NGHIÊN CỨU THU HỒI NITO VÀ PHOTPHO TỪ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT PHÂN BÓN BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA STRUVITE

Kết hợp 3 ion: Mg2+, NH4+, PO43 (MgNH4PO4.6H2O) Ít tan trong nước hay dung dịch => giải phóng chậm N,P cho đất Ưu điểm Sinh học: các khoáng chất trong MAP dễ dàng bị hấp thụ bởi cây Chậm tan: tính hòa tan thấp, đảm bảo tính ổn định Tinh khiết cao: các kim loại nặng không kết tủa với MAP Sử dụng trực tiếp làm phân bónKết hợp 3 ion: Mg2+, NH4+, PO43 (MgNH4PO4.6H2O) Ít tan trong nước hay dung dịch => giải phóng chậm N,P cho đất Ưu điểm Sinh học: các khoáng chất trong MAP dễ dàng bị hấp thụ bởi cây Chậm tan: tính hòa tan thấp, đảm bảo tính ổn định Tinh khiết cao: các kim loại nặng không kết tủa với MAP Sử dụng trực tiếp làm phân bónKết hợp 3 ion: Mg2+, NH4+, PO43 (MgNH4PO4.6H2O) Ít tan trong nước hay dung dịch => giải phóng chậm N,P cho đất Ưu điểm Sinh học: các khoáng chất trong MAP dễ dàng bị hấp thụ bởi cây Chậm tan: tính hòa tan thấp, đảm bảo tính ổn định Tinh khiết cao: các kim loại nặng không kết tủa với MAP Sử dụng trực tiếp làm phân bónKết hợp 3 ion: Mg2+, NH4+, PO43 (MgNH4PO4.6H2O) Ít tan trong nước hay dung dịch => giải phóng chậm N,P cho đất Ưu điểm Sinh học: các khoáng chất trong MAP dễ dàng bị hấp thụ bởi cây Chậm tan: tính hòa tan thấp, đảm bảo tính ổn định Tinh khiết cao: các kim loại nặng không kết tủa với MAP Sử dụng trực tiếp làm phân bón

TỔNG QUAN

TÌNH HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở VIỆT NAM

Nước thải được thải ra biển La Gi (Bình Thuận) Nước thải chăn nuôi trong các cơ sở ở Tp HCM

PP HÓA HỌC

•Kết tủa => tạo bông => loại tác nhân gây ô

nhiễm

PP SINH HỌC

•Ủ ( nóng, lạnh)

•Hồ sinh học, bể lắng

•Lên men, tiêu hủy xác và PP khác

TỔNG QUAN VỀ STRUVITE (MAP)

•Tinh khiết cao: các kim loại nặng không

kết tủa với MAP

•Sử dụng trực tiếp làm phân bón

TỔNG QUAN VỀ STRUVITE (MAP)

Sơ đồ quá trình hình thành MAP trong tự nhiên

Qúa trình phụ thuộc 2 yếu tố chính:

Tỷ lệ Mg:N:P

Gía trị pH của qt phản ứng

DẠNG TỒN TẠI CỦA N VÀ P TRONG NƯỚC THẢI

CÁC CHỈ SỐ QUAN TRỌNG

Production of slow release crystal fertilizer from wastewaters through struvite crystallization – A review (2014)

YÊU CẦU XỬ LÝ NƯỚC THẢI THEO TCVN

Struvite tinh khiết dạng bột tinh thể màu trắng

Là khoáng chất xốp mềm, trọng lượng riêng thấp ( SG=1.7 )

Kích thước: 15um – 3.5mm

Tốc độ tăng trưởng tinh thể 0.173 mm/ngày

Tinh thể không đều, không có vỏ, thô

CTPT STRUVITE THEO CÁC ĐIỀU KIỆN

HÌNH ẢNH STRUVITE

LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ TẠO MẦM STRUVITE

TẠO MẦM

TINH THỂ

SINH TRƯỞN G

Tinh thể lớn dần đến khi nồng độ dd giảm xuống bằng độ tan

Mg2+ + NH4+ + PO43- + 6H2O => MgNH4PO4.6H2O

(pKs = 12.6 25oC)

