Phân bón là nguyên liệu đầu vào quan trọng cho sản xuất nông nghiệp, và nhu cầu phân bón ngày càng tăng, từ đó sản xuất phân bón càng được đẩy mạnh, đặc biệt là ngành sản xuất phân bón hóa học. Bên cạnh việc mở rộng quy mô sản xuất phục vụ nhu cầu phát triển của nông nghiệp, thì việc xử lý các nguồn chất thải, đặc biệt là khí thải, nước thải trong quá trình sản xuất phân bón luôn được chú trọng.

Khí thải sau khi ra khỏi hệ thống tách bụi đi qua hệ thống rửa khí và hấp phụ trước khi khí thải ra môi trường bên ngoài. Nếu dung dịch này được hồi lưu để tiếp tục sử dụng thì hàm lượng các chất di dưỡng bị hấp phụ trong dung dịch chứa hàm lượng lớn các chất dinh dưỡng Nitơ (N) và Phốtpho (P) vốn rất 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 để xử lý lượng nước thải nói trên, đặc biệt là nguồn nước thải chứa nhiều dinh dưỡng chính như N và P. 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. Như vậy, có thể thấy chất ô nhiễm (hợp chất của N) ở dạng lỏng được chuyển sang chất ô nhiễm dạng khí và phát tán ra không khí, tổng lượng N phát tán ra môi trường được xem là không đổi. Ngoài ra, nguồn nước thải sau khi đuổi N có pH cao, nên phải sử dụng lớn 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. Như vậy, doanh nghiệp phải tiêu tốn một lượng lớn hóa chất NaOH và HCl mà vẫn không thể 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.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.

Tuy nhiên, 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. Trước thực tế đó, nhóm tác giả Trường Đại học Bách khoa TP.HCM đã thực hiện đề tài "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". Đề tài do PGS.TS Lê Minh Viễn làm chủ nhiệm 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.

Thực hiện đề tài, 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.

Từ kết quả tối ưu hóa, các thông số công nghệ được nhóm nghiên cứu 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.

Với kết quả nghiên cứu trên, nhóm thực hiện 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. 

Chia sẻ về hiệu quả kinh tế xã hội, PGS.TS Lê Minh Viễn cho rằng: Công nghệ xử lý nước thải thân thiện với môi trường không những giảm thiểu tiêu tốn hóa chất mà còn thu hồi được các chất dinh dưỡng từ nước thải, làm giảm thất thoát nguyên liệu trong quá trình sản xuất, và đặc biệt hơn hết là giảm chi phí xử lý so với công nghệ truyền thống.

"Với tính thực tiễn cao để xử lý nước thải với công nghệ xử lý thân thiện môi trường, giảm chi phí hóa chất, góp phần làm giảm chi phí sản xuất cho doanh nghiệp. Từ đó gián tiếp góp phần thúc đẩy công tác bảo vệ môi trường, thúc đầy phát triển kinh tế - xã hội bền vững theo hướng nền kinh tế xanh và kinh tế tuần hoàn",  PGS.TS Lê Minh Viễn nhấn mạnh.