ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP HӖ CHÍ MINH
75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA
NGUYӈN HOÀNG CHIӄU
NGHIÊN CӬU CÔNG NGHӊ KӂT TӪA STRUVITE TӮ 1ѬӞC THҦI NHÀ MÁY PHÂN BÓN
RESEARCH ON TECHNOLOGY OF STRUVITE PRECIPITATION FROM FERTILIZER PLANT¶S
Trang 2&Ð1*75Î1+ĈѬӦC HOÀN THÀNH TҤI 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA - Ĉ+4*- HCM
Cán bӝ Kѭӟng dүn khoa hӑc: PGS TS Lê Minh ViӉn
Cán bӝ chҩm nhұn xét 1: PGS.TS NguyӉQĈuQK7KjQK
Cán bӝ chҩm nhұn xét 2: TS NguyӉn Trí
LuұQYăQWKҥFVƭÿѭӧc bҧo vӋ tҥL7UѭӡQJĈҥi hӑF%iFK.KRDĈ+4*7S+&0QJj\WKiQJQăP(trӵc tuyӃn) Thành phҫn HӝLÿӗQJÿiQKJLiOXұQYăQWKҥFVƭJӗm: 1 Chӫ tӏch: PGS TS NguyӉn Quang Long
7KѭNê 769ăQ+RjQJ/XkQ
3 Phҧn biӋn 1: PGS.TS NguyӉQĈuQK7KjQK
4 Phҧn biӋn 2: TS NguyӉn Trí
5 Ӫy viên: PGS TS Lê Minh ViӉn
Xác nhұn cӫa Chӫ tӏch HӝLÿӗQJÿiQKJLi/9Yj7Uѭӣng Khoa quҧn lý chuyên ngành sau khi luұQYăQÿmÿѭӧc sӱa chӳa (nӃu có)
Trang 3ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP.HCM
7Ç1Ĉӄ TÀI: Nghiên cӭu công nghӋ kӃt tӫa struvite tӯ Qѭӟc thҧi nhà máy phân bón
(Research on technology of struvite crystallization from wastewater fertilizer plant).
I NHIӊM VӨ VÀ NӜI DUNG:
- Khҧo sát ҧQKKѭӣng cӫa pH, tӍ lӋ mol Mg/P, tӍ lӋ mol N/P và tӍ lӋ PRO.1ÿӃn hiӋu suҩt thu hӗLQLWѫYjSKӕt pho
- Sӱ dөng công cө phҫn mӅP'HVLJQ([SHUWÿӇ bӕ trí thí nghiӋm - ĈiQKJLiWtQKFKҩt cӫa sҧn phҭPVWUXYLWHWKXÿѭӧc
- ĈiQKJLiÿӝ tan cӫDVWUXYLWHWURQJQѭӟc cҩt và acid citric 0.1N
II NGÀY GIAO NHIӊM VӨ: 21.09.2020
III NGÀY HOÀN THÀNH NHIӊM VӨ: 13/06/2021 IV CÁN BӜ +ѬӞNG DҮN: PGS TS Lê Minh ViӉn
Trang 4LӠI CҦ0Ѫ1
7Uѭӟc tiên, chúng em xin gӱi lӡi cҧPѫQVkXVҳFÿӃn PGS.TS Lê Minh ViӉn - mӝt giҧQJYLrQÿҫy tâm huyӃt, luôn tұn tình, tұn tâm dүn dҳWYjOX{Qÿӝng viên chúng em hoàn thành luұQYăQ7KҥFVƭFӫa mình Thұt sӵ, nӃu không có sӵ dìu dҳt và nhӳng lӡi ÿӝng viên khích lӋ cӫa thҫy, chúng em không thӇ hoàn thành luұQYăQÿ~QJWKӡi hҥn &K~QJHPFNJQJ[LQJӱi lӡi cҧPѫQFKkQWKjQKÿӃn PGS TS NguyӉn Quang Long và các thҫy cô ӣ khoa Kӻ Thuұt Hóa HӑFÿmWUX\ӅQÿҥt cho chúng em nhӳng kiӃn thӭc hӳu ích trong suӕt quá trình hӑc tұp và nghiên cӭu cӫa mình Xin cҧPѫQFiFWKҫy cô ӣ SKzQJĈjR7ҥR6DXĈҥi HӑFÿmWҥRÿLӅu kiӋn cho chúng em hoàn thành khóa hӑc cӫa mình
Vӟi sӵ cҧm thông và chia sҿ tӯ JLDÿuQKVӵ hӛ trӧ tӯ ÿӗng nghiӋSÿһc biӋt là sӵ tҥo ÿLӅu kiӋn tӯ OmQKÿҥo trӵc tiӃp cӫDFK~QJHPÿmJL~SFK~QJHPKRjQWKjQKOXұQYăQThҥFVƭFӫa mình
Xin gӱi lӡi cҧPѫQÿӃn tҩt cҧ
Do thӡi gian nghiên cӭu còn hҥn chӃ nên luұQYăQQj\NK{QJWKӇ tránh khӓi nhӳng thiӃu sót, rҩt mong nhұQÿѭӧc sӵ ÿyQJJySFKkQWKjQKWK{QJFҧm tӯ các thҫy cô
Trang 5TÓM TҲT
Theo sӕ liӋu thӕQJNrYjRWKiQJ QăP WKuQKXFҫu tiêu thө phân bón hàng QăPÿҥWWѭѫQJÿѭѫQJWULӋu tҩn, vӟLKѫQ OjSKkQEyQY{FѫFzQOҥi là phân hӳu FѫYLVLQK3KkQ13.FKLӃm tӹ trӑng lӟn nhҩt (35,5%), theo sau là phân Urê (22,2%), DAP (10 YjSKkQOkQÿѫQ *LDLÿRҥn 2019 ± 2023, dӵ báo nhu cҫu phân bón ViӋW1DPWăQJWUѭӣng ӣ mӭFQăPQKӡ WăQJWUѭӣng sҧn xuҩt các mһt hàng nông sҧQ O~D QăPQJNJFӕF QăPFjSKr QăP 'RQKXFҫXOѭѫQJWKӵc QJj\FjQJWăQJGүQÿӃn ngành sҧn xuҩt phân bón phҧLWăQJF{QJVXҩt liên tөFÿӅu này dүQÿӃn mӝt hӋ lө\ÿiQJORQJҥLÿyOjKjPOѭӧQJGѭӥng chҩWQKѭ13GѭWKӯa ngày càng cao, gây ҧQKKѭӣQJP{LWUѭӡQJQѭӟFÿҩt và không khí nghiӋm trӑng
