Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy, cô giáo, cán bộ trong Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã - truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu tr
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ Nghiên cứu sử dụng chất thải nông nghiệp làm vật liệu xử lý amoni nước PHẠM VĂN PHÚ phuhy20101992@gmail.com Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Lệ Minh Bộ môn: Công nghệ môi trường Viện: Khoa học Công nghệ Môi trường HÀ NỘI, 04/2020 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132020931000000 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ Nghiên cứu sử dụng chất thải nông nghiệp làm vật liệu xử lý amoni nước PHẠM VĂN PHÚ phuhy20101992@gmail.com Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Lệ Minh Chữ ký GVHD Bộ môn: Công nghệ môi trường Viện: Khoa học Công nghệ Môi trường HÀ NỘI, 04/2020 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc TS Trần Lệ Minh tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, góp ý cho tơi q trình nghiên cứu hồn thành luận văn thạc sĩ Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể thầy, cô giáo, cán Viện Khoa học Công nghệ Môi trường - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội truyền đạt cho kiến thức quý báu suốt thời gian học tập Trường làm nghiên cứu phịng thí nghiệm Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp quan tâm, giúp đỡ q trình học tập, nghiên cứu hồn thành Luận văn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 29 tháng 04 năm 2020 Tác giả PHẠM VĂN PHÚ i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tơi thực chương trình đào tạo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu kết luận văn trung thực chưa cơng bố Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung Luận văn Tác giả PHẠM VĂN PHÚ ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích, mục tiêu nghiên cứu .2 Đối tượng, phương pháp phạm vi nghiên cứu Những đóng góp luận văn .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn Bố cục luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan tình hình ô nhiễm amoni nước nước thải 1.1.1 Một số đặc tính ion amoni 1.1.2 Nguyên nhân trạng ô nhiễm amoni nước 1.1.3 Ảnh hưởng ô nhiễm amoni đến môi trường người 1.2 Một số phương pháp xử lý amoni nước nước thải 10 1.2.1 Xử lý amoni chất oxy hoá 10 1.2.2 Phương pháp kiềm hóa làm thống 11 1.2.3 Phương pháp trao đổi ion .11 1.2.4 Phương pháp sinh học 13 1.2.5 Phương pháp hấp phụ .13 1.2.6 Phương pháp lọc màng thẩm thấu ngược 14 1.3 Xử lý amoni nước biochar 15 1.3.1 Đặc điểm Biochar chế tạo từ chất thải nông nghiệp 15 1.3.2 Cơ chế xử lý amoni nước vật liệu Biochar 20 iii 1.3.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ dung dịch vật liệu sinh học 21 1.3.4 Một số phương trình đẳng nhiệt mơ tả q trình hấp phụ nước vật liệu sinh học 24 1.3.5 Một số phương trình động học mô tả phản ứng hấp phụ 27 1.4.Tình hình nghiên cứu sử dụng Biochar chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp để xử lý amoni nước 29 1.4.1.Tình hình nghiên cứu Việt Nam .29 1.4.2.Tình hình nghiên cứu giới 30 CHƯƠNG 34 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 34 2.1 Vật liệu hấp phụ 34 2.1.1 Nguồn gốc vật liệu 34 2.1.2 Chế tạo vật liệu 35 2.2 Hóa chất thiết bị 37 2.3 Phương pháp nghiên cứu 38 2.4 Quy trình thực nghiệm 40 2.4.1 Khảo sát sơ lựa chọn vật liệu hấp phụ 40 2.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian đến trình than hóa .40 2.4.3 Xác định ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến hiệu suất xử lý 41 2.4.4 Xác định ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý 42 2.4.5 Xác định hưởng tỷ lệ rắn – lỏng đến hiệu suất xử lý 42 2.4.6 Khảo sát khả hấp phụ amoni nước thải than sinh học 43 2.5 Phương pháp đo phân tích 43 2.5.1 Phương pháp chưng cất chuẩn độ 43 2.5.2 Phương pháp so màu 44 2.6 Xử lý thống kê biểu diễn số liệu thực nghiệm 45 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 3.1 Một số yếu tố ảnh hưởng đến trình chế tạo vật liệu 47 3.