Ứng dụng than sinh học từ mùn cưa gỗ keo để loại bỏ phốt pho trong nước thải chăn nuôi sau biogas: ảnh hưởng của thời gian, liều lượng và mô hình động học

1. Giới thiệu

Phốt pho đặt ra một thách thức kép, vừa là chất dinh dưỡng thiết yếu vừa là chất gây ô nhiễm môi trường. Mặc dù phốt pho rất cần thiết cho mọi dạng sống và không thể thay thế [1], nhưng nồng độ phốt pho dư thừa trong các nguồn nước gây ra hiện tượng phú dưỡng do thực vật phát triển quá mức [2], [3]. Các nguồn ô nhiễm chính bao gồm hóa chất, phân bón, nước thải, phân động vật và chất thải nông nghiệp [2]. R. Liu và cộng sự [4] đã khảo sát mức độ ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi lợn sau xử lý biogas thu thập từ mười trang trại chăn nuôi quy mô lớn tại thành phố Gia Hưng, Trung Quốc, kết quả cho thấy nồng độ các chỉ tiêu ô nhiễm thông thường trong mùa xuân đặc biệt cao, tổng phốt pho từ 32,6 đến 306 mg/L, cao gấp khoảng bốn lần so với giá trị mùa hè. Tình hình trở nên phức tạp hơn do nguồn tài nguyên phốt pho hữu hạn, với các nguồn dự trữ dễ tiếp cận hơn có khả năng cạn kiệt vào năm 2300 [3]. Sự khan hiếm này đòi hỏi phải quản lý phốt pho bền vững thông qua các công nghệ tái chế và thu hồi.

Có nhiều phương pháp xử lý khác nhau để xử lý, hấp phụ phốt pho, bao gồm kết tủa hóa học, hấp phụ, trao đổi ion, tách màng và các phương pháp sinh học, trong đó hấp phụ bằng than sinh học đang nổi lên như một xu hướng tương lai đầy hứa hẹn [5]. Đồng thời, than sinh học đã thu hút sự chú ý như một chất hấp phụ hiệu quả, thân thiện với môi trường và chi phí thấp để loại bỏ phốt pho khỏi nước thải chăn nuôi [6].

Than sinh học là vật liệu cacbon giống than củi được tạo ra bằng cách nhiệt phân sinh khối (như vỏ trấu, vỏ hạt, phụ phẩm gỗ…) ở nhiệt độ cao trong điều kiện thiếu oxy. Sau khi nhiệt phân, than sinh học có bề mặt diện tích lớn, hệ mao quản đa dạng và nhiều nhóm chức như hydroxyl, carboxyl trên bề mặt. Than sinh học có thể dễ dàng được biến đổi để sử dụng làm chất hấp phụ nhằm loại bỏ nhiều loại chất gây ô nhiễm khỏi nước [7]. Than sinh học biến tính bằng magie cho thấy hiệu suất vượt trội, với các nghiên cứu cho khả năng hấp phụ phốt pho là 49,37 mg/g [8] và lên tới 241 mg/g khi nổ phồng hạt ngô và ngâm trong dung dịch MgCl₂ trước khi nhiệt phân [9]. Than sinh học hỗn hợp được chế tạo ở các nhiệt độ nhiệt phân khác nhau có thể đồng thời thu hồi cả phốt phát và amoni, đạt tỷ lệ loại bỏ lần lượt là 33,88% và 41,50% mà không cần biến tính [10]. Các loại than sinh học được thiết kế này sử dụng nhiều cơ chế khác nhau, bao gồm kết tủa, phức hợp bề mặt và tương tác tĩnh điện để thu hồi chất dinh dưỡng [9]. Than sinh học chứa phốt pho hoạt động hiệu quả như phân bón giải phóng chậm, thúc đẩy sự phát triển của cây trồng và tăng hàm lượng phốt pho khả dụng trong đất [8], [11].

