1.4. Kết tủa Struvite
1.4.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành kết tủa struvite
Quá trình hình thành kết tủa struvite bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố như pH, mức độ bão hòa của các ion thành phần của kết tủa struvite (Mg2+; NH4+; PO43-), sự có mặt của các ion lạ như Ca2+, thời gian phản ứng và nhiệt độ. Trong đó có hai yếu tố chính là: tỷ lệ Mg: N: P và giá trị pH của quá trình phản ứng. Trong hầu hết các trường hợp, sự tạo thành MAP làm giảm lượng Mg được thêm vào từ nước ót đồng thời loại bỏ những chất dinh dưỡng như phốt pho, nitơ trong nước thải.
pH đóng vai trò rất quan trọng trong sự hình thành struvite bởi nó ảnh hưởng đến nồng độ dạng tự do của các ion Mg2+; NH4+ và PO43- trong dung dịch. Mỗi ion cấu thành nên struvite cũng sẽ tham gia các phản ứng phụ với các ion khác, kể cả giữa các ion với nhau và với H+ hay OH- . Phụ thuộc vào pH của dung dịch, photphat trong nước có thể tồn tại ở dạng PO43-, HPO42- hay H2PO4- ; amoni có thể ở dạng NH3 hay NH4+; magie có thể tồn tại ở các dạng Mg2+, MgOH+, MgPO4-, MgHPO4 hay MgH2PO4+ [31]. Sự hình thành struvite có thể được quan sát thấy ở khoảng pH rộng từ 7 đến 11, tuy nhiên ở giá trị pH
Các nghiên cứu đều chỉ ra rằng pH tối ưu cho quá trình hình thành MAP nằm trong khoảng 9-10,7 [33]. Nồng độ của amoni sẽ giảm đáng kể từ 99% xuống còn 64% khi pH tăng từ 7 lên 9; khi đó nồng độ photphat sẽ tăng 250 lần khi ở cùng pH thay đổi đó [34]
Bên cạnh pH, nhiệt độ cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành kết tủa struvite. Nhiệt độ ảnh hưởng đến tích số tan, tốc độ phản ứng và sự hòa tan, yếu tố sẽ tăng lên khi nhiệt độ tăng [35]. Khả năng hòa tan của struvite tăng lên khi nhiệt độ tăng cho đến khi nó đạt mức độ bão hòa cao nhất ở 350C và sau đó giảm xuống [36]. Nghiên cứu của Aage và cộng sự (1997) [21] chỉ ra rằng khi nhiệt độ lớn hơn 100C, mức độ hòa tan tăng lên cho đến khi đạt giá trị lớn nhất ở 500C. Tuy nhiên khi vượt quá giá trị này, mức độ hòa tan lại giảm xuống cho đến khi đạt 640C do có thể xảy ra trường hợp bay hơi ammoniac. Hơn nữa, nhiệt độ cũng ảnh hưởng tới giai đoạn phát triển tinh thể, khi đó nó ảnh hưởng tới tốc độ khuếch tán của các yếu tố cấu thành struvite và sự tích tụ trên bề mặt tinh thể [37, 38]. Kết quả trên tương đồng với kết quả của Burns và Finlayson, trong đó giá trị tích số tan của struvite giảm theo sự giảm của nhiệt độ từ 450C đến 250C. Babic - Ivancic và cộng sự đã ghi nhận, ở các nhiệt độ khác nhau cũng dẫn tới tình trạng tinh thể struvite cũng khác nhau [39]. Một yếu tố quan trọng nữa ảnh hưởng đến kết tủa MAP là canxi (Ca). Sự có mặt của canxi trong dung dịch có ảnh hưởng đến quá trình hình thành kết tủa struvite bởi sự cạnh tranh của ion này với magie để tạo kết tủa canxi photphat [40]. Sự kết tủa của hyđroxyapatite nằm trong khoảng pH= 9,5-10. Nghiên cứu của Battistoni [41] chỉ ra rằng khi nồng độ của magie nhỏ hơn canxi, hydroxylapatite (HAP: Ca5(PO4)OH) hoặc canxit sẽ là dạng chiếm ưu thế. Một nghiên cứu khác của Suzuki [42] sử dụng nước thải chăn nuôi với tỷ lệ Ca: Mg = 188: 129 mg/L cho kết quả chỉ 26% photpho tồn tại dưới dạng HAP và struvite vẫn có thể hình thành khi có mặt của canxi với hàm lượng lớn hơn magie. Sự có mặt của ion cacbonat (CO32-) cũng là một yếu tố hạn chế sự hình thành canxiphotphat. Bởi vì cả 2 ion cacbonat (CO32-) và
photphat (PO43-) đều cạnh tranh canxi, hàm lượng CO32- cao là rất cần thiết để ưu tiên kết tủa canxi cacbonat và tránh được sự loại bỏ photphat không phải là struvite [43].