Nghiên Cứu Đánh Giá Khả Năng Thu Hồi Nitơ Và Photpho Bằng Phương Pháp Tạo Kết Tủa Struvite Kết Hợp Bể Phản Ứng Tầng Sôi Từ Hai Nguồn Magie.pdf

TÊN ĐỀ TÀI : Nghiên cứu đánh giá khả năng thu hồi Nitơ và Photpho bằng phương pháp tạo kết tủa Struvite kết hợp bể phản ứng tầng sôi từ hai nguồn Magie Lĩnh vực: Công nghệ môi trường Ng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

GVHD: TS NGUYỄN DUY ĐẠT SVTH: NGUYỄN HOÀNG TRUNG HẬU

LÊ ĐÌNH QUỲNH HÂN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THU HỒI NITƠ

VÀ PHOTPHO BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẠO KẾT TỦA STRUVITE KẾT HỢP BỂ PHẢN ỨNG TẦNG SÔI TỪ

HAI NGUỒN MAGIE

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THU HỒI NITƠ VÀ PHOTPHO BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẠO KẾT TỦA STRUVITE KẾT HỢP BỂ PHẢN ỨNG TẦNG SÔI TỪ HAI NGUỒN MAGIE

Lê Đình Quỳnh Hân 20150062

Nguyễn Hoàng Trung Hậu 20150065

GVHD: TS Nguyễn Duy Đạt

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THU HỒI NITƠ VÀ PHOTPHO BẰNG PHƯƠNG PHÁP TẠO KẾT TỦA STRUVITE KẾT HỢP BỂ PHẢN ỨNG TẦNG SÔI TỪ HAI NGUỒN MAGIE

Lê Đình Quỳnh Hân 20150062

Nguyễn Hoàng Trung Hậu 20150065

GVHD: TS Nguyễn Duy Đạt

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Sinh viên thực hiện: Lê Đình Quỳnh Hân MSSV: 20150062

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Trung Hậu MSSV: 20150065

1 TÊN ĐỀ TÀI : Nghiên cứu đánh giá khả năng thu hồi Nitơ và Photpho bằng phương pháp

tạo kết tủa Struvite kết hợp bể phản ứng tầng sôi từ hai nguồn Magie

Lĩnh vực: Công nghệ môi trường

Nghiên cứu ☐ Thiết kế ☐ Quản lý ☐

2 NỘI DUNG VÀ NHIỆM VỤ

(Liệt kê dưới dạng gạch đầu dòng từng nội dung)

- Khảo sát sự thay đổi thành phần của nước tiểu theo thời gian lưu mẫu

- Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: pH, độ pha loãng, tỷ lệ mol Mg:P đến sự hình thành struvite bằng thí nghiệm mẻ

- Đánh giá ảnh hưởng của thời gian đến sự phân bố kích thước hạt

- Đánh giá hiệu quả xử lý đồng thời kali

- Xây dựng mô hình bể phản ứng tầng sôi FBR Đánh giá hiệu suất xử lý nitơ và photpho với các vận tốc dòng lên khác nhau, sự ảnh hưởng của kích thước hạt mầm

- Đánh giá struvite tạo thành: Phân tích chất rắn, SEM – EDS, XRD

3 THỜI GIAN THỰC HIỆN: từ 15/12/2023 đến 30/06/2024

4 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Duy Đạt

Đơn vị công tác: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

TP HCM, ngày… tháng… năm 2024

TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

ĐÁNH GIÁ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên đồ án: Nghiên cứu đánh giá khả năng thu hồi Nitơ và Photpho bằng phương pháp

tạo kết tủa Struvite kết hợp bể phản ứng tầng sôi từ hai nguồn Magie

Sinh viên thực hiện: Lê Đình Quỳnh Hân MSSV: 20150062 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Trung Hậu MSSV: 20150065 Thời gian thực hiện: từ 15/12/2023 đến 30/06/2024

Ngày Nội dung thực hiện Nội dung điều chỉnh Chữ ký

GVHD

15/12/2023 - Nhận đề tài, xác định yêu cầu của đề tài

- Tích mẫu nước tiểu

- Mục tiêu nghiên cứu

- Nội dung nghiên cứu

01/01/2024

- Đọc báo và tổng hợp về các nghiên cứu liên quan

- Dựa vào các nghiên cứu tính toán thiết kế bể phản ứng tầng sôi

- Xác định các phương pháp phân tích

01/03/2024 - Chỉnh sửa đề cương chi tiết

- Báo cáo đề cương chi tiết

- Nghe nhận xét, chỉnh sửa các thí nghiệm và cách trình bày cho thích hợp

25/03/2024

- Báo cáo số liệu mẻ

- Chuẩn bị cho thí nghiệm vận hành mô hình: mượn bơm, chuẩn bị xô

- Xem xét số liệu, thực hiện lại nếu cần thiết

- Vận hành mô hình FBR - Chỉnh sửa mô hình tối ưu

hóa việc vận hành 01/06/2024 - Trình bày số liệu

- Viết báo cáo

- Chỉnh sửa báo cáo

- Xử lý số liệu, vẽ lại biểu đồ

- Nhận xét kết quả

22/06/2024 - Sấy mẫu mô hình

- Hoàn thành báo cáo

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

(Mẫu dùng cho cán bộ hướng dẫn ĐATN)

Người nhận xét (học hàm, học vị, họ tên):TS Nguyễn Duy Đạt

Cơ quan công tác: Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm - Trường Đại học Sư phạm

Kỹ thuật TP HCM

Sinh viên được nhận xét: Lê Đình Quỳnh Hân MSSV: 20150062

Nguyễn Hoàng Trung Hậu MSSV: 20150065 Tên đề tài:Nghiên cứu đánh giá khả năng thu hồi Nitơ và Photpho bằng phương pháp tạo kết tủa Struvite kết hợp bể phản ứng tầng sôi từ hai nguồn Magie

Ý kiến nhận xét:

1) Hình thức (Trình bày rõ ràng, đúng quy định; Bố cục chặt chẽ, mạch lạc, hợp lý; Bảng

biểu, hình ảnh, sơ đồ rõ, đẹp, đúng quy định; Chính tả)

Đồ án được trình bày rõ ràng, bố cục trình bày hợp lý Cách thể hiện bảng, biểu đồ, hình ảnh minh họa đầy đủ số liệu cần thiết Tuy nhiên còn sai về lỗi chính tả, định dạng hình ảnh

2) Mục tiêu và nội dung (Làm rõ tính cấp thiết của đề tài; Mục tiêu, nội dung nghiên cứu

phù hợp)

Mục tiêu đề tài được trình bày rõ ràng về tính cấp thiết đề tài, nêu được tình trạng thực tiễn hiện nay Nội dung nghiên cứu phù hợp với mục tiêu nghiên cứu rõ ràng

3) Các ưu điểm chính của đồ án (Tổng quan tài liệu, cơ sở nghiên cứu, Phương pháp

nghiên cứu, kết quả thảo luận, Kết luận kiến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục,…)

Trích dẫn tài liệu tham khảo phù hợp có liên quan đến nội dung đề tài Tổng quan nêu được các vấn đề liên quan và trình bày kết quả hợp lý Kết quả đồ án có độ tin cậy, có hình ảnh và video thực tế, có kiến nghị các vấn đề phù hợp với thực tiễn hiện nay

Luận văn đã chứng minh được kết tủa tạo thành là struvite và tìm được nguồn Mg thay thế hóa chất hiệu quả, có thể được sử dụng để tạo struvite vừa đáp ứng yêu cầu thu hồi photpho vừa tận dụng nguồn Mg trong nước thải (nước ót)

4) Các nhược điểm chính của đồ án (Tổng quan tài liệu, cơ sở nghiên cứu, Phương pháp

nghiên cứu, kết quả thảo luận, Kết luận kiến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục,…)

Tổng quan chưa thể hiện được nhiều quá trình thu hồi Chưa làm rõ nội dung ở thí nghiệm

bổ sung hạt mầm ở các vận tốc khác nhau, cần có thêm các nghiên cứu tiếp theo

5) Thái độ, tác phong làm việc

Sinh viên có thái độ tích cực, tinh thần ham học hỏi, tác phong nghiêm túc

Ý kiến kết luận:

Đề nghị cho bảo vệ hay không? Có ☒ hay Không ☐

Ngày 10 tháng 7 năm 2024

Người nhận xét

TS Nguyễn Duy Đạt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

(Mẫu dùng cho cán bộ đọc phản biện đồ án thuộc lĩnh vực nghiên cứu/ quản lý)