ĐIỀU KIỆN TẠO STRUVITE

ĐIỀU KIỆN TẠO STRUVITE

Mg(OH)2

MgOMgCl2

MgSO4

Tăng TSS => loại N giảm

=> Struvite không tinh khiết, khả năng loại bỏ P kém

Kết luận: một số thí nghiệm với tỉ lệ Mg và P <1 hay > 1 đều cho

khả năng loại bỏ thấp =>tỷ lệ Mg:N:P tốt nhất để tạo struvite là

1.15:1:1

ĐIỀU KIỆN TẠO STRUVITE

pH=7.0-7.5 => Struvite tinh khiết 99.7%

Ngoài ra: pH ảnh hưởng và thời gian lưu (CRT) ảnh hưởng tới kích thước struvite

pH=8-9, hàm lượng struvite 30-70%

pH>9-9.5 => hàm lượng < 30%, tủa bột trắng (có màu), lẫn Mg(OH)2 và Mg3(PO4)2pH>10.5 => Mất tủa struvite

ĐIỀU KIỆN TẠO STRUVITE

Nguyên nhân: sục khí giúp loại bớt CO2, tăng pH => ảnh hưởng sự hình

thành struvite

Nhược điểm: sục khí tạo bọt trong quá trình => thêm chất phá bọt => tốn kém

ĐIỀU KIỆN TẠO STRUVITE

4 CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ KẾT TINH

Loại bỏ N và P trong nước thải từ pp struvite bằng các lò phản ứng khác nhau (tùy vào chi phí sản xuất thiết bị)

1.Thiết kế thiết bị phản ứng kết tủa Struvite-MAP (MgNH4PO4.6H2O)

• Được thiết kế theo hình nón và được làm bằng vật liệu polymethyl methacrylate

2.Thiết bị phản ứng kết tủa struvite từ nước tiểu gia súc

• Dung dịch MgCl2 được chuẩn bị với tỷ

lệ mol 1: 1 theo nồng độ PO43- có trong nước tiểu

Sơ đồ công nghệ đơn giản của nhà máy sản xuất struvite liên tục từ nước thải ngành công nghiệp phân bón

Thời gian lưu của dd trong TBPU là 900-7200s

Phản ứng kết tủa struvite ở nhiệt độ 298 K, dưới áp suất khí quyển

3.Tách struvite từ nước thải ngành công nghiệp phân bón

THIẾT BỊ PHẢN ỨNG

Andrzej Matynia et al / Procedia Environmental Sciences 18 ( 2013)

TỶ LỆ THU HỒI N VÀ P

Int J Environ Res Public Health 2018

1.Một số yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi N và P

a.Độ pH

pH có ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ thu hồi của N và P

Tỷ lệ thu hồi của N và P nhanh chóng tăng khi độ pH tăng từ 8 đến 9 Khi giá trị pH tăng thêm lên 10, tỷ lệ thu hồi của P vẫn ổn định với khoảng 95%, tỷ lệ thu hồi của N tăng lên 78% Int J Environ Res Public Health 2018

TỶ LỆ THU HỒI N VÀ P

1.Một số yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi N và P

 Tỷ lệ thu hồi của P tăng nhanh từ 80,8% đến 95,5% khi Mg/P tăng từ 0,8 lên 1,2

Tỷ lệ thu hồi chỉ tăng 2% khi giá trị của Mg/P tăng từ 1,2 lên 1,6

 Mg/P ít ảnh hưởng đến tốc độ phục hồi của N

Tỷ lệ thu hồi của N chỉ tăng từ 72,13% lên 75,85% khi giá trị của Mg/P tăng từ 0,8lên 1,6

1.Một số yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi N và P

b Tỷ lệ số mol Mg/P

Int J Environ Res Public Health 2018

TỶ LỆ THU HỒI N VÀ P

 N/P tăng từ 1.2 đến 2 ít ảnh hưởng đến tốc độ thu hồi của P

 N/P giảm từ 2 xuống 1,2 tỷ lệ thu hồi N tăng nhanh từ 67,2% lên 83,3%

c Tỷ lệ số mol N/P

Int J Environ Res Public Health 2018

1.Một số yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ thu hồi N và P

TỶ LỆ THU HỒI N VÀ P

Sau khi phân tích dữ liệu thực và được kiểm tra lại bằng các thí nghiệm

Điều kiện tối ưu: Mg/P = 1,6, N/P = 1,2 và pH = 10

Tỷ lệ thu hồi của N và P lần lượt là 89,6% và 99,6%

2.Tối ưu hóa thí nghiệm

Int J Environ Res Public Health 2018

TỶ LỆ THU HỒI N VÀ P

FERTILIZER QUALITY OF STRUVITE

1 NUTRIENT LEACHING RATE

Tốc độ giải phóng chất dinh dưỡng rất chậm

Đồng cỏ, rừng:

phân bón được

áp dụng một lần trong mỗi vài năm  có hiệu quả trong môi trường như vậy

Lý tưởng cho nông nghiệp ven biển

Arabian Journal of Chemistry (2014)