Do đó, nghiên cứu này được thực hiện nhằm: (i) xác định ảnh hưởng của thời gian và khối lượng biochar đến hiệu suất loại bỏ P; (ii) đánh giá, so sánh các mô hình động học hấp phụ (mô hình động học bậc 1, mô hình động học bậc 2 và Elovich); (iii) làm sáng rõ cơ chế tương tác giữa PO₄³⁻ và bề mặt biochar gỗ keo. Kết quả góp phần bổ sung dữ liệu khoa học cho việc sử dụng phế phẩm mùn cưa gỗ keo trong xử lý phốt pho tại nguồn, hỗ trợ mục tiêu phát triển công nghệ xanh và kinh tế tuần hoàn theo Quyết định 1658/QĐ-TTg về Chiến lược quốc gia tăng trưởng xanh giai đoạn 2021-2030.

2. Phương pháp nghiên cứu

2.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm

Than sinh học mùn cưa gỗ keo sử dụng cho các thí nghiệm được chế tạo bằng phương pháp nhiệt phân chậm ở nhiệt độ 600 ⁰C trong điều kiện yếm khí, thời gian nhiệt phân là 02 giờ. Nước thải nghiên cứu là nước thải chăn nuôi lợn đã được xử lý qua bể biogas, lấy tại hộ gia đình ông Cao Quang Hạ, phường Tích Lương, tỉnh Thái Nguyên. Nước thải có tính trung tính (pH = 7,56), có hàm lượng TSS, COD, BOD₅, tổng Nitơ và Coliform vượt QCVN 62-MT:2016/BTNMT (Cột B): TSS vượt 5,49 lần; COD vượt 0,55 lần; BOD₅ vượt 1,27 lần; Tổng N vượt 0,86 lần; Coliform vượt 1,2 lần và có hàm lượng tổng phốt pho khoảng 79 mg/L [12].

• Thí nghiệm 1: Đánh giá ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ phốt pho trong nước thải chăn nuôi sau biogas của than sinh học mùn cưa gỗ keo: Cho vào mỗi bình tam giác 250 mL, 0,2 g vật liệu than sinh học mùn cưa gỗ keo và 50 mL nước thải chăn nuôi có pH = 7 [12], sau đó lắc trên máy lắc HY-4 của Trung Quốc từ 1 giờ đến 6 giờ [13].
• Thí nghiệm 2: Đánh giá ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ phốt pho trong nước thải chăn nuôi sau biogas của than sinh học mùn cưa gỗ keo: Cho vào mỗi bình tam giác 250 mL từ 0,2 g đến 1,0 g vật liệu than sinh học mùn cưa gỗ keo và 50 mL nước thải chăn nuôi có pH = 7 [12], sau đó lắc trên máy lắc HY-4 với thời gian tối ưu được xác định tại thí nghiệm 1.

Số lần lặp lại của mỗi công thức thí nghiệm là 3 lần. Mẫu nước thải sau lắc được lọc để phân tích tổng phốt pho, từ đó tính dung lượng hấp phụ và hiệu suất xử lý phốt pho của than sinh học.

2.2. Phương pháp phân tích phốt pho

Hàm lượng phốt pho trong mẫu nước thải trước và sau thí nghiệm được xác định bằng phương pháp đo phổ dùng amoni molipdat theo TCVN 6202:2008. Nguyên tắc của phương pháp dựa trên phản ứng giữa ion octophosphat và một dung dịch axit chứa molipdat và ion antimon tạo phức chất antimon phosphomolipdat. Phức chất được khử bằng axit ascorbic tạo thành phức chất molipden màu xanh đậm. Đo độ hấp thụ của phức chất để xác định nồng độ octophosphat ở bước sóng 880 nm.

2.3 Phương pháp xử lý số liệu

          Sử dụng phần mềm SAS xử lý thống kê kết quả của các thí nghiệm, so sánh trung bình các công thức thí nghiệm ở mức ý nghĩa (P < 0,01) và tính dung lượng hấp phụ, hiệu suất xử lý:

+ Dung lượng hấp phụ phốt pho (q):

Trong đó: q là dung lượng hấp phụ (mg/g), C₀ là nồng độ ban đầu của phốt pho (mg/L), C là nồng độ sau thí nghiệm của phốt pho (mg/L), V là thể tích nước thải (L), m là khối lượng vật liệu hấp phụ (g).