Người đánh giá (học hàm, học vị, họ tên): TS Trần Thị Kim Anh

Cơ quan công tác: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

Sinh viên được nhận xét: Lê Đình Quỳnh Hân MSSV: 20150062

Sinh viên được nhận xét: Nguyễn Hoàng Trung Hậu MSSV: 20150065

Tên đề tài: Nghiên cứu đánh giá khả năng thu hồi Nitơ và Photpho bằng phương pháp tạo kết tủa Struvite kết hợp bể phản ứng tầng sôi từ hai nguồn Magie

Nhận xét và đề nghị chỉnh sửa:

1) Hình thức (Trình bày rõ ràng, đúng quy định; Bố cục chặt chẽ, mạch lạc, hợp lý; Bảng biểu,

hình ảnh, sơ đồ rõ, đẹp, đúng quy định; Chính tả)

Nhận xét:

Hình thức trình bày rõ ràng, bố cục hợp lý Tuy nhiên cần xem lại lỗi chính tả

Đề nghị chỉnh sửa:

Chỉnh sửa theo yêu cầu

2) Phần đặt vấn đề (Làm rõ tính cấp thiết của đề tài; Mục tiêu, nội dung nghiên cứu phù hợp)

Nhận xét:

- Luận văn có trình bày rõ tính cấp thiết của đề tài, tuy nhiên để rõ ràng hơn, nên viết thêm thực trạng khai thác P từ nguồn tài nguyên không tái tạo và giá thành, ngoài ra việc P dư thừa cũng làm gây ô nhiễm để từ đó làm rõ lý do của đề tài

- Mục tiêu nghiên cứu rõ ràng

- Nội dung nghiên cứu cần được viết lại ngắn gọn, súc tích hơn để người đọc dễ theo dõi

Đề nghị chỉnh sửa:

Chỉnh sửa theo yêu cầu

3) Tổng quan (Tổng quan đầy đủ các vấn đề liên quan trực tiếp đến đề tài (chú ý tổng quan các

nghiên cứu trong và ngoài nước); Trình bày trích dẫn và liệt kê tài liệu tham khảo đúng quy định)

Nhận xét:

Phần tổng quan có nêu được các vấn đề có liên quan, có tổng quan các nghiên cứu trước đây và trích dẫn các tài liệu tham khảo

Đề nghị chỉnh sửa:

- Phần 1 cần nói rõ sự thiếu hụt nguồn tài nguyên photpho như thế nào

- Cần xem lại phần 1.2.1, phần này ít khi ứng dụng cho xử lý nito ammonia, mà thường xảy ra khi sử dụng chất khử trùng là Cl2 và có nước có chứa hàm lượng NH3

- Phần 1.2.2 Là phần trao đổi ion, khi muốn diễn tả quá trình loại bỏ NH4+ thì nên viết phương trình với NH4+

- Vì trong bài nghiên cứu này chú trọng đến quá trình thu hồi chất dinh dưỡng, nên tác giả

nên tổng quan nhiều quá trình thu hồi hơn là quá trình xử lý nito, và photpho

4) Phương pháp nghiên cứu (Phương pháp nghiên cứu phù hợp với mục tiêu, nội dung của đề

tài, Viết rõ ràng, dễ hiểu)

- Bảng 2.2 cần nói rõ tiêu chuẩn đo các mẫu (thay vì chỉ nói phương pháp so màu)

- Cần ghi rõ tỷ lệ Mg/P là tỷ lệ gì ? mol? Trong phần 2.3.3

- Chưa nói đến thí nghiệm khảo sát khi có Kali ?

- Chưa nói đến thí nghiệm xác định thành phần nước ót?

- Mô hình FBR: lưu lượng hoá chất đưa vào là bao nhiêu ? nồng độ MgCl2 pha là bao nhiêu?

- Phần thí nghiệm với mô hình khi xác định vận tốc phù hợp chưa có thêm seeding materials, do đó, nên có thêm thí nghiệm thay đổi vận tốc khi có các hạt mầm để kết quả đáng tin cậy hơn

5) Kết quả thảo luận (Kết quả thu được đáp ứng mục tiêu, nội dung của đề tài, Xử lý số liệu và

thảo luận, đánh giá số liệu, có nhận xét đối chiếu các nghiên cứu liên quan)

Nhận xét:

Kết quả phù hợp, có giải thích và liên hệ với các nghiên cứu liên quan

Đề nghị chỉnh sửa:

- Xem lại kết quả bẳng 3.1, TDS là gì?, sao thấp vậy?

- Trang 49: “15 ngày nhận thấy sự phân hủy của tổng phopthat với orthophotpho có giá trị gần nhau là 2163,8 ppm và 1967,6 ppm nên việc phân hủy tổng phophat thành ortho phophat là không đáng kể” có nghĩa là gì?, vậy ban đầu là tồn tại dạng gì?

- Trang 49-50: vì hàm lượng Ca2+ ban đầu trong nước thải ko đo, hàm lượng cuối thì rất thấp, nên việc nói quá trình ảnh hưởng đến hình thành struvite chưa được rõ ràng

- Cần giải thích thêm tại sao quá trình sử dụng MgCl2 so với nước ót ko thay đổi nhiều về hiệu suất thu hồi photpho trong khi nước ót có nhiều thành phần khác nữa trong phần 3.2.1

- Các giá trị trung bình thì nên có sai số (Hình 3.14)

6) Kết luận – Kiến nghị và Tính khả thi của đề tài (Kết luận ngắn gọn, súc tích, đáp ứng được mục tiêu, nội dung đề ra, phù hợp với kết quả thu được)

Nhận xét:

-

Đề nghị chỉnh sửa:

- 7) Poster (Kết luận ngắn gọn, súc tích, đáp ứng được mục tiêu, nội dung đề ra, phù hợp với kết

quả thu được)

Nhận xét:

Tên đề tài cần chỉnh ngắn ngọn, xúc tích

Xem lại tiếng anh

Xem lại phần recommendation

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC & THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

BÁO CÁO NỘI DUNG ĐƯỢC ĐIỀU CHỈNH

Sinh viên thực hiện: Lê Đình Quỳnh Hân MSSV: 20150062

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hoàng Trung Hậu MSSV: 20150065

Tên đề tài: Nghiên cứu đánh giá khả năng thu hồi Nitơ và Photpho bằng phương pháp tạo kết tủa Struvite kết hợp bể phản ứng tầng sôi từ hai nguồn Magie

NỘI DUNG CHI TIẾT

STT Nội dung được yêu cầu Trang

Báo cáo điều chỉnh

Có Không Nội dung – trang

1 Bổ sung mục tiêu nghiên

cứu – thực trạng khai

thác photpho

2 ☒ ☐ Đã bổ sung – trang 2

2 Trình bày nội dung

nghiên cứu gọn lại 3 ☒ ☐ Đã chỉnh sửa – trang 3

3 Nói rõ sự thiếu hụt tài

nguyên photpho 6 ☒ ☐ Mục 1.1.1 Sự thiếu hụt

7 Bổ sung thí nghiệm xác

định thành phần nước ót 45 ☒ ☐ Đã bổ sung

pH đến hiệu suất thu hồi nitơ và photpho – trang 35

9 Bổ sung thí nghiệm thêm

hạt mầm ở các vận tốc

khác nhau

☐ ☒

Thí nghiệm cần chuẩn bị thể tích nước tiểu nhiều và cần thời gian ổn định nồng độ nước tiểu

Vì vậy không đảm bảo điều kiện, nhóm em chưa thực hiện nội dung này và có bổ sung ở phần kiến nghị về nội dung này

10 Chỉnh sửa tên đề tài

Ngày 15 tháng 07 năm 2024

Giảng viên hướng dẫn Người viết

( Ký & ghi rõ họ tên) ( Ký & ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM nói chung và các thầy cô trong khoa Công Nghệ Hóa học Thực phẩm, bộ môn Công nghệ Kỹ Thuật Môi trường nói riêng đã tạo điều kiện cũng như giúp đỡ chúng em trong luận văn của mình Không thể không kể đến sự

có mặt giúp đỡ, cho lời khuyên, tận tình chỉ dạy của GVHD TS Nguyễn Duy Đạt Trong suốt quá trình làm thí nghiệm, chúng em đã học được rất nhiều kiến thức bổ ích, cũng như bổ sung những kiến thức bị hỏng Tinh thần làm việc hết mình, thái độ làm việc nghiêm túc và cẩn thận cũng là kinh nghiệm đáng quý Có thể thấy đó là những điều cần thiết cho chúng em trong việc học ở những nắm tiếp và cũng là kinh nghiệm cho cuộc sống và công việc sau này

Do thời gian và trình độ còn hạn chế, bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong các thầy cô chỉ bảo và đóng góp ý kiến để chúng em có được cái nhìn cũng như kinh nghiệm hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn! Lời cuối cùng, chúng em xin kính chúc quý thầy cô khoa Công nghệ Hóa học - Thực Phẩm có thật nhiều sức khỏe

