Nghiên cứu đánh giá tiềm năng ứng dụng của dung dịch lôi cuốn Maltodextrin trong quá trình thẩm thấu xuôi để khử mặn.Nghiên cứu đánh giá tiềm năng ứng dụng của dung dịch lôi cuốn Maltodextrin trong quá trình thẩm thấu xuôi để khử mặn.Nghiên cứu đánh giá tiềm năng ứng dụng của dung dịch lôi cuốn Maltodextrin trong quá trình thẩm thấu xuôi để khử mặn.Nghiên cứu đánh giá tiềm năng ứng dụng của dung dịch lôi cuốn Maltodextrin trong quá trình thẩm thấu xuôi để khử mặn.Nghiên cứu đánh giá tiềm năng ứng dụng của dung dịch lôi cuốn Maltodextrin trong quá trình thẩm thấu xuôi để khử mặn.Nghiên cứu đánh giá tiềm năng ứng dụng của dung dịch lôi cuốn Maltodextrin trong quá trình thẩm thấu xuôi để khử mặn.Nghiên cứu đánh giá tiềm năng ứng dụng của dung dịch lôi cuốn Maltodextrin trong quá trình thẩm thấu xuôi để khử mặn.Nghiên cứu đánh giá tiềm năng ứng dụng của dung dịch lôi cuốn Maltodextrin trong quá trình thẩm thấu xuôi để khử mặn.Nghiên cứu đánh giá tiềm năng ứng dụng của dung dịch lôi cuốn Maltodextrin trong quá trình thẩm thấu xuôi để khử mặn.Nghiên cứu đánh giá tiềm năng ứng dụng của dung dịch lôi cuốn Maltodextrin trong quá trình thẩm thấu xuôi để khử mặn.Nghiên cứu đánh giá tiềm năng ứng dụng của dung dịch lôi cuốn Maltodextrin trong quá trình thẩm thấu xuôi để khử mặn.Nghiên cứu đánh giá tiềm năng ứng dụng của dung dịch lôi cuốn Maltodextrin trong quá trình thẩm thấu xuôi để khử mặn.Nghiên cứu đánh giá tiềm năng ứng dụng của dung dịch lôi cuốn Maltodextrin trong quá trình thẩm thấu xuôi để khử mặn.
BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Thị Thúy NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG CỦA DUNG DỊCH LƠI CUỐN MALTODEXTRIN TRONG Q TRÌNH THẨM THẤU XUÔI ĐỂ KHỬ MẶN LUẬN VĂN THẠC SĨ: KỸ THUẬT HĨA HỌC, VẬT LIỆU, LUYỆN KIM VÀ MƠI TRƯỜNG Hà nội - 2022 BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Thị Thúy NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG CỦA DUNG DỊCH LÔI CUỐN MALTODEXTRIN TRONG QUÁ TRÌNH THẨM THẤU XI ĐỂ KHỬ MẶN Chun ngành : Kỹ thuật môi trường Mã số : 952 03 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KỸ THUẬT HÓA HỌC, VẬT LIỆU, LUYỆN KIM VÀ MÔI TRƯỜNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hướng dẫn 1: PGS.TS Nguyễn Quang Trung Hướng dẫn : TS Lê Văn Nhân Hà Nội – 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu đánh giá tiềm ứng dụng dung dịch lơi Maltodextrin q trình thẩm thấu xi để khử mặn” cơng trình nghiên cứu thân Những phần sử dụng tài liệu tham khảo luận văn nêu rõ phần tài liệu tham khảo Các số liệu, kết trình bày luận văn hoàn toàn trung thực, sai tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm chịu kỷ luật môn nhà trường đề Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Học viên Nguyễn Thị Thúy ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận văn này, trước tiên xin xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Quang Trung TS Lê Văn Nhân - Trung tâm Nghiên cứu Chuyển Giao Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam - tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ suốt thời gian nghiên cứu luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn tới tập thể cán