+ Hiệu suất xử lý:

Trong đó: C₀: Nồng độ ban đầu của phốt pho (mg/L), C: Nồng độ sau thí nghiệm của phốt pho (mg/L)

• Sử dụng phần mềm Origin Pro 2025 để mô phỏng các mô hình động học hấp phụ và vẽ đồ thị thể hiện dung lượng hấp phụ, hiệu suất hấp phụ phốt pho của than sinh học mùn cưa gỗ keo.

3. Kết quả và bàn luận

Theo kết quả nghiên của chúng tôi ở nghiên cứu trước [12]: Than sinh học từ mùn cưa gỗ keo có cấu trúc bề mặt xốp, nhiều lỗ rỗng không đồng đều được hình thành trong quá trình nhiệt phân, giúp tăng diện tích bề mặt và khả năng hấp phụ. Phổ FTIR của vật liệu cho thấy sự hiện diện của các nhóm chức quan trọng như hydroxyl (-OH), carbonyl (C=O), và C–O, và liên kết C=C. Phân tích EDX cho thấy thành phần chính của vật liệu là cacbon (82,50%) và oxy (17,11%), cùng với lượng nhỏ canxi (0,40%). Than sinh học mùn cưa gỗ keo có cấu trúc, thành phần và nhóm chức phù hợp cho các ứng dụng xử lý và cải tạo môi trường.

3.1. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ phốt pho trong nước thải chăn nuôi lợn sau biogas của than sinh học mùn cưa gỗ keo

Kết quả tại hình 1 cho thấy dung lượng hấp phụ (qe) tăng dần theo thời gian, từ 3,45 mg/g ở 1 giờ lên mức tối đa 8,46 mg/g ở 6 giờ, với hiệu suất xử lý đạt 42,75%. Nồng độ phốt pho trong dung dịch giảm từ 79,21 ± 0,28 mg/L ban đầu xuống còn 45,35 ± 1,74 mg/L sau 6 giờ, phản ánh quá trình hấp phụ diễn ra nhanh chóng trong 2 giờ đầu (từ 79,21 xuống 57,24 mg/L) do sự sẵn có của các vị trí hoạt tính trên bề mặt xốp và nhóm chức (-OH, -C=O) của than sinh học mùn cưa gỗ keo, sau đó chậm dần và đạt trạng thái bão hoà ở khoảng 5 giờ (sự thay đổi hiệu suất giữa 5 và 6 giờ không đáng kể). Phân tích phương sai cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,01) giữa các khoảng thời gian hấp phụ từ 1 giờ đến 5 giờ, trong khi hiệu suất sau 5 giờ và 6 giờ không khác biệt, có nghĩa rằng vật liệu đã đạt trạng thái bão hoà sau 5 giờ hấp phụ. Xu hướng này phù hợp với đặc trưng động học hấp phụ hóa học, trong đó khuếch tán ngoại tầng và nội hạt đóng vai trò kiểm soát tốc độ, dẫn đến sự bão hòa dần dần của các vị trí hấp phụ trên bề mặt và trong lỗ xốp [14].

Hình 1. Biểu đồ ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến dung lượng hấp phụ, hiệu suất hấp phụ phốt pho của than sinh học mùn cưa gỗ keo

Xu hướng này phản ánh rõ hai giai đoạn: giai đoạn đầu hấp phụ nhanh diễn ra do sự gắn kết của các phân tử phốt pho lên bề mặt ngoài và các lỗ rỗng lớn dễ tiếp cận; giai đoạn sau hấp phụ chậm dần do quá trình khuếch tán vào sâu các lỗ xốp nhỏ và sự giảm dần số lượng vị trí trống trên bề mặt [15]. Trong giờ đầu tiên, tốc độ hấp phụ rất cao vì chênh lệch nồng độ chất ô nhiễm giữa nước thải và vật liệu lớn, cộng với việc vật liệu còn nhiều nhóm chức và lỗ rỗng trống để liên kết với các ion. Sau khoảng vài giờ, các vị trí hấp phụ dần bị chiếm và xảy ra hiện tượng “cân bằng tạm thời”: tốc độ ion bị giữ lại trên bề mặt xấp xỉ tốc độ ion giải hấp trở lại nước thải [15].

