Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật vi sóng cho quá trình giải phóng Photpho bùn thải

Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu áp dụng kỹ thuật vi sóng nhằm giải phóng P từ bùn thải. Nghiên cứu được tiến hành ở các dải nhiệt độ 40, 60, 80 và 100oC và thời gian xử lý 5, 10, 15 và 20 phút. Kết quả thu được cho thấy điều kiện thích hợp để giải phóng TP từ bùn thải bằng phương pháp xử lý vi sóng là 80 oC và thời gian xử lý 10 phút.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật vi sóng cho quá trình giải phóng Photpho bùn thải Đỗ Khắc Uẩn và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 78(02): 87 - 92 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VI SÓNG CHO QUÁ TRÌNH GIẢI PHÓNG PHOTPHO TỪ BÙN THẢI Đỗ Khắc Uẩn (1,2), Mai Anh Khoa (3,*) 1 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 2 Đại học CN Nanyang, Singapore 3 Đại học Thái Nguyên TÓM TẮT Nghiên cứu giải phóng photpho (TP) từ bùn thải đóng vai trò quan trọng để thu hồi nguồn photpho cho ngành công nghiệp phân bón. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu áp dụng kỹ thuật vi sóng nhằm giải phóng P từ bùn thải. Nghiên cứu đƣợc tiến hành ở các dải nhiệt độ 40, 60, 80 và 100oC và thời gian xử lý 5, 10, 15 và 20 phút. Kết quả thu đƣợc cho thấy điều kiện thích hợp để giải phóng TP từ bùn thải bằng phƣơng pháp xử lý vi sóng là 80oC và thời gian xử lý 10 phút. Ở điều kiện đó, trên 80% TP trong bùn có thể đƣợc giải phóng ra khỏi bùn. Ngoài ra, thành phần nitơ (TN) cũng đƣợc giải phóng trong quá trình xử lý. Tốc độ giải phóng TN cũng tăng rất nhanh trong khoảng 10 phút xử lý ban đầu, sau đó đã giảm dần. Sự giải phóng của các chất hữu cơ (tính theo COD) cũng tăng lên đáng kể khi tăng nhiệt độ và thời gian xử lý. Ở nhiệt độ càng cao, COD giải phóng càng nhiều. Đặc biệt, khối lƣợng bùn và kích thƣớc các hạt bùn giảm đáng kể sau khi xử lý, phù hợp với sự biến thiên giải phóng của TP, TN và COD. Từ khóa: bùn thải, giải phóng photpho, giảm khối lượng bùn, vi sóng ĐẶT VẤN ĐỀ* Trữ lƣợng quặng photphat nói chung và nguồn photpho (TP) nói riêng ngày càng cạn kiệt do tốc độ khai thác ngày càng tăng để đáp ứng nhu cầu sản xuất phân bón dùng trong nông nghiệp và các ngành công nghiệp bột giặt, chất tẩy rửa, phụ gia thức ăn gia súc, và các ứng dụng đặc biệt nhƣ chế tạo vật liệu chống cháy [1-2]. Do tình trạng khan hiếm P, chỉ trong 14 tháng (từ tháng 1/2007 đến tháng 3/2008) giá thành của quặng photphat đã tăng lên 7 lần, từ 50 USD/tấn lên đến 350 USD/tấn [3]. Trƣớc sức ép về sự cạn kiệt nguồn P, hƣớng nghiên cứu thu hồi và tái sử dụng các nguồn thải chứa P (ví dụ trong nƣớc thải sinh hoạt, bùn thải, phân-nƣớc tiểu ngƣời, hoặc phân gia cầm) đã đƣợc quan tâm và chú trọng phát triển [4,5,6,7]. Bùn thải ra từ quá trình xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học có nồng độ TP dao động khá lớn, thƣờng từ 6 đến 12% [8]. Cho nên nghiên cứu đã chú ý đến khả năng thu hồi TP từ bùn thải. Để có thể thu hồi đƣợc TP từ bùn thải, thì trƣớc tiên cần phải giải phóng * Tel: 0968.533.888; Email: khoa.mai@gmail.com đƣợc thành phần TP trong bùn thải (dạng rắn) sang TP hòa tan (dạng photphat), sau đó mới tiến hành kết tủa ở dạng muối photphat (ví dụ canxi photphat). Các phƣơng pháp giải phóng TP từ bùn thải bao gồm phƣơng pháp hóa học, phƣơng pháp hóa học kết hợp gia nhiệt, hoặc phƣơng pháp sinh học yếm khí [9,10,11]. Tuy nhiên, các phƣơng pháp này cần phải bổ sung hóa chất để thúc đẩy phản ứng hòa tan, hoặc cần thời gian dài để hoàn tất phản ứng phân giải bùn. Trong những năm gần đây, kỹ thuật vi sóng đã đƣợc sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, ví dụ dùng cho quá trình tiệt trùng và khử trùng trong công nghiệp thực phẩm, dùng để phá mẫu trong phòng thí nghiệm, hoặc dùng để nấu chín thức ăn [12,13,14]. Kỹ thuật vi sóng có nhiều ƣu điểm so với phƣơng pháp gia nhiệt thông thƣờng, đó là thời gian gia nhiệt nhanh, tính đồng nhất của quá trình truyền nhiệt (cho cả bên trong và tại bề mặt của vật liệu cần xử lý) và dễ dàng kiểm soát nhiệt độ của quá trình chính xác [12]. Do đó, nghiên cứu thử nghiệm áp dụng kỹ thuật vi sóng cho xử lý bùn thải và đánh giá khả năng giải phóng TP từ bùn thải rất cần thiết và có ý nghĩa. 87 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Đỗ Khắc Uẩn và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu áp dụng kỹ thuật vi sóng nhằm giải phóng TP từ bùn thải. Ngoài ra, nghiên cứu cũng đánh giá sự giải phóng nitơ, các hợp chất hữu cơ và mức độ giảm hàm lƣợng bùn sau quá trình xử lý bùn bằng kỹ thuật vi sóng. PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN 1. Mô tả thí nghiệm Thí nghiệm xử lý bùn thải trong nghiên cứu này đƣợc tiến hành gián đoạn theo từng mẻ. Các mẫu bùn cần xử lý (70 mL hỗn hợp bùn có hàm lƣợng chất rắn (TSS) là 10000 mg/L) đƣợc đƣa vào các bình đựng mẫu. Các bình mẫu đƣợc đƣa vào lò vi sóng (MARS, CEM Co., USA) có tần số 2450 MHz và công suất đầu ra cực đại là 1600 W (Hình 1). Mỗi chu trình hoạt động, hệ thống có thể tiến hành thí nghiệm đồng thời với 12 bình đựng mẫu (thể tích mỗi bình 100 mL), với áp suất làm việc lên đến 30 atm. Hệ thống có bộ phận kiểm soát nhiệt tự động để điều chỉnh nhiệt độ cho quá trình xử lý. Các thí nghiệm đƣợc tiến hành ở các dải nhiệt độ 40, 60, 80 và 100oC bằng việc thiết lập chƣơng trình kiểm soát và điều chỉnh nhiệt tự động. Các thí nghiệm đƣợc tiến hành trong các khoảng thời gian 5, 10, 15 và 20 phút. Sau mỗi loạt thí nghiệm, các mẫu bùn đƣợc lấy ra và tiến hành phân tích các thông số theo mục đích nghiên cứu. Các thí nghiệm đều đƣợc ...