Nghiên cứu công nghệ thu hồi nitơ phốtpho trực tiếp từ nước thải nhà máy phân bón và định hướng sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân bón

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THU HỒI NITƠ, PHỐTPHO TRỰC TIẾP TỪ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY PHÂN BÓN VÀ ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT PHÂN BĨN Cơ quan chủ trì nhiệm vụ: Trường Đại học Bách Khoa Chủ nhiệm nhiệm vụ: PGS.TS Lê Minh Viễn Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 2/2023 ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THU HỒI NITƠ, PHỐTPHO TRỰC TIẾP TỪ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY PHÂN BÓN VÀ ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG LÀM NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT PHÂN BÓN (Đã chỉnh sửa theo kết luận Hội đồng nghiệm thu ngày 12/01/2023) Chủ nhiệm nhiệm vụ Lê Minh Viễn Cơ quan chủ trì nhiệm vụ Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 2/2023 MỤC LỤC MỤC LỤC TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG 10 DANH MỤC HÌNH 12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 16 1.1 Tính cấp thiết đề tài 16 1.2 Các công nghệ xử lí nước thải loại bỏ N P nước thải 18 1.2.1 Công nghệ xử lí nước thải SBR – xử lí nitơ nước thải 18 1.2.2 Công nghệ Stripping – xử lí nitơ phương pháp đuổi khí NH3 20 1.2.3 Cơng nghệ xử lí nước thải cơng nghệ AAO – xử lí nitơ photpho 21 1.2.4 Cơng nghệ xử lí nước thải công nghệ MBBR 22 1.3 Kết tủa struvite – MgAP (Magie amoni photphat) 23 1.3.1 Tổng quan struvite 23 1.3.2 Các cơng trình nghiên cứu tổng hợp MgAP từ nguồn nước thải 25 1.3.3 Nghiên cứu tối ưu thông số công nghệ từ phần mềm Design Expert 29 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG - VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1 Hóa chất dụng cụ 33 2.1.1 Hóa chất 33 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị 34 2.2 Khảo sát đánh giá thông số thành phần nước thải nhà máy sản xuất phân bón công nghệ xử lý 34 2.2.1 Xác định nồng độ chất dinh dưỡng nước thải: 35 Trang 2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ đến khả thu hồi N, P từ dung dịch nước thải nhà máy phân bón 35 2.3.1 Điều chế struvite 35 2.3.2 Xác định nồng độ dinh dưỡng N, P 36 2.3.3 Lựa chọn thông số quy hoạch thực nghiệm (các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi nitơ photpho) 37 2.4 Nghiên cứu, đánh giá đặc trưng hoá học, hoá lý, lý sản phẩm 38 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 40 3.1 Khảo sát đánh giá thông số thành phần nước thải nhà máy sản xuất phân bón cơng nghệ xử lý 40 3.1.1 Các đặc trưng nguồn nước 40 3.1.2 Nghiên cứu, phân tích đánh giá cơng nghệ sử dụng để xử lý nước thải nhà máy sản xuất phân bón 56 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng thông số đến khả thu hồi N, P 58 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng thông số công nghệ đến hiệu suất thu hồi Nitơ Phốt 58 3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng kali đến hiệu suất thu hồi N P 62 3.2.3 Đánh giá sơ sản phẩm thu 67 3.2.4 Nghiên cứu phân tích đánh giá thiết lập thông số công nghệ để thực trình thu hồi N, P 69 3.3 Nghiên cứu, phân tích, đánh giá đặc trưng hoá học, hoá lý, lý sản phẩm thu từ trình thu hồi N, P từ nước thải nhà máy phân bón quy mơ phịng thí nghiệm 78 3.3.1 Nghiên cứu phân tích, đánh giá đặc trưng hố lý sản phẩm thu từ trình thu hồi N, P từ nước thải nhà máy phân bón 78 Trang 3.3.2 Nghiên cứu phân tích, đánh giá động học phân tán (tốc độ nhả/tan) nước sản phẩm thu từ trình thu hồi N, P từ nước thải nhà máy phân bón 85 3.4 Nghiên cứu xây dựng hệ thống thử nghiệm thu hồi N,P nước thải nhà máy phân bón cơng suất xử lý 1m3/ngày sản xuất 50 kg struvite theo quy trình cơng nghệ gián đoạn 94 3.4.1 Nghiên cứu cải tạo, chuẩn bị mặt để lắp đặt khu vực thử nghiệm, hệ thống điện thiết bị sản suất struvite theo công nghệ gián đoạn 94 3.4.2 Nghiên cứu cải tạo – sửa chữa lắp đặt thiết bị phản ứng hệ thống xử lý – thu hồi N, P công nghệ gián đoạn sản xuất struvite 96 3.4.3 Nghiên cứu lắp đặt, kết nối chạy thử không tải tinh chỉnh thiết bị hệ thống sản xuất struvite 102 3.4.4 Nghiên cứu thử nghiệm thu hồi sản phẩm struvite 104 3.4.5 Phân tích đánh giá tính chất sản phẩm thu từ hệ thống công nghệ sản xuất gián đoạn 107 3.4.6 Nghiên cứu tạo hạt đánh giá tính chất hố lý, lý hạt phân bón struvite dạng viên có kích thước từ 2-4 mm từ nguồn struvite sản xuất nước thải nhà máy phân bón 112 3.4.7 Phân tích đánh giá thành phần nước thải sau cơng đoạn thu hồi Từ tính tốn, đánh giá hiệu chi phí cơng nghệ thu hồi 114 3.5 Nghiên cứu sản xuất phân bón NPK sử dụng nguồn struvite sản xuất từ nước thải nhà máy phân bón 122 3.5.1 Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần phối liệu đến khả tạo hạt mẫu phân bón NPK sử dụng nguồn struvite sản xuất từ nước thải nhà máy phân bón 122 3.5.2 Nghiên cứu phân tích, đánh giá đặc trưng hóa lý sản phẩm NPK tạo từ struvite sản xuất trình thu hồi N, P từ nước thải 132 Trang 3.5.3 Nghiên cứu phân tích, đánh giá động học phân tán (tốc độ nhả/tan) nước sản phẩm NPK tao từ struvite sản xuất trình thu hồi N, P từ nước thải nhà máy phân bón 136 3.5.4 Nghiên cứu phân tích, đánh giá mối liên hệ tính chất hoá học, hoá lý, động học sản phẩm thu để đưa điều kiện công nghệ tối ưu tạo sản phẩm NPK từ struvite sản xuất trình thu hồi N, P từ nước thải nhà máy phân bón 138 3.6 Xây dựng quy trình, tiêu chuẩn sản phẩm, báo cáo công bố kết nghiên cứu 141 3.6.1 Xây dựng quy trình cơng nghệ đề xuất hệ thống thu hồi N P từ nước thải nhà máy sản xuất phân bón 141 3.6.2 Nghiên cứu xây dựng 01 tiêu chuẩn sở phân bón struvite sản xuất từ nước thải nhà máy phân bón 145 3.6.3 Nghiên cứu xây dựng 03 tiêu chuẩn sở phân bón NPK sử dụng struvite sản xuất trình thu hồi N, P từ nước thải nhà máy phân bón 154 3.6.4 Nghiên cứu đánh giá hiệu môi trường, kinh tế công nghệ thu hồi trực tiếp N, P từ nước thải nhà máy phân bón viết báo cáo 163 3.6.5 Nghiên cứu, phân tích, đánh giá mối quan hệ thông số công nghệ thu hồi N,P đến hiệu kinh tế hiệu môi trường sản xuất phân bón 170 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 176 4.1 Nội dung thực đề tài 176 4.2 Sản phẩm đề tài: 177 4.3 Kiến nghị 178 TÀI LIỆU THAM KHẢO 180 PHỤ LỤC 184 Trang TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung nghiên cứu báo cáo bao gồm: Khảo sát công nghệ xử lý nước thải, đánh giá thành phần có nước thải nhà máy sản xuất phân bón làm sở để đề xuất công nghệ thu hồi kết tủa struvite Nghiên cứu ảnh hưởng thông số công nghệ tỷ lệ mol N/P, Mg/P, pH, thời gian kết tủa đến hiệu suất thu hồi struvite Sự có mặt K không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất thu hồi kết tủa Kết cho thấy struvite kết tủa pH 7,5 Ở điều kiện pH 8,3, Mg/P=1,0, thời gian phản ứng 60 phút, hiệu suất đạt 92,95,0% Kết nhiễu xạ tia X cho thấy kết tủa thu struvite đơn pha Struvite thu thời gian 60 phút đánh giá phương pháp kính hính hiển vi điện tử qt, có kích thước m x 11 m, Struvite thu dạng phân bón chậm tan Từ kết thực