Phốt pho trong nước thải chăn nuôi sau biogas chủ yếu tồn tại dưới dạng phosphate (PO₄ ^3-). Nhiều nghiên cứu cho thấy than sinh học nguồn gốc thực vật (chưa biến tính) hầu như không hấp phụ mạnh anion PO₄^3- qua tương tác tĩnh điện, do bề mặt cacbon thường tích điện âm và PO₄^3- là “anion cứng” khó bị hấp phụ [16]. Do đó, khả năng giữ phốt pho của than sinh học mùn cưa gỗ keo chủ yếu nhờ các cơ chế: (i) Tương tác tạo phức/liên kết hóa học giữa PO₄^3- với các nhóm chức chứa oxy trên bề mặt (PO₄^3- có thể thế chỗ nhóm –OH trên bề mặt, tạo liên kết _PO4^3--ester  hoặc hydro liên kết), và (ii) Kết tủa với các cation kim loại có trong cấu trúc than sinh học hoặc trong nước. Vật liệu than sinh học từ mùn cưa gỗ keo có chứa một lượng nhỏ khoáng chất Ca²⁺ còn lại sau quá trình nhiệt phân. Các ion kim loại này khi gặp PO ^3- có thể tạo thành muối khó tan (Ca₃(PO₄)₂) lắng trên bề mặt vật liệu, góp phần loại bỏ PO ^3- khỏi dung dịch [17]. Khi các cơ chế này diễn ra đến một mức độ nhất định, quá trình sẽ chậm lại và đạt bão hoà sau 5 giờ. Thời gian cần để đạt trạng thái bão hoà khi hấp phụ PO ^3- của than sinh học mùn cưa gỗ keo tương đồng với than sinh học vỏ lạc và xơ dừa, thời điểm bão hoà cùng là 5 giờ [13].

3.2. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ phốt pho trong nước thải chăn nuôi lợn sau biogas của than sinh học mùn cưa gỗ keo

Hình 2 cho thấy nồng độ phốt pho sau xử lý giảm và hiệu suất loại bỏ phốt pho tăng, trong khi dung lượng hấp phụ tính theo mg phốt pho/g vật liệu giảm. Khi tăng khối lượng vật liệu từ 0,2 g đến 1,0 g, nồng độ phốt pho sau xử lý giảm đáng kể từ 45,65 ± 1,24 mg/L xuống còn 28,38 ± 1,08 mg/L. Dung lượng hấp phụ (q_e) giảm dần từ 8,37 mg/g ở 0,2 g xuống còn 2,54 mg/g ở 1,0 g. Hiệu suất loại bỏ phốt pho tăng từ 42,30% (0,2 g) lên 64,12% (1,0 g). Phân tích phương sai cho thấy sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,01) giữa các mức khối lượng từ 0,2 g đến 0,8 g, trong khi hiệu suất tại 0,8 g và 1,0 g không khác biệt, có nghĩa rằng việc tăng thêm vật liệu trên 0,8 g mang lại lợi ích biên giảm dần. Xu hướng này tương tự với nhiều nghiên cứu: tăng lượng vật liệu hấp phụ làm tăng tổng số vị trí hấp phụ và diện tích bề mặt có sẵn, nên tổng lượng phốt pho bị loại bỏ (phần trăm) gia tăng [18], [19]. Ngược lại, vì nồng độ phốt pho ban đầu cố định, khi có quá nhiều vật liệu, phần lớn các vị trí hấp phụ không được sử dụng hết, dẫn đến dung lượng hấp phụ tính theo đơn vị khối lượng giảm đi [18], [19].

