Nghiên cứu thu hồi nitơ và photpho từ nước thải chế biến thủy sản bằng công nghệ kết tủa struvite

01/08/2024

Tóm tắt:

    Thu hồi nitơ (N), photpho (P) và tận dụng đúng cách các nguyên tố có trong nước thải thủy sản, nước ót (dung dịch còn lại từ quá trình sản xuất muối từ nước biển), xương cá, sẽ trở thành nguồn nguyên liệu có ích để sản xuất struvite phục vụ nông nghiệp, mang lại lợi ích cả về kinh tế và môi trường. Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích, nghiên cứu thực nghiệm để khảo sát khả năng thu hồi photphat (PO₄^3-) từ tro xương cá và ảnh hưởng của các thông số pH, tỷ lệ mol Mg²⁺:NH₄⁺:PO₄^3-, thời gian phản ứng đến hiệu suất thu hồi NH₄⁺, PO₄^3- từ nước thải surimi; so sánh hiệu suất thu hồi NH₄⁺, PO₄^3- và hiệu quả kinh tế khi sử dụng nướt ót và tro xương cá thay thế các hợp chất Mg²⁺, PO₄^3- công nghiệp; từ đó, đề xuất mô hình xử lý nước thải thủy sản mang lại hiệu quả cao về mặt kỹ thuật và tiết kiệm chi phí vận hành. Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng Mg²⁺ từ nước ót và PO₄^3- từ xương cá cho hiệu suất thu hồi NH₄⁺ đạt 82,9% và PO₄^3- đạt 90,7% ở điều kiện pH = 9,1; tỷ lệ mol Mg²⁺:NH₄⁺:PO₄^3- là 1,4:1:1, thời gian phản ứng 90 phút đạt hiệu quả kinh tế tốt nhất. Từ kết quả nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đề xuất bổ sung công đoạn kết tủa struvite sau quá trình xử lý kỵ khí trong quy trình xử lý nước thải chế biến thủy sản nhằm giảm tải N cho quy trình xử lý hiện hữu.

Từ khóa: Struvite, nước thải chế biến thủy sản, nước ót, xương cá.

Ngày nhận bài: 16/5/2024; Ngày sửa chữa: 24/6/2024; Ngày duyệt đăng: 24/7/2024.

Research on nitrogen and phosphorus recovery from seafood processing wastewater by struvite precipitation technology

Abstract:

    Recovering nitrogen (N), phosphorus (P) and properly utilizing elements in seafood processing wastewater, sea water bitterns (remaining solution from the process of producing salt from sea water), fish bones, will become useful raw material source to produce struvite for agriculture, bringing both economic and environmental benefits. The study used analytical and experimental methods to investigate the ability to recover phosphate (PO₄^3-) from fish bone ash and the effects of pH parameters, Mg^2+:NH₄⁺:PO₄^3- molar ratio, reaction time to recovery efficiency of NH₄⁺, PO₄^3- from surimi wastewater; compare the recovery efficiency of NH₄⁺, PO₄^3- and economic efficiency as using sea water bitterns and fish bone ash to replace industrial Mg²⁺, PO₄^3- compounds; From there, the study proposes a model for seafood processing wastewater treatment that brings high technical efficiency and saves operating costs. Research results show that using Mg²⁺ from sea water bitterns and PO₄^3- from fish bones gives recovery efficiency of NH₄⁺ reaching 82.9% and PO₄^3- reaching 90.7% at pH = 9.1; Mg²⁺:NH₄⁺:PO₄^3- molar ratio is 1.4:1:1, reaction time 90 minutes; and achieve the best economic efficiency. From the research results, the research team proposed adding a struvite precipitation step after anaerobic treatment in the seafood processing wastewater treatment process to reduce the N load for the existing treatment process.

Key words: Struvite, seafood processing wastewater, sea water bitterns, fish bones.

JEL Classifications: Q53, N52, N53.