ngiệm quy mô 1m3/ngày, pH 8,3, Mg/P=1,0, thời gian phản ứng 60 phút sản phẩm thu Struvite đơn pha, thu có khối lượng riêng đổ đống từ 497-580 kg/m3 (phù hợp với sản phẩm thương mại), kích thước 13,3 m  22,4 m Struvite sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất sản phẩm phân bón hạt 10-10-5 struvite, 17-3-5 struvite, 16-20-0 struvite, cho thấy sản phẩm có độ bền cao, dễ dàng tạo hạt kết hợp với ngyên liệu truyền thống khác Struvite phù hợp làm nguyên liệu để sản xuất phân bón bón trực tiếp cho trồng (ở dạng phân bón gốc) Tóm lại, việc thu hồi struvite từ nguồn nước thải giàu N, P phương pháp đem lại nhiều lợi ích mơi trường kinh tế dễ dàng áp dụng thực tiễn để thu hồi nước thải từ nhà máy phân bón, đặc biệt với nhà máy có nước thải chứa hàm lượng N, P cao Ngoài ra, kết nghiên cứu đề tài sản phẩm 50kg Sản phẩm struvite thu hồi từ nước thải, 01 Báo cáo phân tích khảo sát nhà máy phân bón, 01 quy trình cơng nghệ thu hồi struvite từ nước thải nhà máy phân bón, 01 quy trình cơng nghệ sản xuất phân NPK sử dụng sản phẩm struvite tạo trình thu hồi N, P từ nước thải nhà máy phân bón, 01 tiêu chuẩn sở sản phẩm struvite, 03 tiêu Trang chuẩn sở loại phân NPK, 01 báo cáo phân tích hiệu kinh tế mơi trường, 01 Mơ hình áp dụng thực tế công ty, 01 Bài báo nước, 01 Bài báo tạp chí quốc tế có phản biện (Trong hệ thống ISI / Scopus), Đào tạo 02 thạc sỹ, 01 giải pháp hữu ích Trang DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VIẾT TẮT THUẬT NGỮ TIẾNG VIẾT MGAP: Struvite MBBR Thiết bị phản ứng màng sinh học SBR Thiết bị phản ứng dạng mẻ UASB Bùn kỵ khí dịng chảy ngược XRD Nhiễu xạ tia X SEM Kính hiển vi điện tử quét Nhà máy A Nhà máy phân bón Bình Điền II Nhà máy B Nhà máy phân bón Hà Lan Nhà máy C Nhà máy phân bón Đạm Cà Mau Trang DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Phương pháp phân tích hàm lượng chất dinh dưỡng nước thải 35 Bảng 3.1 Hàm lượng N tổng, P2O5, K2O, pH, độ Bome nguồn nước thời gian lấy mẫu nguồn A 41 Bảng 3.2 Hàm lượng Ntổng, P2O5, K2O, pH, độ Bome, tỷ trọng nguồn nước B theo thời gian lấy mẫu 42 Bảng 3.3 Hàm lượng N, P2O5, K2O ban đầu mẫu nước thải phân bón NPK lần 54 Bảng 3.4 Hàm lượng N, P2O5, K2O, pH mẫu nước thải phân bón NPK lần 54 Bảng 3.5 Các thơng số nguồn nước 58 Bảng 3.6: Ảnh hưởng tỷ lệ mol K/N (0,1, 0,5) đến hiệu suất thu hồi N, P2O5 63 Bảng 3.7 Ảnh hưởng tỷ lệ mol K/N (0,1, 0,5) đến hiệu suất thu hồi N, P2O5 64 Bảng 3.8 Phạm vi thay đổi yếu tố 70 Bảng 3.9 Ma trận Box-Behnken 70 Bảng 3.10 Ma trận Box-Behnken liệu thực nghiệm phân tích 71 Bảng 3.11 Kết phân tích ANOVA hiệu thu hồi Phốtpho 73 Bảng 3.12 Kết phân tích ANOVA hiệu thu hồi Nitơ 73 Bảng 3.13 Sự ảnh hưởng thời gian kết tính đến kích thước struvite 83 Bảng 3.14 Tỷ trọng khối lượng riêng mẫu struvite giá trị pH 84 Trang 10 trường khơng khí xung quanh nhà máy, đặc biệt khu vực xử lý nước thải nhà máy phân bón Điều giúp tạo mơi trường khơng khí cho người lao động, bảo vệ sức khỏe người lao động nhà máy khu vực xung quanh - Tạo sản phẩm struvite làm nguyên liệu cho sản xuất sản phẩm phân bón hệ mới, thân thiện với môi trường, giảm phát thải N, P tự môi trường nước trình bón phân, giảm nhiễm mơi trường nước bảo vệ chất lượng nguồn nước mặt phục vụ nông nghiệp bền vững Tương tự phương án 1, tính tốn chi phí hóa chất phương án điều kiện thực tiễn cụ thể loại nước thải thực tế (ở nội dung 4) cho thấy phương án không tạo lợi nhuận từ struvite thu được, số hiệu kinh tế phương án sau: - Phương án tạo sản phẩm struvite với lượng đáng kể nên sử