(Luận văn) nghiên cứu kết hợp phương pháp nội điện phân và màng sinh học a2o mbbr xử lý nước thải quá trình luyện cốc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM DƯƠNG THỊ THOA lu an n va p ie gh tn to NGHIÊN CỨU KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP NỘI ĐIỆN PHÂN VÀ MÀNG SINH HỌC A2O-MBBR XỬ LÝ NƯỚC THẢI QUÁ TRÌNH LUYỆN CỐC d oa nl w ll u nf va an lu LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC oi m z at nh z m co l gm @ va http://lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN an Lu THÁI NGUYÊN - 2020 ac th si ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM DƯƠNG THỊ THOA lu an n va ie gh tn to NGHIÊN CỨU KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP NỘI ĐIỆN PHÂN VÀ MÀNG SINH HỌC A2O-MBBR XỬ LÝ NƯỚC THẢI QUÁ TRÌNH LUYỆN CỐC p Ngành: HỐ PHÂN TÍCH Mã số: 8.44.01.18 d oa nl w lu ll u nf va an LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC oi m z at nh Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ TRÀ HƯƠNG z m co l gm @ va http://lrc.tnu.edu.vn n Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN an Lu THÁI NGUYÊN - 2020 ac th si LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu cá nhân Số liệu kết nghiên cứu luận văn hoàn toàn trung thực chưa cơng bố, sử dụng cơng trình nghiên cứu Thái Nguyên, tháng năm 2020 Tác giả lu an va n Dương Thị Thoa p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu http://lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN ac th si LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới cô giáo PGS.TS Đỗ Trà Hương người trực tiếp giao đề tài, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu thực hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Văn Tú Viện Khoa học Công nghệ Quân tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt q trình nghiên cứu thực hồn thành đề tài Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS Trần Thị Hồng - Khoa Sinh học cho phép em sử dụng sở vật chất trang thiết bị phịng thí lu an nghiệm Cơng nghệ Tế bào thực vật hướng dẫn em tận tình q trình n va thực cơng việc thực nghiệm tn to Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại gh học Thái Nguyên, thầy, cô giáo Khoa Hóa học tạo điều kiện thuận lợi p ie giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu w Do thời gian có hạn trình độ cịn hạn chế, luận văn khơng tránh oa nl khỏi thiếu sót Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy d bạn sinh viên để đề tài hoàn thiện lu va an Em xin chân thành cảm ơn! u nf Thái Nguyên, tháng năm 2020 ll Học viên oi m z at nh z m co l gm @ Dương Thị Thoa an Lu http://lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN ac th si MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU lu Chương TỔNG QUAN an 1.1 Giới thiệu chung phenol va n 1.1.1 Cấu tạo tính chất phenol hợp chất phenol tn to 1.1.2 Sản xuất phenol số ứng dụng phenol ie gh 1.1.3 Ảnh hưởng phenol đến môi trường người p 1.1.4 Hiện trạng ô nhiễm phenol nước thải w 1.1.5 Một số phương pháp xử lý phenol nước thải oa nl 1.2 Nguồn phát sinh nước thải luyện cốc 13 d 1.2.1 Tình hình sản xuất, tiêu thụ than cốc Việt Nam 13 lu va an 1.2.2 Nguồn phát sinh, thành phần nước thải luyện cốc giới Việt u nf Nam 14 ll 1.3 Hiện trạng xử lý nước thải nhà máy Cốc hoá Gang thép Thái Nguyên 16 m oi 1.4 Phương pháp nội điện phân kết hợp bùn hoạt tính A2O (Anaerobic - Anoxic z at nh - Oxic) - màng sinh học lưu động MBBR (Moving Bed Biological Reactor) 19 1.4.1 Phương pháp nội điện phân 19 z gm @ 1.4.2 Phương pháp sinh học 20 l 1.5 Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải có sử dụng phương pháp nội điện m co phân màng sinh học 25 1.5.1 Tình hình nghiên cứu giới 25 an Lu 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước 29 http://lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN ac th si 1.6 Các phương pháp nghiên cứu 31 1.6.1 Phương pháp sắc ký lỏng cao áp (HP-LC) 31 1.6.2 Phương pháp tổng hợp so sánh với QCVN 31 Chương THỰC NGHIỆM 32 2.1 Nguyên liệu 32 2.2 Hóa chất thiết bị 32 2.3 Lấy mẫu nước thải Nhà máy Cốc hóa - Cơng ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên 33 2.4 Lập đường chuẩn xác định nồng độ phenol pH = 3, pH = 33 lu 2.5 Ứng dụng vật liệu nội điện phân Fe-C, Fe-Cu xử lý nước thải 34 an n va 2.6 Phương pháp xác định DO 35 2.7.1 Ni bùn hoạt tính 35 gh tn to 2.7 Phương pháp A2O-MBBR xử lý nước thải 35 p ie 2.7.2 Xác định thông số SV30, MLSS 37 w 2.7.3 Thiết lập hệ A2O-MBBR xử lý nước thải nước thải tiền xử lí vật oa nl liệu nội điện phân Fe-C, Fe-Cu 38 d 2.8 Thực nghiệm phân lập vi sinh vật môi trường LB 40 lu va an 2.9 Quy trình quan sát tế bào hình thái vi sinh vật 41 u nf 2.10 Tạo khuẩn lạc riêng rẽ từ quần thể vi sinh vật môi trường ll phân lập LB để giữ giống vi sinh vật 42 m oi Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 z at nh 3.1 Lập đường chuẩn xác định nồng độ phenol pH = 3, pH = 44 z 3.2 Kết xử lý nước thải Nhà máy Cốc hóa vật liệu nội điện phân @ gm Fe-C, Fe-Cu 45 l 3.2.1 Kết xử lý nước thải Nhà máy Cốc hóa vật liệu nội điện phân m co Fe-C 45 an Lu http://lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN ac th si 3.2.2 Kết xử lý nước thải Nhà máy Cốc hóa vật liệu nội điện phân Fe-Cu 46 3.3 Kết xử lý nước thải hệ A2O-MBBR 49 3.3.1 Kết nuôi cấy bùn hoạt tính 49 3.3.2 Sự biến đổi pH hệ A2O-MBBR 53 3.3.3 Hiệu suất loại TSS hệ A2O-MBBR 54 3.3.4 Hiệu suất loại COD, BOD5 hệ A2O-MBBR 55 3.3.5 Hiệu suất loại tổng N 𝑁𝐻4+ -N hệ A2O-MBBR 57 3.3.6 Hiệu suất loại tổng P hệ A2O-MBBR 59 lu 3.3.7 Hiệu suất loại phenol hệ A2O-MBBR 60 an va 3.3 Kết phân lập vi khuẩn 62 n 3.3.1 Mật độ vi khuẩn 62 gh tn to 3.3.2 Đặc điểm, hình thái tế bào khuẩn lạc 66 p ie KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 d oa nl w PHỤ LỤC ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu http://lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN ac th si DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Kí hiệu Tiếng việt viết tắt Tiếng anh A2O Kị khí - Thiếu khí - Hiếu khí Anaerobic - Anoxic - Oxic BOD Nhu cầu oxy sinh hóa Biochemical Oxygen Demand COD Nhu cầu oxy hóa học Chemical Oxygen Demand DO Oxy hòa tan Dessolved Oxygen HPLC MBBR Màng sinh học lưu động lu an n va MBR MLSS p ie gh tn to Phương pháp sắc ký lỏng hiệu High cao Liquid Chromatography Moving Bed Biofilm Reactor Màng sinh học kết hợp màng lọc Membrane Bio Reactor Nồng độ chất rắn có bể Mixed liquor suspended solids w bùn hoạt tính PAHs Các hợp chất thơm đa vòng 10 SV30 Nồng độ bùn lắng 30 phút 11 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 12 TNHH Trách nhiệm hữu hạn Polycyclic Aromatic Hydrocarbons d oa nl Tổng chất rắn lơ lửng Turbidity & suspendid solids ll TSS u nf va an lu 13 Performance oi m z at nh z m co l gm @ an Lu http://lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN ac th si DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ cho phép tổng nồng độ phenol dẫn xuất Bảng 1.2: Nồng độ phenol nước thải số ngành công nghiệp .7 Bảng 1.3: Tóm tắt số phương pháp xử lý hợp chất phenol nước thải Bảng 1.4: Sản lượng than cốc số nhà máy luyện than Việt Nam 11 Bảng 1.5: So sánh đặc tính cơng nghệ xử lý nước thải phương pháp sinh học điển hình 24 Bảng 1.6 Giá trị thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp lu sản xuất thép (QCVN52:2017/BTNMT) 31 an n va Bảng 2.1: Thông số ban đầu vận hành hệ A2O-MBBR 39 Bảng 3.1: Kết đo độ hấp thụ quang dung dịch phenol với nồng độ to tn khác pH = 44 p ie gh Bảng 3.2: Kết đo độ hấp thụ quang dung dịch phenol với nồng độ khác pH = 44 Đặc tính nước thải Cốc hóa trước sau xử lý vật liệu nl w Bảng 3.3: oa Fe-C Fe-Cu 48 Đặc tính bùn hoạt tính sau ni cấy 49 Bảng 3.5: Hiệu xử lý TSS (mg/L) qua hệ A2O-MBBR qua xử lí vật d Bảng 3.4: va an lu Hiệu xử lý COD, BOD5 (mg/L) qua hệ A2O-MBBR qua ll Bảng 3.6: u nf liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR 54 m oi xử lí vật liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR 55 Hiệu xử lý tổng N NH4+ -N (mg/L) qua hệ A2O-MBBR z at nh Bảng 3.7: qua xử lí vật liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR 57 z Hiệu xử lý tổng P (mg/L) qua hệ A2O-MBBR qua xử lí @ Bảng 3.8: gm vật liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR 59 Bảng tổng hợp hiệu xử lí nước thải Cốc hóa qua giai đoạn 62 m co l Bảng 3.9: Bảng 3.10: Kết phân lập vi khuẩn mơi trường LB pha lỗng http://lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN an Lu nồng độ đến 105 bể phản ứng 62 ac th si Bảng 3.11: Đặc điểm hình thái khuẩn lạc tế bào vi khuẩn 66 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Cơng thức cấu tạo hình ảnh thực tế phenol Hình 1.2: Quy trình xử lý nước thải luyện cốc chứa phenol Công ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên 16 lu Hình 1.3: MBBR bể kị khí 25 Hình 1.4: MBBR bể hiếu khí 26 Hình 1.5: Cơng nghệ A2O - MBBR 25 Hình 1.6: Sơ đồ công nghệ ứng dụng vi điện phân công đoạn tiền an xử lý 30 Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống A2O-MBBR 39 Hình 3.1: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ phenol pH = 44 Hình 3.2: p Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ phenol pH = 45 Hình 3.3: Sắc ký đồ mẫu nước thải chứa phenol ban đầu với pH = 46 tn to Ni cấy bùn hoạt tính phịng thí nghiệm 37 gh n va Hình 2.1: ie nl w Sắc ký đồ mẫu nước thải chứa phenol sau xử lý vật d oa Hình 3.4: an lu liệu nội điện phân Fe-C 46 Sắc ký đồ mẫu nước thải chứa phenol ban đầu với pH = 47 Hình 3.6: Sắc ký đồ mẫu nước thải chứa phenol sau xử lý vật ll u nf va Hình 3.5: oi m liệu nội điện phân Fe-Cu 48 Diễn biến nhiệt độ thời gian 30 ngày 50 Hình 3.8: Theo dõi nồng độ bùn hoạt tính (chỉ số SV30) 51 Hình 3.9: Giá thể biochip trước cho vào bể xử lí 52 z at nh Hình 3.7: z @ l gm Hình 3.10: Giá thể biochip sau cho vào bể xử lí 30 ngày 53 Hình 3.11: Hiệu xử lý TSS (mg/L) qua hệ A2O-MBBR qua xử lí m co vật liệu Fe-C kết hợp hệ A2O-MBBR 54 an Lu http://lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN ac th si 55 Xun-an Ning, Weibin Wen, Yaping Zhang, Ruijing Li, Jian Sun, Yujie Wang, Zuoyi Yang, Jingyong Liu (2015), "Enhanced dewaterability of textile dyeing sludge using microelectrolysis pretreatment", Journal of Environmental Management, 161, pp 181-187 56 Yan Wang, Xianwei Wu, Ju Yi, Lijun