1. Đặt vấn đề

    Nước thải chế biến thủy sản phát sinh từ công đoạn rửa sạch và sơ chế nguyên liệu, chứa nhiều chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, chất rắn lơ lửng, các ion NH₄⁺ và PO₄^3-, nếu xả ra môi trường sẽ là tác nhân gây hại đối với hệ sinh thái thủy sinh, gây ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng đến sức khỏe con người (Nguyễn Quang Long et al., 2021). Thông thường, để chế biến 1 tấn cá cần khoảng 20m³ nước, vì vậy, trong nước thải chứa một lượng lớn máu cá và dịch chất từ các bộ phận của cá, dẫn đến hàm lượng chất hữu cơ hòa tan và lơ lửng cao, nồng độ tổng nitơ trong nước thải từ 120÷700 mg/L (Cowi Consulting and A.S.Planners, 2000). Ngoài ra, trong quá trình chế biến thủy sản, phế phẩm xương cá chứa hàm lượng cao PO₄^3- và nước ót từ các ruộng muối chứa hàm lượng cao MgCl₂, MgSO₄ (Tạp chí Công Thương điện tử, 2004). Do vậy, nếu được thu hồi và tận dụng đúng cách các nguyên tố có trong nước thải thủy sản, nước ót, xương cá, thì chúng sẽ trở thành nguồn nguyên liệu có ích để sản xuất struvite phục vụ nông nghiệp, vừa mang lại lợi ích cả về kinh tế và môi trường, phù hợp với tiêu chí giảm thiểu khai thác tài nguyên thiên nhiên, hạn chế chất thải phát sinh và giảm thiểu tác động xấu đến môi trường (Luật BVMT, 2020).

    Struvite (NH₄MgPO₄.6H₂O) được biết đến là một dạng phân bón chậm tan cung cấp đồng thời nguyên tố đa lượng (N, P) và nguyên tố trung lượng (Mg) phù hợp cho nhiều loại cây trồng nên được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất các loại phân bón hỗn hợp hoặc phức hợp khác (Salleh et al, 2016).

    Các công trình nghiên cứu đã công bố cho thấy việc kết hợp tro xương động vật và nước ót đem lại hiệu quả cao trong việc khử N trong nước thải tạo kết tủa struvite; Siciliano và cộng sự (2016) sử dụng nước ót và bột xương (từ quá trình xử lý nhiệt thịt thải bỏ) đã loại bỏ hơn 98% NH₄⁺ trong nước rỉ rác bãi chôn lấp, thu hồi khoảng 99% P, 95% Mg và tạo kết tủa struvite (Siciliano, Alessio, 2016). Jeong và cộng sự (2016) đã nghiên cứu xử lý nước thải chế biến tôm bằng quá trình kết tủa struvite, với hiệu quả xử lý NH₄⁺ đạt 93,1% và PO₄^3- đạt 99,9% (Jeong, Byung Gon, 2016). Tại Việt Nam, Nguyễn Thị Huyền (2019) đã khảo sát khả năng tạo kết tủa struvite từ nước thải chăn nuôi và nước ót; nghiên cứu đã loại bỏ NH₄⁺ trên 97% và P trên 85% ở điều kiện pH = 9, tỷ lệ Mg²⁺:NH₄⁺:PO₄^3- = 1:1:1 (Nguyễn Thị Huyền, 2012); Lê Văn Dũng (2016) đã nghiên cứu thu hồi NH₄⁺ và PO₄^3- từ nước thải biogas bằng phương pháp kết tủa struvite kết hợp sử dụng nước ót, với hiệu suất thu hồi NH₄⁺ đạt 78,3% và PO₄^3- đạt 98,22% ở pH = 10, thời gian phản ứng 20 phút và tỷ lệ Mg²⁺:NH₄⁺:PO₄^3- = 1:1,2:1 (Lê Văn Dũng và cộng sự, 2016).

    Như vậy, việc kết tủa struvite từ nước thải có chứa NH₄⁺, PO₄^3- được xem là phương pháp xử lý thân thiện với môi trường, giúp loại bỏ N, P từ nước thải và thu sản phẩm có giá trị phục vụ nông nghiệp. Đồng thời, việc sử dụng nước ót và bột tro xương để bổ sung Mg²⁺, PO₄^3- trong công nghệ xử lý còn góp phần mang lại hiệu quả kinh tế. Do đó, nghiên cứu này thực hiện khảo sát thu hồi PO₄^3- từ tro xương cá và ảnh hưởng của các thông số pH, tỷ lệ mol Mg²⁺:NH₄⁺:PO₄^3-, thời gian phản ứng đến hiệu suất thu hồi NH₄⁺, PO₄^3- từ nước thải surimi; so sánh hiệu suất thu hồi NH₄⁺, PO₄^3- và hiệu quả kinh tế khi sử dụng nướt ót và tro xương cá thay thế các hợp chất Mg²⁺, PO₄^3- công nghiệp; từ đó, đề xuất mô hình xử lý nước thải thủy sản mang lại hiệu quả cao về mặt kỹ thuật và tiết kiệm chi phí vận hành.

