Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.Nghiên cứu quá trình nitrat hóa bán phần kết hợp với sinh khối dạng hạt ứng dụng để xử lý amoni trong môi trường nước.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Văn Tuyến NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH NITRAT HÓA BÁN PHẦN KẾT HỢP VỚI SINH KHỐI DẠNG HẠT ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2023 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Văn Tuyến NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH NITRAT HĨA BÁN PHẦN KẾT HỢP VỚI SINH KHỐI DẠNG HẠT ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Chun ngành: HĨA MƠI TRƯỜNG Mã số: 9440112.05 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đỗ Quang Trung TS Trần Hùng Thuận Hà Nội - 2023 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, hồn thành hướng dẫn PGS.TS Đỗ Quang Trung TS Trần Hùng Thuận Các số liệu, kết nghiên cứu kết luận Luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả xin chịu trách nhiệm trước pháp luật đạo đức khoa học lời cam đoan Tác giả luận án Nguyễn Văn Tuyến LỜI CẢM ƠN Luận án thực Phịng thí nghiệm Hóa mơi trường, Khoa Hóa học - trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Đây không nơi đào tạo giúp nghiên cứu sinh trưởng thành hoạt động nghiên cứu khoa học, nghề nghiệp mà nơi để nghiên cứu sinh chia sẻ khúc mắc gặp phải trình học tập, thực luận án Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới PGS.TS Đỗ Quang Trung TS Trần Hùng Thuận tận tình giúp đỡ tác giả từ bước xây dựng hướng nghiên cứu, ủng hộ, động viên hỗ trợ điều kiện tốt suốt q trình nghiên cứu hồn thiện luận án Tác giả trân trọng cảm ơn Lãnh đạo, chuyên gia, nhà khoa học quan hữu quan có góp ý khoa học hỗ trợ nguồn tài liệu, số liệu cho tác giả suốt trình thực luận án Xin chân thành cảm ơn thầy, cô Phịng thí nghiệm Hóa Mơi trường, Khoa Hóa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên anh chị em đồng nghiệp Trung tâm Công nghệ Vật liệu, Viện Ứng dụng Công nghệ tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận án Tác giả xin gửi lời tri ân tới thành viên gia đình, người thân, bạn bè đồng nghiệp động viên tinh thần, chia sẻ khó khăn mà người phải gánh vác q trình nghiên cứu hồn thiện luận án của nghiên cứu sinh Tác giả luận án MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 10 Chương 1: TỔNG QUAN 15 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ AMONI TRONG MÔI TRƯỜNG .15 1.1.1 Các dạng tồn amoni môi trường 15 1.1.2 Ô nhiễm amoni môi trường nước 16 1.1.3 Công nghệ xử lý amoni môi trường nước .17 1.2 QUÁ TRÌNH NITRAT HÓA BÁN PHẦN 21 1.2.1 Cơ chế q trình nitrat hóa bán phần 21 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới q trình nitrat hóa bán phần 23 1.3 SINH KHỐI DẠNG HẠT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 37 1.3.1 Giới thiệu công nghệ 37 1.3.2 Nguyên vật liệu chế tạo sinh khối dạng hạt .40 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ NITRAT HĨA BÁN PHẦN KẾT HỢP VỚI SINH KHỐI DẠNG HẠT TRONG XỬ LÝ NƯỚC .42 Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 52 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 52 2.2 HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 52 2.2.1 Hóa chất thí nghiệm 52 2.2.2 Thiết bị thí nghiệm 52 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 53 2.3.1 Sơ đồ nghiên cứu 53 2.3.2 Nghiên cứu hồn thiện quy trình vận hành trình PN 55 2.3.3 Nghiên cứu chế tạo sinh khối dạng hạt sở hỗn hợp gel polyvinyl alcohol/natri alginate/graphen oxit .64 2.3.4 Khảo sát khả xử lý amoni môi trường nước trình nitrat hóa bán phần kết hợp sinh khối dạng hạt gel PVA/SA/GO 67 2.4 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 69 2.4.1 Phương pháp phân tích chất lượng nước 69 2.4.2 Phương pháp đánh giá tính chất hóa lý sinh khối dạng hạt 69 2.4.3 Các phương pháp tính tốn xử lý số liệu .72 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 74 3.1 HỒN THIỆN QUY TRÌNH VẬN HÀNH Q TRÌNH NITRAT HĨA BÁN PHẦN 74 3.