dụng phối trộn tạo phân bón thay nguồn N, P sản xuất NPK sản xuất loại phân bón thể hệ giúp đa dạng hóa sản phẩm, đem lại lợi ích trước mắt lâu dài cho nhà máy - Thu hồi nguồn P nguyên liệu không tái tạo ngành cơng nghiệp phân bón góp phần vào việc phát triển bền vững ngành cơng nghiệp sản xuất phân bón nói riêng ngành nơng nghiệp nói chung Tuy nhiên lượng P thu hồi thấp phương án - Giúp giảm chi phí hóa chất, lượng, thiết bị hệ thống xử lý nước thải đảm bảo hoạt động hiệu hệ thống xử lý nước thải Khác với phương án phương án trì pH ổn định tương tự pH nước thải trình kết tủa struvite nên có hiệu tốt trì hoạt động vi sinh vật hệ thống xử lý nước thải nhà máy Thông số pH thấp làm giảm lượng NH3 mơi trường khơng khí xung quanh, giảm chi phí liên quan đến bảo trì, bảo dưỡng hệ thống điều khiển tự động hệ thống Trang 173 Phương án 3: Thu hồi 90% P công nghệ kết tủa struvite tối thiểu hóa chi phí hóa chất bổ sung Phương án quan tâm thu hồi P nước thải nhà máy phân bón dạng struvit với chi phí hóa chất bổ sung thấp Trong trường hợp khơng có bổ sung thêm hóa chất chứa P vào bể phản ứng với nước thải Đồng thời pH nước thải sau công đoạn thu hồi điều chỉnh với pH nước thải ban đầu nhằm giảm chi phí trung hịa thiết bị kèm theo Trong phương án này, thông số công nghệ: pH=8,3; tỷ lệ mol Mg/P = 1,2 N/P = 8,5 (bằng tỉ lệ N/P nước thải ban đầu) Đây phương án thu hồi hầu hết P pH nước thải ban đầu, với chi phí hóa chất bổ sung thấp Phương án phương án thu lợi nhuận kết tủa struvite thực tiễn loại nước thải sử dụng nghiên cứu Hiệu môi trường phương án sau: - Thu hồi phần lớn P không để phát thải môi trường nước - Tạo sản phẩm struvite làm nguyên liệu cho sản xuất sản phẩm phân bón hệ mới, thân thiện với mơi trường, giảm phát thải N, P tự môi trường nước q trình bón phân, giảm nhiễm mơi trường nước bảo vệ chất lượng nguồn nước mặt phục vụ nông nghiệp bền vững Trong phương án đề xuất phương án đem lại lợi nhuận cho nhà máy từ doanh thu struvite Tuy nhiên, thu hồi P mà lượng N cịn ngun nước thải nên đánh giá hiệu kinh tế phương án sau: - Đem lại lợi nhuận (mặc dù không nhiều) cho nhà máy từ sản phẩm struvite có giá cao nhiều so với nguyên liệu bổ sung vào nước thải Điều khác với phương án - Thu hồi nguồn P nguyên liệu không tái tạo ngành công nghiệp phân bón góp phần vào việc phát triển bền vững ngành Trang 174 cơng nghiệp sản xuất phân bón nói riêng ngành nơng nghiệp nói chung Tính khả thi việc chuyển giao mơ hình: Từ phương án thảo luận việc áp dụng quy mô 1m3/ngày để thu hồi struvite cho thấy công nghệ thu hồi struvite cần kiểm sốt cơng đoạn như: kiểm soát hàm lượng nitơ, phốt pho, pH nguồn nước thải, nạp liệu, kiểm soát tốc độ khuấy trộn, pH công đọan kết tủa, tốc độ lọc ly tâm, nhiệt độ sấy sản phẩm Ngoài ra, thiết bị cho cơng nghệ thu hồi struvite bao gồm thiết bị khuấy, thiết bị ly tâm, thiết bị sấy, bơm dung dịch, máy đo pH Điều cho thấy công nghệ kết tủa struvite dễ dàng áp dụng nhà máy sản xuất phân bón nguồn nước thải chứa ni tơ phốt Hệ thống thiết bị dễ dàng kết nối vào công nghệ có thơng qua đường ống cơng nghệ mà không cần phải thay đổi thiết bị hữu Trang 175 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Nội dung thực đề tài Các nội dung đạt nghiên cứu tóm tắt sau: Đã xác định thành phần nguồn nước để đề xuất phạm vi thông số công nghệ phương pháp điều chế, đánh giá tính chất sản phẩm Kết nghiên cứu quy mơ phịng thí nghiệm cho thấy thơng số công nghệ pH, tỷ lệ mol Mg/P, tỷ lệ mol N/P, thời gian phản ứng ảnh hưởng đến hiệu suất kết