Nghiên cứu ứng dụng bọt khí nano để xử lý nước thải sinh hoạt

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG  - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỌT KHÍ NANO ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT” Hà Nội – 2022 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG  - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỌT KHÍ NANO ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT” Người thực : ĐINH TUẤN NGHĨA Lớp : KHMTA Khóa : 62 Ngành : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Giáo viên hướng dẫn : ThS LÝ THỊ THU HÀ Hà Nội – 2022 LỜI CẢM ƠN Để thực hoàn thành tốt khóa luận này, em nhận giúp đỡ dạy nhiều tập thể cá nhân Trước hết, em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Ban chủ nhiệm Khoa Tài nguyên Môi trường tồn thể Thầy, Cơ Khoa Thầy, Cô Bộ môn Công nghệ môi trường tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập hồn thành khóa luận Đặc biệt, em xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến cô giáo ThS Lý Thị Thu Hà, người nhiệt tình giúp đỡ, hướng dẫn suốt trình thực đề tài tốt nghiệp Do khả thân hạn chế nên báo cáo khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp Thầy Cơ bạn sinh viên để khố luận hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày … tháng … năm 2022 Người thực i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi TÓM TẮT KHÓA LUẬN vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu 2.1 Mục tiêu chung 2.2 Mục tiêu cụ thể Chương TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan nước thải sinh hoạt 1.1.1 Nguồn gốc 1.1.2 Thành phần 1.1.3 Tính chất 1.2 Các nghiên cứu ứng dụng công nghệ nano xử lý nước thải 1.2.1 Các nghiên cứu nước 1.3 Tổng quan bóng khí nano 13 1.3.1 Phân loại chế tạo bóng khí nano 13 1.3.2 Các nghiên cứu bóng khí nano ứng dụng để xử lý nước thải 17 1.3.2.4 Xử lý hóa lý kết hợp bóng khí nano 28 Chương ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1 Đối tượng nghiên cứu 30 2.2 Phạm vi nghiên cứu 30 2.2.1 Không gian 30 2.2.2 Thời gian 30 2.3 Nội dung nghiên cứu 30 2.4 Phương pháp nghiên cứu 30 2.4.1 Thu thập số liệu thứ cấp 30 ii 2.4.2 Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu 30 2.4.3 Phương pháp phân tích mẫu 32 2.4.4 Phương pháp tạo bóng khí nano phịng thí nghiệm 32 2.4.5 Phương pháp bố trí thí nghiệm 34 2.4.7 Phương pháp so sánh 39 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 Đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt điểm nghiên cứu 40 3.1.1 Đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt ký túc xá sau đại học 40 3.1.2 Đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt nhà hàng Bùi Mừng 41 3.1.3 Đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt công ty TNHH Yongboo Vina 42 3.2 Đánh giá số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý nước thải sinh hoạt bóng khí nano 44 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng khí nano đến hiệu suất xử lý 44 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất xử lý 46 3.4 Đánh giá hiệu xử lý nước thải sinh hoạt bóng khí nano 50 3.4.1 Hiệu xử lý nước thải sinh hoạt khu ký túc xá Học viện Nông nghiệp Việt Nam 51 3.4.2 Hiệu xử lý nước thải sinh hoạt Nhà hàng Bùi Mừng 53 3.4.3 Hiệu xử lý nước thải sinh