Nghiên cứu tách nitơ, phốt pho trong nước thải sinh hoạt

Nghiên cứu được tiến hành nhằm khẳng định khả năng cũng như xác định một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tách N,P dưới dạng kết tinh thành tinh thể Magie Amoni Photphat (MAP) hay còn gọi là Struvite - công thức hóa học: MgNH4PO4. 6H2O. Kết quả nghiên cứu cho thấy: Hiệu quả tách N,P bằng kết tinh tạo MAP chịu ảnh hưởng khá lớn của pH môi trường và xảy ra tốt ở giải pH > 8,5.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tách nitơ, phốt pho trong nước thải sinh hoạtHóa học & Kỹ thuật môi trường NGHIÊN CỨU TÁCH NITƠ, PHỐT PHO TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT Phạm Hương Quỳnh* Tóm tắt: Trong thực tế, nhiều loại nước thải công nghiệp và cả nước thải sinh hoạt khi không được xử lí hiệu quả qua bể phôt có chứa một lượng không nhỏ nitơ và phốt pho. Xử lí loại nitơ và phốt pho (N,P) trong nước thải cần có những công nghệ khá phức tạp, chi phí xử lí cao. Nghiên cứu được tiến hành nhằm khẳng định khả năng cũng như xác định một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tách N,P dưới dạng kết tinh thành tinh thể Magie Amoni Photphat (MAP) hay còn gọi là Struvite - công thức hóa học: MgNH4PO4. 6H2O. Kết quả nghiên cứu cho thấy: Hiệu quả tách N,P bằng kết tinh tạo MAP chịu ảnh hưởng khá lớn của pH môi trường và xảy ra tốt ở giải pH > 8,5. Khi nồng độ NH4+ tăng hiệu quả tạo MAP tăng. Thời gian phản ứng và tốc độ khuấy trộn không ảnh hưởng lớn đến quá trình kết tinh nhưng ảnh hưởng rõ rệt tới kích thước tinh thể. Kích thước tinh thể MAP thu được sau 180 phút ở vận tốc khuấy 50 vòng/phút là 4.000 – 4600 μm.Từ khóa: Xử lý nước thải; MAP; Struvite; Nước thải. 1. GIỚI THIỆU Nước thải sinh hoạt có hàm lượng nitơ từ 15-50 mg/l, phốt pho từ 10-23mg/l đây làmột lượng chất dinh dưỡng quan trọng cho cây trồng nếu được thu hồi. Nhiều công trìnhnghiên cứu nhằm loại bỏ chất ô nhiệm này ra khỏi nước thải tuy nhiên để tận thu nguồn N,P này chưa được nghiên cứu. Đầu những năm 1960, một dạng tinh thể rắn màu trắng đã được phát hiện trong đườngống hệ thống xử lý nước thải tại Hyperion, Los Angeles. Những tinh thể này thường lắngđọng ở máy bơm, ở các kết cấu phân phối khí, chỗ uốn cong của đường ống [1, 2] đã ảnhhưởng không nhỏ tới hoạt động của hệ thống. Các tinh thể được xác định là một khoángvô cơ của Magiê, Amoni và Phosphat được gọi là MAP. Kết tinh MAP có tích số tan là7,8.10-15 [4] nên được sử dụng dưới dạng một loại phân bón hóa học nhả chậm cho câytrồng. Ngoài ra MAP còn có thể cung cấp phốt phát dạng nguyên liệu thô cho sản xuất tấmchống cháy. Hơn thế nữa MAP còn là một nguyên liệu bắt buộc trong sản xuất xi măng[5,6]. Sự hình thành MAP trong quá trình xử lý nước thải không chỉ loại bỏ chất ô nhiễmtrong nguồn thải mà còn tận dụng được nguồn N, P cung cấp cho cây trồng hơn thế nữa nócó thể giảm thiểu sự lắng đọng, tắc đường ống do kết tinh. Nghiên cứu này được tiến hànhnhằm tận thu nguồn N, P trong nước thải sinh hoạt và giảm thiểu chi phí xử lý nước thải. 2. THỰC