ĈӇ tìm cách giҧi quyӃt vҩQÿӅ WUrQÿӅ tàLQj\ÿmWұp trung vào nghiên cӭu thu hӗi Gѭӥng chҩt N-NH4+, P-PO43- WURQJ Qѭӟc thҧi bҵng kӃt tӫa struvite MAP (NH4MgPO4.6H2O) Nghiên cӭu thu hӗi N±NH4+, P-PO43- thông qua kӃt tӫa struvite tӯ Qѭӟc thҧi nhà máy phân bón NPK bҵng cách khҧo sát các tӹ lӋ mol K/N, Mg/P, N/P, pH và khҧo sát thӵc nghiӋm bҵng viӋc sӱ dөng phҫn mӅP'HVLJQH[SHUWÿӇ tӯ ÿyWLӃt giҧm chi phí nghiên cӭu và tìm ra mӝt tӹ lӋ cho thu hӗi cao KӃt tӫa struvite tҥo thành ÿѭӧc kiӇPWUDÿӝ WDQWURQJQѭӟc cҩt và acid citric 0.1 N trong 6QJj\ÿӇ ӭng dөng làm phân bón chұm tan
Trong quá trình khҧRViWWKD\ÿәi các tӹ lӋ K/N, Mg/P, N/P, pH trong phòng thí nghiӋm vӟLQѭӟc thҧi thұWÿѭӧc pha loãng vӟi các tӹ lӋ cӕ ÿӏQKÿmWKXÿѭӧc kӃt quҧ hӃt sӭc khҧ quan vӟLÿLӅu kiӋn K/N = 0.1, N/P=1.2, Mg/P=1, pH=8.63 thì thu hӗi P2O5 ÿҥt 95.71%, thu hӗL1 WăQJ.1Wӯ 0.1 lên 0.5 thì P2O5 ÿҥt 99.9%, thu hӗi N = .KLWăQJWӍ lӋ N/P = 8.5 thì thu hӗi hӃt 100% P2O5, hiӋu suҩt thu hӗi N = 18.42% Trong quá trình khҧo sát bҵng phҫn mӅm Design e[SHUWÿҫXYjRÿѭӧc chӑn WKHRKѭӟQJWăQJGҫn tӹ lӋ mol cӫa K/N tӯ ÿӃn 2, Mg/P tӯ ÿӃn 1.6, ӣ pH tӯ ÿӃn 9.5, N/P tӯ ÿӃQ WKuWuPÿѭӧc tӹ lӋ tӕLѭXFKRP{KuQKNKҧo sát là n pH = 9,5; tӍ lӋ mol N/P = 1; Mg/P = 1; K/N = 0 HiӋu suҩt thu hӗi N là 80%, P là 86.8%
7URQJTXiWUuQKÿRÿӝ tan cӫa kӃt tӫa struvite trong 60 ngày thì ÿӝ tan cӫa N tan khoҧng 3%, còn P2O5 khoҧng 5%
Trang 6ABSTRACT
According to statistics in September 2019, the annual demand for fertilizer consumption is equivalent to 11 million tons, with more than 90% being inorganic fertilizers, the rest being organic and microbial fertilizers NPK fertilizer accounted for the largest proportion (35.5%), followed by urea (22.2%), DAP (10.1%) and single phosphate (9%) In the period of 2019 - 2023, Vietnam's fertilizer demand is forecasted to grow at 1.6%/year thanks to the growth in production of agricultural products (rice: +1%/year, cereals: +2%/year, coffee: +1.7%/year) Due to the increasing demand for food, the fertilizer industry has to continuously increase its capacity, leading to a worrying consequence, that is, the content of nutrients such as excess N and P is getting higher and higher seriously affect water, soil and air environments
To find a way to solve the above problem, this topic has focused on the study of recovering nutrients N-NH4+, P-PO43- in wastewater by struvite MAP (NH4MgPO4.6H2O) precipitation Research on recovery of N-NH4+, P-PO43- through struvite precipitation from NPK fertilizer factory wastewater by surveying the molar ratios of K/N, Mg/P, N/P, pH and real Experiment by using Design expert 11.0 software to reduce research costs and find a high recovery rate The struvite precipitate formed was tested for solubility in distilled water and 0.1 N