2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

  Đối tượng nghiên cứu: Nước thải chế biến thủy sản sau bể kỵ khí và keo tụ loại bỏ SS; hóa chất sử dụng gồm MgCl₂.6H₂O, (MgCO₃)₄.Mg(OH)₂.5H₂O, H₃PO₄; H₂SO₄, HCl, NaOH 10%; SnCl₂.2H₂O, (NH₄)₆Mo₇O₂₄.4H₂O, NH₄OH, HClO₄ 70%, nước ót (Mg²⁺ = 42g/lít). Thời gian lấy mẫu nước thải, nước ót, xương cá vào tháng 5/2023, mẫu được bảo quản trong quá trình nghiên cứu theo TCVN 6663-3:2016. (Nước ót trong thực nghiệm được lấy từ Nhà máy sản xuất muối ở huyện Sa Huỳnh tỉnh Quảng Ngãi; nước thải và xương cá từ Nhà máy chế biến thủy sản, sản xuất surimi).

    Phương pháp phân tích: Đối với mẫu nước thải, đo đạc pH theo TCVN 6492:2011; phân tích BOD₅ theo TCVN 6001-1:2021, COD theo SMEWW 5220C:2017, NH₄⁺ theo SMEWW 4500-NH₃.B&F:2017, PO₄^3- theo SMEWW 4500-P.D:2017. Đối với mẫu nước ót, phân tích Mg²⁺ theo SMEWW 2340C:2023. Mẫu tro xương cá, phân tích PO₄^3- theo TCVN 8940:2011.

    Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Trong nghiên cứu thu hồi struvite, các thông số pH (X1), tỉ lệ mol Mg²⁺:NH₄⁺:PO₄^3-(X2), thời gian phản ứng (X3) là các biến độc lập; nghiên cứu sử dụng phần mềm Modde 5.0 để thiết kế số lượng thí nghiệm tối ưu; khảo sát 3 biến độc lập và 2 hàm mục tiêu là hiệu suất thu hồi NH₄⁺ (Y1) và PO₄^3-(Y2). Khoảng giá trị các thông số khảo sát gồm pH (X1) từ 8,5÷9,5; tỷ lệ mol Mg²⁺:NH₄⁺:PO₄^3-(X2) từ (1:1:1)÷(1,4:1:1), thời gian phản ứng (X3) từ 30÷90 phút. Trong khảo sát chiết PO₄^3- từ xương cá, thực hiện nung xương cá ở 600^oC, phá mẫu bằng dung dịch axit H₂SO₄ từ 1M÷3M, tỷ lệ khối lượng H₂SO₄/tro từ 1,0÷1,4.

Mô tả thí nghiệm

Đối với thí nghiệm kết tủa struvite: thí nghiệm được thực hiện trên mô hình Jartest với 250ml nước thải, bổ sung H₃PO₄/dịch tro xương cá để đảm bảo tỷ lệ mol NH₄⁺:PO₄^3- là 1:1 (Nguyễn Quang Long và cộng sự, 2021). Tiếp theo, thêm hợp chất Mg²⁺ (MgCl₂/MgCO₃/nước ót) vào cốc theo các tỉ lệ đã thiết kế cho thí nghiệm; pH nước thải được kiểm soát bằng NaOH 10%. Dung dịch được khuấy ở tốc độ 120 vòng/phút ở 15 phút đầu tiên, sau đó giảm tốc về 50 vòng/phút cho đến khi kết thúc phản ứng. Sau đó, để lắng dung dịch 10 phút, rồi thu lấy phần nước trong đem phân tích hàm lượng NH₄⁺, PO₄^3- và tính hiệu suất thu hồi.