Trân trọng!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là Lê Đình Quỳnh Hân, sinh viên khóa 2020 của ngành Công nghệ Kỹ thuật

Môi trường, MSSV 20150062

Tôi tên là Nguyễn Hoàng Trung Hậu, sinh viên khóa 2020 của ngành Công nghệ

Kỹ thuật Môi trường, MSSV 20150065

Chúng tôi xin cam đoan: Luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của chúng tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Duy Đạt Các số liệu và kết quả được trình bày là số liệu thực tế từ thí nghiệm, không sao chép bất kỳ tài liệu nào Các thông tin tham khảo được thu thập từ các nguồn đáng tin cậy, được công bố rộng rãi và trích nguồn rõ ràng ở danh mục tài liệu tham khảo Giảng viên hương dẫn của chúng tôi – TS Nguyễn Duy Đạt được toàn quyền sử dụng kết quả của công trình nghiên cứu này

Chúng tôi xin lấy danh dự và uy tín của bản thân để đảm bảo cho lời cam đoan này

TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm …

Sinh viên thực hiện Sinh viên thực hiện

TÓM TẮT

Photpho là nguồn tài nguyên không thể tái tạo là thành phần không thể thiếu cho

sự phát triển của cây trồng Bên cạnh đó, nước tiểu chứa nhiều chất dinh dưỡng trong

đó có 80% lượng photpho và 45% lượng nitơ trong nước thải sinh hoạt Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra, nước ót – một dạng nước thải sau quá trình làm muối, là một nguồn magie tốt Với mục đích thu hồi và tái sử dụng nitơ, photpho trong nước tiểu bằng phương pháp tạo struvite, đề tài được tiến hành khảo sát với hai nguồn magie khác nhau lần lượt là nước ót và MgCl2

Các thí nghiệm được tiến hành lần lượt là khảo sát pH, độ pha loãng, tỷ lệ mol Mg/P, ảnh hưởng của thời gian đến kích thước hạt, từ đó xác định các thông số tối ưu cho quá trình tạo phân bón struvite bằng các thí nghiệm dạng mẻ Phần tiếp theo của thí nghiệm được tiến hành trên mô hình tầng sôi FBR với các thông số tối ưu mẻ Nghiên cứu tiến hành đánh giá ảnh hưởng của vận tốc dòng lên và có mặt hạt mầm dựa trên kích thước hạt tạo thành đến hiệu suất xử lý nitơ và photpho Từ đó xác định được thông

số tối ưu cho bể phản ứng tầng sôi FBR trong việc tạo ra sản phẩm có tính thương mại cao

Kết quả nghiên cứu thu được: Ở pH 9, độ pha loãng 2 và tỷ lệ mol Mg/P là 1/1, hiệu suất xử lý đạt 97,9±0,7% đối với photpho và 47,1±2% đối với nitơ Thời gian để hạt đạt kích thước ổn định là ít nhất 120 phút Khi vận hành bể phản ứng FBR ở vận tốc 0,56 m/min, hiệu suất ổn định và kích thước hạt trung bình đạt 510 µm và 414 µm lần lượt với khi sử dụng MgCl2 và nước ót (thời gian lưu hạt là 24h) Khi bổ sung hạt mầm ở kích thước 300-500 µm với khối lượng 5 gam có làm tăng hiệu suất xử lý nitơ

và photpho, đồng thời làm tăng kích thước hạt trung bình 9,1% đối với nước ót Mô hình được vận hành liên tục trong thời gian 7 ngày với các thông số tối ưu đã được xác định, đánh giá độ ổn định của mô hình FBR và chất lượng chất rắn tạo thành thông qua

độ tan sản phẩm, hình thái qua SEM và thành phần hóa học của sản phẩm Chính vì vậy, có thể sử dụng nước ót là nguồn magie thay thế cho hóa chất trong quá trình tạo struvite, giúp giảm chi phí vận hành và xử lý tối ưu nguồn nước thải

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài (tính cấp thiết) 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nội dung nghiên cứu 3

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

5 Ý nghĩa của đề tài 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 6

1.1 Nhu cầu phân bón và sự sư thừa Photpho, Nitơ trong chất thải 6

1.1.1 Sự thiếu hụt photpho 6

1.1.2 Nhu cầu sử dụng phân bón và sự dư thừa trong chất thải của Nitơ và Photpho 6

1.2 Phương pháp xử lý nitơ (N) 9

1.2.1 Phương pháp thổi khí cưỡng bức (Air Stripping) 9

1.2.2 Phương pháp trao đổi ion 9

1.2.3 Phương pháp sử dụng vi sinh vật 11

1.3 Tổng quan về các phương pháp xử lý Photpho (P) 12

1.3.1 Phương pháp kết tủa muối kim loại 12

1.3.2 Phương pháp sử dụng màng lọc 13

1.3.3 Hấp phụ photphat bằng than hoạt tính 13

1.4. Tổng quan về các phương pháp xử lý đồng thời nitơ (N) và photpho (P)………… ……….13

1.5. Tổng quan kết tủa struvite (MAP) 16

1.5.1 Tính chất của MAP 17

1.5.2 Cơ chế hình thành kết tinh struvite 18

1.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành MAP 19

1.6. Tổng quan về nước tiểu người 20

1.7 Tính chất nước ót 23

1.8. Tổng quan về bể phản ứng tầng sôi FBR 24

1.9. Các công trình nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước 26

1.9.1 Các công trình nghiên cứu ngoài nước 26

1.9.2 Các công trình nghiên cứu trong nước 30

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

2.1 Nội dung nghiên cứu 32

2.2 Phương pháp lưu trữ nước tiểu trước thí nghiệm 33

2.3 Thí nghiệm mẻ (Jartest) 33

2.3.1 Khảo sát sự thay đổi các thành phần trong nước tiểu theo thời gian lưu……… 34

2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi nito và photpho………35

2.3.3 Khảo sát tỷ lệ pha loãng và thời gian phản ứng đến hiệu suất thu hồi nitơ và photpho 35

2.3.4 Khảo sát tỷ lệ mol Mg/P ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi nitơ, photpho……… 37

2.3.5 Khảo sát tỷ lệ kích thước hạt theo thời gian phản ứng 37

2.4 Thí nghiệm chạy mô hình phản ứng tầng sôi FBR 38

2.4.1 Kích thước mô hình 38

2.4.2 Các bước vận hành mô hình 39

2.4.3 Khảo sát vận tốc dòng lên cho mô hình FBR 41

2.4.4 Khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt mầm đối với sự tạo hạt struvite 42 2.4.5 Vận hành mô hình liên tục 43

2.5 Phương pháp khảo sát tính chất struvite tạo thành 43

2.6 Dụng cụ, hóa chất 43

2.7 Phương pháp phân tích mẫu nước ót 44

2.8 Phương pháp bảo quản và phân tích mẫu ICs 45

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 46

3.1 Kết quả thí nghiệm mẻ 46

3.1.1 Sự thay đổi thành phần nước tiểu theo thời gian lưu mẫu 46

3.1.2 Thành phần nước ót 49

3.1.3 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi nitơ và photpho 50

3.1.4 Ảnh hưởng pha loãng đến hiệu suất thu hồi nitơ và photpho 52

3.1.5 Khảo sát hiệu suất thu hồi nitơ và photpho theo tỷ lệ mol Mg/P 55

3.1.6 Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến tỷ lệ kích thước hạt 57

3.1.7 Đánh giá hiệu quả xử lý đồng thời Kali 58

3.2 Kết quả vận hành mô hình 60

3.2.1 Hiệu suất thu hồi Nitơ và Photpho với vận tốc dòng lên khác nhau 60 3.2.2 Phân bố kích thước hạt ở các vận tốc dòng lên khác nhau 62

3.2.3 Ảnh hưởng kích thước hạt mầm đối với sự tạo hạt Struvite 65

3.2.4 Kết quả vận hành mô hình tầng sôi liên tục 67

3.3 Tính chất Struvite tạo thành 71

3.3.1 Kết quả phân tích thành phần chủ yếu trong chất rắn 71

3.3.2 Phân tích độ tan của struvite 72

3.3.3 Kết quả chụp SEM – EDS, XRD 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO xi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Mức độ sử dụng phân bón trên toàn thế giới và theo từng quốc gia [11] 7

Bảng 1.2 Lượng nitơ (N) và Photpho (P) sản xuất để sử dụng nông nghiệp dựa trên trước (BAU) và sau (TS) theo kinh tế bền vững [12] 8