citric acid for 60 days for application as a slow-dissolving fertilizer During the survey to change the ratios of K/N, Mg/P, N/P, pH in the laboratory with real wastewater diluted with fixed ratios, very positive results were obtained condition K/N = 0.1, N/P=1.2, Mg/P=1, pH=8.63, P2O5 recovery reached 95.71%, N = 84.21% recovery, increased K/N from 0.1 to 0.5, P2O5 reached 99.9 %, recover N = 79.8% When increasing the ratio N/P = 8.5, 100% of P2O5 is recovered, N = 18.42% recovery efficiency
During the survey using Design expert 11.0 software, the input was selected in the direction of increasing the molar ratio of K/N from 0 to 2, Mg/P from 1 to 1.6, at pH from 7 to 9.5, N/P from From 1 to 9, the optimal ratio for the survey model is found to be n pH = 9.5; molar ratio N/P = 1; Mg/P = 1; K/N = 0 The recovery efficiency of N is 80%, P is 86.8%
In the process of measuring the solubility of struvite precipitates for 60 days, the solubility of N is about 3%, and P2O5 is about 5%
Trang 7/Ӡ,&$0Ĉ2$1
(P[LQFDPÿRDQUҵng sӕ liӋu và kӃt quҧ nghiên cӭu trong luұQYăQQj\OjKRjQtoàn trung thӵFYjFKѭDWӯQJÿѭӧc sӱ dөng trong bҩt kì luұQYăQKD\WjLOLӋu khoa hӑc QjRWUѭӟFÿk\
NӃu phát hiӋn có bҩt kì sӵ sao chép nào vӅ sӕ liӋu và kӃt quҧ nghiên cӭu, Em xin hoàn toàn chӏu trách nhiӋm
Thành phӕ Hӗ &Kt0LQKQJj\«WKiQJ«QăP
Trang 8
1.1 Nguӗn gӕFQѭӟc thҧi phân bón NPK 2
1.1.1 Giӟi thiӋu công nghӋ sҧn xuҩt phân bón NPK 2
1.1.2 Giӟi thiӋu hӋ thӕng xӱ lý khí thҧi nhà máy phân bón NPK 4
&iFSKѭѫQJSKiS[ӱ Oê13WURQJQѭӟc thҧi nhiӉm NPK 5
3KѭѫQJSKiSWUDRÿәi ion 5
3KѭѫQJSKiSR[\KyDNKӱ 5
3KѭѫQJSKiSYLVLQK 6
3KѭѫQJSKiSKyDKӑc 7
3KѭѫQJSKiSNӃt tӫa Struvite 7
1.3 KӃt tӫa Struvite MgNH4PO4 8
1.3.1 Giӟi thiӋu vӅ kӃt tӫa struvite MgNH4PO4 8
1.3.2 Tính chҩt cӫa struvite MgNH4PO4 9
1.3.3 Quá trình hình thành, kӃt tӫa struvite MgNH4PO4 11
1.3.4 Các yӃu tӕ ҧQKKѭӣng quá trình hình thành kӃt tӫa struvite MgNH4PO4 11
1.3.5 Hҥn chӃ sӵ hình thành struvite MgNH4PO4 16
1.3.6 Các công trình nghiên cӭu struvite MgNH4PO4 16
1.3.7 Công nghӋ kӃt tӫa struvite 22
1.3.8 Nghiên cӭu quá trình tan chұm cӫa kӃt tӫa struvite 25
1.3.9 Ӭng dөng cӫa MgNH4PO4 27
Trang 9&+ѬѪNG II NӜ,'81*9¬3+ѬѪ1*3+È31*+,Ç1&ӬU 29
ĈӕLWѭӧng nghiên cӭu 29
ĈӏDÿLӇm lҩy mүu và chuҭn bӏ mүu 29
2.1.2 Thӡi gian nghiên cӭu 29
3KѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu trong phòng thí nghiӋm 30
3KѭѫQJSKiSQJKLrQFӭu bҵng Design ± Expert 11.0 31
;iFÿӏQKFiFÿLӅu kiӋn tҥo kӃt tӫa struvite MAP 37
2.3.7 Khҧo sát ҧQKKѭӣng cӫa pH, tӹ lӋ PRO130J3.1ÿӃn hiӋu suҩt thu hӗi N, P2O5 bҵng phҫn mӅm DESIGN EXPERT 11.0 40
&+ѬѪ1*,,,.ӂT QUҦ VÀ THҦO LUҰN 44
3.1 Thành phҫQQѭӟc thҧi phân bón NPK 44
3.1.1 Theo dõi pH Qѭӟc thҧi NPK trong thӡi gian chҥy máy 44
3.2 KӃt quҧ khҧRViWÿLӅu kiӋn tӕLѭXÿӇ tҥo kӃt tӫa struvite trên mүu giҧ 47
3.3 HiӋu suҩt thu hӗi N, P2O5 trên mүXQѭӟc thҧi giҧ NPK 47
3.4 Phân tích cҩu trúc cӫa Struvite 54
3.5 Phân tích dӳ liӋu thӵc nghiӋm tӯ phҫn mӅm Design Expert 11.0 56
3.5.1 Mӕi quan hӋ giӳa hàm mөc tiêu và các biӃQÿӝc lұp 57