tủa struvite Trong đó, thơng số ảnh hưởng mạnh pH, tỷ lệ mol Mg/P, tỷ lệ mol N/P Struvite dễ dàng kết tủa khoảng pH từ 7-9.5 chí thời gian phản ứng 30 phút Đặc biệt, nghiên cứu xây dựng tương quan thông số công nghệ đến hiệu suất thu hồi N (Y(N), P (Y(P)): Y(P) = -35.00 (Mg/P)2 + 114.90 (Mg/P) + 7.36 pH – 58.41 Y(N) = 29.18 (N/P)2 + 55.13 (Mg/P)2 + 4.96 pH2 – 128.09 (N/P) – 128.74 (Mg/P) – 66.24 pH + 470.72 Từ kết tối ưu hóa, thông số công nghệ lựa chọn để tiến hành kiểm tra, thử nghiệm với quy mô pilot với công suất 1m3/ ngày Quá trình kết tủa struvite thiết kế vận hành thực tế thiết bị có tổng thể tích 1000 lít Với thơng số cơng nghệ tối ưu (với hàm mục tiêu hiệu suất 80%), tỉ lệ mol Mg/P=1,0 N/P= 1,2; pH = 8,3, thời gian 60 phút nhiệt độ mơi trường, sản phẩm thu struvite có độ đơn pha cao (kiểm chứng phương pháp XRD), dạng bột có kích thước hạt từ 13-22 micro mét (kiểm chứng phương pháp SEM phần mềm Image J) Tỷ trọng riêng từ 1.573 - 1.598 kg/m3, khối lượng riêng đổ đống từ 497580 kg/m3 Hàm lượng dinh dưỡng phù hợp với struvite thương mại Đối chiếu với tiêu chuẩn độ tan theo ISO 18644:2016, sản phẩm struvite thu loại phân bón chậm tan Struvite có hàm lượng dinh dưỡng (Mg, N P) cao với tính chất tan chậm, struvite phù hợp để làm phân bón tan chậm phục vụ sản xuất nơng nghiệp Ngồi ra, tương thích struvite với nguyên liệu truyền thống kiểm tra nhằm sử dụng nguyên liệu để sản xuất sản phẩm phân bón NPK Kết Trang 176 thử nghiệm với sản phẩm phân bón hạt NPK 10-10-5 (10% khối lượng struvite, 20% khối lượng struvite, 30% khối lượng struvite), NPK 17-3-5 (10% khối lượng struvite), NPK 16-20-0 (10% khối lượng struvite) phân bón màu NPK 2015-5 Kết cho thấy struvite dễ dàng sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất phân bón nguyên liệu truyền thống khác Khi sử dụng struvite nhiều, độ tan sản phẩm NPK giảm Độ tan giảm sản phẩm lợi cho việc tiết kiệm sử dụng phân bón hiệu hạn chế rửa trơi thất phân bón tan nhanh Tóm lại, nghiên cứu cho thấy việc sử dụng hóa chất để kết tủa ngun liệu phân bón bị hịa tan vào dung dịch nước để quay trở lại trình sản xuất phân bón dễ thực Trong phương pháp hóa lý, việc sử dụng dung dịch NaOH để xử lý NH3 dung dịch sử dụng dung dịch HCl để chuyển pH nước thải trung tính làm tiêu hao lượng hóa chất đáng kể mà khơng thu sản phẩm phụ Ngoài ra, phương pháp kết tủa struvite sử dụng công nghệ thiết bị đơn giản, dễ vận hành cho thấy việc kết tủa struvite từ nước thải ngành công nghiệp sản xuất phân bón khơng có ý nghĩa khoa học mà cịn có ý nghĩa kinh tế so với phương pháp truyền thống Từ kết nghiên cứu đạt được, sản phẩm đề tài hình thành sau: 4.2 Sản phẩm đề tài: Sản phẩm dạng 1: Nhóm nghiên cứu thực hiện: - Sản phẩm struvite thu hồi từ nước thải: 50 kg có tiêu chất lượng sau: Mẫu dạng bột, hàm lượng N: ≥ 4%, P2O5: ≥ 20% min, MgO: ≥ 12%, độ ẩm < 5% Sản phẩm dạng 2: Nhóm nghiên cứu hồn thành nội dung sau: - 01 Báo cáo phân tích khảo sát nhà máy phân bón Trang 177 - 01 quy trình cơng nghệ thu hồi struvite từ nước thải nhà máy phân bón - 01 quy trình cơng nghệ sản xuất phân NPK sử dụng sản phẩm struvite tạo trình thu hồi N, P từ nước thải nhà máy phân bón - 01 tiêu chuẩn sở sản phẩm struvite (đủ tiêu kỹ thuật Phương pháp thử tương ứng phù hợp với QCVN 01-189:2019/BNNPTNT) - 03 tiêu chuẩn sở loại phân NPK (Bộ tiêu chuẩn sở bao gồm đầy đủ tiêu kỹ thuật thành phần Nts, P2O5 hữu hiệu, K2O, độ ẩm, Phương pháp thử tương ứng phù hợp với quy định hành) - 01 báo cáo phân tích hiệu kinh tế mơi trường - Mơ hình đáp ứng quy