Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ trong nước thải thủy sản bằng công nghệ MBBR (moving bed biofilm reactor) sử dụng giá thể trên cơ sở PVA gel (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ LƯU TRỌNG THÔNG “NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC THẢI THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ MBBR (MOVING BED BIOFILM REACTOR) SỬ DỤNG GIÁ THỂ TRÊN CƠ SỞ PVA GEL’’ Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 8520301 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Đà Nẵng – Năm 2022 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS Phan Thế Anh Phản biện 1: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân Phản biện 2: TS Châu Thanh Nam Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật hóa học họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 28 tháng 05 năm 2022 Có thể tìm hiểu luận văn tại: − Trung tâm Học liệu Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN − Thư viện Khoa Hóa, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Đà Nẵng – Năm 2022 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.4 Mục tiêu nghiên cứu 1.5 Ý nghĩa thực tiễn khoa học đề tài 1.5.1 Ý nghĩa thực tiễn 1.5.2 Ý nghĩa khoa học 1.6 Nội dung nghiên cứu 1.6.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.6.2 Nguyên liệu 1.6.3 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm 1.6.4 Phương pháp nghiên cứu 1.6.5 Nội dung nghiên cứu a Xác định đặc trưng vật liệu làm giá thể b Xác định thời gian thích nghi vật liệu c Xác định hiệu xử lý chất hữu mơ hình có sử dụng vật liệu PVA gel d Xác định hiệu xử lý chất hữu mơ hình có sử dụng vật liệu PU biến tính PVA gel THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội e Xác định tải trọng xử lý chất hữu mơ hình bổ sung vật liệu làm giá thể 1.7 Bố cục luận văn thạc sĩ THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan nước thải thủy sản công nghệ xử lý 1.1.1 Nước thải thủy sản Bảng 1.1: Thành phần nước thải chế biến thủy sản Nồng độ Stt Chỉ tiêu Đơn vị Tôm Cá da trơn đông lạnh (trabasa) Thủy sản đông lạnh hỗn hợp pH - 6,5 – 6,5 – 7,0 5,5 – 9,0 TSS mg/l 100 – 300 500 – 1,200 50 – 194 BOD5 mg/l 500 – 1500 500 – 1500 391 – 1539 COD mg/l 800 – 2000 800 – 2500 694 – 2070 T-N mg/l 50 – 200 100 – 300 30 – 100 T-P mg/l 10 – 120 50 – 100 – 50 Dầu mg/l mỡ - 250 – 830 2,4 – 100 1.1.2 Các công nghệ xử lý nước thải thủy sản 1.1.3 Xử lý nước thải phương pháp sinh học THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội a Điều kiện nước thải xử lý phương pháp sinh học b Các giai đoạn sinh trưởng phát triển vi sinh vật 1.2 Tổng quan vật liệu làm giá thể Hình 1.1: Các loại giá thể khác sử dụng công nghiệp xử lý nước thải THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Bảng 1.2: Tính chất vật liệu làm giá thể Vật liệu Hình dạng Kích thước Diện tích bề mặt riêng (m2/g) Hạt Polyethylene beads Hạt ø 0.9 mm 2.54x10-3 Hạt Polyethylene Hạt ø mm 1.22 x10-3 Polypropylene dạng ống Hình trụ Đường kính ø mm 5.81 x10-3 Đường kính ngồi ø mm Dài mm Tấm polyethylene Tấm ø 11 cm 1.94 x10-3 Xốp Hình khối 15x15x15 mm 0.91 Kaldnes K1 Hình trụ ø 10 mm 5.0 x10-3 Dài mm Kaldnes K3 Hình trụ ø 10 mm 0.5 x10-3 Dài mm Hạt PVA- gel TM Bioportz Hình cầu ø mm - Hình trụ ø 20 mm 0.58 x10-3 Dài 20 mm Poly propylene Hình trụ 0.35 x10-3 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Polyethylene Ball Hình trịn ø 10 mm WD-F104bioMTM Hình trụ ø 25 mm 0.9 x10-3 Flocor RMPHSP Hình trụ ø 10 mm 2.77 x10-3 Ĩng nhựa PVC Hình trụ Nonwoven hollow Hình trụ 0.32 x10-3 Dài mm Dài 10 mm ø 20.5 mm 0.15 x10-3 Dài 18.2 mm ø 20 mm 0.9 x10-3 Dài 15 mm Cylinder Hạt cầu ceramic Hình cầu Đường kính ngồi ø 20 cm 1.032 x10-3 Đường kính ø 18 cm Dài 18 cm Hạt Tezontle Hình trụ ø 3.25 mm 1.21 x10-3 Hạt nhựa HDPE Hạt 3.0 mm 1.177 x10-3 Hạt nhựa LDPE Hạt 4.5 mm 0.755 x10-3 Hạt nhựa