Kết hợp xử lý nước thải với sản xuất phân bón

Phốtpho là nguyên tố thiết yếu không chỉ đối với cây trồng mà còn đối với tất cả các sinh vật sống. Nhưng trong thời gian gần đây, người nông dân đang phải đối mặt với tình trạng thiếu hụt ngày càng tăng của khoáng chất quan trọng này, mặt khác giá các loại phân lân cũng liên tục tăng. Vì vậy đã đến lúc bắt đầu tìm kiếm các phương án thay thế. Đây không phải là nhiệm vụ dễ dàng, vì phốtpho không thể được thay thế bằng bất cứ chất nào khác. 

Nhưng các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ sinh học Frauenhof ở Stuttgart, Đức, đã tìm ra giải pháp cho phép sử dụng các nguồn nguyên liệu sẵn có – đó là nước thải từ các nhà máy xử lý nước thải và bã lên men của các nhà máy sản xuất sinh khối. Quá trình mới này được nhóm nghiên cứu về quản lý chất dinh dưỡng của Viện Frauenhof phát triển. Trong quá trình này, các chất dinh dưỡng được kết tủa ở dạng có thể trực tiếp sử dụng làm phân bón.

Công nghệ nói trên của các nhà nghiên cứu Đức đang được thử nghiệm trong một nhà máy pilot di động. Đặc điểm chính của công nghệ đã được cấp bằng phát minh sáng chế này là quá trình điện hóađể kết tủa magiê amoni phốtphat (struvit) bằng cách điện phân dung dịch có chứa nitơ và phốtpho. Struvit được kết tủa từ nước quá trình ở dạng các tinh thể nhỏ, có thể được sử dụng trực tiếp làm phân bón mà không cần xử lý tiếp. Đặc điểm mới của phương pháp này là khác với các phương pháp truyền thống, nó không đòi hỏi bổ sung các muối hoặc bazơ tổng hợp, tức là hầu như không sử dụng hóa chất.

Khoang điện phân cao 2m, thành phần trung tâm của thiết bị thử nghiệm, có chứa anôt magiê hy sinh và catôt kim loại. Quá trình điện phân sẽ phân tách nước thành các ion hydroxyl thích điện âm ở catôt. Tại anôt, phản ứng oxy hóa sẽ diễn ra: các ion magiê di chuyển qua nước, phản ứng với các phân tử phốtphat và amoni trong dung dịch, tạo thành struvit.

Do các ion magiê trong nước quá trình có hoạt tính phản ứng cao, phương pháp này chỉ đòi hỏi sử dụng rất ít năng lượng. Vì vậy, quá trình điện hóa tiêu thụ ít điện năng hơn so với các phương pháp truyền thống. Đối với tất cả các dạng nước thải đã được thử nghiệm, công suất điện cần thiết chưa khi nào vượt quá giá trị cực thấp là 70W/m³. Hơn nữa, các thử nghiệm trong thời gian dài do các nhà nghiên cứu nói trên thực hiện cho thấy nồng độ phốtpho trong thiết bị phản ứng của nhà máy pilot đã giảm 99,7% xuống dưới 2mg/l, thấp hơn nồng độ tối đa cho phép theo quy định của Đức đối với các nhà máy xử lý nước thải tại các địa phương có số dân dưới 100 nghìn người.

Như vậy, ưu điểm cơ bản đối với các đơn vị vận hành những nhà máy như trên là có thể tạo ra thu nhập bổ sung từ việc sản xuất phân bón, bên cạnh hoạt động xử lý nước thải.

Struvit là sản phẩm được người nông dân ưa chuộng vì là phân bón nhả chậm với chất lượng cao. Các thử nghiệm do các nhà nghiên cứu tại Viện Frauenhof thực hiện đã xác nhận hiệu quả của struvit về mặt này: Khi sử dụng struvit, năng suất thu hoạch cây trồng và sự hấp thụ chất dinh dưỡng của cây trồng cao hơn đến 4 lần so với khi sử dụng các loại phân bón khoáng chất khác được bán trên thị trường.

Các nhà khoa học dự định sẽ thử nghiệm thiết bị pilot trong vài tháng tới tại các nhà máy xử lý nước thải khác nhau trước khi hợp tác với các đối tác công nghiệp để thương mại hóa công nghệ nói trên vào đầu năm tới. Công nghệ này cũng thích hợp đối với nước thải của công nghiệp thực phẩm và nước thải của quá trình sản xuất biogas từ phế thải nông nghiệp. Yêu cầu duy nhất là nước quá trình phải giàu amoni và phốtphat.

Phản hồi của bạn đọc

Bài viết khác