    Đối với thí nghiệm chiết PO₄^3-, xương cá thác lác được xử lý sơ bộ để loại tạp chất hữu cơ bám trên xương, sau đó nung ở 600^oC trong 1 giờ, rồi ngâm trong dung dịch H₂SO₄; tiếp theo, lọc tách cặn, lấy phần nước để phân tích hàm lượng PO₄^3-. Mẫu tro xương được bảo quản trong ở nhiệt độ phòng thí nghiệm

    Toàn bộ thí nghiệm được thực hiện phân tích mẫu tại Phòng thí nghiệm của Trung tâm Phân tích và Phát triển khoa học công nghệ (CADST), mã số VIMCERT 283, tại số 52, đường số 6, KDC Khang An, P. Phú Hữu, TP. Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh.

3. Kết quả và thảo luận

3.1. Thành phần nước thải sau kỵ khí và keo tụ

    Thực hiện phân tích 3 mẫu nước thải và lấy giá trị trung bình để xác định thông số đầu vào cho thí nghiệm.

Bảng 1. Thành phần nước thải sau kỵ khí và keo tụ sử dụng cho nghiên cứu

STT	Chỉ tiêu	Đơn vị	Kết quả
1	BOD5	mg/L	67 ± 3
2	COD	mg/L	118 ± 4
3	N-NH4+	mg/L	82 ± 2
4	PO43-	mg/L	116 ± 2

(Nguồn: Nhóm tác giả phân tích tại Phòng thí nghiệm của CADST)

3.2. Thành phần PO₄^3- trong tro xương cá

    Kết quả khảo sát quá trình ngâm chiết tro xương cá từ 15 thí nghiệm với 3 nồng độ H₂SO₄ 1M, 2M, 3M; tỷ lệ khối lượng H₂SO₄/tro từ 1,0÷1,4 cho thấy, với tỷ lệ ngâm chiết H₂SO₄ 2M/tro = 1,2 cho hiệu quả thu hồi PO₄^3- cao nhất với 159mg/1g tro xương cá; đạt 96% so với phương pháp phá mẫu theo TCVN 8940:2011.

 

Hình 1. Hàm lượng PO₄^3- thu hồi từ tro xương cá
(Nguồn: Nhóm tác giả phân tích tại Phòng thí nghiệm của CADST)

3.3. Các các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành struvite

    Kết quả nghiên cứu cho thấy, ở điều kiện tỷ lệ mol Mg:NH₄⁺:PO₄^3- = 1:1:1; thời gian phản ứng 30 phút, pH dung dịch tăng từ 8,5 - 9,25 thì hiệu suất thu hồi NH₄⁺ tăng từ 38% lên 83% và PO₄^3- từ 49% lên 87%. Trong đó, hiệu suất thu hồi NH₄⁺, PO₄^3- từ việc sử dụng nước ót kết hợp xương cá đạt hiệu quả cao nhất khi pH > 9. Điều này cho thấy pH dung dịch là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi NH₄⁺, PO₄^3-; khi tăng pH, sẽ làm tăng độ bão hòa dung dịch góp phần hình thành và phát triển mầm tinh thể struvite. Tuy nhiên, ở pH > 9,5, NH₄⁺ sẽ chuyển thành NH₃ và làm giảm khả năng kết tinh của tinh thể.

Hình 2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất thu hồi NH₄⁺, PO₄^3-
(Nguồn: Nhóm tác giả phân tích tại Phòng thí nghiệm của CADST)

Thực hiện thí nghiệm ở pH = 9, thời gian 30 phút, tỉ lệ Mg²⁺:NH₄⁺:PO₄^3- thay đổi từ (1:1:1)÷(1,4:1:1), bổ sung MgCl₂ và H₃PO₄. Kết quả cho thấy, hiệu suất thu hồi NH₄⁺, PO₄^3- tạo struvite thay đổi không đáng kể khi tăng hàm lượng Mg²⁺; cụ thể, hiệu suất thu hồi NH₄⁺ đạt 60÷77%, PO₄^3- đạt 66÷81%.