hoạt Công ty TNHH Yongboo Vina 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 Kết luận 57 Kiến nghị 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 65 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần nước thải sinh hoạt Bảng 1.3: Các phương pháp tạo bóng khí nano 15 Bảng 1.4: Kết nồng độ chì silicon sau xử lý (tính mg/l) (37) 23 Bảng 2.1: Các phương pháp bảo quản mẫu 31 Bảng 2.2: Các phương pháp phân tích mẫu 32 Hình 2.3: Phương pháp dịng quay tốc độ cao tạo bóng khí nano 32 Bảng 3.1: Chất lượng nước thải sinh hoạt ký túc xá sau đại học 40 Bảng 3.2: Chất lượng nước thải sinh hoạt nhà hàng Bùi Mừng 41 Bảng 3.3: Chất lượng nước thải sinh hoạt công ty TNHH Yongbo Vina 43 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Hoạt động bóng khí nước (7) 14 Hình 1.2: Tỷ lệ phần trăm chất gây ô nhiễm khác xử lý thành cơng bóng khí micro-nano (35) 27 Hình 2.1: Phương pháp dịng quay tốc độ cao tạo bóng khí nano 32 Hình 2.2: Đo kích thước bóng khí thước 50 micromet 33 Hình 2.3: Đo kích thước bóng khí nano 34 Hình 2.4: Mẫu A nước thải để tự phân hủy 34 Hình 2.5: Mẫu B nước thải sục khí bóng khí thường 35 Hình 2.6: Mẫu C nước thải xử lý bóng khí nano 36 Hình 3.1: Hiệu suất xử lý chất hữu hàm lượng khí nano khác 45 Hình 3.2: Hiệu suất thu hồi cặn lơ lửng hàm lượng khí nano khác 45 Hình 3.3: Biểu đồ hiệu suất xử lý COD thu hồi cặn lơ lửng mẫu nước thải khu KTX khoảng thời gian khác 47 Hình 3.4: Biểu đồ hiệu suất xử lý COD thu hồi cặn lơ lửng mẫu nước thải Nhà hàng Bùi Mừng khoảng thời gian khác 48 Hình 3.5: Biểu đồ hiệu suất xử lý COD thu hồi cặn lơ lửng mẫu nước thải Công ty Youngbo Vina khoảng thời gian khác 49 Hình 3.6: Hiệu suất loại bỏ chất hữu nước thải khu ký túc xá 51 Hình 3.7: Hiệu suất thu hồi cặn lơ lửng nước thải khu ký túc xá 52 Hình 3.8: Hiệu suất xử lý COD nước thải nhà hàng Bùi Mừng 53 Hình 3.9: Hiệu suất thu hồi cặn lơ lửng nước thải sinh hoạt nhà hàng Bùi Mừng 54 Hình 3.10: Hiệu suất xử lý COD nước thải công ty TNHH Youngbo Vina 55 Hình 3.11: Hiệu suất thu hồi cặn lơ lửng nước thải công ty TNHH Youngbo Vina 56 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TNHH - Trách nhiệm hữu hạn BOD - BioChemical Oxygen Demand COD - Chemical Oxygen Demand DO - Dissloved Oxygen SS - Suspended solids TSS - Total suspended solids MBR - Membrane Bio- Reactor SRT - Thời gian lưu bùn MLSS - “Mixed liquor suspended solids” hỗn hợp chất rắn lơ lửng MBBR - Moving Bed Biofilm Reactor AAO - (Anaerobic - Anoxic SBR - Sequencing batch reactor QCVN - Quy chuẩn Việt Nam TCVN - Tiêu chuẩn Việt Nam MT - Môi trường PP - Polypropylene - Oxic) SMEWW - “Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water” phương pháp chuẩn kiểm tra nước nước thải KCN - Khu công nghiệp KTX - Ký túc xá vi TÓM TẮT KHÓA LUẬN Bài khóa luận nhằm nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ sục khí nano để xử lý nước thải sinh hoạt Mơ hình xử lý thực nghiệm áp dụng với nước thải sinh hoạt khu ký túc xá Học viện Nông nghiệp Việt Nam, nhà hàng Bùi Mừng, công ty TNHH Youngbo Vina Ban đầu, khóa luận vào phân tích tìm hiểu đặc trưng nước thải sinh hoạt điểm lấy mẫu Sau nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý để điều chỉnh, chọn điều kiện tối ưu hàm lượng khí nano thời gian xử lý