Hình 2. Biểu đồ ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến dung lượng hấp phụ, hiệu suất hấp phụ phốt pho của than sinh học mùn cưa gỗ keo

Khi tăng liều lượng than sinh học mùn cưa gỗ keo tức là tăng tổng diện tích bề mặt và số nhóm chức năng trên mỗi công thức thí nghiệm, nên khả năng hấp phụ tổng cộng tăng và hiệu suất loại bỏ phốt pho tăng theo [18]. Tuy nhiên, do lượng phốt pho giới hạn, ở liều lượng cao nhiều vị trí hấp phụ còn trống (kém tận dụng) và nồng độ gradient pha hấp phụ giảm, nên dung lượng hấp phụ trên mỗi gam vật liệu giảm đáng kể [18], [19]. Ngoài ra, ở nồng độ vật liệu cao, hiện tượng kết tụ hạt có thể xảy ra, làm giảm diện tích tiếp xúc hiệu quả giữa phốt pho và than sinh học, đồng thời làm che khuất một phần các vị trí hấp phụ. Do đó, mặc dù tổng số vị trí hấp phụ nhiều, nhưng năng suất hấp phụ tính trên mỗi gam than sinh học lại giảm dần khi liều lượng tăng. X. Wu và cộng sự [18], H.C. Waweru và cộng sự [19] cũng kết luận tương tự: hiệu suất loại bỏ tăng đến một mức tối ưu rồi bão hòa (hoặc giảm nhẹ ở liều quá cao), trong khi dung lượng hấp phụ (mg/g) giảm theo liều lượng. Thúy và cộng sự [20] khi sử dụng than mùn cưa cà phê đã hoạt hóa với MgCl₂ cho hiệu suất hấp phụ phốt pho rất cao (88–89%) ở liều 0,9 g/L, tương ứng dung lượng hấp phụ khoảng 41 - 46 mg/g. Với liều thấp hơn (như 0,5 g/L), hiệu suất cũng khoảng 87%, nhưng dung lượng lên tới ~43 mg/g. Tuy nhiên, khi tăng liều nhiều hơn, hiệu suất chỉ cải thiện nhẹ trong khi dung lượng mg/g giảm.

3.3. Động học hấp phụ phốt pho của than sinh học mùn cưa gỗ keo

Kết quả mô hình trình bày tại Bảng 1 cho thấy hệ số xác định (R²) đạt mức rất cao cho cả ba mô hình: PFO (R² = 0,989), PSO (R² = 0,993) và Elovich (R² = 0,991). Trong đó, mô hình PSO có độ khớp cao nhất, cho thấy mô tả tốt nhất quá trình hấp phụ thực tế. Đồng thời, giá trị qₘ theo PSO là 59,97 mg/g, lớn hơn qₘ của PFO (44,91 mg/g), và cao hơn đáng kể so với qₑ,_exp = 8,46 mg/g. Khoảng cách này phản ánh khả năng bề mặt hấp phụ còn chưa được khai thác hết trong điều kiện thực nghiệm, có thể do thời gian chưa đủ để đạt cân bằng hoàn toàn hoặc giới hạn khuếch tán nội hạt. Dù vậy, giá trị R² vượt trội của PSO củng cố giả thiết rằng cơ chế hấp phụ chủ đạo là hóa học - thông qua các nhóm chức chứa oxy (-OH, C=O) hoặc kết tủa với ion Ca²⁺ còn sót lại sau quá trình nhiệt phân.