Phịng thí nghiệm Trung tâm An tồn thực phẩm Mơi trường, Trung tâm Nghiên cứu Chuyển Giao Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam - tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ sở vật chất, kinh nghiệm trợ giúp nhiều thời gian thực luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tồn thể thầy Học viện Khoa học Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giảng dạy, tạo điều kiện cho tơi q trình học tập nghiên cứu học viện Những kiến thức mà nhận hành trang giúp vững bước tương lai Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo đồng nghiệp Viện Khoa học Môi trường Sức khỏe Cộng đồng tạo điều kiện, hỗ trợ giúp đỡ suốt thời gian học Thạc sỹ Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân ln bên để động viên nguồn cổ vũ lớn lao, động lực giúp tơi hồn thành luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Học viên Nguyễn Thị Thúy iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG viii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU xi Lý chọn đề tài xi Mục tiêu nghiên cứu xii Đối tượng phạm vi nghiên cứu xii Nội dung nghiên cứu xiii Phương pháp nghiên cứu xiii Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận văn xiv Bố cục luận văn xv CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 CÁC CÔNG NGHỆ KHỬ MẶN NƯỚC BIỂN HIỆN NAY 1.1.1 Các công nghệ chưng cất nhiệt .1 1.1.2 Công nghệ lọc qua màng 1.1.3 So sánh công nghệ khử mặn 1.2 CÔNG NGHỆ LỌC THẨM THẤU XUÔI (FO) 1.2.1 Cơ sở khoa học q trình thẩm thấu xi 1.2.2 Ảnh hưởng việc lựa chọn dung dịch lôi lên hiệu lọc FO 1.2.3 Ảnh hưởng việc lựa chọn loại màng lọc lên hiệu lọc FO 11 1.2.4 Ảnh hưởng chất dung dịch đầu vào lên hiệu lọc FO 14 1.2.5 Các yếu tố khác ảnh hưởng lên hiệu lọc FO 16 iv 1.3 ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ LỌC FO TRONG XỬ LÝ VÀ SẢN XUẤT NƯỚC SẠCH 18 1.3.1 Ứng dụng công nghệ FO khử mặn sản xuất nước từ nước biển nước lợ 18 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước liên quan đến công nghệ lọc FO 20 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 2.1 VẬT LIỆU, HOÁ CHẤT, VÀ THIẾT BỊ 23 2.1.1 Vật liệu 23 2.1.2 Nguyên liệu hóa chất 24 2.1.3 Thiết bị 25 2.2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 26 2.2.1 Phương pháp thử nghiệm lựa chọn chất lôi màng lọc thẩm thấu xuôi 28 2.2.2 Phương pháp thử nghiệm khảo sát ảnh hưởng thông số vận hành lên khả lôi dung dịch Maltodextin 32 2.2.3 Phương pháp đánh giá tính ổn định hệ thống lọc FO 32 2.2.4 Phương pháp đánh giá hiệu khử mặn sản xuất nước hệ thống lọc kết hợp FO/ LPRO với chất lôi Maltodextrin 32 2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 35 2.3.1 Phân tích thơng số đặc trưng nước .35 2.3.2 Phân tích cấu trúc vi mơ màng lọc FO .36 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT NGUỒN NƯỚC ĐẦU VÀO THỰC TẾ 38 3.1.1 Kết phân tích mẫu nước mặn nước bị ô nhiễm thực tế 38 3.1.2 Kết phân tích mẫu nước mặn nước nhiễm mặn thực tế sau xử lý sơ 43 3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT MÀNG LỌC THẨM THẤU XUÔI 47 v 3.3 KẾT QUẢ KHẢO SÁT TIỀM NĂNG LÔI CUỐN CỦA DUNG DỊCH MALTODEXTRIN 53 3.3.1 Kết thử nghiệm xác định nồng độ thích hợp dung dịch lơi Maltodextrin .54 3.3.2 Kết thử nghiệm khả hoàn nguyên dung dịch Maltodextrin 58 3.3.3 Kết so sánh với số chất lôi biết khác 64 3.4 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH KHÁC LÊN KHẢ NĂNG LÔI CUỐN CỦA DUNG DỊCH MALTODEXTRIN 67 3.4.1 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian vận hành kéo dài lên đặc trưng lôi dung dịch lôi cuốn, lựa chọn loại màng lọc phù hợp 67 3.4.2 Kết khảo sát ảnh hưởng lưu lượng dòng vào lên đặc trưng lôi dung dịch lôi .73 3.4.3 Kết khảo sát ảnh hưởng chênh lệch áp suất dịng vào lên đặc trưng lơi dung dịch lôi 75 3.4.4 Kết khảo sát ảnh hưởng hướng dịng chảy lên đặc trưng lơi dung dịch lôi 78 3.4.5 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ vận hành lên đặc trưng lôi dung dịch lôi .81 3.5 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KHỬ MẶN VÀ SẢN XUẤT NƯỚC NGỌT CỦA HỆ THỐNG LỌC KẾT HỢP FO/LPRO VỚI CHẤT LÔI CUỐN MALTODEXTRIN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC – MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU 90 PHỤ LỤC – CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 93 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Giải thích A3C Amoni sắt (III) citrat A2S Amoni sắt (II) sunphat A3S Amoni sắt (III) sunphat BYT Bộ Y tế COD Chemical Oxygen Demand (nhu cầu oxy hóa học) DO DOC FO GMH HĐBM ICP LMH LPRO MAL Dissolved Oxygen (oxy hòa tan) Dissolved Organic Carbon (cacbon hữu hịa tan) Forward Osmosis (thẩm thấu xi) g/m2.h Hoạt động bề mặt Internal Concentration Polarization (phân cực nồng độ cục màng) L/m2.h Low-pressure Reverse Osmosis (thẩm thấu ngược áp suất thấp) Maltodextrin MD Membrane Distillation (chưng cất qua màng) MF Micro Filtration (lọc màng kích thước micro) vii NF Nano Filtration (lọc màng kích thước nano) O&G Oils and Greases (dầu mỡ) PCBs Polychlorinated Biphenyls (các hợp chất biphenyl đa clo hóa) PP PRO QCVN RO Polypropylene (nhựa polypropylen) Pressure Retarded Osmosis (Thẩm thấu xuôi giảm áp) Quy chuẩn Việt Nam Reverse Osmosis (thẩm thấu ngược) Sustainable Development Goals SDGs (Các Mục tiêu Phát triển Bền vững) SEM SWRO Scanning Electron Microscope (kính hiển vi điện tử quét) Thẩm thấu ngược cho nước biển TDS Total Dissolved Solids (tổng chất rắn hòa tan) TFC Thin-film Composite (compozit lớp mỏng) TSS Total Suspended Solids (tổng chất rắn huyền phù) UF WHO Ultra filtration (siêu lọc) World Health Organization (Tổ chức Y tế Thế giới) viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 So sánh công nghệ khử mặn nước biển Bảng 1.2 Một số chất lôi cuốn/ dung dịch lôi sử hệ thống khử mặn vận dụng công nghệ lọc FO, phương pháp hoàn nguyên tương ứng Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật số loại màng lọc/ modul lọc sử dụng 24 Bảng 2.2 Các thông số vận hành cho thử nghiệm đánh giá đặc trưng lôi 31 Bảng 2.3 Các tiêu phương pháp kỹ thuật phân tích tương ứng nguồn nước thực tế 35 Bảng 3.1 Kết phân tích số tiêu mẫu nước biển 39 Bảng 3.2 Kết phân tích số tiêu mẫu nước cửa sông 40 Bảng 3.3 Kết phân tích số tiêu mẫu nước nhiễm mặn 41 Bảng 3.4 Các thông số vận hành cho thử nghiệm đánh giá đặc tính màng lọc 47 Bảng 3.5 Các thông số vận hành cho thử nghiệm đánh