mô công nghệ 1m3/ ngày Sản phẩm dạng 3: - 01 báo khoa học quốc tế hệ thống Scopus (đã xuất bản), - 01 báo khoa học nước Thuộc danh mục hội đồng chức danh giáo sư nhà nước (đã xuất bản) - Đã hướng dẫn 02 học viên cao học (đã bảo vệ thành cơng luận văn Thạc Sỹ) Sở hữu trí tuệ/ Giải pháp hữu ích: Đã có giấy chấp nhận đơn hợp lệ 4.3 Kiến nghị Cơng nghệ kết tủa struvite có nhiều tiềm để ứng dụng nhằm thu hồi dinh dưỡng từ nước thải Hơn kết nghiên cứu cho thấy sản phẩm kết tủa struvite có tính chậm tan, đặc biệt sử dụng để sản xuất chủng loại phân bón khác Để hiểu rõ vai trò truvite sản phẩm phân bón từ struvite, Trang 178 việc nghiên cứu đánh giá hiệu sản phẩm struvite sản phẩm phân bón từ struvite số trồng quy mô khác cần thiết Nhóm kiến nghị xin phép đề xuất thực đề tài nghiên cứu giai đoạn với nội dung khái quát sau: Nghiên cứu sử dụng struvite phương pháp kết tủa từ nước thải nhà máy phân bón để điều chế chủng loại phân bón chậm tan, phân bón hệ đánh giá hiệu nông học quy mô chậu Trang 179 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lương Đức Phẩm (2007) Cơng nghệ xử lí nước thải biện pháp sinh học, NXB Giáo dục Valderi D Leite, Shiva Prasad, et al (2013) Study on ammonia stripping process of leachate from the packed towers Guangan Jia, Hu Zhang, Joerg Krampe, et al (2017) Appying a chemical equilibrium model for optimizing struvite precipitation for ammonium recovery from anaerobic digester effluent Ngô, P.H and T.H Nguyễn (2017) Nghiên cứu xử lí BOD, COD, ammonia (N – NH4+), tổng photpho (TP) nước thải chăn nuôi heo sau hầm biogas công nghệ AAO sử dụng giá thể xơ dừa Bách, L.T (2007) Nghiên cứu xử lí nước thải cơng nghiệp mơ hình bể xử lí sinh học dịng chảy ngược qua lớp bùn kị khí (UASB) Hanh, N.V (2017), Nghiên cứu xử lí nước thải giàu cacbon nitơ công nghệ MBBR, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hanh, N.V., Nghiên cứu xử lý nước thải giàu cacbon nitơ công nghệ MBBR 2017, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Berrin Tansel, Griffin Lunn cộng (2017), Struvite formation and decomposition characteristics for amomonia and phosphorus recovery: A review of magnesium – ammonia – phosphate interactions, Chemosphere 194:504-514 doi: 10.1016/j.chemosphere.2017.12.004 Weijia Gong, et al (2018) Application of struvite – MAP crystallization reactor for treating cattle manure anaerobic digested slurry: nitrogen and phosphorus recovery and crystal fertilizer efficiency in plant trials, International journal of environmentals research and public health Trang 180 10 Kyung Jin Min, et al (2019) Characteristics of vegetable crop cultivation and nutrient releasing with struvite as a slow-release fertilizer, Environmental Science and Pollution Research 11 Dương Văn Nam - Luận án tiến sĩ nghiên cứu xử lí nước thải chế biến cao su phương pháp hố lí – sinh học kết hợp 12 Van – Giang Le, cộng (2020), Applying a Novel Sequential DoubleColumn Fluidized Bed Crystallization Process to the Recovery of Nitrogen, Phosphorus, and Potassium from Swine Wastewater 13 Zhi-Long Ye et al (2011), Recovering phosphorus as struvite from the digested swine wastewater with bittern as a magnesium source, 64(2), 334-340 14 Soni Kumari et al (2019), Optimization of phosphate recovery as struvite from synthetic distillery wastewater using a chemical equilibrium model, Environmental Science and Pollution Research 15 Acelas NY et al (2015), Phosphorus recovery through struvite precipitation from wastewater: effect of the competitive