Bảng 1. Các thông số của các mô hình động học hấp phụ phốt pho của vật liệu hấp phụ than sinh học mùn cưa gỗ keo

Kết quả này phù hợp với nhiều nghiên cứu đã công bố. Xu và cộng sự [21] ghi nhận R² của mô hình động học bậc hai (R ² = 0,999) cao hơn rõ rệt so với mô hình động học bậc nhất (R ² = 0,882) trong quá trình hấp phụ phốt pho trên than sinh học giàu canxi. Than sinh học từ gỗ cứng biến tính Mg (nhiệt phân tại 550 °C) cho R² = 0,99 của mô hình động học bậc hai, với q_e ≈ 10-20 mg/g và K₂ ≈ 0,001-0,01 1/min, nhấn mạnh cơ chế hấp phụ hoá học qua liên kết Mg-PO₄ [22]. Một nghiên cứu khác trên than sinh học từ mùn cưa biến tính La-Fe cho thấy mô hình động học bậc hai (R² > 0,99) vượt trội hơn mô hình động học bậc 1, với q_e lên đến 100 mg/g [23]. Tuy nhiên, một số ngoại lệ vẫn được ghi nhận. Zhang và cộng sự [24] sử dụng than sinh học từ phụ phẩm giàu Fe và nhận thấy mô hình Elovich phù hợp hơn (R² ≈ 0,95) – phản ánh cơ chế hấp phụ phức hợp, trong đó bề mặt không đồng nhất và sự hoạt hóa năng lượng đóng vai trò quan trọng.

Dựa trên R² và khớp dữ liệu, có thể khẳng định rằng mô hình động học giả bậc hai mô tả tốt nhất quá trình hấp phụ phốt pho trên than sinh học mùn cưa gỗ keo. Các chỉ số thống kê cao, cùng với sự phù hợp với xu hướng trong và ngoài nước, khẳng định vai trò của cơ chế hóa học trong quá trình hấp phụ. Dù mô hình Elovich cũng cho R² cao, nhưng đặc trưng không đồng nhất bề mặt ít phù hợp hơn trong trường hợp vật liệu gỗ keo nhiệt phân có cấu trúc khá ổn định và diện tích bề mặt trung bình. Như vậy, PSO không chỉ phản ánh đúng bản chất cơ chế hấp phụ mà còn cho phép dự đoán năng lực xử lý phốt pho trong các ứng dụng thực tế.

4. Kết luận

Nghiên cứu này đã chứng minh hiệu quả của vật liệu than sinh học từ mùn cưa gỗ keo (nhiệt phân ở 600°C) trong việc hấp phụ phốt pho từ nước thải chăn nuôi lợn sau biogas. Kết quả cho thấy quá trình hấp phụ phốt pho diễn ra theo hai giai đoạn: giai đoạn đầu nhanh do sự gắn kết mạnh giữa các ion phosphate và các nhóm chức bề mặt (-OH, -C=O), và giai đoạn sau chậm dần khi vật liệu tiến dần tới trạng thái bão hòa, với thời gian bão hoà đạt được sau khoảng 5 giờ. Dung lượng hấp phụ đạt 8,41 mg/g tại thời điểm 5 giờ, với hiệu suất xử lý phốt pho là 42,45%.

Ngoài ra, khối lượng vật liệu hấp phụ cũng ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu quả xử lý. Khi tăng khối lượng than sinh học từ 0,2 g đến 1,0 g, hiệu suất loại bỏ phốt pho tăng từ 42,30% lên 64,12%, trong khi dung lượng hấp phụ tính theo đơn vị khối lượng giảm từ 8,37 mg/g xuống còn 2,54 mg/g. Khối lượng tối ưu được xác định là 0,8 g/50 mL, tại đó hiệu suất xử lý đạt 63,72% mà vẫn duy trì dung lượng hấp phụ tương đối hiệu quả.

Kết quả phân tích động học hấp phụ cho thấy mô hình giả bậc hai là mô hình phù hợp nhất để mô tả quá trình hấp phụ phốt pho của vật liệu than sinh học từ mùn cưa gỗ keo, với hệ số xác định R² = 0,993 cao hơn so với mô hình giả bậc nhất (R² = 0,989) và mô hình Elovich (R² = 0,991). Giá trị qₘ lý thuyết từ mô hình này (59,97 mg/g) vượt trội so với các mô hình khác và phản ánh đúng xu hướng hấp phụ hóa học là cơ chế chi phối, thông qua tương tác giữa ion phosphate và các nhóm chức oxy (-OH, C=O) hoặc kết tủa với các ion kim loại còn sót lại trên vật liệu.

So sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy xu hướng của vật liệu này tương đồng với nhiều loại than sinh học chưa biến tính khác: hiệu quả hấp phụ còn khiêm tốn do giới hạn về khả năng tương tác tĩnh điện với ion PO₄³⁻, nhưng vẫn cho thấy tiềm năng ứng dụng nhờ cấu trúc xốp và sự hiện diện của một lượng khoáng Ca²⁺ hỗ trợ kết tủa phosphate. Để nâng cao hiệu suất, các hướng nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc biến tính bề mặt vật liệu bằng các ion kim loại như Fe, Mg hoặc Ca để cải thiện khả năng tương tác hóa học với phốt pho.

TÀI LIỆU THAM KHẢO/ REFERENCES

1. C. Schaum, Phosphorus: Polluter and Resource of the Future - Removal and Recovery from Wastewater, IWA Publishing, 2018, doi: 10.2166/9781780408361.
2. H. M. Azam, S. T. Alam, M. M. Hasan, et al., “Phosphorous in the environment: characteristics with distribution and effects, removal mechanisms, treatment technologies, and factors affecting recovery as minerals in natural and engineered systems,” Environmental Science and Pollution Research, vol. 26, no. 20, pp. 1–25, 2019.
3. S. Daneshgar, A. Callegari, A. G. Capodaglio, and D. A. Vaccari, “The Potential Phosphorus Crisis: Resource Conservation and Possible Escape Technologies: A Review,” Resources, vol. 7, no. 2, p. e37, 2018.
4. Z. Liu, R. Chen, L. Wang, et al., “On the pollution with antibiotics, heavy metals and conventional indicators in digested wastewater from large-scale pig farms in Jiaxing City, China,” Environmental Engineering & Management Journal (EEMJ), vol. 15, no. 10, pp. 2253-2260, 2017.
5. Y. Li, X. Nan, D. Li, L. Wang, R. Xu, and Q. Li, “Advances in the treatment of phosphorus-containing wastewater,” IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 647, p. e012163, 2021.
6. Y. Deng, T. Zhang, and Q. Wang, “Biochar Adsorption Treatment for Typical Pollutants Removal in Livestock Wastewater: A Review,” in Engineering Applications of Biochar, InTech, 2017, pp.71-82.
7. I. W. Almanassra, G. Mckay, V. Kochkodan, M. A. Atieh, and T. Al-Ansari, “A state of the art review on phosphate removal from water by biochars,” Chemical Engineering Journal, vol. 409, p. e128211, 2021.
8. L. He, D. Wang, Z. Wu, S. Li, and Y. Lv, “Co-pyrolysis of pig manure and magnesium-containing waste residue and phosphorus recovery for planting feed corn,” Journal of Water Process Engineering, vol. 49, p. e103146, 2022.
9. Y. Peng, Y. Luo, Y. Li, et al., “Effect of corn pre-puffing on the efficiency of MgO-engineered biochar for phosphorus recovery from livestock wastewater: mechanistic investigations and cost benefit analyses,” Biochar, vol. 5, pp. 1–17, 2023.
10. S. Ji, F. Zhang, P. Yao, et al., “Optimization of pig manure-derived biochar for ammonium and phosphate simultaneous recovery from livestock wastewater,” Environmental Science and Pollution Research, vol. 30, pp. 82532–82546, 2023.
11. M. B. Shakoor, Z.-L. Ye, and S. Chen, “Engineered biochars for recovering phosphate and ammonium from wastewater: A review,” The Science of the Total Environment, vol. 779, p. 146240, 2021.