giá đặc trưng lôi Maltodextrin 55 Bảng 3.6 Các thông số vận hành cho thử nghiệm đánh giá đặc trưng lôi sau thời gian vận hành kéo dài 68 Bảng 3.7 Các thông số vận hành cho thử nghiệm đánh giá đặc trưng lôi phụ thuộc lưu lượng dòng vào 74 Bảng 3.8 Các thông số vận hành cho thử nghiệm đánh giá đặc trưng lôi phụ thuộc chênh lệch áp suất dòng vào 76 Bảng 3.9 Các thông số vận hành cho thử nghiệm đánh giá đặc trưng lôi phụ thuộc hướng dòng chảy 79 Bảng 3.10 Các thông số vận hành cho thử nghiệm đánh giá đặc trưng lôi phụ thuộc hướng nhiệt độ vận hành 81 Bảng 3.11 Kết phân tích số tiêu mẫu nước sau xử lý 85 79 Bảng 3.9 Các thông số vận hành cho thử nghiệm đánh giá đặc trưng lơi phụ thuộc hướng dịng chảy Thơng số vận hành Phía nguồn nước đầu vào Giá trị NaCl 10‰ Dung dịch ban đầu Phía dung dịch lơi Loại màng lọc Maltodextrin 20% Màng FO-TFC Phía nguồn nước đầu vào 25 L/h Phía dung dịch lơi 15 L/h Nhiệt độ 30 oC Lưu lượng dòng vào Hướng dòng chảy Ngược chiều – Cùng chiều Chênh lệch áp suất 0,2 bar Thông số khác (FO) Thời gian thử nghiệm 150 phút Thử nghiệm lặp lại tối thiểu 05 lần, với sai số cho phép tối đa 5% 80 Hình 3.22 Ảnh hưởng hướng dịng chảy lên chênh lệch nồng độ dung dịch hai phía màng lọc Hình 3.23 Ảnh hưởng hướng dịng chảy lên thông lượng nước thẩm thấu qua màng 81 3.4.5 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ vận hành lên đặc trưng lôi dung dịch lôi Thử nghiệm khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ vận hành lên đặc trưng lôi dung dịch lôi thực với thông số kỹ thuật chủ yếu trình bày Bảng 3.10 Kết nghiên cứu trình bày Hình 3.24 Bảng 3.10 Các thông số vận hành cho thử nghiệm đánh giá đặc trưng lôi phụ thuộc hướng nhiệt độ vận hành Thơng số vận hành Phía nguồn nước đầu vào Giá trị NaCl 10‰ Dung dịch ban đầu Phía dung dịch lôi Loại màng lọc Maltodextrin 20% Màng FO-TFC Phía nguồn nước đầu vào 25 L/h Phía dung dịch lơi 15 L/h Lưu lượng dịng vào Nhiệt độ 10 – 40 oC Hướng dòng chảy Ngược chiều Chênh lệch áp suất 0,2 bar Thông số khác (FO) Thời gian thử nghiệm 150 phút Thử nghiệm lặp lại tối thiểu 05 lần, với sai số cho phép tối đa 5% 82 Hình 3.24 Ảnh hưởng nhiệt độ vận hành lên thông lượng nước thẩm thấu qua màng Kết thử nghiệm cho thấy điều kiện nhiệt độ vận hành tạo thành ảnh hưởng tương đối đáng kể lên hiệu khử mặn hệ thống lọc Thẩm thấu xuôi Cụ thể, thông lượng nước thẩm thấu qua màng tăng từ 4,69 LMH đến 5,15 LMH nhiệt độ vận hành tăng từ 10oC lên 25oC, sau giảm dần từ 5,11 LMH xuống cịn 4,42 LMH nhiệt độ vận hành tiếp tục tăng từ 30oC lên 40oC Điều giải thích thay đổi mặt nhiệt độ dẫn đến thay đổi mặt áp suất thẩm thấu tự nhiên dung dịch lôi lẫn nguồn nước cần xử lý (xem lại Chương – Mục 1.3.2), đồng thời tạo thành ảnh hưởng đến tính chất thẩm thấu thân màng lọc Điều kiện vận hành phù hợp xác định khuôn khổ nghiên cứu hệ dung dịch lôi Maltodextrin 20% nguồn nước nhiễm mặn nồng độ NaCl 10‰ khoảng 25 – 30 oC Đáng ý, khoảng nhiệt độ môi trường thường ghi nhận nhiều vùng Việt 83 Nam, cho thấy tính phù hợp chất lơi Maltodextrin cho ứng dụng khử mặn nước 3.5 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KHỬ MẶN VÀ SẢN XUẤT NƯỚC NGỌT CỦA HỆ THỐNG LỌC KẾT HỢP