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nhiệt phân 47 3.1.2 Ảnh hưởng thời gian nhiệt phân 48 iv 3.1.3 Hoạt hóa vật liệu 48 3.2 Xác định đặc tính vật liệu 49 3.3 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc 51 3.4 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý 53 3.5 Ảnh hưởng tỷ lệ rắn lỏng 55 3.6 Đẳng nhiệt hấp phụ 57 3.7 Động học trình hấp phụ amoni dung dịch 61 3.8 Khảo sát khả hấp phụ amoni nước thải than sinh học 64 3.8.1 Xử lý amoni nước thải hồ chứa xỉ nhà máy Nhiệt Điện Mông Dương 64 3.8.2 Xử lý amoni nước ngầm 65 KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 74 PHỤ LỤC MỘT SỐ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .74 PHỤ LỤC KẾT QUẢ ĐO DIỆN TÍCH BỀ MẶT BET .81 PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM 85 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu Co Nồng độ dung dịch amoni đầu vào qe Dung lượng hấp phụ qm Dung lượng hấp phụ cực đại R/L Tỉ lệ rắn – lỏng t Thời gian tiếp xúc Danh mục từ viết tắt Từ viết tắt HUST INEST FTIR SEM Tiếng Anh Tiếng Việt Hanoi University of Science and Technology School of Environmental Science and Technology Fourier Transform InfraRed Scanning Electronic Microscope vi Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Khoa học Công nghệ Môi trường Phổ hồng ngoại Kính hiển vi điện tử quét DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Nồng độ amoni số loại nước thải Bảng 1.2 Các dạng nhiệt phân phân bố sản phẩm ………………………… 17 Bảng 1.3 Các phương pháp biến tính biochar ………………………………… 18 Bảng 1.4 Các dạng đường thẳng Langmuir 26 Bảng 1.5 Một số kết nghiên cứu xử lý NH4+ sử dụng vật liệu TSH chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp………………………………………… …… 33 Bảng 2.1 Nghiên cứu sơ để so sánh hiệu loại bỏ amoni số vật liệu ……………………………………………………………………………….…… 40 Bảng 3.1 Hằng số đẳng nhiệt Langmuir xử lý amoni…………………… 58 Bảng 3.2 Hằng số đẳng nhiệt Freundlich xử lý amoni…………………… 59 Bảng 3.3 Khả hấp phụ amoni BCFH, BCFH-NaOH, BCFHH2SO4………………………………………………………………………………… 60 Bảng 3.4 Động học bậc trình hấp phụ amoni …………………… 61 Bảng 3.5 Động học bậc trình hấp phụ amoni …………………… 61 Bảng 3.6 Kết thực nghiệm xử lý nước thải nhà máy nhiệt điện Mông Dương………………………………………………………………………………… 65 Bảng 3.7 Kết thực nghiệm xử lý nước ngầm nhiễm amoni BCFHNaOH………………………………………………………………………………… 65 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc phân tử ion amoni …………………………………… Hình 1.2 Ảnh hưởng pH đến tồn ion amoni ammoniac… Hình 1.3 Diễn biến hàm lượng amoni số song, kênh, mương nội thành Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh giai đoạn 2012-2016………… Hình 1.4 Hàm lượng amoni nước đất số địa phương giai đoạn 2011-2014……………………………………………… Hình 1.5 Cấu trúc phân tử xenllulo……………………………………………… 16 Hình 1.6 Mơ hình cấu trúc graphitic microcrystalline (a), hình ảnh biochar kính hiển vi điện tử quét (b), cấu trúc vòng thơm chứa oxy gốc C tự (c)……………………………………………………… 19 Hình 1.7 Cơ chế hấp phụ NH4+ vật liệu biochar………………………… 20 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chế tạo vật liệu BCFH, BCFH – NaOH, BCFH – H2SO4………………………………………………………………………………… 36 Hình 2.2 Sơ đồ thực theo mẻ gián đoạn ………………………………… 39 Hình 2.3 Đường chuẩn amoni…………………………………………………… 45 Hình 3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình than hóa…………………… 47 Hình 3.2 Ảnh hưởng thời gian nhiệt phân đến hiệu suất loại bỏ amoni TSH……………………………………………………………………………… 48 Hình 3.3 Ảnh hưởng hóa chất hoạt hóa đến hiệu suất loại bỏ amoni… 49 Hình 3.4 Ảnh SEM vật liệu (a) BCFH (b) BCFH-NaOH……………… 50 Hình 3.5 Phổ hồng ngoại vật liệu (a) BCFH (b) BCFH-NaOH……… 51 Hình 3.6 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc đến hiệu suất xử lý amoni BCFH, BCFH – NaOH, BCFH – H 2SO4 ……………………………………… 52 viii