12. T. M. H. Duong, H. T. Van, V. H. Chu, T. T. L. Bui, D. H. N. Tran, M. Oudomphone, and H. H. Pham, “The effect of environment pH on phosphorus removal from livestock wastewater using biochar,” TNU Journal of Science and Technology, vol. 230, no. 02, pp. 184–191, 2025.
13. T. H. Nguyen, “Research on recovery of N and P from livestock wastewater after biogas using biological products made from agricultural by-products,” Master thesis, University of Vietnam National, Ha Noi 2018.
14. J. Liu, J. Jiang, A. Aihemaiti, et al., “Removal of phosphate from aqueous solution using MgO-modified magnetic biochar derived from anaerobic digestion residue,” Journal of Environmental Management, vol. 250, p. e109438, 2019.
15. M. Xu, Y. Liao, H. Zhang, J. Lu, H. He, X. Zhang, et al., “A Novel Ca-Modified Biochar for Efficient Recovery of Phosphorus from Aqueous Solution and Its Application as a Phosphorus Biofertilizer,” Nanomaterials, vol. 12, no. 16, p. e2755, 2022.
16. L. Zhou, D. Xu, Y. Li, et al., “Phosphorus and Nitrogen Adsorption Capacities of Biochars Derived from Feedstocks at Different Pyrolysis Temperatures,” Water, vol. 11, no. 8, p. e1559, 2019.
17. L. Wu, D. Xu, B. Li, D. Wu, and H. Yang, “Enhanced removal efficiency of nitrogen and phosphorus from swine wastewater using MgO modified pig manure biochar,” Journal of Environmental Chemical Engineering, vol. 12, no. 1, p. e111793, 2024.
18. X. Wu, W. Quan, Q. Chen, W. Gong, and A. Wang, “Efficient Adsorption of Nitrogen and Phosphorus in Wastewater by Biochar,” Molecules, vol. 29, no. 5, p. e1005, 2024.
19. H. C. Waweru, N. M. Yang, and J. Bolokonya, “Enhanced removal of phosphates by the adsorbent consisting of iron oxide loaded on porous chitosan/cellulose acetate particle,” Engineering, vol. 11, no. 7, pp. 366–394, 2019.
20. T. T. Nguyen, A. P. Iswara, T. P. Le, H. H. Truong, T. H. L. Vo, L. T. Nguyen, N. H. Nguyen, and S.
21. F. I. Abdillah, “Coffee Ground-Based Modified Biochar for Effective Treatment of Nutrient-Rich Swine Wastewater,” EVERGREEN - Joint Journal of Novel Carbon Resource Sciences & Green Asia Strategy, vol. 12, no. 3, pp. 1611–1624, 2025.
22. C. Xu, R. Liu, Q. Tang, Y. Hou, L. Chen, and Q. Wang, “Adsorption Removal of Phosphate from Rural Domestic Sewage by Ca-Modified Biochar Derived from Waste Eggshell and Sawdust,” Water, vol. 15, no. 17, p. e3087, 2023.
23. L. A. Breton, Z. Mahdi, C. Pratt, and A. El Hanandeh, “Modification of Hardwood Derived Biochar to Improve Phosphorus Adsorption,” Environments, vol. 8, no. 5, p. e41, 2021.
24. S. Xia, S. Liang, Y. Qin, et al., “Significant Improvement of Adsorption for Phosphate Removal by Lanthanum-Loaded Biochar,” ACS Omega, vol. 8, no. 28, pp. 24853–24864, 2023.
25. C. Zhang, S. Sun, S. Xu, C. Johnston, and C. Wu, “Phosphorus Removal From Dirty Farmyard Water by Activated Anaerobic-Digestion-Derived Biochar,” Industrial & Engineering Chemistry Research, vol. 62, no. 45, pp. 19216–19224, 2023.

​

Trần Thị Phả¹, Văn Hữu Tập^2*, Dương Thị Minh Hoà¹, Hoàng Thị Diễn¹,Lê Thu Hoài¹, Phạm Thị Tâm³

¹TNU - University of Agriculture and Forestry

²Center for Advanced Technology Development - Thai Nguyen University,

³Thai Nguyen University Publishing House