Từ nước thải nhà máy sản xuất phân bón, nhóm các nhà khoa học Việt Nam đã nghiên cứu tận dụng để sản xuất phân bón, giảm thiểu lượng chất thải nguy hại ra môi trường.

Tận dụng nước thải

PGS.TS Lê Minh Viễn và nhóm cộng sự tại Trường Đại học Bách khoa (ĐHQG TPHCM) đã triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ “Nghiên cứu công nghệ thu hồi nitơ, phốt pho trực tiếp từ nước thải nhà máy phân bón và định hướng sử dụng làm nguyên liệu sản xuất phân bón”.

Chất thải trong các nhà máy sản xuất phân bón rất giàu Nitơ (N) và Phốt pho (P) vốn cần thiết cho cây trồng. Trong khi đó, để xử lý nguồn nước này đạt tiêu chuẩn môi trường, hầu hết nhà máy đang áp dụng công nghệ hóa lý.

Theo đó, dung dịch NaOH được cho vào bể phản ứng với hàm lượng lớn để “đuổi” N (ở dạng khí NH3) ra khỏi dung dịch. Chất ô nhiễm (hợp chất của N) ở dạng lỏng được chuyển sang chất ô nhiễm dạng khí và phát tán ra không khí.

Nguồn nước thải sau khi đuổi N có pH cao, nên phải sử dụng HCl để trung hòa, chuyển pH nước thải về trung tính để thực hiện các công đoạn tiếp theo trước khi thải ra môi trường. Doanh nghiệp phải tiêu tốn một lượng lớn hóa chất NaOH và HCl mà vẫn không thể giảm lượng NH3 phát ra môi trường.

“Do đó, việc giảm thiểu hóa chất để xử lý nước thải và thu hồi các chất dinh dưỡng N và P từ nước thải luôn là công nghệ mà các nhà môi trường và doanh nghiệp hướng đến, và các công nghệ này được xem là thân thiện với môi trường, rất có ý nghĩa về mặt kinh tế”, PGS. TS Lê Minh Viễn nhận định.

Hơn nữa, theo thống kê, thì các trữ lượng P trong các mỏ để sản xuất phân lân cũng đang ngày càng giảm sút. Do đó, việc thu hồi các nguyên tố dinh dưỡng như N và P ngày càng cấp bách hơn.

Theo nhóm nghiên cứu, trong nước hiện chưa có nghiên cứu đầy đủ nào về công nghệ thu hồi N và P từ các nhà máy sản xuất phân bón, cũng như nghiên cứu sử dụng các sản phẩm sau thu hồi để sản xuất phân bón phục vụ sản xuất nông nghiệp.

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. Struvite có công thức hóa học là Mg (NH4) PO4.6H2O, ít tan trong nước nhưng tan trong dung dịch axit, thường được thu hồi làm phân bón cho cây trồng.

Phân tan chậm giàu dinh dưỡng

Cụ thể, PGS.TS Lê Minh Viễn và các cộng sự 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.

“Struvite dễ dàng kết tủa trong khoảng pH từ 7 - 9,5, thậm chí ở thời gian phản ứng là 30 phút. Đặc biệt, nghiên cứu này đã xây dựng được sự tương quan của các thông số công nghệ đến hiệu suất thu hồi N”, đại diện nhóm triển khai nhiệm vụ thông tin.

PGS.TS Lê Minh Viễn cho biết, 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 1m3/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.

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. 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.

Phân bón này 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.