cho khoảng nồng độ khác Cuối sử dụng điều kiện thích hợp áp dụng thí nghiệm trước để đánh giá hiệu xử lý nước thải sinh hoạt địa điểm cụ thể quan trọng so sánh hiệu xử lý nước thải sinh hoạt bóng khí nano bóng khí thơng thường Kết nghiên cứu cho thấy hiệu suất loại bỏ chất hữu khoảng thời gian 30 phút đầu lên tới 87,79% 58,11% cặn lơ lửng Các nghiên cứu bổ sung cần thiết để giải thách thức việc thương mại hóa bóng khí nano vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Phát triển kinh tế tồn cầu khơng thể tách rời tài nguyên nước Hiện nay, nhiều nước phát triển, tài nguyên nước phải đối mặt với thách thức lớn khan nước, cân mơ hình sản xuất phân phối nước, sử dụng nước hiệu thấp, hạn hán vấn đề môi trường khác Hơn nữa, lượng nước thải ngày tăng q trình thị hóa cơng nghiệp hóa nhanh chóng làm tăng đáng kể thách thức nguồn nước chất lượng Vì vậy, việc xử lý tái chế nước thải ngày cần thiết để đảm bảo cung cấp đủ nước Các phương pháp xử lý sinh học, chẳng hạn bùn hoạt tính, sử dụng để xử lý chất ô nhiễm từ nước thải công nghiệp nước thải sinh hoạt Tuy nhiên, phương pháp có nhược điểm chi phí lượng cao tạo lượng bùn lớn, dẫn đến tăng chi phí để xử lý nước thải Do đó, cần thiết phải phát triển công nghệ xử lý nước giải cách hiệu thách thức ngày gia tăng tình trạng khan nước cách bền vững Trong bối cảnh vậy, bóng khí nano lên cơng nghệ hữu ích sử dụng xử lý nước Theo Palwasha Khan cs, bóng khí nano bong bóng nhỏ có đường kính nanomet micromet có số đặc tính vật lý độc đáo giúp chúng hữu ích cho việc xử lý nước (1) Đặc tính độc đáo chúng chúng có đường kính nhỏ giúp tăng thời gian lưu lại nước, cung cấp lượng oxy hòa tan lớn cho vi sinh vật hoạt động, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng hóa học Các quy trình xử lý nước, chẳng hạn tuyển điện tuyển khơng khí hịa tan, cơng nghệ áp dụng bóng khí nano hiệu Việc sử dụng phương pháp áp dụng rộng rãi để khử chất ô nhiễm xử lý nước sinh hoạt cơng nghiệp, hoạt tính sinh học bóng khí nano cao Trong năm gần 3.4 Đánh giá hiệu xử lý nước thải sinh hoạt bóng khí nano Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt điểm nghiên cứu 3.1.1 Đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt ký túc xá sau đại học 3.1.2 Đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt nhà hàng Bùi Mừng 3.1.3 Đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt công ty TNHH Yongboo Vina 3.2 Đánh giá số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý nước thải sinh hoạt bóng khí nano 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng khí nano đến hiệu suất xử lý 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất xử lý 3.4 Đánh giá hiệu xử lý nước thải sinh hoạt bóng khí nano 3.4.1 Hiệu xử lý nước thải sinh hoạt khu ký túc xá Học viện Nông nghiệp Việt Nam 3.4.2 Hiệu xử lý nước thải sinh hoạt Nhà hàng Bùi Mừng 3.4.3 Hiệu xử lý nước thải sinh hoạt Công ty TNHH Yongboo Vina 80 PHẦN KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU STT Nội dung công việc Thời gian thực Chuẩn bị thông qua đề cương nghiên cứu Báo cáo tiến độ 05/2022 Thu thập số liệu thơng tin 05/2022 Tiến hành thí nghiệm 05/2022 Tổng hợp xử lý số liệu 06/2022 Viết báo cáo 06/2022 Thẩm định tiến độ/ Seminar 06/2022 Hồn thiện khóa luận 06/2022 Nộp