng phần mềm qui hoạch thực nghiệm (Design of Experiments) để nghiên cứu xác định yếu tố ảnh hưởng nhằm tối ưu hóa qui trình tạo kết tủa struvit Bên cạnh đó, ứng dụng phần mềm mơ hình hóa mơ Ansys fluent với mơ hình cân khuấy trộn để phát triển mơ hình chiều dự đốn khối lượng struvit tạo thành ảnh hưởng vận tốc khuấy bồn phản ứng đến q trình kết tủa struvit, qua đánh giá tính khả thi q trình từ thiết kế qui trình thu hồi amoni photpho có nước thải đạt hiệu cao nhằm đáp ứng mục tiêu bảo vệ nguồn nước, tiết kiệm nguồn tài nguyên, vừa kết hợp thu hồi sản phẩm struvit dạng phân bón nhả chậm sử dụng nông nhiệp trồng trọt xu hướng nghiên cứu để ứng dụng vào thực tế tương lai MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU  Xác định yếu tố ảnh hưởng đến hiệu thu hồi Amoni, Photphat có nước thải công nghệ kết tủa struvit  Xây dựng phương trình chuẩn số để mở rộng mơ hình xử lý quy mô công nghiệp  Xây dựng mơ hình tối ưu thu hồi Amoni, Photphat có nước thải công nghệ kết tủa struvit PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, KỸ THUẬT SỬ DỤNG Luận án sử dụng kỹ thuật phân tích hóa lý, cơng cụ kính hiển vi điện tử quét SEM XRD, để đánh giá hình thành kết tủa struvit mẫu thử nghiệm, thông số động học Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN  Xây dựng mơ hình vật thể (vật lý) vận hành theo mơ hình khuấy lý tưởng đẩy lý tưởng Rút quy luật động học q trình thơng qua thời gian phản ứng, vận tốc khuấy trộn Từ đó, đánh giá hiệu thu hồi Amoni, Phosphat có nước thải công nghệ kết tủa Struvit  Xác định mơ hình tối ưu thu hồi Amoni, Phốt phát có nước thải cơng nghệ kết tủa struvit CHƯƠNG TỔNG QUAN Khái quát Các nguồn phát sinh nước thải có chứa nhiều amoni phốt pho; Tính chất hóa học amoni, phốt phát; Các phương pháp, công nghệ xử lý amoni, phốt pho, amoni phốt có nước thải nay; Sơ lược struvit (MAP) Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tạo kết tủa struvit (MAP); Các mơ hình nghiên cứu thu hồi amoni phốt phát công nghệ kết tủa struvit giới; Tổng quan nghiên cứu thu hồi amoni phốt phát giới Việt Nam CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu 2.1.1 Dụng cụ, hóa chất Thí nghiệm tiến hành với dạng nước thải mô Nước thải từ hệ thống xử lý Nhà máy chế biến mủ cao su 74 Các loại hóa chất sử dụng như: Thuốc thử Nessler, NaOH, NH4Cl, KH2PO4, MgCl2.6H2O hóa chất tinh khiết thuộc hãng Merck 2.1.2 Mơ hình thí nghiệm - Mơ hình thí nghiệm mẻ Mơ hình nghiên cứu mơ hình phản ứng có khuấy liên tục (Hình 2.1) Hình 2.1 Mơ hình thí nghiệm mẻ dạng CSTR - Mơ hình thí nghiệm liên tục: nghiên cứu phịng thí nghiệm tiến hành Hình 2.2 Hình 2.1 Sơ đồ mơ hình thí nghiệm liên tục 2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 2.2.1 Thí nghiệm mẻ 2.2.2 Thí nghiệm liên tục 2.2.3 Phương pháp thực nghiệm Design Expert 2.2.4 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét EM 2.2.5 Phân tích cấu trúc bề mặt vật liệu XRD 2.2.6 Phương pháp phân tích mẫu 2.2.7 Phương pháp tiếp cận hệ thống 2.2.8 Nghiên cứu mô sử dụng phần mềm Ansys Fluent CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu thực nghiệm 3.1.1 Nghiên cứu xác định yếu tố ảnh hưởng trình hình thành kết tủa struvit 3.1.1.1 Ảnh hưởng pH Thí nghiệm tiến hành với tỉ lệ mol Mg2+: NH4+: PO43là 1: 1: 1, giá trị pH khảo sát 8,0÷11; thời gian phản ứng 60 phút, vận tốc khuấy trộn 50 vòng/phút Kết nghiên cứu cho thấy: Ở pH từ 8-10,5 hiệu suất loại NH4+ tăng pH tăng, đạt 80%, hiệu loại NH4+ có xu hướng giảm xuống cịn 76% pH >10 (Hình 3.1) Hiệu suất loại Photphat tăng từ pH 8-10, đạt 93% giá trị pH 9,5 Khi pH tăng lên 10 11 hiệu suất loại Photphat tăng không đáng kể pH ≥8,5 yếu tố quan trọng để hình thành kết tủa struvit, pH