FERTILIZER QUALITY OF STRUVITE

2 SOIL TYPE AND STRUVITE

 Đất trồng có chứa nồng độ canxi photphat cao  giảm đáng kể khả năng hòa tan của lân tự nhiên.

o Struvite dễ hòa tan hơn canxi photphat ở pH kiềm  phân bón

P tiềm năng trong đất đá vôi.

 Sự hiện diện của kim loại nặng trong phân bón  giảm năng suất

cây trồng.

o Mặc dù struvite chứa kim loại nặng, nhưng nó vẫn duy trì

hoàn hảo các giới hạn hợp lệ đối với phân bón  phân bón

thân thiện với môi trường liên quan đến tình hình kim loại

nặng.

o Tiền xử lý với màng lọc có thể là một phương pháp hiệu quả

để giảm ô nhiễm kim loại nặng trong struvite.

Arabian Journal of Chemistry 2014

FERTILIZER QUALITY OF STRUVITE

3 ECO-FRIENDLY CROP/AGRICULTURAL PRODUCTION

Arabian Journal of Chemistry 2014

Đất nông nghiệp

1% CO239% CH4

60% N2O

o Sự làm giàu nitơ là nguồn phát ra NO, N2O và CH4chính từ đất

o Urê giải phóng N nhanh chóng vào đất, chỉ có 40%

được thu hồi bởi thực vật và 60% bị thất thoát.

o Khí CH4 giữ bức xạ hồng ngoại trên mặt đất hiệu quả gấp 20

lần so với CO2, trong khi N2O mạnh gấp 300 lần so với CO2

trong việc hấp thụ bức xạ nhiệt trên mặt đất trong tầng đối lưu 

thay đổi kí hậu, tăng sự ấm lên toàn cầu.

Đặc điểm giải phóng chậm của struvite  thực

vật có thể hấp thụ hầu hết N, giảm thất thoát.

3 ECO-FRIENDLY CROP/AGRICULTURAL PRODUCTION

Việc sản xuất struvite đồng thời làm giảm P

và N từ chất thải  giảm nguy cơ phú dưỡng

trong các vùng nước.

Nghiên cứu cho thấy: sự thải N2O xử lý bằng

urê cao gấp 3 lần so với xử lý MAP, quá trình

lọc N cũng thấp hơn MAP 3 lần so với phân

bón N thương mại.

Sử dụng struvite làm phân bón có thể tạo ra một môi trường thân thiện.

Arabian Journal of Chemistry 2014

FERTILIZER QUALITY OF STRUVITE

METHODS OF FERTILIZER APPLICATION

o Cung cấp N và P  kích thích sự phát triển của rễ,

cành… phân đơn / đưa vào phân hỗn hợp.

o Phân giải NH4H2PO4 trong đất khi độ ẩm phù hợp thành

NH4+ và H2PO4-  môi trường axit  phù hợp cho đất

trung tính / pH cao.

o Khi sử dụng như một loại phân bón lá  không nên trộn với phân chứa Ca và Mg.

METHODS OF FERTILIZER APPLICATION

o MAP dạng hạt  bón ở tập trung

ở ngay bên dưới bề mặt đất,

quanh khu vực rễ đang phát

triển (cách hạt khoảng 5cm)

o Ngoài ra nó cũng được rắc đều

trên ruộng và trộn với lớp đất

trên bề mặt.

POT TRIAL TESTS

Int J Environ Res Public Health 2018

POT TRIAL TESTS

Int J Environ Res Public Health 2018

o Bón trực tiếp cho cây trồng

o Sản lượng cây trồng và mức độ hấp thu dưỡng chất

từ struvite của các loại cây trồng cao hơn 4 lần so với các loại phân khoáng hiện đang sử dụng

o Dưỡng chất từ struvite được giải phóng từ từ làm cho cây có thể hấp thụ hết mà không làm ô nhiễm trở lại môi trường.

CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN

ĐÃ LẮNG NGHE