3.5.2 ҦQKKѭӣng cӫa các yӃu tӕ ÿӃn hiӋu suҩt thu hӗi N, P2O5 60
3.6 KӃt quҧ kiӇPWUDÿӝ tan cӫa kӃt tӫDVWUXYLWHWURQJQѭӟc cҩt và acid citric 0.1N 63KӂT LUҰN 66
KIӂN NGHӎ 67
Trang 10TÀI LIӊU THAM KHҦO 68 PHӨ LӨC 73 LÝ LӎCH TRÍCH NGANG 75
Trang 12DANH MӨC HÌNH
+uQK6ѫÿӗ sҧn xuҩW13.ÿӕi vӟi công nghӋ tҥo hҥt thùng quay [2] 2
+uQK6ѫÿӗ xӱ lý bөLÿӕi vӟi nhà máy sҧn xuҩt phân bón NPK [2] 4
+uQK6ѫÿӗ quá trình hình thành MAP trong tӵ nhiên 11
Hình 1.4 ҦQKKѭӣng cӫa pH, thӡi JLDQÿӇ loҥi bӓ N, P 13
Hình 1.5 ҦQKKѭӣng các ion K+, Na+, Ca2+, Mg2+ ÿӇ loҥi bӓ N, P 13
Hình 1.6 Hình SEM, XRD khi cho thêm 200 mg/l Ca2+ 14
Hình 1.7 ҦQKKѭӣng cӫa CO32-, SO42- ÿӇ loҥi bӓ N, P 15
Hình 1.8 ҦQKKѭӣng cӫa các acid hӳXFѫÿӇ loҥi bӓ N, P 15
Hình 1.9 ҦQKKѭӣng cӫDS+ DE 0J3 FG Yj13 HI ÿӃn sӵ thu hӗi cӫa P và N theo kӃt quҧ thí nghiӋm cӫa Weijia Gong [34] 20
Hình 1.10 Mô hình thiӃt kӃ ÿӇ thu hӗi struvite cӫa E Tarrago 21
Hình 1.11 KӃt quҧ phân bӕ NtFKWKѭӟc hҥt theo thӡi gian trong 14 phҥPYLNtFKWKѭӟc hҥt (tӯ 0±PÿӃn 900±1000 µm), ӣ tӕFÿӝ dòng chҧy lên tӟi 22,6 m/h cӫa E Tarrago 22
Hình 1.12 Công nghӋ RIM-187ÿѭӧFÿLӅu chӍnh bӣi Liberti 23
Hình 1.13 HӋ thӕng thӱ nghiӋm cho kӃt tӫa struvite cӫa Stratful, 2004 24
Hình 1.14 ThiӃt bӏ phҧn ӭQJÿҧo trӝn vӟLNK{QJNKtÿѭӧFÿLӅu chӍnh bӣi Ueno, Fujii, 2001 và Battistoni, 2004 25
Hình 1.15 BiӇXÿӗ so sánh vӅ tӹ lӋ tan chұm cӫa P sau 36 ngày và 90 ngày khi thӱ nghiӋm trӝn struvite : DAP theo các tӹ lӋ khác nhau cӫa Peter J Talboys 26
Hình 1.16 BiӇXÿӗ so sánh vӅ quá trình tan chұPWURQJÿҩt cӫa các loҥi struvite khác nhau sau 60 ngày ӣ pH= 5 - 9 cӫa M J McLaughlin 26
Hình 1.17 BiӇXÿӗ so sánh vӅ quá trình tan chұm cӫa 3 loҥi struvite khác nhau trong các acid hӳXFѫӣ pH= 4 - 8.5 cӫa Ioná Rech 27
Hình 2.1 MүXQѭӟc thҧi phân bón NPK 29
Hình 2.2 Quy trình tәng hӧp MAP 32
+uQK;iFÿӏQKKjPOѭӧQJGѭӥng chҩWQLWѫ 33
+uQK4X\WUuQK[iFÿӏQKKjPOѭӧng P2O5 35
Trang 13Hình 3.1 Sӵ biӃQÿәi pH lҫn 1 cӫa mүXQѭӟc thҧi phân bón NPK theo thӡi gian 44
Hình 3.2 Sӵ biӃQÿәi pH cӫa mүXQѭӟc thҧi phân bón NPK lҫn 2 theo thӡi gian 45
Hình 3.3 Sӵ biӃn thiên cӫDKjPOѭӧng N, P2O5, K22WURQJQѭӟc thҧi phân bón NPK lҫn 1 theo thӡi gian 46
Hình 3.4 Sӵ biӃn thiên cӫDKjPOѭӧng N, P2O5, K22WURQJQѭӟc thҧi phân bón NPK Lҫn 2 theo thӡi gian 47
Hình 3.5 BiӇXÿӗ so sánh hiӋu suҩt thu hӗi N ӣ ÿLӅu kiӋQ.1 NKLWKD\ÿәi N/P, Mg/P, pH theo bҧng 3.5 48
Hình 3.6 BiӇXÿӗ so sánh hiӋu suҩt thu hӗi P2O5 ӣ ÿLӅu kiӋQ.1 NKLWKD\ÿәi N/P, Mg/P, pH theo bҧng 3.5 49
Hình 3.7 BiӇXÿӗ so sánh hiӋu suҩt thu hӗi N ӣ ÿLӅu kiӋQ.1 NKLWKD\ÿәi N/P, Mg/P, pH theo bҧng 3.6 50
Hình 3.8 BiӇXÿӗ so sánh hiӋu suҩt thu hӗi P2O5 ӣ ÿLӅu kiӋQ.1 NKLWKD\ÿәi N/P, Mg/P, pH theo bҧng 3.6 50
Hình 3.9 BiӇXÿӗ so sánh hiӋu suҩt thu hӗi P2O5 NKLWKD\ÿәi K/N, N/P, Mg/P, pH theo bҧng 3.8 51
Hình 3.10 BiӇXÿӗ so sánh hiӋu suҩt thu hӗL1NKLWKD\ÿәi K/N, N/P, Mg/P, pH theo bҧng 3.8 52
Hình 3.11 BiӇXÿӗ so sánh hiӋu suҩt thu hӗL1NKLWKD\ÿәi tӹ lӋ mol K/N khác nhau, ӣ ÿLӅu kiӋn N/P = 8.5, Mg/P = 1.2, pH = 8.3 52