bảo vệ khóa luận 07/2022 81 Từ 03/2022 đến 04/2022 PHỤ LỤC 2: SỐ LIỆU PHÂN TÍCH CÁC MẪU THÍ NGHIỆM Bảng: Hiệu suất xử lý COD TSS hàm lượng khí nano khác pH dung dịch 7,20 7,20 7,20 7,20 Thời gian phản ứng (phút) 60 60 60 Hàm Nồng độ lượng nước thải ban đầu (mg/l) khí nano COD TSS (l/phút) 655 74 0.5 655 74 655 74 1.5 655 74 Nồng độ nước thải sau phản ứng (mg/l) COD TSS 50.00 40.94 35.36 8,71 3.26 2.78 Hiệu suất (%) COD TSS 92.19 93.75 94.61 88.23 95.59 96.24 Mẫu nước thải sinh hoạt ký túc xá sau đại học Bảng Chất lượng nước thải sinh hoạt ký túc xá sau đại học STT Thông số Đơn vị Kết phân tích QCVN 14-MT: 2015 (B) pH - 7,20 ± 0,17 6-9 TSS mg/L 74 ± 125 BOD mg/L 409 ± 8,74 60 COD mg/L 655 ± 8,14 175 Bảng: Quá trình phân hủy tự nhiên pH Thời Nồng độ nước Nồng độ nước thải sau dung gian thải ban đầu phản ứng (mg/l) dịch phản (mg/l) Hiệu suất (%) ứng (phút) COD TSS COD TSS COD TSS 0 655 74 0 82 30 655 74 480 57 26.72 22.98 60 480 57 320 54 50 20.59 90 320 54 240 40 62.50 41.17 Bảng: Q xử lý bóng khí thơng thường pH Thời Lưu Nồng độ Nồng độ nước thải dung gian lượng nước thải ban sau phản ứng dịch phản khí đầu (mg/l) (mg/l) ứng (l/phút) (phút) Hiệu suất (%) COD TSS COD TSS COD TSS 0 0 655 74 0 30 3.5 655 74 320 46 51.14 37.84 60 3.5 320 46 80 40 87.50 41.17 90 3.5 80 40 70 31 89 54.51 Bảng: Q xử lý bóng khí nano pH Thời Hàm Nồng độ Nồng độ nước thải dung gian lượng nước thải ban sau phản ứng dịch phản khí đầu (mg/l) (mg/l) ứng nano (phút) (l/phút) COD TSS COD TSS COD TSS 0 0 655 74 0 7,16 30 0.5 655 74 80 31 87.79 58.11 7,16 60 0.5 80 31 50 92.19 88.23 7,16 90 0.5 50 40 93.75 95.59 83 Hiệu suất (%) Với mẫu nước thải sinh hoạt Nhà hàng Bùi Mừng Bảng Chất lượng nước thải sinh hoạt nhà hàng Bùi Mừng STT Thông số Đơn vị Kết phân tích QCVN 14-MT: 2015 (B) pH - 7,46 ± 0,1 6-9 TSS mg/L 169 ± 8,7 120 BOD mg/L 356 ± 7,55 60 COD mg/L 583 ± 8,19 175 Bảng: Quá trình phân hủy tự nhiên pH dung dịch Thời gian phản ứng (phút) Nồng độ nước thải ban đầu (mg/l) COD TSS Nồng độ nước thải sau phản ứng (mg/l) COD TSS 583 169 Hiệu suất (%) COD TSS 30 583 169 478 142 18.01 15.87 60 478 166 363 137 37.74 18.9 90 363 160 316 99 45.80 41.01 Bảng: Xử lý bóng khí thơng thường pH dung dịch Thời gian phản ứng (phút) Lưu Nồng độ lượng nước thải ban khí đầu (mg/l) (l/phút) COD TSS 0 Nồng độ nước thải sau phản ứng (mg/l) Hiệu suất (%) COD 583 TSS 169 COD TSS 0 30 3.5 583 169 340 120 41.68 28.48 60 3.5 340 141 208 109 64.32 35.04 90 3.5 208 129 191 81 67.24 51.55 84 Bảng: Xử lý bóng khí nano pH dung dịch Thời gian phản ứng (phút) Hàm Nồng độ lượng nước thải ban khí đầu (mg/l) nano (l/phút) COD TSS 0 Nồng độ nước thải sau phản ứng (mg/l) Hiệu suất (%) COD 583 TSS 169 COD TSS 0 30 0.5 583 169 266 91 54.37 45.81 60 0.5 266 107 195 60 66.55 64.26 90 0.5 195 71 139 47 76.16 72.07 Với mẫu nước thải sinh hoạt Công ty TNHH Yongboo Vina Bảng Chất lượng nước thải sinh hoạt công ty TNHH Yongboo Vina STT Thông số Đơn vị Kết phân tích pH - 7,47 ± 0,14 Tiêu chuẩn KCN Quế Võ 5,5 - TSS mg/L 125 ± 8,14 100 BOD mg/L 576 ± 60 COD mg/L 1013 ± 16 150 Bảng: Quá trình phân hủy tự nhiên pH dung dịch Nồng độ nước thải ban đầu (mg/l) Nồng độ nước thải sau phản ứng (mg/l) Thời gian phản ứng (phút) COD TSS COD TSS COD TSS 0 0 1013 125 0 30 1013 125 960 103 5.23 17.6 60 960 103 800 101 23.07 17.21 90 800 101 760 72 26.92 40.98 85 Hiệu suất (%) Bảng: Xử lý bóng khí thông thường pH Thời Lưu Nồng độ Nồng độ nước thải dung gian lượng nước thải ban sau phản ứng dịch phản khí đầu (mg/l) (mg/l) ứng (l/phút) (phút) Hiệu suất (%) COD TSS COD TSS COD TSS 0 0 1013 125 0 30 3.5 1013 125 800 95 21.03 24 60 3.5 800 95 760 91 26.92 25.41 90 3.5 760 91 720 69 30.77 43.44 Bảng: Xử lý bóng khí nano pH Thời Hàm Nồng độ Nồng độ nước thải dung gian lượng nước thải ban sau phản ứng dịch phản khí đầu (mg/l) (mg/l) ứng nano (phút) (l/phút) COD TSS COD TSS COD TSS 0 0 1013 125 0 30 0.5 1013 125 784 71 22.61 43.2 60 0.5 784 71 560 65 46.15 46.72 90 0.5 560 65 480 54 53.85 55.74 86 Hiệu suất (%) PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH Q TRÌNH BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM Hình Lưu lượng khí nano mức 0,5 lít/phút 87 Hình Phá mẫu phân tích hàm lượng COD 88 Hình Cân giấy lọc để đo hàm lượng TSS 89 Hình Chuẩn độ mẫu muối Mohr 90 Hình Mơ hình xử lý nước thải bóng khí nano 91 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Ngày 19 tháng 09 năm 2022 BẢN GIẢI TRÌNH SỬA CHỮA KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Kính gửi: - Ban Chủ nhiệm khoa Tài nguyên Môi trường - Bộ môn: Công nghệ môi trường Tên là: Đinh Tuấn Nghĩa Mã sinh viên: 621938 Lớp: K62KHMTA Sinh viên ngành: Khoa học môi trường Đã bảo vệ khóa luận tốt nghiệp Tiểu ban số ngày 15 tháng 09 năm 2022 Tên đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng bọt khí nano để xử lý nước thải sinh hoạt” Người hướng dẫn: ThS Lý Thị Thu Hà Tiểu ban chấm khóa luận tốt nghiệp u cầu tơi chỉnh sửa trước nộp khóa luận tốt nghiệp nội dung sau: STT Nội dung yêu cầu chỉnh Nội dung giải trình (*) Tại trang sửa Nêu rõ hàm lượng cấp khí Mẫu C cơng thức thí mẫu C 35 nghiệm với nước thải sinh hoạt bổ sung q trình sục khí bóng khí nano, với hàm lượng khí thay đổi từ 0,5 – 1,5 lít/phút tùy theo điều kiện thí nghiệm Mô tả phương pháp lấy mẫu Phương pháp lấy mẫu sau sau trình xử lý để đảm trình xử lý bảo độ tin cậy đánh giá Đối với COD: Nước thải 92 37 - 38 nồng độ COD, TSS sau trình xử lý lấy mẫu ngẫu nhiên bể phản ứng để đo hàm lượng chất hữu Đối với TSS: hàm lượng cặn lơ lửng nước thải loại bỏ trình tuyển nổi, trình hút cặn lơ lửng lên đường ống thu cặn đặt cách mặt nước 0,3 mm thực liên tục thời gian phản ứng Nước thải cặn sau hút lọc qua giấy lọc, sau tiến hành phân tích tiêu TSS cuối chia lượng cặn thu hồi lít nước thải vào ống thu cặn Kiến nghị đưa cần phù Do thời gian nghiên cứu hợp với nội dung mục ngắn, kiến thức hạn chế tiêu đề tài nên cần tiếp tục nghiên cứu số nội dung sau: -Tiếp tục khảo sát bổ sung thí nghiệm quy mơ lớn đánh giá hiệu xử lý chất hữu 93 58 cặn lơ lửng bóng khí nano - Nghiên cứu kết hợp q trình sục khí bóng khí nano với cơng nghệ ozon để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cao 1000 mg/l Rà soát lại mục - - Đã kiểm tra xóa phần 59 phần tài liệu tham khảo tài liệu tham khảo khơng có khóa ln Tơi chỉnh sửa hồn thiện khóa luận tốt nghiệp theo u cầu Tiểu ban Vậy tơi kính mong thầy/cơ hướng dẫn xác nhận để tơi có sở nộp khóa luận tốt nghiệp theo quy định Học viện Tôi xin chân trọng cảm ơn! NGƯỜI HƯỚNG DẪN SINH VIÊN 94