NGHIỆM Đối tượng nghiên cứu: Nước thải sinh hoạt lấy tại cống thải KTX trường Đại học Kỹthuật Công Nghiệp, Đại học Thái Nguyên Phương pháp phân tích: NH4+ được phân tích bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử Nessler, và PO43-bằng phương pháp trắc quang với chỉ thị Amonimolipdat trên UV/vis Lambda 35-PerkinElmer-Mỹ, 2008. Mg2+ được phân tích bằng phương pháp hấp phụ nguyên tử trên máy AAS-AA800Perkin Elmer-USA, 2010. Hình dạng, kích thước tinh thể MAP được quan sát bằng kính hiển vi quang học cóchụp ảnh SEM-VEGA3-TESCAN -USA, 2011158 Phạm Hương Quỳnh, “Nghiên cứu tách nitơ, phốt pho trong nước thải sinh hoạt.”Nghiên cứu khoa học công nghệ Các thí nghiệm được tiến hành ở quy mô 1 lít với thiết bị Jatest tại phòng thí nghiệmthuộc Viện khoa học và công nghệ môi trường, Trường đại học Bách khoa Hà Nội. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN3.1. Nghiên cứu quá trình tạo kết tinh MAP3.1.1. Tỷ lệ Mg2+, NH4+, PO43- Tỷ lệ nghiên cứu đầu tiên được coi là tối thiểu để tạo thành kết tinh MAP 27mg/l Mg2+,20mg/l NH4+ và 106mg/l PO43- tỷ lệ này là tỷ lệ mol Mg2+:NH4+:PO43- là 1:1:1. Kết quả chothấy tại nồng độ này lượng MAP tạo thành rất nhỏ ở tất cả các giá trị pH được khảo sát(pH= 7÷10,5). Khi tăng nồng độ các ion trên lên dần 3, 4, ..., 7 lần, lượng kết tinh MAP tạo thành tăngtheo và đạt cao nhất ở nồng độ 187 mg/l Mg2+, 140 mg/l NH4+ và 742 mg/l PO43-. Tại đâylượng kết tinh MAP đạt 58,63% ở pH bằng 9. Phần lớn các loại nước thải có hàm lượng NH4+ lớn hơn rất nhiều so với PO43- vì vậymột loạt thí nghiệm nghiên cứu được thực hiện cố định hàm lượng PO43- và Mg2+ ở tỷ lệmol P:Mg = 1:1 thay đổi N từ 0,6;1;1,6;1,9 và 2; pH từ 7÷10,5. Kết quả nghiên cứu chothấy: tại tỷ lệ Mg2+:NH4+:PO43- là 1:1,9:1 cho kết quả tạo MAP đạt cao nhất, tuy nhiên ởpH < 8,5 lượng MAP chỉ đạt 58%. Ở pH 9,0 và 9,5 lượng MAP hình thành lớn nhất, đạt:68,44% ÷ 70,29% (hình 1). Hình 1. Ảnh hưởng của nồng độ Amoni đến quá trình hình thành MAP.3.1.2. Ảnh hưởng của pH pH cũng ảnh hưởng rõ rệt tới quá trình tạo MAP, các thí nghiệm được tiến hành vớitương tác Mg2+:NH4+:PO43- là 1:1,9:1, pH ở vùng tối ưu: 8,0÷10,5. Kết quả nghiên cứu chothấy: Hiệu quả loại NH4+ tăng khi pH tăng, cao nhất ở pH 9,5 (70,29%); Kết quả nghiêncứu cho thấy pH ≥ 8,5 là yếu tố quan trọng để hình thành MAP.3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Kích thước tinh thể có ý nghĩa quan trọng trong việc thu hồi MAP. Khi kích thướccác hạt quá nhỏ (< 1mm) rất dễ bị cuốn theo dòng nước và khó thu hồi [7]. Chính vì vậy,việc khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới kích thước tinh thể là rất cần thiết.Nghiên cứu được tiến hành ở Mg2+:NH4+:PO43- là 1:1,9:1, pH = 9,5. Kết quả nghiên cứucho thấy: Kích thước tinh thể tăng lên rõ rệt theo thời gian phản ứng.Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 159 Hóa học & Kỹ thuật môi trường Bảng 1. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới kích thước tinh thể MAP. Thời gian, % loại bỏ + Chiều dài tinh thể, m phút NH4 ...