Hình 3.12 BiӇXÿӗ so sánh hiӋu suҩt thu hӗi P2O5 NKLWKD\ÿәi tӹ lӋ mol K/N khác nhau, ӣ ÿLӅu kiӋn N/P = 8.5, Mg/P = 1.2, pH = 8.3 53
Hình 3.13 MүXQѭӟc ót 53
Hình 3.14 KӃt tӫa struvite struvite 1 (a), struvite 3 (b) 54
Hình 3.15 Hình chөp XRD mүu sӕ 1 ӣ ÿLӅu kiӋn 1, 2 và mүu sӕ 3 ӣ ÿLӅu kiӋn 3, 4 55
+uQKĈѭӡng chuҭn mô hình hӗi quy bұc hai cӫa thӵc nghiӋm so vӟi lí thuyӃt cho hiӋu suҩt thu hӗLQLWѫ 52= 0.9592) 58
Hình 3.17 Sѫ ÿӗ ÿѭӡQJÿӗng mӭc (a) và bӅ mһWÿiSӭng 3D (b) biӇu diӉn mӕi quan hӋ giӳa N/P, pH và hiӋu suҩt thu hӗi N (%) 58
Trang 14+uQKĈѭӡng chuҭn mô hình hӗi quy bұc hai cӫa thӵc nghiӋm so vӟi lí thuyӃt cho hiӋu
suҩt thu hӗi P2O5 (R2= 0.9425) 59
Hình 3.19 Sѫ ÿӗ ÿѭӡQJÿӗng mӭc (a) và bӅ mһWÿiSӭng 3D (b) biӇu diӉn mӕi quan hӋ giӳa N/P, pH và hiӋu suҩt thu hӗi P2O5 (%) 60
Hình 3.20 ҦQKKѭӣng cӫDS+ÿӃn hiӋu suҩt thu hӗi N (a), P2O5 (b) 60
Hình 3.21 ҦQKKѭӣng cӫa tӹ lӋ N/P ÿӃn hiӋu suҩt thu hӗi N (a), P2O5 (b) 61
Hình 3.22 ҦQKKѭӣng tӹ lӋ 0J3ÿӃn hiӋu suҩt thu hӗi N (a), P2O5 (b) 62
Hình 3.23 ҦQKKѭӣng tӹ lӋ PRO.1ÿӃn hiӋu suҩt thu hӗi N (a), P2O5 (b) 62
Hình 3.24 Các thông sӕ công nghӋ ÿѭӧFÿӅ xuҩt bҵng phҫn mӅm Design Expert 63
Hình 3.25 BiӇXÿӗ so sánh kӃt quҧ ÿӝ WDQ FiFGѭӥng chҩt N, P2O5 cӫa mүu struvite pH=9, 0J3 13 NKLQJkPWURQJQѭӟc cҩt và acid citric 0.1N 64
Hình 3.26 BiӇXÿӗ so sánh kӃt quҧ ÿӝ WDQ FiFGѭӥng chҩt N, P2O5 cӫa mүu struvite pH=9, 0J3 13 NKLQJkPWURQJQѭӟc cҩt và acid citric 0.1N 64
Hình 3.27 BiӇXÿӗ so sánh kӃt quҧ ÿӝ WDQFiFGѭӥng chҩt N, P2O5 cӫa mүu struvite pH=8.3, 0J3 13 NKLQJkPWURQJQѭӟc cҩt và acid citric 0.1N 65
+uQK6ѫÿӗ khӕi công nghӋ minh hӑa cho mô hình thӱ nghiӋm gӗm 1 bӇ Qѭӟc thҧi công suҩt thiӃt kӃ 25 m3, 2 bӇ pha trӝn hóa chҩt công suҩt thiӃt kӃ mӛi bӇ 5 m3, 3 là bӇ trӝn hóa chҩt YjQѭӟc thҧi công suҩt 5 m3, 4 là bӇ phҧn ӭng công suҩt thiӃt kӃ 5 m3, 5 là phuӉ lӑc công suҩt 5 m3, 6 là thiӃt bӏ sҩ\333OjEѫPO\WkPF{QJVXҩt 10 m3K3OjEѫPPjQJ có công suҩt 10 m3/h, M1, M2 cánh khuҩy 2 HP 67
Trang 15DANH MӨC BҦNG
Bҧng 1.1 KӃt quҧ thӵc nghiӋm cӫa Weijia Gon, 2018 19
Bҧng 2.1: Sӕ liӋu lұSÿѭӡng chuҭn 36
Bҧng 2.2 Thành phҫn N tәng, P2O5, Mg trong 3 mүu kӃt tӫa struvite 40
Bҧng 2.3 Bҧng kӃ hoҥch khҧo sát tan chұm cӫa 3 mүu kӃt tӫa struvite 40
Bҧng 2.4 Phҥm vi và mӭc biӃQÿәi cӫa các thông sӕ lӵa chӑn khҧo sát 42
Bҧng 2.5 Ma trұn Box ± Behnken và dӳ liӋu thӵc nghiӋPÿѭӧc thiӃt lұp 42
Bҧng 3.1 KӃt quҧ pH cӫa mүu phân bón NPK lҫn 1 (tӯ 16 giӡ ÿӃn 115 giӡ) 44
Bҧng 3.2 KӃt quҧ ÿRS+Fӫa mүu phân bón NPK lҫn 2 (tӯ 48 giӡ ÿӃn 366 giӡ) 45
Bҧng 3.3 KӃt quҧ ÿRKjPOѭӧng N, P2O5, K22EDQÿҫu trong mүXQѭӟc thҧi phân bón NPK lҫn 1 46
Bҧng 3.4 KӃt quҧ ÿRKjPOѭӧng N, P2O5, K2O baQÿҫu trong mүXQѭӟc thҧi phân bón NPK lҫn 2 46
Bҧng 3.5 HiӋu suҩt thu hӗi N, P2O5 trên mүXQѭӟc thҧi NPK ӣ tӹ lӋ K/N = 0.1 47
Bҧng 3.6 HiӋu suҩt thu hӗi N, P2O5 trên mүXQѭӟc thҧi NPK ӣ tӹ lӋ K/N = 0.5 49
Bҧng 3.7 HiӋu suҩt thu hӗi N, P2O5 trên mүXQѭӟc thҧi NPK ӣ tӹ lӋ K/N = 1 và 2 51
Bҧng 3.8 Bҧng so sánh hiӋu suҩt thu hӗi N, P2O5 khi thay K/N ӣ N/P=8.5 51
Bҧng 3.9 KӃt quҧ WtQKWRiQÿѭӡng kính tinh thӇ kӃt tӫa struvite 55
Bҧng 3.10 Ma trұn Box ± Behnken và dӳ liӋu thӵc nghiӋPÿѭӧc thiӃt lұp 56
Bҧng 3.11 KӃt quҧ ANOVA cӫa mô hình bұc hai cho hiӋu suҩt thu hӗi N 57
Bҧng 3.12 KӃt quҧ ANOVA cӫa mô hình bұc hai cho hiӋu suҩt thu hӗi P2O5 59
Bҧng 3.14 KӃt quҧ ÿRÿӝ tan cӫa kӃt tӫa struvite tính bҵQJKjPOѭӧng N, P2O5 sau 60 ngày QJkPWURQJQѭӟc cҩt và acid citric 0.1N 63
Trang 16LӠI MӢ ĈҪU
1LWѫYjSKӕt pho là hai nguyên tӕ FѫEҧn cӫa sӵ sӕng, có mһt ӣ tҩt cҧ các hoҥWÿӝng liên TXDQÿӃn sӵ sӕng và trong rҩt nhiӅu ngành nghӅ sҧn xuҩt công nghiӋp, nông nghiӋp 7URQJQѭӟc thҧLQLWѫYjSKӕt pho tӗn tҥi ӣ nhiӅu dҥng hӧp chҩt khác nhau hӧp chҩt hӳu FѫY{FѫYjFiFKѫS ҕ chҩWQj\ÿѭӧc thӫy phân vӅ dҥng amoni (NH4+), photphat (PO43-) là dҥng rҩt thích hӧp cho sӵ phát triӇn cӫa vi sinh vұt, tҧo, thӵc vұt thӫ\VLQK«7URQJSKҥm WUQѭӟc thҧLFK~QJÿѭӧc gӑi là thành phҫQGLQKGѭӥQJYjÿѭӧc sӱ dөng phә biӃn trong nông nghiӋSGѭӟi dҥng phân bón và thӭFăQFKăQQX{L
HiӋn nay, ӣ ViӋt Nam thì viӋc xӱ OêQѭӟc thҧi nhiӉm amoni và photphat tҥi các nhà máy sҧn xuҩt phân bón là mӝt vҩQÿӅ hӃt sӭFNKyNKăQYuSKҧLÿӕi mһt vӟLOѭӧng bùn thҧi lӟn, tӕn nhiӅu chi phí cho hóa chҩt, diӋn tích xây dӵng và tӗn trӳ lӟn, gây ô nhiӉm thӭ cҩp P{LWUѭӡQJQѭӟFYjNK{QJNKtGRVDXSKiWVLQKNKtDPPRQLDFUDP{LWUѭӡQJGѭӥng chҩt P tích trӳ trong bùn thҧLQJj\FjQJWăQJ7URQJQKӳQJQăPJҫQÿk\FiFQKjNKRDKӑc tұp trung vào nghiên cӭu thu hӗLGѭӥng chҩt amoni và photphat bҵQJSKѭѫQJSKiSWҥo kӃt tӫa struvite MgNH4PO4.6H2O Quá trình nghiên cӭu chӫ yӃu tұp trung vào các nguӗQQѭӟc thҧLQKѭFiFEӇ ELRJDVQѭӟc gӍ rác tӯ các bãi chôn lҳSQѭӟc tiӇXSKkQÿӝng vұWÿҥt kӃt quҧ hӃt sӭc khҧ quan ViӋc lӵa chӑQSKѭѫQJSKiSNӃt tӫa struvite cho thu hӗi, tái sӱ dөng chҩWGLQKGѭӥng tӯ các nguӗQQѭӟc thҧLJLjX13QKѭQѭӟc thҧi nhà máy sҧn xuҩt phân bón NPK là mӝt nguӗn lӧi tiӅPQăQJPӝt phҫn sӁ Eÿҳp chi phí cho quá trình xӱ lý, vӯa ÿiSӭQJÿѭӧc mөc tiêu bҧo vӋ nguӗQQѭӟc, không khí, tiӃt kiӋPQăQJOѭӧng, tiӃt kiӋm nguӗn tài nguyên, mang lҥi lӧi ích kinh tӃ FKRÿҩWQѭӟc Chính vì các lý do trên mà Em chӑQÿӅ WjL³1JKLrQFӭu công nghӋ kӃt tӫa struvite tӯ Qѭӟc thҧi nhà máy phân bón NPK´.
Trang 17&+ѬѪ1*,7ӘNG QUAN 1.1 Nguӗn gӕFQѭӟc thҧi phân bón NPK
1.1.1 Giӟi thiӋu công nghӋ sҧn xuҩt phân bón NPK
+uQK6ѫÿӗ sҧn xuҩW13.ÿӕi vӟi công nghӋ tҥo hҥt thùng quay [2]
Các dòng nguyên liӋu rҳn gӗm nguӗn amoni sunphat (SA), amoni photphat (DAP
hoһc MAP) cung cҩSGѭӥng chҩt phӕt pho vӟLNtFKWKѭӟc hҥt tӯ 0.5÷1mm MOP/SOP cung cҩSGѭӥng chҩt Kali vӟLNtFKWKѭӟc hҥt tӕi thiӇu trong khoҧng 0,15÷1,0 mm Cao ODQKÿӇ WăQJÿӝ kӃWGtQKFyNtFKWKѭӟc hҥt tӕi thiӇu tӯ ·PP9LOѭӧng Zn, Bo ÿѭӧFÿѭDÿӃQFkQÿӏQKOѭӧQJWKHROѭӧng nhҩWÿӏnh phù hӧp vӟi công thӭc cҫn sҧn xuҩt nҥp vào thiӃt bӏ tҥo hҥt thùng quay kӃt hӧp vӟi các dòng nguyên liӋu lӓng ure nóng chҧy vӟi nhiӋWÿӝ khoҧng 134o&ÿѭӧFEѫPYjRWKLӃt bӏ tҥo hҥt thùng quay thông qua hӋ thӕng YDQÿLӅu chӍQKOѭXOѭӧng và vòi phun, dӏch ure sӁ ÿѭӧFWiQVѭѫQJNKLÿѭDYjRWKLӃt bӏ tҥo hҥWOjPWăQJKLӋu suҩt phӕi trӝn
Ngoài ra, axít VXQIXULF ÿѭӧFÿѭDYjRFQJO~FYӟi dòng ammoniac 99% vӟi tӹ lӋ phù hӧSÿӇ cҩp nhiӋt cho quá trình tҥo hҥWYjÿLӅu chӍnh pH hҥt trong khoҧng 6.5
Urea meltNH3 OӓQJH2SO4 97%
7KiSKҩSWKөEөL 1ѭӟFH2SO4
.K{QJNKtVҥFK, ATM
.KtEөL
Trang 187.5 mà vүn không ҧQKKѭӣQJÿӃQP{LWUѭӡQJGRDPPRQLDFGѭ+ѫLQѭӟFÿѭӧFÿѭDYjRÿӇ WăQJWӹ lӋ pha lӓng vӟi mөFÿtFKWăQJTXiWUuQKNӃt dính tҥo hҥt
Có 2 dòng công nghӋ ra khӓi buӗng tҥo hҥt, dòng khí mang bөLÿѭӧc quҥt hút ra khӓi thiӃt bӏ tҥo hҥt thùng quay có thành phҫn bao gӗPKѫLDPPRQLDFKѫLDFLGEөi kali clorua, bөi DAP, bөi phân NPK, ҭPÿѭӧFÿѭDYӅ thiӃt bӏ rӱa bөLѭӟWKuQKÿӇ giӳ lҥi bөLKѫLDPPRQLDFKѫLDFLGWUiQK SKiWWiQUDP{LWUѭӡng bên ngoài Dòng thӭ hai ra khӓi buӗng tҥo hҥt là dòng rҳn chiӃm 60 ± 70% hҥWFyNtFKWKѭӟc 2 ± 4 mm, nhiӋt ÿӝ 720C ra khӓi buӗng tҥo hҥWÿѭӧFÿѭDTXDWKLӃt bӏ sҩy thùng quay, tҥLÿk\GzQJNKtnóng có nhiӋWÿӝ 1200C ± 1250&ÿѭӧc cҩp vào làm khô và giҧm ҭm hҥt tӯ 2.7% xuӕng 1% Dòng khí ra khӓi thiӃt bӏ sҩ\FyKjPOѭӧng bөi lӟn vӟi thành phҫn chӫ yӃu bөi phân EyQ13.ÿѭӧc hút vào hӋ thӕng tách bөLF\ORQGѭӟi tác dөng cӫa lӵc ly tâm bөi sӁ tách mӝt phҫn, nhӳng hҥt bөLFyNtFKWKѭӟc nhӓ sӁ ÿѭӧFÿѭDTXDKӋ thӕng tách bөLѭӟt, ӣ ÿk\Eөi sӁ ÿѭӧc giӳ lҥi
Dòng hҥt NPK ra khӓi thiӃt bӏ sҩy có nhiӋWÿӝ 690C sӁ ÿѭӧFÿѭDÿӃn thiӃt bӏ làm PiWWKQJTXD\ÿӇ giҧm nhiӋWÿӝ xuӕng 450C vӟi mөFÿtFKWăQJÿӝ cӭng hҥt và giҧm kӃt khӕLNKLÿyQJEDR'zQJ NKtVDXOjPPiWÿѭӧc quҥt hút ra khӓLÿӍnh mang theo bөi SKkQEyQ13.ÿLTXDKӋ thӕng tách bөL[\ORQVDXÿyÿLYjRWKLӃt bӏ rӱa bөLÿӇ thu hӗi bөi
Hҥt ra khӓi thiӃt bӏ OjPPiWÿѭӧFÿѭDÿӃn thiӃt bӏ phân loҥi, hҥWVDXNKLÿѭӧc phân loҥLWKѭӡng có kích tKѭӟc tӯ 2 ± PPÿѭӧc chuyӇQÿӃn hӋ thӕng làm lҥnh sâu bҵng dòng khí có hàm ҭm 0.4% Nhӳng hҥWFyNtFKWKѭӟc nhӓ KѫQPPTXD\WUӵc tiӃp lҥi buӗng tҥo hҥt, lӟQKѫQPPVӁ ÿѭDÿӃn máy nghiӅQÿӇ quay trӣ lҥi thiӃt bӏ tҥo hҥt làm mҫm Trong hӋ thӕng sàn nghiӅQWKѭӡng sӭc hiӋn nhiӅu bөi NPK vì vұy quҥt hút ÿѭӧc bӕ trí ӣ các vӏ trí phù hӧp trên thiӃt bӏ sàn rung, máy nghiӅQÿӇ hút bөLÿѭDYӅ thiӃt bӏ tách bөL[\ORQVDXÿyÿѭDYjRWKLӃt bӏ rӱa bөLѭӟt Sau khi ra khӓi thiӃt bӏ làm lҥnh sâu hҥW13.WKѭѫQJSKҭm sӁ ÿѭӧFÿѭDYjRWKLӃt bӏ bӑc áo thùng quay, ӣ ÿk\FKҩt chӕng kӃt khӕi paraffin và bӝt talcum sӁ ÿѭӧc áo bên ngoài hҥt NPK hҥn chӃ kӃt khӕLNKLÿyQJbao Dòng khí ra khӓi thiӃt bӏ bӑc áo sӁ ÿѭӧc quҥWK~WÿѭDWUӵc tiӃp vӅ thiӃt bӏ rӱa bөi Hҥt sҧn phҭm NPK sӁ vұn chuyӇQÿӃn hӋ thӕQJÿyQJEDRFyNtFKWKѭӟc hҥt tӯ 2 ± 4 mm chiӃm trên 90%, hàm ҭm hҥt nhӓ KѫQ>@
Trang 191.1.2 Giӟi thiӋu hӋ thӕng xӱ lý khí thҧi nhà máy phân bón NPK
+uQK6ѫÿӗ xӱ lý bөLÿӕi vӟi nhà máy sҧn xuҩt phân bón NPK [2]
Bөi ra khӓi thiӃt bӏ tҥo hҥt, sҩy, làm mát, sàn, nghiӅn có thành phҫn chӫ yӃu là bөi kaliclorua, bөi phân bón NPK, bөi DAP, khói ammoniac, khói acid bӏ cuӕQWKHRÿLvào thiӃt bӏ rӱa bөi bӣi các quҥWK~Wÿѭӧc bӕ trí tҥLÿҫu ra cӫa các thiӃt bӏ tҥo hҥt, sҩy, làm mát, phun bӑc Trong thiӃt bӏ rӱa bөLÿѭӧc bӕ trí 2 lӟSÿӋm và hӋ thӕng vòi phun Qѭӟc hҩp thө bөi
Dòng khí mang theo bөLÿѭӧc quҥWÿѭDYjRÿi\Fӫa thiӃt bӏ rӱa bөi, dòng bөLÿLlên gһp lӟSÿrPÿҫu tiên, phía trên lӟSÿӋPÿѭӧFEѫPQѭӟc tuҫn hoàn rӱa liên tөc vӟi OѭXOѭӧng lӟQOjPOѭӧng bөi bӏ giӳ lҥi và thu hӗi tҥi lӟSÿӋm thӭ nhҩWOrQÿӃn 90%, dòng khí mang theo 10% bөi và khí ammoniac tiӃp tөFÿLOrQSKtDWUrQFӫa tháp rӱa bөi, tҥi phҫQWUrQÿѭӧc bӕ trí thêm 1 lӟSÿӋPYjFiFYzLSKXQQѭӟc sҥch và mӝWOѭӧng acid sXQIXULFÿұPÿһc vӯDÿӫ ÿѭӧc bә VXQJYjRÿӇ hҩp thө DPRQDFÿҧm bҧo dòng khí ra khӓLÿӍnh tháp rӱa có nӗQJÿӝ ammoniac thҩSKѫQSSP
Phҫn dӏch phân bón NPK có nӗQJÿӝ khoҧng 10 ± 15% sau khi rӱDÿL[Xӕng phҫn ÿi\Fӫa tháp rӱDYjÿѭӧFEѫPÿѭDÿLWXҫn hoàn lҥi thiӃt bӏ tҥo hҥt Tuy nhiên, hiӋn tҥi OѭӧQJQѭӟc rӱDQj\WKѭӡng không thӇ thu hӗi lҥi quá trình tҥo hҥt do ҧQKKѭӣng quá trình tҥo hҥWWKѭӡng làm giҧm hiӋu suҩt tҥo hҥt DүQÿӃn nhiӅu vҩQÿӅ xҧ\UDQKѭFҫn phҧi bӕ trí mӝt hӋ thӕng tӗn trӳ lӟn và nӗng ÿӝ khí ra khӓi tháp rӱa có nhiӅu bөi sau mӝt thӡLJLDQÿѭDYjRYұn hành [2]
Trang 20&iFSKѭѫQJSKiS[ӱ Oê13WURQJQѭӟc thҧi nhiӉm NPK
3KѭѫQJSKiSWUDRÿәi ion
7UDRÿәLLRQOjTXiWUuQKWURQJÿy[ҧy ra sӵ WUDRÿәi giӳa các cation và anion trong dung dӏch (pha lӓng) vӟi các cation hoһc anion cӫa ionit (chҩWWUDRÿәi ion) ӣ pha rҳn 7UDRÿәi ion là mӝt dҥng hҩp phө hóa hӑc có thӇ biӇu diӉn bӣLSKѭѫQJWUuQKVDX
NH4+ 1D=ĺ1+4+Z + Na+ (1.2)
3KѭѫQJSKiSR[\KyDNKӱ
HiӋn nay, trên thӃ giӟLÿmQJKLrQFӭu rҩt kӻ vӅ biӋn pháp clo hóa Nguyên lý cӫa SKѭѫQJSKiSFORKyD.KtFORKzDWDQWURQJQѭӟc thӫ\SKkQQKDQKWKHRSKѭѫQJWUuQK WURQJP{LWUѭӡQJQѭӟc, các dҥng clo có tính chҩWR[\KyDÿӅXÿѭӧc chuyӇn vӅ dҥng axit hypocloro:
Cl2 + H2O ĺ HOCl + HCl (1.3) Ca(OCl)2+ 2H2O ĺ Ca(OH)2 + 2HClO (1.4) NaOCl + H2O ĺ HClO + NaOH (1.5) $[LWK\SRFORUѫOjPӝt axit yӃu, có giá trӏ pKa = 7,5 Chúng bӏ phân ly tҥi vùng pH cao, nhanh әQÿӏnh trҥng thái cân bҵng vӟi ion hypoclorit (OCl-) và tӗn tҥi ӣ trҥng thái trung hòa ӣ vùng pH thҩp (pH < 5,5) Tәng clo chӭa trong HOCl, OCl- và Cl2(aq) ÿѭӧc gӑLOj³FORWӵ GR´
HClOۛ ĺ H+ + OCl- (1.6) Amoniac lӓng phҧn ӭng vӟLD[LWK\SRFORUѫWҥo ra monocloamin:
NH3(aq +&O2ĺ1+2Cl + H2O (1.7) Bên cҥQKÿyFzQ[ҧy ra các phҧn ӭng sau:
Trang 21NH2&O+2&Oĺ1+&O2 + H2O (1.8) NHCl2 +2&Oĺ1&O3 + H2O (1.9) Ĉicloamin lҥLOjFKuDNKyDÿӇ phát triӇn phҧn ӭng oxi hóa khӱ Cl- QLWѫDPRQL
NHCl2 + H2O ĺ NOH + 2H+ + Cl- (1.10) Gӕc NOH có thӇ phҧn ӭng vӟLPRQRFORDPLQYjÿLFORDPLQJLҧi phóng khí N2:
NOH + NH2&Oĺ12 + H+ + Cl- + H2O (1.11) NOH + NHCl2 ĺ12 + H+ + Cl- + HOCl (1.12) 1JRjLUD12+FNJQJFyWKӇ phҧn ӭng vӟLD[LWK\SRFORUѫWҥo ra nitrit:
12++2&Oĺ122- + 2H+ + Cl- (1.13)
6DXÿyFORWӵ do sӁ R[LKyDQLWULWWKjQKQLWUDW&iFSKѭѫQJWUuQK - (1.30) có thӇ ÿѭӧc viӃt lҥLQKѭVDX
Cl2(lӓng) + 2NH4 +ĺ12 + 8H+ + 2Cl- (1.14) 4Cl2(lӓng) + NH4+ + 3H22ĺ123- + 10H+ + 8Cl- (1.15) 7KHRSKѭѫQJWUuQKSKҧn ӭng (1.23), nӃu tҩt cҧ QLWѫDPRQLÿѭӧc oxi hóa thành N2 thì tӍ lӋ clo tӵ do trên N-amoni ӣ thӡLÿLӇPEDQÿҫu sӁ Oj 3KѭѫQJpháp này hҫXQKѭNK{QJÿѭӧc sӱ dөng trong thӵc tӃ1Jѭӡi ta chӍ sӱ dөng khi nguӗn Qѭӟc cҫn xӱ lý chӭa ít chҩt hӳXFѫYjKjPOѭӧng amoni thҩp [1]
3KѭѫQJSKiSvi sinh
/jSKѭѫQJSKiSWK{QJWKѭӡQJÿӇ loҥi bӓ QLWѫNKӓLQѭӟc thҧi bҳWÿҫu bҵng cách R[\KyDDPRQLDFQLWULWHQLWUDWH TXiWUuQKQLWѫKyD