Bảng 1.3 Phạm vi hàm lượng của các hợp chất trong nước tiểu ở người [50] 21

Bảng 1.4 Thành phần các nguồn magie khác nhau có trên thị trường [58] 23

Bảng 2.1 Chỉ tiêu phân tích thí nghiệm tính chất nước tiểu 34

Bảng 2.2 Chỉ tiêu phân tích thí nghiệm khảo sát pH nước tiểu 35

Bảng 2.3 Chỉ tiêu phân tích thí nghiệm khảo sát tỷ lệ pha loãng nước tiểu 36

Bảng 2.4 Thông số mô hình Fluidized Bed Reactor (FBR) 39

Bảng 2.5 Thông số vận hành mô hình cho thí nghiệm khảo sát vận tốc dòng lên 41

Bảng 2.6 Thông số vận hành mô hình thay đổi kích thước hạt mầm đối với sự tạo hạt Struvite 42

Bảng 3.1 Kết quả phân tích tính chất nước tiểu thời gian lưu 15 ngày 48

Bảng 3.2 Thành phần chính có trong nước ót 49

Bảng 3.3 Hiệu suất khảo sát vận hành liên tục nguồn nước ót của mô hình tầng sôi FBR 68

Bảng 3.4 Hiệu suất khảo sát vận hành liên tục nguồn hóa chất MgCl2 của mô hình tầng sôi FBR 69

Bảng 3.5 Kết quả phân tích thành phần chất rắn tạo thành (mmol/gam) 71

Bảng 3.6 Kết quả phân tích độ tan chất rắn tạo thành 72

Bảng 3.7 Thành phần phần trăm khối lượng các nguyên tố qua phân tích EDS của struvite (MAP-C) với nguồn magie là MgCl2 và struvite (MAP-B) với nguồn magie nước ót 76

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Quy trình công nghệ AO 14

Hình 1.2 Quy trình công nghệ AAO 15

Hình 1.3 Quy trình công nghệ SBR 15

Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể struvite [37] 17

Hình 1.5 Các bước hình thành và phát triển tinh thể [39] 18

Hình 1.6 Cơ chế hình thành nhân và phát triển thành Struvite [40] 19

Hình 1.7 Mô hình phản ứng tầng sôi (FBR) 24

Hình 1.8 Quá trình tạo hạt mầm đồng nhất trong FBR 25

Hình 1.9 Mô hình tầng sôi đồng nhất thu hồi nitơ và photpho [70] 27

Hình 1.10 Mô hình tầng sôi đồng nhất của FBR thu hồi Fe(III),Cu(II) [71] 28

Hình 1.11 Mô hình tầng sôi FBR thu hồi N,P nước thải chăn nuôi [72] 28

Hình 1.12 Mô hình tầng sôi FBHC thu hồi K, P nước tiểu con người [72] 29

Hình 1.13 Mô hình tầng sôi thu hồi Al(OH)3 [73] 29

Hình 1 14 Mô hình khuấy hình thành Struvite [76] 30

Hình 1 15 Sản phẩm Struvite từ nước thải cao su latex [77] 31

Hình 2.1 Nội dung thực hiện nghiên cứu 32

Hình 2.2 Thí nghiệm khảo sát tỷ lệ pha loãng 36

Hình 2.3 Sàng rây struvite theo từng kích cỡ của hãng Gilson Company.inc 37

Hình 2.4 Kích thước mô hình Fluidized Bed Reactor (FBR) 38

Hình 2.5 Quy trình vận hành mô hình Fluidized Bed Reactor (FBR) 40

Hình 3.1 Mối liên hệ giữa pH và nồng độ NH4+, COD, PO43- theo thời gian 46

Hình 3.2 Ảnh hưởng của pH lên hiệu suất xử lý a) Nitơ và b)Photpho 50

Hình 3.3 Hiệu suất và nồng độ nitơ ở các độ pha loãng a)Pha loãng 0, b) Pha loãng 2, c) Pha loãng 5, d) Pha loãng 8 theo thời gian 52

Hình 3.4 Hiệu suất và nồng độ photpho ở các độ pha loãng a) Pha loãng 0, b) Pha loãng

2, c) Pha loãng 5, d) Pha loãng 8 theo thời gian 53 Hình 3.5 a) Khối lượng struvite tạo thành ở các độ pha loãng khác nhau, b) Biểu đồ cân bằng vật chất ở các độ pha loãng khác nhau 54 Hình 3.6 Ảnh hưởng tỷ lệ mol Mg/P đến hiệu quả thu hồi (a) Photpho và (b) Nitơ 55 Hình 3.7 Sự phân bổ kích thước hạt theo thời gian 57 Hình 3.8 Hiệu suất xử lý nitơ và kali, phoptho ở các pH khác nhau 58 Hình 3.9 Các dạng sản phẩm struvite khác nhau [100] 59 Hình 3.10 Hiệu suất loại bỏ a) Photpho và b) Nitơ theo thời gian ở các vận tốc với nguồn magie là hóa chất MgCl2 60 Hình 3.11 Hiệu suất loại bỏ a) Photpho và b) Niơ theo thời gian ở các vận tốc với nguồn magie là nước ót 61 Hình 3.12 Phân bố kích thước hạt ở các vận tốc a) 0,40 m/phút b) 0,56 m/phút c) 0,72 m/phút 62 Hình 3.13 Hiệu suất xử lý ở các kích thước hạt mầm khác nhau a) Nitơ và b)Photpho

ở magie nguồn nước ót, c) Nitơ và d) Photpho ở magie nguồn MgCl2 65 Hình 3.14 So sánh kích thước hạt trung bình ở các kích thước hạt mầm khác nhau 66 Hình 3.15 Sản phẩm struvite thu được ở mô hình vận hành liên tục a) MgCl2 b) nước

ót 70 Hình 3.16 Mô hình 7 ngày vận hành liên tục với nguồn magie a) MgCl2 b) Nước ót 70 Hình 3.17 SEM các kích cỡ hạt khác nhau với nguồn magie hóa chất a) Kích thước

<150 µm b) Kích thước 150-300 µm c) Kích thước 300-500 µm d) Kích thước

500-750 µm 73 Hình 3.18 SEM các kích cỡ hạt khác nhau với nguồn magie nước ót 74 Hình 3.19 Kết quả XRD với các mẫu struvite a) XRD hóa chất b) XRD nước ót 77

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

COD Chemical Oxygen Demand

EDS Energy-dispersive X-ray spectroscopy

FBR Fluidized Bed Reactor

HAP Hydroxyapatite

MAP Magnesium Ammonium Phosphate

MPP magnesium Potassium Phosphate

MSP Magnesium Sodium Phosphate

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài (tính cấp thiết)

Vào năm 2022, tổng sản lượng phân bón sản xuất trong nước đã đạt khoảng 7,5 triệu tấn, nhập khẩu 3,44 triệu tấn phân bón các loại Về chủng loại phân bón nhập khẩu, chủ yếu vẫn nhập phân bón vô cơ với lượng nhập gần 3 triệu tấn; nhập khẩu phân bón hữu cơ là 0,46 triệu tấn Theo thông tin từ Tổng công ty Phân bón và Hóa chất Dầu khí (PVFCCo) cũng cho thấy 9 tháng của năm 2023, tiêu thụ phân bón Phú Mỹ đạt trên 980 nghìn tấn, tăng hơn 100 nghìn tấn, tương đương tăng 12%

so với cùng kỳ năm 2022 Từ đó thấy được sự phụ thuộc của ngành nông nghiệp nói riêng và hệ thống lương thực toàn cầu nói chung vào phân bón hóa học

Là thành phần chính cho sự phát triển của cây trồng, photpho là thành phần chính cho ngành sản xuất phân bón Bên cạnh đó, nhiều ngành công nghiệp khác cũng sử dụng photpho là nguồn nguyên liệu chính Cùng với đó, trữ lượng có hạn

và sự phân bố không đều của photpho trên thế giới dẫn đến giá thành tăng cao Tính trong năm 2022, tổng giá trị photpho được giao dịch đạt 1,23 tỷ đô la, tăng 62,3%

so với năm 2021 Cùng với sự tăng trưởng dân số và sự căng thẳng về mặt chính trị, giá thị photpho được dự đoán vẫn sẽ cao và không có dấu hiệu hạ Nhiều nghiên cứu cho rằng nhu cầu về photpho trong nông nghiệp có thể tăng gấp đôi vào năm 2050

so với năm 2006 Tuy nhiên, chưa có sự nhìn nhận đúng đắn về việc quản lý photpho

Sử dụng quá nhiều phân bón dẫn đến sự phung phí nguồn photpho và xử lý nước thải không toàn diện dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa, ô nhiễm môi trường nước một cách trầm trọng Để đối phó với những thách thức này, việc tìm kiếm nguồn nitơ, photpho mới thay thế đã trở thành vấn đề quan tâm của nhiều nước trên thế giới, ngay cả tại Việt Nam và đây là hướng nghiên cứu đầy triển vọng