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ tỉ lệ độ kiềm/amoni tới giai đoạn thích nghi q trình PN 74 3.1.2 Ảnh hưởng thông số vận hành khác tới trình PN 83 3.1.3 Tiểu kết 104 3.2 CHẾ TẠO SINH KHỐI DẠNG HẠT BẰNG HỖN HỢP GEL POLYVINYL ALCOHOL/NATRI ALGINATE/GRAPHEN OXIT (PVA/SA/GO) 105 3.2.1 Ảnh hưởng GO tới tính chất lý sinh khối dạng hạt 105 3.2.2 Ảnh hưởng GO tới hoạt tính sinh học sinh khối dạng hạt 115 3.2.3 Tiểu kết 120 3.3 KHẢ NĂNG XỬ LÝ AMONI CỦA Q TRÌNH NITRAT HĨA BÁN PHẦN KẾT HỢP SINH KHỐI DẠNG HẠT GEL POLYVINYL ALCOHOL/NATRI ALGINATE/GRAPHEN OXIT 121 3.3.1 Hiệu xử lý với mẫu nước thải giả lập 121 3.3.2 Hiệu xử lý với mẫu nước thải chăn nuôi lợn sau biogas 124 3.3.3 Tiểu kết 127 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 128 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 130 TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu AOB AOA Tiếng Anh Ammonia-oxidizing bacteria Ammonia-oxidizing archaea Tiếng Việt Vi sinh vật oxy hóa amoni Cổ khuẩn oxy hóa amoni ARE A/O Ammonia removal efficiency Anoxic/oxic Hiệu xử lý amoni Thiếu khí/hiếu khí Anammox Anaerobic ammonium Oxy hóa kỵ khí amoni oxidation BOD C/N COD Biochemical oxygen demand Carbon/nitrogen ratio Chemical oxygen demand Nhu cầu oxy hóa sinh học Tỉ lệ carbon/nitơ Nhu cầu oxy hóa học CSTR Continuous stirred tank reactors Dissolved oxygen Bể phản ứng dòng chảy liên tục Oxy hòa tan EPS Extracellular polymeric substances Polyme ngoại bào FA FNA Free ammonia Free nitrous acid Amoniac Axit nitrous GO HRT K/A MBBR Graphene oxide Hydraulic retention time Alkalinity/ammonia Moving bed biofilm reactor MBR Membrane bioreactor Graphen oxit Thời gian thủy lực Tỉ lệ kiềm/amoni Bể phản ứng dùng giá thể vi sinh chuyển động Bể phản ứng kiểu màng sinh học MLSS MLVSS Mixed liquor suspended solid Mixed liquor volatile suspended solid Nitrite accumulation rate Nitrogen loading rate Nitrit-oxidizing bacteria Organic loading rate Oxygen uptake rate DO NAR NLR NOB OLR OUR Chất rắn lơ lửng bể xử lý Tổng chất rắn lơ lửng bay bể xử lý Tỉ lệ tích lũy nitrit Tải lượng niơ Vi sinh vật oxy hóa nitrit Tải trọng hữu Tốc độ tiêu thụ oxy Kí hiệu PVA Tiếng Anh Polyvinyl alcohol Tiếng Việt Rượu polyvinyl PN Partial nitrification Nitrat hóa bán phần BBD- RSM Box – Behnken- Response Phương pháp bề mặt đáp ứng SA surface methodology Sodium alginate theo thiết kế Box – Behnken Natri alginate SBR SEM SF Sequencing batch reactor Bể xử lý hoạt động theo mẻ Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét Spherical factor Single reactor system for high ammonium removal over nitrite Chỉ số hình thái Bể xử lý amoni hiệu suất cao SR SRT Single-stage nitrogen removal using anammox and partial nitritation Swelling ratio Sludge retention time Bể xử lý nitơ tích hợp q trình anammox nitrat hóa bán phần Độ trương nở Thời gian lưu bùn SS SV30 Suspended solid Sludge volume after 30 Chất rắn lơ lửng Thể tích bùn lắng sau 30 phút SVI TN TP UASB minutes Sludge volume index Total nitrogen Total phosphorus Upflow anaerobic sludge blanket reactor SHARON SNAP Chỉ số thể tích bùn Tổng nitơ Tổng phốt Bể xử lý sinh học dòng chảy lên qua tầng bùn kỵ khí Vi sinh vật VSV DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Nồng độ amoni trung bình số loại nước thải cơng nghiệp nông nghiệp .16 Bảng 1.2: Giới hạn ức chế FA tới AOB NOB số nghiên cứu 26 Bảng 1.3: Tổng hợp tỉ lệ độ kiềm/amoni số nghiên cứu liên quan tới q trình nitrat hóa bán phần 29 Bảng 1.4: Tổng hợp tỉ lệ C/N số nghiên cứu liên quan tới trình PN 34 Bảng 1.5: Tổng quan số nghiên sử dụng sinh khối hoạt tính dạng hạt kết hợp với vi sinh vật tham gia trình PN .48 Bảng 2.1 Danh mục thiết bị hệ xử lý .57 Bảng 2.2 Thông số vận hành để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ .58 Bảng 2.3 Thơng số vận hành q trình PN theo giai đoạn 60 Bảng 2.4 Các biến độc lập thiết kế Box – Behnken 63 Bảng 2.5 Ma trận kế hoạch thực nghiệm BBD - RSM .63 Bảng 2.6 Thông số nước thải chăn nuôi sau biogas (n=37) .68 Bảng 3.1 Ma trận thực nghiệm với yếu tố kết thực nghiệm .94 Bảng 3.2 Kết phân tích ANOVA với hàm mục tiêu ARE 95 Bảng 3.3 Kết phân tích ANOVA với hàm mục tiêu NAR 96 Bảng 3.4 Giá trị thực nghiệm theo thông số tối ưu 103 Bảng 3.5 Mối tương quan nồng độ SR GO hạt gel PVA/SA 108 Bảng 3.6 Mối tương quan độ bền học hàm lượng GO hạt gel PVA/SA 108 Bảng 3.7 Diện tích bề mặt riêng phân bố kích thước lỗ hạt gel GO1 GO6 114 Bảng 3.8 So sánh OUR hai loại hạt gel 116