Polypropylene Hạt 3.5 mm 1.001 x10-3 Khối Polyurethane Khối lập phương 25x25x25 mm 1.102 x10-3 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Dải Polyethylene SESSIL Dải 30x150 mm 1.098 x10-3 Xốp Loofa Hình trụ Dài 36.25 cm - Natrix C 10/10 Hình trụ ø 31-36 mm 0.31 x10-3 Sand Hình trịn ø 3.0 mm 820 m-1 Xốp Polyether Khối lập phương 5x5x5 mm - Dài 32 mm 1.2.1 PVA gel * Phương pháp tạo liên kết ngang cộng hóa trị KHÁI NIỆM CỦA HYDROGEL PVA Gel khô Nước Sự xạ Chuỗi phân tử PVA Liên kết ngang kết hợp radical Làm khơ Ngâm nước Liên kết ngang Hình dạng hydrogel Hình 1.2: PVA hydrogel tổng hợp xạ gama THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội * Phương pháp lạnh đông rã đông Pha giàu PVA Kết tinh Vơ định hình Pha giàu nước Hình 1.3: Cơ chế hình thành PVA hydrogel [25] 1.2.2 Xốp polyurethane (PU) 1.3 Tổng quan công nghệ xử lý nước thải MBBR THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 10 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên liệu thiết bị dụng cụ 2.2 Tổng hợp vật liệu 2.2.1 Thủy phân PVA 2.2.2 Biến tính xốp PU PVA gel (PU-PVA) 2.2.3 Vật liệu PVA gel 2.3 Các phương pháp xác định đặc trưng vật liệu 2.3.1 Xác định hàm lượng nước vật liệu gel 2.3.2 Xác định lượng PVA bám xốp PU 2.3.3 Xác định khối lượng riêng vật liệu gel 2.3.4 Xác định kích thước phân bố lỗ xốp 2.3.5 Xác định diện tích bề mặt riêng theo BET 2.4 Xác định hiệu xử lý nước thải 2.4.1 Mơ hình thí nghiệm 2.4.2 Vật liệu giá thể 2.4.3 Nước thải đầu vào 2.4.4 Nội dung thí nghiệm a Thích nghi vật liệu làm giá thể b Đánh giá hiệu xử lý nước thải vật liệu giá thể c Đánh giá hiệu xử lý nước thải có vật liệu giá thể PVA gel d Đánh giá hiệu xử lý nước thải có vật liệu giá thể xốp PU THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 11 e Đánh giá hiệu xử lý nước thải có vật liệu giá thể PU-PVA gel 2.4.5 Phương pháp phân tích tiêu nước thải 2.5 Các tiêu phân tích 2.5.1 Đo pH 2.5.2 Đo số thể tích bùn (SVI) 2.5.3 Đo hàm lượng chất rắn lơ lững chất lỏng (MLSS) 2.5.4 Thực nghiệm COD THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 12 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc trưng vật liệu làm giá thể Sấy thăng hoa (c ) Hình 3.1: Vật liệu PVA gel tạo thành sau lạnh đông – rã đông (a), PVA gel sau sấy thăng hoa (b) ảnh SEM PVA gel (c) THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 13 (a) Tẩm PVA Sấy thăng hoa (b) (c) (e) (d) Hình 3.2: Ảnh kỹ thuật số của: xốp PU thương mại (a), vật liệu PUPVA gel (b) vật liệu PU-PVA gel sau sấy thăng hoa (c); ảnh SEM của: xốp PU (d) PU-PVA gel (e) THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 14 Hình 3.3: Ảnh SEM vật liệu PVA gel độ phóng đại 300 lần 35 32 Tần suất xuất (số lần) 30 26 27 25 20 15 11 13 13 10 10 6 Đường kính (µm) Hình 3.4: Biểu đồ phân bố kích thước lỗ xốp vật liệu PVA gel THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 15 Hình 3.5: Ảnh SEM vật liệu PU-PVA gel độ phóng đại 300 lần 35 Tần suất xuất (số lần) 30 30 29 25 20 15 13 10 0 11 Đường kính (µm) Hình 3.6: Biểu đồ phân bố kích thước lỗ xốp vật liệu PU-PVA gel THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 16 Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật vật liệu giá thể Thông số Đơn vị PVA gel Xốp PU PU-PVA gel Hàm lượng % rắn ~10 100 ~9 Kích thước mm hạt 2-4 10 10 Đường kính µm lỗ xốp 4-40 300-500 300-500, 4-40 Khối lượng g/cm3 riêng 1,021(1) 0,021(2) 1,015(1) Diện tích bề m2/g mặt riêng theo BET 1,1-4,3 0,67 3,4 (1) Khối lượng riêng xác định cân thủy tĩnh Khối lượng riêng xác định khối lượng xốp cân chia cho thể tích khối xốp đem cân (2) THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 17 3.2 Hiệu xử lý nước thải 3.2.1 Chất lượng nước thải đầu vào Bảng 3.2 Đặc điểm nước thải đầu vào TT Chỉ tiêu Đơn vị Kết BOD mg/l 447 COD mg/l 760±57 Tổng Nito mg/l 117 Tổng Photpho mg/l 12 pH TSS mg/l 7,1-7,5 85  9,75 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 18 3.2.2 Diễn biến tạo màng sinh học giai đoạn thích nghi Xốp PU Sau 15 ngày Ban đầu PVA gel Ban đầu Sau 15 ngày PU-PVA gel Ban đầu Sau 15 ngày Hình 3.7: Sự thay đổi màu sắc vật liệu sau 15 ngày tạo màng sinh học THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 19 (a) (c) (b) (d) Hình 3.8: Ảnh SEM xốp PU (a,b) PU-PVA gel (c,d) sau 15 ngày tạo màng sinh học THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Commented [p1]: Vẫn thiếu ảnh SEM mẫu PUPVA gel bổ sung sau 20 3.2.3 Điều kiện vận hành mơ hình thí nghiệm 900 800 0,137 m3/ngày 700 QCVN 11-MT:2015 (B) 0,27 m3/ngày Nồng độ (mg/L) 600 QCVN 11-MT:2015 (A) 500 400 300 200 100 BOD BOD COD COD N-T N-T P-T P-T Hiệu Hiệu Hiệu Hiệu vào vào vào vào suất suất suất suất BOD COD N-T P-T Hình 3.9: Các tiêu nước thải mơ hình vận hành lưu lượng đầu vào khác THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 21 3.2.4 Hiệu xử lý chất hữu Bảng 3.3: Điều kiện vận hành mơ hình khảo sát hiệu vật liệu giá thể Vật liệu Thông số Đơn vị COD vào mg/l Bùn PVA gel Xốp PU PUPVA gel ~1500 ~1500 ~1500 ~1500 Thể tích m3 làm việc 0,08 0,08 0,08 0,08 Thể tích bể chứa giá m3 thể - 0,04 0,04 0,04 pH 6,57,5 6,57,5 6,57,5 6,5-7,5 MLSS mg/l 2500 2500 2500 2500 Lưu lượng m /ngày 0,270 0,270 0,270 0,270 Tải khối lượng theo kg/ngày COD 0,405 0,405 0,405 0,405 Tải thể tích kg/m3/ngày 5,06 theo COD 5,06 5,06 5,06 HRT 7 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 22 Bảng 3.4: Các giá trị COD đầu vào đầu mô hình bổ sung loại vật liệu làm giá thể khác Vật liệu Bùn PVA gel PU PU-PVA Thông số COD vào 1523±155, 1507±58, 1377±118, 1502±104, COD 651±20,8 490±6,6 397±18,1 418±53,9 Hiệu suất 57±10,8 68±1,1 71±1,3 72±6,9 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 23 3.2.5 Hiệu xử lý chất dinh dưỡng Bùn PVA gel PU PU-PVA 250 Nồng độ (mg/L), Hiệu suất (%) 200 QCVN 11-MT:2015 (cột B) QCVN 11-MT:2015 (cột A) 150 100 50 T-N vào T-N T-P vào T-P Hiệu Hiệu suất (T- suất (TN) P) Hình 3.10: Hiệu xử lý dinh dưỡng có bổ sung vật liệu giá thể 3.2.6 Hiệu mô hình có sử dụng giá thể PU-PVA gel THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - Trong nghiên cứu này, vật liệu giá thể sở PVA gel bao gồm: PVA gel xốp PU thương mại biến tính PVA gel (PU-PVA gel) chế tạo đánh giá đặc trưng cần thiết loại vật liệu làm giá thể - Các vật liệu sở PVA gel có kích thước lỗ xốp thích hợp để làm giá thể sinh học xử lý nước thải, có khả cho vi sinh vật bám dính phát triển có khối lượng riêng khơng q khác biệt so với nước thuận lợi cho q trình đối lưu mơ hình - Hiệu xử lý chất hữu chất dinh dưỡng loại vật liệu giá thể sở PVA gel khảo so sánh với mẫu đối chứng Kết thể loại vật liệu sở PVA gel có khả tăng hiệu suất cho mơ hình xử lý nước thải - Khi bổ sung khoảng 10% thể tích vật liệu PU-PVA gel tăng hiệu suất xử lý mơ hình 1,5 lần - Do nước thải tạo từ cá nục xay mịn có hàm lượng N-T P-T khơng cao hạn chế số lượng tiêu xác định (chỉ tập trung tiểu chủ yếu COD, N-T P-T) nên hiệu xử lý chất dinh dưỡng vật liệu giá thể chưa thể rõ thiếu thơng tin để giải thích kết thu Trong nghiên cứu ý đến hiệu xử lý Nitơ, Phốt-pho loại vật liệu THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội ... hiệu xử lý nước thải khơng có vật liệu giá thể c Đánh giá hiệu xử lý nước thải có vật liệu giá thể PVA gel d Đánh giá hiệu xử lý nước thải có vật liệu giá thể xốp PU THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH... hình - Hiệu xử lý chất hữu chất dinh dưỡng loại vật liệu giá thể sở PVA gel khảo so sánh với mẫu đối chứng Kết thể loại vật liệu sở PVA gel có khả tăng hiệu suất cho mơ hình xử lý nước thải -... KIẾN NGHỊ - Trong nghiên cứu này, vật liệu giá thể sở PVA gel bao gồm: PVA gel xốp PU thương mại biến tính PVA gel (PU -PVA gel) chế tạo đánh giá đặc trưng cần thiết loại vật liệu làm giá thể - Các