Hiện nay, đã có nhiều nghiên cứu về việc thu hồi, tái sử dụng chất dinh dưỡng trong chất thải Theo Joenssen và cộng sự, nước tiểu chiếm ít hơn 0,5% nước thải sinh hoạt nhưng chứa hầu hết các chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng, chiếm khoảng 80% lượng nitơ, 50% lượng photpho và 60% lượng kali [1] Nếu có thể tách riêng lượng nước tiểu thải ra, việc xử lý nitơ và photpho trong nước thải sẽ trở nên

dễ dàng hơn Các nghiên cứu này góp phần giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi

trường, giảm thiểu lượng đạm và phốt phát trong chất thải Đồng thời cung cấp phân bón nitơ và photphat sạch, thích hợp cho sản xuất phân lân, giải quyết vấn đề được đưa ra ở trên

Kết tủa struvite là một giải pháp thu hồi nitơ, photpho khả thi được nhiều học giả đề xuất Struvite, hay còn được gọi là MAP (Magnesium Ammonium Phosphate), là một nguồn tốt của photphat, nó là một loại phân bón tan chậm tuyệt vời [2] Hầu hết các nghiên cứu sẽ bổ sung magie (Mg) hoặc kali (K) để tạo điều kiện tốt cho quá trình tạo struvite, tuy nhiên đây sẽ là một lượng không nhỏ, gây tốn kém hóa chất Chính vì vậy, việc tìm kiếm một nguồn thay thế là cần thiết Nước ót

là nước còn lại sau quá trình phơi muối ở ruộng muối, sau khi đã lấy muối kết tinh, được biết đến là một nguồn magie thay thế tốt Sau natri, magie là cation phổ biến nhất được tìm thấy trong đại dương Với nồng độ các ion magie và kali khoảng 1300ppm và 450ppm, tương ứng, thì có thể coi đây là một nguồn magie tự nhiên tốt, chứa nhiều ion cần thiết cho quá trình thu hồi nitơ và photpho, tạo struvite Tuy nhiên, cần nhiều nghiên cứu để xác định sự ảnh hưởng của các ion khác có trong nước ót

Từ đó, thấy được việc thu hồi và tái sử dụng chất dinh dưỡng từ nguồn nước tiểu với nguồn magie bổ sung là nước ót là một nguồn lợi tiềm năng, vừa đáp ứng được mục tiêu bảo vệ nguồn nước, tiết kiệm năng lượng, tạo ra nguồn phân bón có ích; vừa nâng cao tính kinh tế của quá trình kết tinh struvite đồng thời vẫn đảm bảo chất lượng của sản phẩm cuối cùng Chính vì lý do đó, đề tài “Nghiên cứu đánh giá khả năng thu hồi nitơ và photpho bằng phương pháp tạo kết tủa Struvite kết hợp bể phản ứng tầng sôi từ hai nguồn Magie” được nghiên cứu nhằm có thể cung cấp một nguồn phân bón thân thiện Có thể đồng thời giải quyết vấn đề ô nhiễm do nước thải, không phụ thuộc vào nguồn tài nguyên khoáng sản sắp cạn kiệt, từ đó cung cấp nguồn phân bón an toàn, thân thiện, cũng như phù hợp với cây trồng

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Khảo sát sự thay đổi thành phần của nước tiểu theo thời gian lưu mẫu

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thu hồi nitơ và photpho trong nước tiểu sử dụng nguồn magie từ nước ót bằng thí nghiệm mẻ

- Đánh giá hiệu suất thu hồi nitơ, photpho và kích thước sản phẩm tạo thành trong bể phản ứng tầng sôi với các thông số vận hành khác nhau và ảnh hưởng của

sự có mặt hạt mầm ở các kích thước khác nhau

- Vận hành mô hình liên tục với các thông số tối ưu đã được xác định

- Đánh giá tính chất của sản phẩm tạo thành (XRD, SEM-EDS, độ tan)

3 Nội dung nghiên cứu

- Khảo sát sự thay đổi thành phần của nước tiểu theo thời gian lưu mẫu

+ Các thông số đặc trưng như pH, nitơ, photpho, COD được lấy mẫu và xác định từng ngày để khảo sát sự thay đổi theo thời gian lưu mẫu

+ Các thông số TS, TSS, kali, canxi, magie, tổng nitơ, tổng photpho được xác định vào ngày cuối lưu mẫu để thể hiện tính chất mẫu nước tiểu

- Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: pH, độ pha loãng, tỷ lệ mol Mg/P, thời gian đến sự hiệu suất xử lý nitơ, photpho và sự hình thành chất rắn

+ Tiến hành các thí nghiệm với các nguồn cấp magie là nước ót cho từng thí nghiệm để đánh giá quá trình thu hồi nitơ, photpho

+ Lấy mẫu theo thời gian để xác định hiệu suất thu hồi nitơ và photpho cho từng thí nghiệm Từ đó xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý nitơ và photpho

+ Tỷ lệ phần trăm kích thước được xác định để đánh giá ảnh hưởng của thời gian lưu đến kích thước hạt tạo thành

+ Ion kali được xác định trước và sau mỗi thí nghiệm để đánh giá hiệu quả

xử lý đồng thời đến quá trình hình thành struvite

- Xây dựng mô hình bể phản ứng tầng sôi tạo kết tinh struvite Đánh giá hiệu suất thu hồi NH4+ và PO43- ở các vận tốc dòng lên khác nhau và hiệu quả của sự bổ

sung hạt mầm ở các kích thước khác nhau

+ Vận hành mô hình tầng sôi ở các vận tốc dòng lên khác nhau, xác định được vận tốc tối ưu cho việc xử lý nitơ, photpho và hiệu quả hình thành hạt

+ Đánh giá sự hiệu quả khi vận hành mô hình tầng sôi ở điều kiện bổ sung hạt mầm với các kích thước hạt khác nhau

+ Sản phẩm tạo thành được thu và rây theo các kích thước khác nhau, từ đó xác định phân bố kích thước hạt và nhận xét hiệu quả, giá trị thành phẩm

- Vận hành mô hình liên tục với thời gian 7 ngày ở các thông số vận hành tối

+ Phân tích các thành phần trong chất rắn tạo thành

+ Đo XRD, chụp SEM – EDS để xác định hình dạng, kích thước và thành phần trên bề mặt của sản phẩm

+ Đo độ tan sản phẩm chất rắn tạo thành

Đánh giá sự khác nhau khi sử dụng hai nguồn magie khác nhau là MgCl 2 và nước ót

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

- Nước tiểu người được thu từ nhà vệ sinh tại nhà

- Mô hình phản ứng tầng sôi - Fluidized Bed Reactor (FBR)

- Nguồn magie là nước ót và MgCl2

Phạm vi nghiên cứu:

- Phạm vi phòng thí nghiệm: thí nghiệm Jartest trong 180 phút và mô hình phản ứng tầng sôi FBR trong 7 ngày (12h/ngày)

- Các thông số khảo sát ở thí nghiệm mẻ: pH, độ pha loãng, tỷ lệ mol Mg/P và ảnh hưởng thời gian đến sự phân bố kích thước hạt

- Sử dụng mô hình phản ứng tầng sôi FBR để đánh giá hiệu suất thu hồi nitơ

và photpho bằng phương pháp tạo struvite ở các vận tốc dòng lên khác nhau và ảnh hưởng của việc bổ sung các kích thước hạt mầm khác nhau

5 Ý nghĩa của đề tài

5.1 Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu tách riêng nguồn nước tiểu để xử lý riêng biệt góp phần làm giảm nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt, từ đó dễ dàng xử lý Tận dụng nguồn nguồn magie trong nước ót - cũng là một dạng nước thải, để tạo kết tủa, xử lý nitơ

và photpho trong nước tiểu Thêm vào đó photpho là nguồn tài nguyên không thể tái tạo, theo chu trình photpho, việc tái tạo photpho là cần thiết và phục vụ cho nhu cầu nông nghiệp, định hướng đến sự phát triển bền vững thúc đẩy xu hướng kinh tế tuần hoàn Đồng thời, việc sử dụng kết hợp với bể phản ứng tầng sôi để tạo kết tinh struvite giúp tạo được các hạt có độ tinh khiết cao, hàm lượng nước thấp, cũng như đồng đều về hình dạng, có thể cạnh trạnh với các loại phân bón khác Đây là công nghệ mới đầy hứa hẹn trong thúc đẩy phát triển mảng công nghiệp xanh để thu hồi dinh dưỡng từ hai nguồn nước thải (nước ót và nước tiểu) và biến chất thải thành tài nguyên có giá trị