ions, Desalin Water Treat 54,2468–2479 16 Guangan Jia et al (2017), Applying a chemical equilibrium model for optimizing struvite precipitation for ammonium recovery from anaerobic digester effluent, Journal of Cleaner Production, 147,297-305 17 Md Mukhlesur Rahman et al (2013), Production of slow release crystal fertilizer from wastewaters through struvite crystallization – A review, Arabian Journal of Chemistry, 7, 139 - 155 18 NariPark, et al (2020), Prediction of adequate pH and Mg2+ dosage using an empirical MgO solubility model for struvite crystallization Environmental Technology & Innovation 19 Avhafunani Mavhungu, et al (2020) Environmental sustainability of municipal wastewater treatment through struvite precipitation: Influence of operational parameters Journal of Cleaner Production Trang 181 20 Sevgi Polat, Perviz Sayan (2019), Application of response surface methodology with a Box – Behnken design for struvite precipitation, Advanced Powder Technology 30, 2396-2407 21 Han Zhang et al (2018), Obtaining High-Purity Struvite from Anaerobically Digested Wastewater: Effects of pH, Mg/P, and Ca2+ Interactions, Enviromental Engineering Science 22 Adnan A, Koch FA, Mavinic DS (2003) Pilot-scale study of phosphorus recovery through struvite crystallisation-II: applying in-reactor supersaturation ratio as a process control parameter Journal of Environmental Engineering Science; 2:473-483 https://doi.org/10.1139/s03-048 23 Salleh MAM, Razak NMA, Rahman MM, Rashid SA, (2016) Recovery of nitrogen and phosphorus from synthetic wastewater through crystallization process Journal of Desalination and Water Purification; 3:11-16, 24 Hao X, Wang C, van Loosdrecht MCM & Hu Y (2013) Looking beyond struvite for P recovery Environmental Science and Technology;47: 4965–4966 https://doi.org/10.1021/es401140s 25 Hao XD, Wang CC, Lan L, van Loosdrecht MCM (2008) Struvite formation, analytical methods and effects of pH and Ca2+ Water Science and Technology; 58:1687-1692, http://doi 10.2166/wst.2008.557 26 Lind BB, Ban Z, Byden S (2000) Nutrient recovery from human urine by struvite crystallization with ammonia adsorption on zeolite and wollastonite Bioresource Technology;73: 169-174, http://doi.10.1016/S0960-8524(99)901578 27 Battistoni P, De Angelis A, Pavan P, Prisciandaro M, Cecchi F (2001) Phosphorus removal from a real anaerobic supernatant by struvite crystallization Water Res; 35: 2161-2178 http://doi: 10.1016/s0043-1354(00)00498-x Trang 182 28 Booker NA, Priestley AJ, Fraser IH (2010) Struvite formation in wastewater treatment plants: Opportunities for nutrient recovery Environmental Technology; 20:777-782, https://doi.org/10.1080/09593332008616874 29 L Hu, J Yu, H Luo, H Wang, P Xu, Y Zhang, (2019) Simultaneous Recovery of Ammonium, Potassium and Magnesium from Produced Water by Struvite Precipitation, Chemical Engineering Journal, https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123001 30 Yu R, Geng J, Ren H, Wang Y and Xu K (2012) Combination of struvite pyrolysate recycling with mixed-base technology for removing ammonium from fertilizer wastewater Bioresour Technol 124 292-8 http://doi: 10.1016/j.biortech.2012.08.015 31 Negrea, A., Lupa, L., Negrea, P., Ciopec, M & Muntean, C., (2010) Simultaneous removal of ammonium and phosphate ions from wastewaters and characterization of the resulting product, Chem Bull Politechnica Univ (Timisoara), Series of Chemistry and Environmental Engineering, 55(69), 2, 136 32 Machdar I, Depari S D, Ulfa