Chen, Tianxiang Lan, Jie Dai (2018), "Pretreatment of printing and dyeing wastewater by Fe/C micro-electrolysis combined with H2O2 process", Water Science & Technology 2017(3), pp 707-717 57 Yi Song Hua, Xiao Chang, Chen Wang, Yong Mei Zhang, Yu You Li, Hua Chen, Peng Kang Jin (2013), "Characteristics of an A2O-MBR system for reclaimed water production under constant flux at low TMP", Journal of Membrane Science, lu 431, pp 156-162 an 58 Yong Qing Gao, Yong Zhen Peng, Jing Yu Zhang, Shu Ying Wang, Jian Hua Guo va n (2011), "Biological sludge reduction and enhanced nutrient removal in a pilot-scale gh tn to system with 2-step sludge alkaline fermentation and A2O process", Bioresource Technology, 102(4091-4097) ie p 59 Yong Zhen Peng, Xiao Lian Wang, Bai Kun Li (2006), "Anoxic biological phosphorus nl w uptake and the effect of excessive aeration on biological phosphorus removal in the oa A2O process", Desalination and Water Treatment, 189, pp 155-164 d 60 Zemeng Yang, Yuepeng Ma, Ying Liu, Qunsheng Li, Zhiyong Zhou, Zhongqi Ren lu va an (2017), "Degradation of organic pollutants in near-neutral pH solution by Fe-C u nf microelectrolysis system", Chemical Engineering Journal, 315, pp 403-414 ll 61 Zi Xing Wang, Xiao Chen Xua, Zheng Gong, Feng Lin Yang (2012), "Removal of m oi COD, phenols and ammonium from Lurgi coal gasification wastewater using A2O- z at nh MBBR system", Journal of Hazardous Materials, 235- 236, pp 78-84 z m co l gm @ an Lu n va ac th 74 si PHỤ LỤC Phụ lục : Hình ảnh chụp thực tế quy trình xử lí nước thải nhà máy Cốc Hóa Gang Thép Thái Nguyên lu an n va p ie gh tn to d oa nl w Hình 1.1: Bể điều hịa - nước thải chứa phenol từ xưởng Cốc ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 1.2: Bể lắng tách dầu mỡ n va ac th si lu an n va p ie gh tn to Hình 1.3: Bể Aroten d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 1.4: Bể lắng đứng n va ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w Hình 1.5: Nước thải phenol qua xử lí ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si Phụ lục 2: Kết đo TSS, COD, BOD5, Tổng N, Tổng P, NH+4 -N lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va Hình 2.1: Mẫu nước thải ban đầu với pH=3 ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ Hình 2.2: Mẫu nước thải sau xử lí vật liệu nội điện phân Fe-Cu an Lu n va ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 2.3 Mẫu nước thải ban đầu với pH=4 n va ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 2.4: Mẫu nước thải sau xử lí vật liệu nội điện phân Fe-C n va ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 2.5 Mẫu nước thải ban đầu n va ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 2.6: Mẫu nước thải xử lí qua A2O-MBBR bể kị khí n va ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 2.7: Mẫu nước thải xử lí qua A2O-MBBR bể thiếu khí n va ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Hình 2.8: Mẫu nước thải xử lí qua A2O-MBBR bể hiếu khí n va ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ Hình 2.9: Mẫu nước thải kết hợp xử lí nội điện phân Fe-C A2O-MBBR an Lu bể kị khí n va ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ Hình 2.10: Mẫu nước thải kết hợp xử lí nội điện phân Fe-C A2O-MBBR an Lu bể thiếu khí n va ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ Hình 2.11: Mẫu nước thải kết hợp xử lí nội điện phân Fe-C A2O-MBBR an Lu bể hiếu khí n va ac th si