(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu đánh giá tiềm năng úng 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 VÀ ĐÀO TẠO 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 VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC 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 1.1.1 Các công nghệ chưng cất nhiệt 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 cơng 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 lôi 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 dịng vào lên đặc trưng lơi dung dịch lôi 73 3.4.3 Kết khảo sát ảnh hưởng chênh lệch áp suất dòng vào lên đặc trưng lôi 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 hòa tan) Forward Osmosis (thẩm thấu xuôi) 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 O&G PCBs PP PRO QCVN RO SDGs SEM SWRO Nano Filtration (lọc màng kích thước nano) Oils and Greases (dầu mỡ) Polychlorinated Biphenyls (các hợp chất biphenyl đa clo hóa) Polypropylene (nhựa polypropylen) Pressure Retarded Osmosis (Thẩm thấu xuôi giảm áp) Quy chuẩn Việt Nam Reverse Osmosis (thẩm thấu ngược) Sustainable Development Goals (Các Mục tiêu Phát triển Bền vững) 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 .4 Bảng 1.2 Một số chất lôi cuốn/ dung dịch lôi sử hệ thống khử mặn vận dụng cơng nghệ lọc FO, phương pháp hồn ngun 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 thơng 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 lơi phụ thuộc lưu lượng dịng 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 lơi phụ thuộc hướng dịng 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