R, Muhammad S, Hisbullah A B & Safrul W, (2018) Ammonium Nitrogen Removal from Urea Fertilizer Plant Wastewater via Struvite Crystal Production, IOP Conf Ser.: Mater Sci Eng 358 012026 http://doi:10.1088/1757-899X/358/1/012026 33 Frost, R.L., Weier, M.L., Erickson, K.L., 2004 Thermal decomposition of struvite – Implication for the decomposition of kidney stone J Therm Anal Calor 76, 1025–1033 Trang 183 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Xác định nồng độ dinh dưỡng N, P a) Xác định Nitơ theo TCVN 5987:1995 Hàm lượng nitơ nước thải xác định phương pháp Kjeldahl (TCVN 2620:2014) sau: Hút ml nước thải/ nước ót pha lỗng k/ k’ lần cho vào erlen, thêm 5ml axit H2SO4 đđ, 25ml H2O, 2g xúc tác K2SO4:CuSO4 = 10:1 (để phá mẫu) Đun nhẹ khoảng phút bay hết carbon dioxit (CO2) Tăng dần nhiệt độ đến 200 C, đun sơi nhẹ khói trắng bay lên (khoảng 60 phút) tiếp tục tăng nhiệt độ đến khoảng 350 C thêm 30 phút (chú ý không để khơ mẫu), sau để nguội Sau phá mẫu, đem chưng cất, thêm 100ml nước cất, cho từ từ 30ml NaOH 40% vào bình chiết, nâng nhiệt độ từ từ Chuẩn bị bình hứng erlen chứa 30ml H2SO4 0,1N có hỗn hợp thị tashiro để hấp thụ NH3 bay lên (đuôi ống sinh hàn phải ngập dung dịch H2SO4 0,1N khoảng mm) Sau chưng xong, hạ thấp bình hứng, tia rửa ống sinh hàn vào bình hứng, để nguội Sau chuẩn độ dung dịch sau chưng dung dịch NaOH 0.1N, lắc đến dung dịch chuyển sang màu xanh dừng lại Cơng thức tính hàm lượng N (mg/l): CN = 𝑉1 − 𝑉2 𝑉 (0.1).hệ số pha lỗng.14.1000 (mg/l) Trong đó: V thể tích mẫu nước thải (5ml) V1 thể tích dung dịch chuẩn H2SO4 0.1N (30ml) Trang 184 V2 thể tích dung dịch chuẩn NaOH 0.1N Hệ số pha loãng nước thải (k) Hệ số pha lỗng nước ót (k’) Để đánh giá hiệu suất thu hồi nitơ nước thải, cần xác định hàm lượng nitơ nước thải ban đầu hàm lượng nitơ lại nước ót sau kết tủa Hiệu suất thu hồi nitơ tính theo cơng thức sau: H (N) = 𝐶0 −𝐶1 𝐶0 100% Trong đó: H (N): hiệu suất thu hồi nitơ C0: nồng độ N nước thải ban đầu (mg/l) C1: nồng độ N nước ót (mg/l) b) Xác định P2O5 theo TCVN 6202 – 2008 Hàm lượng photpho nước thải xác định phương pháp so màu UV-VIS (TCVN 8559:2010) sau: Lập đường chuẩn: Dùng bình định mức 50 ml, thứ tự cho vào bình dung dịch chuẩn KH2PO4 10ppm theo bảng sau Bảng P1 Số liệu lập đường chuẩn Nồng độ dung dịch Số ml dung dịch tiêu chuẩn KH2PO4 photpho từ (0-1ppm) 10ppm cho vào bình định mức 50 ml 0,0 0,0 0,2 1,0 0,4 2,0 0,6 3,0 Trang 185 0,8 4,0 1,0 5,0 Chuẩn bị mẫu: Pha loãng mẫu K K’ lần Lấy ml mẫu pha lỗng cho vào bình định mức 50 ml Thêm vài giọt thị α – dinitrophenol Thêm NH4OH 10 % dung dịch có màu vàng Axit hóa dung dịch HCl 10% dung dịch màu vàng Cho ml dung dịch khử tạo màu xanh định mức đến vạch Thực mẫu trắng song song với mẫu nước thải Đo mẫu máy quang phổ với bước sóng 720 nm Quan hệ độ hấp thu nồng độ P dung dịch thể hình 2.4 Hình P.1 Đường chuẩn xác định hàm lượng photpho Công thức tính: Trang 186 Thế kết đo từ máy quang phổ vào đường chuẩn sau nhân với hệ số pha loãng ban đầu Ta xác định hàm lượng P2O5 (mg/l) Hàm lượng P2O5 (mg/l): C (P2O5) = Trong đó: 𝐴 50 0.5676 hệ số pha loãng.(2.29) C(P2O5) nồng độ P2O5 (mg/l) A độ hấp thu 2.29 hệ số quy đổi từ P sang P2O5 Để đánh giá hiệu suất thu hồi P2O5 nước thải, cần xác định hàm lượng photpho nước thải ban đầu hàm lượng P2O5 lại nước ót sau kết tủa Hiệu suất thu hồi photpho (P2O5) tính theo cơng thức sau: H (P2O5) = 𝐶0′ −𝐶1′ Trong đó: 𝐶0′ 100% H(P2O5): hiệu suất thu hồi P2O5 𝐶0′ : nồng độ P2O5 ban đầu (mg/l) 𝐶1′ : nồng độ P2O5 nước ót (mg/l) Trang 187