Hình 3. Ảnh hưởng tỉ lệ Mg²⁺:NH₄⁺:PO₄^3- đến hiệu suất thu hồi NH₄⁺, PO₄^3-
(Nguồn: Nhóm tác giả phân tích tại Phòng thí nghiệm của CADST)

    Khảo sát sự hình thành kết tủa struvite theo thời gian từ 15÷120 phút, ở pH = 9, tỷ lệ Mg²⁺:NH₄⁺:PO₄^3- = 1:1:1. Kết quả cho thấy, hiệu suất thu hồi NH₄⁺ và PO₄^3- tăng theo thời gian (từ 15÷90 phút); đạt giá trị lần lượt là 69÷82% và 74÷89%. Trong đó, hiệu suất thu hồi NH₄⁺, PO₄^3- từ hệ bổ sung nước ót và xương cá đạt hiệu quả cao nhất ở thời điểm 90 phút.

Hình 4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất thu hồi NH₄⁺, PO₄^3-
 (Nguồn: Nhóm tác giả phân tích tại Phòng thí nghiệm của CADST)

3.4. Tối ưu hóa các yếu tố khảo sát của mô hình thí nghiệm

    Từ các chuỗi thí nghiệm ở pH = 8,5÷9,5 (biến X1); thời gian phản ứng 15÷120 phút (biến X2), tỉ lệ Mg²⁺:NH₄⁺:PO₄^3- = 1:1:1÷1,4:1:1 (biến X3), nghiên cứu sử dụng phần mền Modde 5.0 để quy hoạch thực nghiệm và xác định điều kiện tối ưu thu hồi NH₄⁺ (Y1) và PO₄^3- (Y2) của mô hình thí nghiệm.

    Kết quả phân tích ANOVA về sự phù hợp và có ý nghĩa của mô hình trong thí nghiệm thu hồi NH₄⁺, PO₄^3- tối ưu cho biết sự tương thích của mô hình với thực nghiệm qua giá trị F (F_Mode > F_{Lack of fit}) và mô hình hoàn toàn có ý nghĩa thống kê với độ tin cậy trên 99% (p < 0,0001). Đồng thời, sự phù hợp của mô hình với thực nghiệm thể hiện qua hệ số R² > 0,9 trong phương trình hồi quy tuyến tính Y1, Y2.

Bảng 2. Kết quả phân tích ANOVA về quá trình kết tủa struvite tối ưu

(Nguồn: Nhóm tác giả sử dụng phần mềm Modde 5.0 để thực hiện)

    Hiệu suất thu hồi NH₄⁺, PO₄^3- từ 6 thí nghiệm trong điều kiện tối ưu được nêu chi tiết tại Bảng 3. Ngoài ra, mối tương quan giữa hiệu suất thu hồi NH₄⁺, PO₄^3- với các yếu tố pH, tỷ lệ Mg²⁺:NH₄⁺:PO₄^3-, thời gian phản ứng được minh họa bằng các đồ thị bề mặt đáp ứng tại Hình 5 và Hình 6.

Bảng 3. Hiệu suất thu hồi NH₄⁺, PO₄^3- từ 6 thí nghiệm trong điều kiện tối ưu

STT	Yếu tố	Thí nghiệm 1	Thí nghiệm 2	Thí nghiệm 3	Thí nghiệm 4	Thí nghiệm 5	Thí nghiệm 6
1	Hợp chất Mg2+	MgCl2	MgCl2	MgCO3	MgCO3	Nước ót	Nước ót
2	Hợp chất PO43-	H3PO4	Xương cá	H3PO4	Xương cá	H3PO4	Xương cá
3	pH	9,25	9,25	9,1	9,25	9,2	9,1
4	Tỷ lệ Mg2+:NH4+:PO43-	1,4:1:1	1,3:1:1	1,4:1:1	1,4:1:1	1,2:1:1	1,4:1:1
5	Thời gian (phút)	72 phút	60 phút	84 phút	90 phút	90 phút	90 phút
6	Hiệu suất thu hồi NH4+ (%)	77,6	79,1	85,3	87,0	81,5	82,9
7	Hiệu suất thu hồi PO43- (%)	88,6	84,5	87,4	92,2	90,8	90,7