5.2 Ý nghĩa khoa học

Thu hồi nitơ, photpho thông qua việc tạo kết tủa struvite bằng bể phản ứng tầng sôi góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường nước, là một trong những hướng đi mới trong công nghệ xử lý nước thải Nghiên cứu nhằm đưa ra số liệu chính xác cho việc sử dụng nước ót làm nguồn magie cho quá trình tạo struvite Đồng thời, góp phần thúc đẩy xu hướng mô hình kinh tế tuần hoàn, phát triển bền vững, tận dụng nguồn tài nguyên từ chất thải

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1.Nhu cầu phân bón và sự sư thừa Photpho, Nitơ trong chất thải

1.1.1 Sự thiếu hụt photpho

Là thành phần chính và là nguyên tố thiết yếu cho sự sống, photpho (P) là thành phần quan trọng cấu thành nên các tế bào (ARN, AND) Photpho còn là nguyên liệu chính cho nhiều ngành công nghiệp, sản xuất như phân bón, thuốc nổ, luyện kim,….Sự thiếu hụt nguồn tài nguyên photpho ảnh hưởng trực tiếp đến an ninh lương thực toàn cầu và sự phát triển bền vững của môi trường Với sự gia tăng dân số, nguồn cung photpho đang và sẽ còn quan trọng hơn trong tương lai, vì photpho là nguồn tài nguyên không thể thay thế Photpho được liệt kê trong danh sách Nguyên liệu thô quan trọng (CRM) của EU

Photpho là một nguyên tố có khả năng phản ứng cao và do đó, chúng không bao giờ được tìm thấy dưới dạng nguyên tố tự do trong tự nhiên Hầu hết photpho của trái đất được tìm thấy dưới dạng khoáng chất trong lớp vỏ trái đất Tuy nhiên, đây là một nguồn tài nguyên không thể tái tạo, có trữ lượng hữu hạn và chỉ tập trung

ở một số nước như Marcoc, Hoa Kỳ, Nga,… Sự phân bố không đều này dẫn đến sự phụ thuộc của an ninh lương thực thế giới vào một số nước nhất định Tính trong năm 2022, tổng giá trị photpho được giao dịch đạt 1,23 tỷ đô la, tăng 62,3% so với năm 2021 Cùng với sự căng thẳng chính trị đang leo thang, nhiều chuyên gia dự đoán rằng giá trị photpho vẫn sẽ tăng trong tương lai

1.1.2 Nhu cầu sử dụng phân bón và sự dư thừa trong chất thải của Nitơ và Photpho

Theo thống kê trong những năm gần đây, tác động từ các hoạt động của con người đã gây ra sự ảnh hưởng đáng kể đến chu trình nitơ và photpho, tạo ra sự mất cân bằng dinh dưỡng giữa nitơ và photpho trong hệ sinh quyển [3] Những tác động bao gồm sự thay đổi về phát thải khí nhà kính, bao gồm khí methane (CH4) và nitrous oxide (N2O), đến sự gia tăng nhiệt độ trên toàn cầu và tạo ra các biến động thời tiết cực đoan Trong những biến đổi do tác động của con người, hiện nay, sự chệch lệch

về cân bằng dinh dưỡng giữa nitơ và photpho đang nhận được ít sự chú ý và quan

tâm so với những thay đổi khác [4] Sự mất cân bằng giữa cân nặng và chiều cao đã được WHO và OECD dữ liệu hóa trong những năm gần đây cho thấy con người cũng bị ảnh hưởng bởi sự mất cân bằng này [5]

Sự mất cân bằng nitơ và photpho do sự thất thoát trong quá trình sản xuất nông nghiệp, cứ tăng 10% khối lượng phân bón được sử dụng lại thất thoát đi 1% đến 4% khối lượng [6] Lượng sử dụng phân bón của các nước trên quốc gia được

chảy bề mặt là do sự rửa trôi các lượng phân bón dư thừa trên bề mặt đất nông nghiệp Được thống kê vào năm 2020, giá trị trung bình 23,8% lượng nitơ được bón vào đất bị chuyển hóa thành NH3 (16,1%); N2O (0,3%); dòng chảy bề mặt và rửa trôi (2,6% và 4,8%) Tổng lượng photpho bị mất xấp xỉ 2,7% lượng cung cấp; dòng chảy bề mặt và rửa trôi (1,4% và 1,3%) [6] [7]

Cân bằng được nguồn ô nhiễm giúp giảm thiểu bớt ô nhiễm nước, nguồn xuất hiện nitơ và photpho không chỉ từ quá trình nông nghiệp còn xuất phát từ nước thải công nghiệp, nước thải đô thị (sinh hoạt) được xả thải ra ngoài khi chưa xử lý triệt

để Người ta hiểu rằng duy trì chất lượng nước trong tương lai là việc kiểm soát tốt lượng nitơ và photpho trong nước Tuy nhiên, quản lý dựa trên thông tin hiện tại thường không linh hoạt đối với sự biến động của chất lượng nước, gây khó khăn lớn hơn trong việc khôi phục hệ sinh thái [8] Các phân tích về chất gây ô nhiễm nước thải trong nhiều ngành sản xuất ở Hoa Kỳ đã chỉ ra rằng nitơ và photpho thuộc vào nhóm 10 chất gây ô nhiễm hàng đầu theo khối lượng trong 7 trong tổng số 21 ngành

Nồng độ của các chất dinh dưỡng này thường nằm trong khoảng từ hàng trăm đến hàng nghìn ppm (ví dụ: 600–800 ppm đối với nitơ và 80–300 ppm đối với photpho) [10]

Dự kiến trong tương lai nguồn nitơ và photpho cực kì khó thu hồi và chi phí

để thu hồi nguồn ô nhiễm này là một thách thức vô cùng lớn cho nhân loại Mối quan hệ giữa chất ô nhiễm và tuần hoàn được gắn bó chặt chẽ thông qua việc thu hồi sử dụng làm phân bón Năm 2050, ước tính khối lượng sản xuất thấp hơn 71% khối lượng sản xuất ở năm 2019 được thể hiện bảng số liệu sau [10]

Bảng 1.2 Lượng nitơ (N) và Photpho (P) sản xuất để sử dụng nông nghiệp dựa trên trước (BAU) và sau (TS) theo kinh tế bền vững [10]

2019 152 286 357 108 458,466 152 286,357 108 458,466

2050 205 164 190 146 118.101 22 354,256 15 920,719

Dựa trên việc xem xét thông tin khoa học hiện có, ô nhiễm nitơ và photpho

có thể giảm đáng kể bằng cách giảm lượng dinh dưỡng dư thừa trong các hệ thống

và quy trình nông nghiệp, cũng như giảm lượng dòng chảy nước từ cả khu vực nông nghiệp và đô thị thông qua nhiều biện pháp khác nhau

1.2 Phương pháp xử lý nitơ (N)

1.2.1 Phương pháp thổi khí cưỡng bức (Air Stripping)

Sử dụng nguyên lý chuyển hóa amoni trong nước thải từ dạng NH4+ sang

NH3 nhờ sự thay đổi pH, phương pháp thổi khí cưỡng bức là một trong các phương pháo xử lý nitơ thường được áp dụng Phương pháp này tương đối đơn giản và không xảy ra quá trình ngược Ảnh hưởng của hoạt động thổi khí trong việc thu hồi amoni phụ thuộc vào 4 yếu tố: nhiệt độ, pH, lưu lượng khí thổi vào, tải trọng thủy lực [11]

Quá trình này hiệu quả nhất với nước thải có hàm lượng amoniac từ 20 đến

100 ppm Amoni được xử lý bằng việc điều chỉnh pH của môi trường lên cao, sau

đó thổi khí mạnh hoặc đưa vào cyclone để tách pha và loại bỏ NH3 ra khỏi dung dịch Trong nước thải bị nhiễm amoni tồn tại cân bằng động sau:

NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH- (1.12) Chiều của sự chuyển dịch này phụ thuộc vào sự thay đổi pH của môi trường

Cụ thể, ở pH = 7 dung dịch chỉ tồn tại ion amoni, còn khi pH =12 thì amoniac tồn tại dưới dạng khí hòa tan Khi pH dao động trong khoảng 7-12 thì dung ịch tồn tại đồng thời cả ion NH4+ và NH3 với tỷ lệ phần trăm phụ thuộc vào pH [12] Tuy nhiên, phương pháp này còn nhiều hạn chế Nhiệt độ ảnh hưởng mạnh đến quá trình khử amoni thành amoniac, chính vì vậy phương pháp khó áp dụng ở các vùng ôn đới Bên cạnh đó, quá trình khử amoni không xử lý được nitrit và nitơ hữu cơ Phương pháp này cũng gây ra nguy cơ ô nhiễm thứ cấp khi amoniac phản ứng với lưu huỳnh

dioxit

1.2.2 Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp trao đổi ion được sử dụng phổ biến trong xử lý nước thải để loại bỏ các hợp chất hữu cơ Quá trình này liên quan đến sự trao đổi (phản ứng thế) của các ion trong pha rắn và trong pha lỏng Pha rắn được gọi là chất trao đổi

ion hoặc nhựa trao đổi ion, tùy thuộc vào khả năng trao đổi của các ion và được chia thành nhựa cation và nhựa anion [13] Ngoài ra, nhựa trao đổi ion còn được gọi là ionit, trong đó các ionit có khả năng hấp thụ các ion dương được gọi là cationit Các phản ứng trao đổi cation và anion điển hình là:

Quá trình trao đổi với cationit:

2R-SO3H + Ca2+ + 2Cl- ↔ (R-SO3)2Ca + 2H+ + 2Cl- (1.8)

Việc loại bỏ amoniac cùng với việc tái sinh nhựa trao đổi ionit bằng dung dịch NaCl diễn ra tốt hơn so với dùng HCl Quá trình tái tạo có thể tạo ra hiệu quả đáng kể chỉ sau chu kỳ tái sinh lần thứ 6 vẫn giữ nguyên hiệu suất của zeolite không bị ảnh hưởng [14]

So với các nghiên cứu trước đây, việc sử dụng cation thương mại để loại bỏ ammoniac trong nước có nồng độ ban đầu từ 25-150 mgNH4+/L đã đạt được hiệu suất cao, dao động trong khoảng 80-90% [15] Ngoài việc sử dụng các loại nhựa thương mại việc thu hồi amoniac còn hiệu quả với các vật liệu tự nhiên zeolit, các zeolit tự nhiên là vật liệu trao đổi cation dồi dào, khả thi về mặt xử lý nước thải ammoniac đạt tới 90% Zeolit có ưu điểm hơn so với các vật liệu trao đổi cation khác vì độ chọn lọc cation và thể tích rỗng cao, có chi phí xử lý thấp, zeolit cũng giải phóng các cation không độc hại như (K+, Na+, Ca2+, Mg2+) đối với môi trường Đặc biệt, zeolit có kích thước nhỏ phù hợp với không gian hạn chế và vận hành đơn giản, dễ bảo trì [16]

Nghiên cứu của Nguyen, M.L và Tanner, C.C đánh giá khả năng của hai loại zeolite tự nhiên của New Zeland (Clinoptilolite và Mordenite) ảnh hưởng hai phạm vi kích thước hạt zeolite (0,25-0,50mm và 2,00-2,83mm) đến hiệu suất loại

bỏ NH4+ cũng đã được nghiên cứu Kết quả từ các thí nghiệm hấp phụ theo mẻ chỉ

ra rằng cả hai loại zeolit đã được thử nghiệm, bất kể kích thước hạt, đều có hiệu suất tương đương (87–98%) khi loại bỏ NH4+ khỏi nước thải sinh hoạt hoặc dung dịch tổng hợp chứa NH4+ với nồng độ lên đến 150 gNH4.m−3 tương đương với 5,8–6,5 gNH4.kg−1 zeolit [17]

1.2.3 Phương pháp sử dụng vi sinh vật

Hầu hết quá trình loại bỏ nitơ sinh học thường được thực hiện thông qua phản ứng nitrat hóa và khử nitrat theo hai bước; sự loại bỏ này được tiến hành bởi các nhóm vi sinh vật khác nhau Tổng quát, việc xử lý amoni (NH4+), nitrit (NO2 –) và nitrat (NO3 –) thường được thực hiện bởi vi khuẩn oxy hóa ammoniac, vi khuẩn oxy hóa nitrit và vi khuẩn khử nitrat Có sự đa dạng trong cách tiếp cận này, và tất cả các dạng nitơ có thể trực tiếp được vi tảo chuyển hóa thành protein [18] Quá trình amoni hóa được biểu diễn phương trình sau đây:

CO(NH2)2 + 2H2O → (NH4)2CO3 (1.10)

(NH4)2CO3 + H2O → NH4+ + CO2 + 2O- (1.11)

NH3+ + H+ ↔ NH4+ (1.12)

Amoni hóa là quá trình chuyển đổi N hữu cơ thành dạng khoáng NH4+ Đây

là giai đoạn khởi đầu trong quá trình phân hủy N hữu cơ, thường được biết đến là quá trình khoáng hóa nitơ sử dụng các vi khuẩn urease hoặc các loại sinh vật phân hủy khác giúp phân giải các hợp chất chứa nitơ từ các vật liệu hữu cơ đã chết thành các chất đơn giản như amoniac [19]

Trong chu trình nitơ, quá trình nitrat hóa biến đổi amoni thành nitrat, được thực hiện bởi các vi khuẩn sống trong đất và các loại vi khuẩn nitrat hóa đa dạng Các vi khuẩn nitrat hóa chủng tự dưỡng có thể kể đến như “Nitrosomonas và Nitrobacter” Các phản ứng gồm hai giai đoạn hình thành nitrit và oxy hóa thành nitrat

Dựa trên phương trình tổng quát, có thể ước lượng rằng cần 7,07 mg độ kiềm CaCO3, cho mỗi mg amonic bị oxi hóa Khi nitrat hóa, axit được tạo ra do quá trình nitrat hóa làm giảm độ pH xuống dưới 7,0, cần thêm chất kiềm (vôi) vào hệ thống [20]

Tiếp đó, quá trình khử nitrat hóa diễn ra trong môi trường kỵ khí để xử lý nitơ thành N2 Quá trình này chủ yếu được thực hiện bởi vi khuẩn dị dưỡng như Paracoccus denitrificans và một số loài Pseudomonas, một số vi khuẩn khử nitơ tự dưỡng như Thiobacillus denitrificans cũng tham gia vào quá trình này

1.3 Tổng quan về các phương pháp xử lý Photpho (P)

1.3.1 Phương pháp kết tủa muối kim loại

Sử dụng muối kim loại như muối sắt và muối nhôm là phương pháp được áp dụng với nguyên tắc khử photpho bằng kim loại muối Quá trình này thực hiện khi muối kim loại phản ứng với photpho trong nước thải, hình thành kết tủa không tan trong dung dịch, từ đó loại bỏ photpho [21] Muối nhôm thường là nhôm sunfat và polyme hóa nhôm clorua, trong khi muối sắt có thể là sắt sunfat và sắt clorua Đặc tính tạo kết tủa của muối sắt và muối nhôm được mô tả qua phương trình phản ứng sau:

Phương pháp kết tủa có khả năng giảm nồng độ photphat trong nước thải xuống mức thấp hơn (<0,5 mgP/L), nhưng để đạt được điều này, cần sử dụng một lượng muối kim loại khá lớn Việc vận chuyển và xử lý mất chi phí đáng kể Giá trị

pH ảnh hưởng rất lớn đến việc kết tủa photpho được dao dộng muối sắt từ 5,5 đến 6,0 và muối nhôm 6,0 đến 7,0 Hiệu quả xử lý photpho có thể đạt đến 75% [21] [22]

1.3.2 Phương pháp sử dụng màng lọc

Vào năm 2018, Yan và cộng sự đã nghiên cứu phương pháp màng lọc, một công nghệ hiệu quả và có sự chọn lọc để thu hồi chất dinh dưỡng từ nước thải Các phương pháp như thẩm thấu thuận (FO), thẩm thấu ngược (RO), màng MF/UF, điện phân (ED) có khả năng chọn lọc cao đối photpho [23]

Hiệu quả xử lí photpho bằng màng lọc NF hiệu quả đạt 75-99% Hiện nay một số nghiên cứu rộng rãi sử dụng màng NF, FO, ED khả năng loại bỏ bớt sự khủng hoảng photpho Trong kỹ thuật, vận hành màng là một yếu tố quan trọng, cần hiểu biết và giải quyết được vấn đề màng lọc đặt ra như hiện tượng tắc nghẽn màng, chi phí vận hành, bảo trì Song song việc này, giá thành đầu tư quá cao, rủi ro cao các doanh nghiệp thực tế vẫn còn ít ứng dụng

1.3.3 Hấp phụ photphat bằng than hoạt tính

Một số loại than hoạt tính có khả năng loại bỏ nhiều tạp chất hữu cơ, trong

đó có thể hấp phụ được photphat Than hoạt tính biến tính từ chứa MgCl có khả năng xử lý photphat là 93,53% đối với than làm từ rơm và 96,35% là than từ trấu Lượng photpho được hấp phụ sau đó sẽ được nhả hấp và sử dụng như một dạng photpho cung cấp cho hoạt động sản xuất Hệ số thu hồi photphat đạt 0,74g PO43-/g than từ rơm và 0,68g PO43-/g than từ trấu [24] Phương pháp này có giá thành trung bình, dễ dàng tìm kiếm và áp dụng Tuy nhiên, than hoạt tính có dung lượng hấp phụ photphat không cao dẫn đến người dùng phải thay thường xuyên hơn nữa khi than hoạt tính đã hấp phụ no, sẽ dễ bị giải hấp trả lại môi trường, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý

1.4 Tổng quan về các phương pháp xử lý đồng thời nitơ (N) và photpho (P)

Một số phương pháp được sử dụng loại bỏ đồng thời nitơ và photpho liên quan đến các quá trình của vi sinh vật, các công nghệ sử dụng đa số là bùn hoạt tính trong các quá trình sinh học như công nghệ AO (Anoxic-Oxic), AAO (Anaerobic-Anoxic-Oxic), công nghệ SBR (Sequencing Batch Reactor)

Công nghệ AO (Anoxic-Oxic) gồm 2 cụm bể là Anoxic (bể thiếu khí) và Oxic (bể hiếu khí) Quá trình nitrat hóa và photphorit được diễn ra trong môi trường hiếu

khí Khử nitrat được diễn ra ở trong môi trường thiếu khí Theo các nghiên cứu xử

lý ở giai đoạn nitrat hóa loại bỏ được 20%-30% hàm lượng nitơ và photpho có trong nước thải Tuần hoàn từ bể Oxic về bể Anoxic tỷ lệ nitrat hóa và khử nitrat chỉ đạt 40% và 19% khi tỉ lệ tuần hoàn là 50% Hàm lượng photpho được loại bỏ thường tồn tại dưới dạng bùn thải, có thể tái sử dụng bùn thải bằng cách tuần hoàn và bổ sung methanol cung cấp dinh dưỡng để vi sinh vật phát triển, các vi sinh vật sẽ cải thiện được tuổi thọ của bùn, còn gọi là thời gian lưu bùn (HRT) [25] [26]

Hình 1.1 Quy trình công nghệ AO

Công nghệ AAO, Hình 1,3, biết đến như cải tiến của công nghệ AO, được phát triển dựa trên ba cụm bể chính kết hợp với nhau đó là Anaerobic (bể kỵ khí), Anoxic (bể thiếu khí), Oxic (bể hiếu khí) Ra đời và phát triển rất mạnh mẽ xử lý các nước thải có nồng độ nitơ và photpho cao, sử dụng ít nguồn năng lượng cacbon vào trong quá trình xử lý Ở bể kỵ khí các hoạt động của vi sinh vật sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ, các khoáng chất có nồng độ cao chuyển đổi thành nguồn cacbon, sản sinh tế bào mới và phát sinh ra khí metan (CH4) tận dụng trong các quá trình đốt Nhờ việc phân hủy các khoáng chất trong đó có photphomà việc xử

lý nitơ được cải thiện hơn, cụ thể là việc tuần hoàn từ Oxic về Anoxic sẽ không chứa dòng ô nhiễm phụ là orthophosphate sẽ tăng được hiệu quả đáng kể cho quá trình nitrat hóa và khử nitrat trong hai bể phía sau bể kị khí, hiệu suất tăng lên 61,1% ở nitơ và 92,7% ở photpho [27]

Hình 1.2 Quy trình công nghệ AAO

Sau rất nhiều nghiên cứu công nghệ được kết hợp với công nghệ MBR được

được kết hợp với công nghệ MBR thời gian lưu bùn dài Việc nitrat hóa và khử nitrat

lượng photpho giải phóng ở bể kỵ khí cho thấy được các vi sinh vật kỵ khí vô cùng mạnh mẽ và năng lượng tạo ra vô cùng lớn loại bỏ nitơ đạt hơn 98% và photpho đạt

công nghệ AAO-MBR sục khí được cải tiến hạn chế giảm nguy cơ tắc nghẽn màng Hiệu suất tối ưu được đạt khi dòng màng là 30 LMH, với tỷ lệ loại bỏ nitơ và photpho lần lượtlà 81,5±6,1% và 96,7±2,1% [28] [29]

Hình 1.3 Quy trình công nghệ SBR

Quy trình công nghệ Hình 1.4 đưa ra một giải pháp thay thế việc xử lý bằng bùn hoạt tính Công nghệ phản ứng theo mẻ tuần tự gồm bốn pha: pha nạp đầy (fill), pha sục khí (aerotion), pha lắng (settle), pha rút nước (decant) Nước được nạp đầy trong 1-3 tiếng sẽ không có dòng chảy nào nạp tiếp, thay vào đó sẽ có chế độ luân phiên sục khí, tĩnh, hòa trộn trong bể để diễn ra quá trình xử lý đạt hiệu quả cao nhất cần cân bằng việc sục khí Tương tự như cũng công nghệ xử lý trên, việc sục khí thực hiện để diễn ra quá trình nitrat hóa từ amoniac trong khoảng thời gian nhất định, sẽ tiếp tục cho hòa trộn ở môi trường không có sục khí (thiếu khí) phần lớn nitrat được xử lý Lúc này, photpho sẽ là nguồn dinh dưỡng chính để vận hành SBR không cần bổ sung chất dinh dưỡng, các phản ứng sinh học trong lò phản ứng cần

có thời gian theo dõi, tính toán được nồng độ chất dinh dưỡng trong SBR, đặc biệt

là các ion amoniac, nitrat và orthophosphate từ đó kiểm soát tốt loại bỏ hai chất ô nhiễm nitơ và photpho [30]

1.5 Tổng quan kết tủa struvite (MAP)

Ngoài những công nghệ trên còn rất nhiều công nghệ được nghiên cứu và phát triển cho việc xử lý nitơ và photpho Được biết đến là công nghệ đang được quan tâm rất nhiều, mang lại nguồn lợi rất lớn trong quá trình ngành công nghiệp phân bón và nông nghiệp: Công nghệ kết tủa tạo struvite (MAP) Struvite được thu hồi phổ biến trong quá trình tái chế chất dinh dưỡng từ nước thải vì nó có khả năng tạo ra kết tủa tương đối tinh khiết có chứa đồng thời nitơ và photpho, với hàm lượng tạp chất không đáng kể Công nghệ thu hồi dựa trên việc bổ sung nguồn magie, ước tính hằng năm đã có hơn 15.000 tấn sản xuất dạng bột ở Châu Âu, dạng tinh thể chứa các ion (PO43-; NH4+; K+; Na+; Mg2+,…) Magie Amoni Photphat (MgNH4PO4.6H2O) - struvite là dạng kết tủa được quan tâm nhất hiện nay Các nghiên cứu đang được thực hiện nhằm tạo ra các hạt đồng nhất để phục vụ cho nông nghiệp vì khả năng siêu chọn lọc phân bón toàn cầu[31]

Struvite - MAP được áp dụng với nguồn nước thải có hàm lượng nitơ và photpho cao (>1000ppm) như nước rỉ rác thu hồi đạt 98% lượng nitơ, 99% lượng photpho [32], nước thải đô thị, nước thải chăn nuôi, đặc biệt trong những năm gần

đây, thu hồi trên nước tiểu người Lượng nitơ và photpho thu hồi trên 80% giá trị dinh dưỡng từ nước tiểu người và rất có giá trị trong sản xuất [33]

1.5.1 Tính chất của MAP

Kết tủa struvite - MAP là một chất rắn được hình thành giữa các liên kết của các ion Mg2+, NH4+, PO43- với tỷ lệ mol 1:1:1 Các tinh thể được tạo ra từ việc va chạm các ion trong dung dịch tạo thành nhân của tinh thể (hạt nhân), quá trình phát triển hạt nhân này người ta gọi là quá trình tạo mầm của tinh thể [34] Phương trình 1.22 thể hiện phản ứng tạo struvite:

Mg2+ + NH4+ + HnPO4n-3 + 6H2O → MgNH4PO4.6H2O + nH+ (1.22) Struvite - MAP tinh khiết có dạng bột màu trắng, hình thái cấu trúc tương tự khối hình lập phương, hình dạng không đều Khi xử lý [NH4+]; [PO43-] có nồng độ cao, hình dạng MAP tạo thành có dạng tinh thể hình trục thoi Chiều dài của struvite thay đổi từ 15 mircomet đến 3,5mm Nói về độ tan, MAP rất khó tan trong môi trường nước, nhưng dễ tan ở môi trường axit [35] [36]

Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể struvite [37]

Tinh thể struvite có cấu trúc dạng orthorhombic (hình quả trám) hoặc hình kim Các điều kiện thích hợp như khi tích số nồng độ của magie (Mg2+), amoni (NH4+) và photphat (PO43-) hòa tan trong dung dịch vượt quá giá trị tích số tan (Ksp) của struvite, thường gọi là trạng thái siêu bão hòa thì kết tủa Struvite được hình thành Phương trình dưới đây đưa ra được giá trị của Ksp: