PGS.TS Lê Minh Viễn cùng các cộng sự Trường Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh đã thực hiện đề tài khoa học và công nghệ cấp thành phố: "Nghiên cứu công nghệ thu hồi nitơ, phốtpho trực tiếp từ nước thải nhà máy phân bón và định hướng sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân bón".
Kết quả của nhiệm vụ khoa học - công nghệ vừa được Sở KH&CN TP. Thành phố Hồ Chí Minh nghiệm thu, PGS.TS Lê Minh Viễn và các cộng sự đã nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống thử nghiệm thu hồi N và P từ nước thải nhà máy phân bón công suất xử lý 1 m3/ngày và sản xuất 50 kg struvite theo quy trình công nghệ gián đoạn; đồng thời nghiên cứu sản xuất phân bón NPK sử dụng nguồn struvite sản xuất từ nước thải nhà máy phân bón.
Nhóm nghiên cứu đã xác định các thành phần chính của nguồn nước để đề xuất phạm vi của các thông số công nghệ và các phương pháp điều chế, đánh giá các tính chất của sản phẩm. Kết quả nghiên cứu ở quy mô phòng thí nghiệm cho thấy các thông số công nghệ như pH, tỷ lệ mol Mg/P, tỷ lệ mol N/P, thời gian phản ứng ảnh hưởng đến hiệu suất kết tủa struvite. Trong đó, thông số ảnh hưởng mạnh nhất là pH, tỷ lệ mol Mg/P, tỷ lệ mol N/P.
Từ kết quả tối ưu hóa, các thông số công nghệ được lựa chọn để tiến hành kiểm tra, thử nghiệm với quy mô pilot với công suất 1 m3/ ngày. Quá trình kết tủa struvite được thiết kế và vận hành thực tế trên thiết bị có tổng thể tích là 1.000 lít.
Với thông số công nghệ đã tối ưu (với hàm mục tiêu là hiệu suất 80%), tỷ lệ mol Mg/P=1,0 và N/P= 1,2; pH=8,3, thời gian là 60 phút ở nhiệt độ môi trường, sản phẩm thu được là struvite có độ đơn pha cao (kiểm chứng bằng phương pháp XRD), dạng bột có kích thước hạt từ 13-22 micro mét (kiểm chứng bằng phương pháp SEM và phần mềm Image J).
Tỷ trọng riêng từ 1.573 - 1.598 kg/m3, khối lượng riêng đổ đống là từ 497-580 kg/m3. Hàm lượng dinh dưỡng phù hợp với struvite thương mại.
Đối chiếu với tiêu chuẩn về độ tan theo ISO 18644:2016, sản phẩm struvite thu được là loại phân bón chậm tan. Struvite có hàm lượng dinh dưỡng (Mg, N và P) cao cùng với tính chất tan chậm, struvite phù hợp để làm phân bón tan chậm phục vụ sản xuất nông nghiệp.
Ngoài ra, sự tương thích của struvite với các nguyên liệu truyền thống cũng được kiểm tra nhằm sử dụng nguyên liệu này để sản xuất các sản phẩm phân bón NPK. Kết quả thử nghiệm với các sản phẩm phân bón một hạt NPK 10-10-5 (10% khối lượng struvite, 20% khối lượng struvite, 30% khối lượng struvite), NPK 17-3-5 (10% khối lượng struvite), NPK 16-20-0 (10% khối lượng struvite) và phân bón 3 màu NPK 20-15-5.
Kết quả cho thấy, struvite dễ dàng sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất phân bón như các nguyên liệu truyền thống khác. Khi sử dụng struvite càng nhiều, độ tan của sản phẩm NPK càng giảm. Độ tan giảm của sản phẩm là lợi thế cho việc tiết kiệm và sử dụng phân bón hiệu quả do hạn chế sự rửa trôi và thất thoát do phân bón tan quá nhanh.
Struvite hay MAP (magie amoni Photphat) là một tinh thể thường gặp trong tự nhiên với hằng số KS = 12,6-13,26 ở dạng không tan (rất ít tan). Struvite tan ít trong nước và dung dịch nên sự giải phóng chậm struvite đã tạo ta nguồn N, P và Mg hiệu quả cho cây trồng bón qua lá hay đất. Sử dụng phân bón MAP có thể giảm từ 20-30%, thậm chí nhiều hơn, nếu xét trên khối lượng (sử dụng) so với phân bón thông thường mà vẫn có năng suất tương đương.
Là hợp phần quan trọng của nhiệm vụ, nhóm chuyên gia tại Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh đã sản xuất thử nghiệm thành công 50kg sản phẩm struvite thu hồi từ nước thải (của nhà máy sản xuất phân bón); hoàn thiện quy trình công nghệ thu hồi struvite từ nước thải nhà máy phân bón; cũng như quy trình công nghệ sản xuất phân NPK sử dụng sản phẩm struvite tạo ra trong quá trình thu hồi N, P từ nước thải nhà máy phân bón. Bên cạnh đó, nhóm triển khai nhiệm vụ cũng xây dựng bộ tiêu chuẩn cơ sở cho sản phẩm struvite và 3 loại phân NPK sản xuất từ nguồn struvite tổng hợp được.
Nghiên cứu này cho thấy việc sử dụng hóa chất để kết tủa các nguyên liệu phân bón bị hòa tan vào trong dung dịch nước để quay trở lại quá trình sản xuất phân bón dễ thực hiện.
Trong khi phương pháp hóa lý, việc sử dụng dung dịch NaOH để xử lý NH3 trong dung dịch và sử dụng dung dịch HCl để chuyển pH nước thải về trung tính đã làm tiêu hao một lượng hóa chất đáng kể mà không thu được sản phẩm phụ nào.
Ngoài ra, phương pháp kết tủa struvite sử dụng công nghệ và thiết bị đơn giản, dễ vận hành cho thấy việc kết tủa struvite từ nước thải ngành công nghiệp sản xuất phân bón không những có ý nghĩa khoa học, mà còn có ý nghĩa về kinh tế so với phương pháp truyền thống.