Hình 5. Bề mặt đáp ứng của thí nghiệm 1 về thu hồi NH₄⁺, PO₄^3-

Hình 6. Bề mặt đáp ứng của thí nghiệm 6 về thu hồi NH₄⁺, PO₄^3-

    Đánh giá chung: Qua 6 thí nghiệm bên trên cho thấy, struvite tạo thành từ hệ bổ sung nước ót và xương cá mang lại hiệu quả tương đồng với sản phẩm struvite từ hệ bổ sung MgCl₂ và H₃PO₄ về hiệu suất thu hồi, độ tin cậy và sự phù hợp của mô hình thí nghiệm. Tuy nhiên, trong nước ót vẫn còn 1 phần các ion như Na⁺ và K⁺ nên có khả năng gây ảnh hưởng đến hiệu quả thu hồi NH₄⁺ và sản phẩm tạo thành có thể có lẫn tạp chất KMgPO₄.6H₂O, tuy nhiên, chúng không gây hại cho cây trồng và đều có giá trị làm phân bón.

    Về hiệu quả kinh tế: Căn cứ trên lượng hóa chất sử dụng để xử lý 1m³ nước thải chế biến thủy sản thu hồi struvite ở các điều kiện tối ưu, từ đó xác định hiệu quả kinh tế của 6 thí nghiệm.

Bảng 4. Bảng so sánh chi phí thu sản phẩm struvite từ 1m³ nước thải

STT	Yếu tố	Thí nghiệm 1	Thí nghiệm 2	Thí nghiệm 3	Thí nghiệm 4	Thí nghiệm 5	Thí nghiệm 6
		MgCl2+ H3PO4	MgCl2+ xương cá	MgCO3+ H3PO4	MgCO3+ xương cá	Nước ót + H3PO4	Nước ót + xương cá
1	Hóa chất sử dụng
	MgCl2.6H2O (kg)	2,34	2,17
	MgCO3 (kg)			0,96	0,96
	Nước ót (kg)					5,64	6,58
	H2SO4 (kg)		0,57		0,57		0,57
	HCl (kg)			0,689	0,689
	H3PO4 (kg)	0,218		0,218		0,218
	NaOH 10% (kg)	6,5	6,5	6,5	6,5	6,5	6,5
2	Chi phí hóa chất (đồng)
	MgCl2.6H2O	9.352	8.684
	MgCO3			27.009	27.009
	Nước ót					0	0
	H2SO4		1.313		1.313		1.313
	HCl			1.722	1.722
	H3PO4	4796		4.796		4.796
	NaOH 10%	8450	8450	8450	8450	8450	8450
	Thành tiền	22.598	18.447	41.977	38.494	13.246	9.763
3	Sản phẩm tạo thành
	Struvite (kg)	1,114	1,135	1,224	1,248	1,170	1,190
	Doanh thu (đồng)	14.167	14.441	15.572	15.883	14.879	15.134
4	Lợi nhuận	-8.431	-4.006	-26.404	-22.611	+1.633	+5.371

Ghi chú:

    + Nồng độ N-NH₄⁺ trong nước thải sau kỵ khí là 82mg/l, struvite tạo thành khi thu hồi 100% amoni là 1,435 kg/m³. Tuy nhiên, giá trị chỉ có tính tham khảo vì nồng độ NH₄⁺ trong nước thủy sản cao hơn (đến vài trăm mg/l), hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn

    + Giá struvite công nghiệp: 12.722 đồng/kg (Wuhan Palm-Leaf Biotechnology Co., Ltd.,).

    Như vậy, việc sử dụng nước ót và xương cá để tạo kết tủa struvite không chỉ đem lại hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp; mà còn giúp giải quyết lượng phế phẩm trong quy trình chế biến thủy sản và phụ phẩm từ quá trình làm muối. Mặt khác, quá trình kết tủa struvite vừa giúp giảm nồng độ NH₄⁺ và PO₄^3- cho nước thải, vừa giúp giảm tải N cho các công trình xử lý tiếp theo và lượng bùn sinh ra.

    Kết quả phân tích thành phần nguyên tố Mg, N, P trong mẫu struvite thí nghiệm so với mẫu struvite chuẩn (Bảng 5).