FO/LPRO VỚI CHẤT LÔI CUỐN MALTODEXTRIN Khả khử mặn sản xuất nước thực tế hệ thống lọc kết hợp FO/LPRO với chất lôi Maltodextrin đánh giá sở thông số vận hành xác định thơng qua q trình khảo sát, mẫu nước nhiễm mặn thực tế đưa vào thử nghiệm thu thập khu vực cửa sơng Hà Lạn (Sơng Sị -thuộc xã Giao Lâm, huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định), độ mặn nước khu vực tương đối phù hợp với giới hạn vận hành cao xác định dung dịch lôi Maltodextrin 20% Kết đánh giá trình bày Bảng 3.11, thể cho ba giai đoạn trình xử lý, bao gồm: mẫu ban đầu, mẫu sau tiền xử lý sau lọc hệ thống FO/LPRO (FO) Kết phân tích cho thấy giá trị pH nước sinh hoạt sản xuất từ hệ thống lọc kết hợp FO/LPRO nằm giới hạn cho phép Tổ chức Y tế giới (WHO) QCVN 01:2018/BYT Hàm lượng tổng chất rắn hịa tan (TDS) thơng số đáng ý tất tiêu phân tích, tổng số ion mang điện tích bao gồm khống chất, muối kim loại tồn khối lượng nước định TDS thường lấy làm sở ban đầu để xác định mức độ nguồn nước Theo kết nghiên cứu, màng lọc FO kết hợp với màng LPRO làm giảm hàm lượng TDS nước sản xuất từ 9.921 mg/L xuống 320 mg/L tương đương với hiệu khử mặn lên tới khoảng 97% Điều cho thấy rằng, giá trị TDS nước sinh hoạt từ hệ thống lọc kết hợp FO/LPRO nằm khoảng giới hạn cho phép WHO QCVN 01:2018/BYT Độ màu thông số quan trọng khác liệt kê tiêu WHO, mẫu nước cửa sông Hà Lạn trước thí nghiệm độ màu xác định 25 TCU TCU kết xác định mẫu nước sau lọc hệ thống FO/LPRO Giá trị thấp so với giới hạn tối 84 đa mà WHO QCVN 01:2018/BYT quy định chất lượng nước ăn uống sử dụng với mục đích sinh hoạt (Bảng 3.11) Điều chứng tỏ hiệu màng lọc FO LPRO việc loại bỏ hạt khơng hịa tan có mặt nước Mặt khác, theo kết nghiên cứu, sản phẩm nước lọc từ hệ thống FO-LPRO không phát vi khuẩn Coliform Việc đánh giá khả loại bỏ vi khuẩn vi sinh vật xuất công nghệ màng việc xử lý hiệu nguồn nước nhiễm khuẩn mà không cần tới việc sử dụng chất phụ gia hóa học chất khử trùng nước Qua hệ thống lọc gồm màng lọc FO kết hợp với màng LPRO sử dụng dung dịch lôi Maltodextrin, hầu hết hàm lượng nguyên tố kim loại, anions, cations nước sinh hoạt sản xuất từ hệ thống giảm cách rõ rệt so với nước đầu vào nằm giới hạn cho phép WHO QCVN 01:2018/BYT Điều chứng tỏ rằng, hàm lượng nguyên tố kim loại, anions, cations nước sinh hoạt sản xuất từ nước nhiễm mặn thông qua hệ thống FO/LPRO mà đề tài nghiên cứu không ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng Kết nghiên cứu minh chứng cho thấy tiềm ứng dụng hệ thống lọc nước thẩm thấu xuôi hệ thống FO/LPRO sử dụng chất lôi Maltodextrin Đây xem sở để nghiên cứu, phát triển ứng dụng hệ thống lọc nước giải pháp sản xuất nước sinh hoạt cho khu vực ven biển, hải đảo, tàu thuyền thường xuyên hoạt động khơi thời gian dài, đặc biệt vùng bị nhiễm mặn nước ta khu vực tỉnh Đồng sông Cửu Long Thử nghiệm mẫu nước nhiễm mặn thực tế chứng minh tiềm ứng dụng Maltodextrin vai trị chất lơi cho hệ thống khử mặn sản xuất nước công nghệ màng thẩm thấu xuôi 85 Bảng 3.11 Kết phân tích số tiêu mẫu nước sau xử lý Mẫu Mẫu sau sau lọc Chỉ tiêu Đơn vị WHO tiền hệ thống xử lý FO/LPRO Chỉ tiêu hóa -lý -sinh 7,2 7,1 6,85 6,5-8,5 pH ‰ 10 9,8 0,3 Độ mặn TCU 25 20