3.4. Thành phần và tính chất của nước tiểu
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 50 100 150 200 pH
Thời gian (giờ)
Biến thiên pH mẫu tiểu bò T1M1 theo thời gian
pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 50 100 150 200 pH
Thời gian (giờ)
Biến thiên pH mẫu nước tiểu người theo thời gian
Trong thời gian bảo quản, tiến hành theo dõi pH mẫu nước tiểu bò và nước tiểu người hằng ngày, xác định thành phần hóa học của các mẫu nước tiểu. Kết quả xác định nồng độ PO43- và NH4+ được trình bày trong bảng 3.7.
Bảng 3.7. Kết quả đo PO43- và NH4+ trong các mẫu nước tiểu bò Mẫu C0 PO43- (mg/l) C0 NH4+ (mg/l) Mẫu C0 PO43- (mg/l) C0 NH4+ (mg/l) T1M1 2,655 635,4 T1M2 0,713 454 T1M3 0,536 1006 T2M1 24,35 1200 T2M2 22,527 1000
Qua bảng 3.7 có thể thấy được trong các mẫu nước tiểu bò nồng độ PO43-
thấp (dưới 24,35 mg/l) → khả năng thu hồi kết tủa kém nên chỉ sử dụng mẫu nước tiểu người cho các nghiên cứu tiếp theo. Thành phần hóa học của mẫu nước tiểu người ở thời điểm 168 giờ được đưa ra trong bảng sau:
Bảng 3.8. Thành phần hóa học của mẫu nước tiểu người Thành phần Đơn vị Giá trị Thành phần Đơn vị Giá trị
Photphat P-PO43- mg/L 1143
Amoni N-NH4+ mg/L 5684
Canxi (Ca) mg/L 7,5
Magie (Mg) mg/L 0,335
Kết quả phân tích trên cho thấy, đối với nước tiểu người, hàm lượng photphat và amoni tương đối cao; hàm lượng canxi và magie tương đối thấp so với hai thành phần trên. Chứng tỏ đây là một nguồn nước thải giàu nitơ và photpho.
Photpho có thể tạo kết tủa với một số ion kim loại dưới dạng muối photphat trong quá trình hình thành kết tủa struvite, khi đó làm giảm lượng hàm lượng photpho được hình thành dưới dạng struvite. Canxi cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình kết tủa struvite. Khi tỉ lệ Ca/Mg cao sẽ
có sự kết tủa tạo thành canxi photphat và hạn chế kết tủa struvite [44]. Nhiều nhà nghiên cứu cũng cho rằng, tỉ lệ Ca/Mg nên thấp hơn 1 sẽ có hiệu quả cao cho kết tủa struvite [45]. Canxi bị mất đi trong dạng kết tủa trên là yếu tố thuận lợi để thu hồi được kết tủa Struvite tinh khiết bởi canxi là một trong những thành phần tạp chất chính của Struvite.
3.5. Xác định các điều kiện tối ưu để tạo kết tủa Struvite
Do trong nước tiểu tỷ lệ mol N/P lên tới 26/1 (nồng độ N-NH4+ và P- PO43- tương ứng là 5684 và 1143 mg/l) nên mục đích chính của nghiên cứu là loại bỏ photphat và căn cứ vào hiệu suất loại bỏ photphat để chọn các điều kiện tối ưu cho quá trình kết tủa Struvite.
3.5.1.Khảo sát sự ảnh hưởng của pH
Theo lý thuyết, tỷ lệ mol Mg/P là 1/1 để tạo kết tủa Struvite. Tuy nhiên, theo các nghiên cứu trước đây, hiệu quả loại bỏ photpho tăng lên khi tỉ lệ mol Mg/P tăng lên (nghĩa là Mg càng dư nhiều, hiệu quả càng cao). Với mục đích nghiên cứu là thu hồi amoni và photphat trong nước tiểu dưới dạng cấu trúc struvite, làm giảm tải các khâu xử lý tiếp theo, nên lượng Mg bổ sung thường phải dư hơn lượng cần để phản ứng nên tôi đã thử nghiệm với lượng dư Mg so với P, thay đổi pH từ 8 đến 11 bằng dung dịch NaOH 0,1M.
Tôi sử dụng 2 tỷ lệ Mg/P là 1,5:1 và 1,8:1 để khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến khối lượng MAP và hiệu suất xử lý amoni.
Sau khi phản ứng kết thúc, lọc kết tủa đem sấy khô đến khối lượng không đổi rồi đem cân thu được khối lượng kết tủa Struvite. Đồng thời tiến hành xác định hàm lượng PO43- trong dịch lọc nhằm xác định hiệu suất loại bỏ P-PO43-.
Nồng độ ban đầu của các chất trong mẫu phản ứng là: Photphat P-PO43- 1143 mg/l
Amoni N-NH4+ 5684 mg/l Magie (Mg) 0,335 mg/l
Kết quả được trình bày trong bảng 3.9 dưới đây.
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi photphat và amoni trong nước tiểu sử dụng 2 tỷ lệ Mg/P là 1,5:1 và 1,8:1.
TT
Tỷ lệ
Mg/P pH
Nồng độ đầu Nồng độ sau Hiệu suất loại bỏ PO43- (%) Hiệu suất loại bỏ NH4+ (%) PO43- NH4+ PO43- NH4+ 1.1 1,5/1 8,0 1143 5684 510,01 5613,50 55,38 1,24 1.2 1,5/1 8,5 1143 5684 148,82 5611,20 86,98 1,28 1.3 1,5/1 9,0 1143 5684 46,86 5608,40 95,90 1,33 1.4 1,5/1 9,5 1143 5684 97,84 5619,20 91,44 1,14 1.5 1,5/1 10,0 1143 5684 114,30 5615,80 90,00 1,20 1.6 1,5/1 10,5 1143 5684 206,31 5619,80 81,95 1,13 1.7 1,5/1 11,0 1143 5684 205,97 5628,30 81,98 0,98 2.1 1,8/1 8,0 1143 5684 510,69 5615,22 55,32 1,21 2.2 1,8/1 8,5 1143 5684 173,96 5609,54 84,78 1,31 2.3 1,8/1 9,0 1143 5684 64,58 5683,99 94,35 1,43 2.4 1,8/1 9,5 1143 5684 108,81 5598,74 90,48 1,15 2.5 1,8/1 10,0 1143 5684 117,5 5612,95 89,72 1,25 2.6 1,8/1 10,5 1143 5684 216,59 5610,11 81,05 1,13 2.7 1,8/1 11,0 1143 5684 225,74 5629,43 80,25 0,96
Qua bảng này ta thấy, khi khảo sát cùng điều kiện về pH với những tỉ lệ mol khác nhau thì ở tỷ lệ Mg/P = 1,5 hiệu suất thu hồi photphat và amoni lớn
hơn khi thực hiện với tỷ lệ Mg/P = 1,8.