Bảng 5. Thành phần các nguyên tố có trong mẫu struvite

STT	Nguyên tố	Mẫu struvite chuẩn (%)	Mẫu struvite bổ sung MgCl2 + H3PO4 (%)	Mẫu struvite bổ sung Nước ót + xương cá (%)
1	Mg	9,80	8,93	9,19
2	N	5,71	4,07	4,25
3	P	12,65	11,2	11,5

    Nhóm nghiên cứu đề xuất mô hình xử lý nước thải chế biến thủy sản có kết hợp tạo kết tủa struvite: Quy trình xử lý nước thải chế biến thủy sản được đề xuất (Hình 8). Trong đó, nước thải sau quá trình kỵ khí được bổ sung công đoạn kết tủa struvite. Nhờ đó, N được điều chỉnh giảm đến mức cân bằng sinh hóa nên không cần công đoạn khử nitrat như quy trình trước đây (Hình 7).

4. Kết luận

    Quá trình kết tủa struvite thu hồi đồng thời NH₄⁺, PO₄^3- từ nước thải chế biến thủy sản đạt hiệu quả tối ưu ở pH = 9,1; tỷ lệ Mg²⁺:NH₄⁺:PO₄^3- = 1,4:1:1; thời gian phản ứng 90 phút cho hiệu quả thu hồi NH₄⁺ đạt 82,9% và PO₄^3- đạt 90,7%; trong đó, Mg²⁺ từ phụ phẩm nước ót của quy trình làm muối và PO₄^3- từ phế phẩm xương cá.

    Việc tận dụng các nguồn thải khác phục vụ quy trình xử lý nước thải chế biến thủy sản, không chỉ thu được sản phẩm hữu ích phục vụ nông nghiệp (struvite làm phân bón) mà còn đem lại hiệu quả cao về mặt kinh tế, giúp doanh nghiệp giảm chi phí vận hành, thu lợi nhuận; đồng thời, góp phần BVMT và giảm công đoạn xử lý N, giảm thấp hàm lượng P và lượng bùn phát sinh trong quy trình xử lý nước thải.

    Đề tài được thực hiện trong mô hình phòng thí nghiệm, nên hiệu quả kinh tế trên cơ sở kết quả nghiên cứu trong đề tài có độ tin cậy thấp, chỉ mang tính tham khảo; tuy nhiên, đánh giá này chủ yếu cho thấy việc sử dụng phế thải mang lại hiệu quả hơn so với sử dụng hóa chất công nghiệp; làm cơ sở định hướng cho việc xây dựng quy trình kinh tế tuần hoàn cho hoạt động chế biến thủy sản.

Cao Lê Đình Chiến¹, Ngô Thụy Phương Hiếu², Võ Chí Công², Nguyễn Văn Phước², Đoàn Thị Mỹ Dung³

¹Viện Môi trường và Tài nguyên. Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh

²Hội Nước và Môi trường TP. Hồ Chí Minh

³Trường Đại học Phú Yên

(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường số 7/2024)

Tài liệu tham khảo

1. Nguyễn Quang Long và cộng sự  (2021), "Nghiên cứu thu hồi và đánh giá tính chất của kết tủa struvite từ nước thải", Tạp chí Khoa học, Đại học Cần Thơ. 57(6A).

2. Cowi Consulting and A.S.Planners, "Cleaner production assessment in fish processing" (2000).

3. Tạp chí Công Thương điện tử (2004), “Sử dụng muối công nghiệp và nước ót trong sản xuất các sản phẩm công nghiệp”.

4. Luật BVMT số 72/2020/QH14, ngày 17/11/2020.

5. Salleh, M. A. M., và công sự (2016). Recovery of nitrogen Produced Water by Struvite Precipitation, Chemical Engineering Journal.

6. Siciliano, Alessio (2016), "Assessment of fertilizer potential of the struvite produced from the treatment of methanogenic landfill leachate using low-cost reagents". Environmental Science and Pollution Research 23, trang 5949-5959.

7. Jeong, Byung Gon (2016), “Treatment of shrimp processing wastewater using struvite crystallization process”. Journal of the Korean Society of Fisheries Technology, vol. 52, no. 3, The Korean Society of Fisheries and Ocean Technology, trang 271 - 275.

8. Nguyễn Thị Huyền (2012), “Khảo sát khả năng thu phân bón chậm (MAP- Struvite) từ nước hải chăn nuôi và nước ót”, Trường Đại học dân lập Hải Phòng.

9. Lê Văn Dũng và cộng sự (2016), "Nghiên cứu thu hồi đồng thời amoni và photphat từ nước thải biogas để làm phân bón, Đại học Khoa học Tự nhiên - Hà Nội.