Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thụ từ xơ dừa để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - BÙI THỊ LAN ANH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ XƠ DỪA ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG NƢỚC THẢI BỆNH VIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội –2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - BÙI THỊ LAN ANH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ XƠ DỪA ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG NƢỚC THẢI BỆNH VIỆN Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ngƣơi hƣơng dân khoa hoc: PGS.TS TRỊNH VĂN TUYÊN ̀ ́ ̃ ̣ TS PHẠM THỊ THÚY Hà Nội –2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thực chƣơng trình đào tạo trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội Các số liệu kết luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Hà Nội, ngày 02 tháng 01 năm 2016 Ngƣời thực luận văn Bùi Thị Lan Anh LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, trƣớc hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Trịnh Văn Tuyên - Viện Công nghệ môi trƣờng - Viện hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam; TS Phạm Thị Thúy – Khoa môi trƣờng – Trƣờng đại học khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội dành nhiều thời gian tâm huyết hƣớng dẫn em nghiên cứu hoàn thành tốt luận văn Em xin cảm ơn thầy cô Bộ môn Công nghệ - Khoa môi trƣờng – Trƣờng đại học Khoa học tự nhiên giúp đỡ, tạo điều kiện, tận tình dạy bảo truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt trình học tập giúp em hoàn thiện luận văn Em xin cảm ơn anh chị Viện Công nghệ môi trƣờng – Viện hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam tận tình dạy bảo, trang bị kiến thức giúp em hoàn thành luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình bạn bè, ngƣời thân động viên tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt luận văn Một lần em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 02 tháng 01 năm 2016 Ngƣời thực luận văn Bùi Thị Lan Anh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH 10 MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẪN ĐỀ NGHIÊN CỨUError! Bookmark not defined 1.1 Tổng quan tình hình ô nhiễm amoni nƣớc thải bệnh việnError! Bookmark not defined 1.2 Giới thiệu công nghệ xử lý nƣớc thải bệnh viện E – Hà NộiError! Bookmark not defined 1.3 Một số phƣơng pháp xử lý amoni nƣớc thảiError! Bookmark not defined 1.3.1 Phƣơng pháp Clo hóa Error! Bookmark not defined 1.3.2 Phƣơng pháp kiềm hóa làm thoáng Error! Bookmark not defined 1.3.3 Phƣơng pháp Ozon hóa với xúc tác BrommuaError! Bookmark not defined 1.3.4 Phƣơng pháp trao đổi ion Error! Bookmark not defined 1.3.5 Phƣơng pháp sinh học Error! Bookmark not defined 1.3.6 Phƣơng pháp hấp phụ Error! Bookmark not defined 1.4 Công trình nghiên cứu xử lý amoni nƣớc thải giới Việt NamError! Bookmark not defined 1.4.1 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni nƣớc thải giới Error! Bookmark not defined 1.4.2 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni nƣớc thải Việt Nam Error! Bookmark not defined 1.5 Hiện trạng số biện pháp xử lý xơ dừa Việt NamError! Bookmark not defined 1.5.1 Hiện trạng xơ dừa Việt Nam Error! Bookmark not defined 1.5.2 Biện pháp xử lý xơ dừa Việt Nam Error! Bookmark not defined 1.6 Tổng quan tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa giới Việt Nam Error! Bookmark not defined 1.6.1 Tổng quan phƣơng pháp cacbon hóa Error! Bookmark not defined 1.6.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa giớiError! Bookmark not defined 1.6.3 Tình hình nghiên cứu cacbon hóa Việt NamError! Bookmark not defined Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUError! Bookmark not defined 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.2 Dụng cụ thí nghiệm Error! Bookmark not defined 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3.1 Phƣơng pháp tài liệu Error! Bookmark not defined 2.3.2.Phƣơng pháp thực nghiệm Error! Bookmark not defined 2.3.2.1 Thực nghiệm chế tạo than cacbon hóa xơ dừa Error! Bookmark not defined 2.3.2.2 Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ than cacbon hóa xơ dừa dạng viên Error! Bookmark not defined 2.3.2.3 Thực nghiệm hấp phụ dạng tĩnh Error! Bookmark not defined 2.3.2.4 Thực nghiệm hấp phụ dạng cột Error! Bookmark not defined 2.3.3 Phƣơng pháp phân tích Error! Bookmark not defined Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Đánh giá trình thực nghiệm cacbon hóa Error! Bookmark not defined 3.1.1 Khảo sát biến đổi nhiệt độ buồng cacbon hóaError! defined Bookmark not 3.1.2 Khảo sát tỷ lệ nƣớc vật liệu thí nghiệmError! Bookmark not defined 3.1.3 Khảo sát tỷ trọng đổ đống vật liệu xơ dừaError! Bookmark not defined 3.1.4 Khảo sát độ tro hóa xơ dừa Error! Bookmark not defined 3.1.5 Khảo sát hiệu suất thu hồi sản phẩm vật liệu tiến hành cacbon hóa Error! Bookmark not defined 3.2 Khảo sát lựa chọn loại than tối ƣu cho trình hấp phụ amoni nƣớc thải bệnh viện Error! Bookmark not defined 3.3 Đánh giá hiệu hấp phụ amoni vật liệu hấp phụ qua trình hấp phụ tĩnh Error! Bookmark not defined 3.3.1 Đánh giá hiệu hấp phụ amoni than cacbon hóa qua thay đổi dải pH Error! Bookmark not defined 3.3.2 Đánh giá ảnh hƣởng dung lƣợng hấp phụ đến trình xử lý amoni nƣớc thải bệnh viện Error! Bookmark not defined 3.3.3 Ảnh hƣởng thời gian hấp phụ Error! Bookmark not defined 3.3.4 Ảnh hƣởng tỷ lệ rắn: lỏng Error! Bookmark not defined 3.3.5 So sánh hiệu suất hấp phụ than hoạt tính gáo dừa thị trƣờng với than cacbon hóa xơ dừa chế tạo Error! Bookmark not defined 3.4 Đánh giá hiệu hấp phụ amoni vật liệu hấp phụ chế tạo từ trình cacbon hóa theo cột Error! Bookmark not defined 3.4.1 Hiệu hấp phụ amoni vật liệu hấp phụ 100% than cacbon hóa từ xơ dừa Error! Bookmark not defined 3.4.2 Hiệu hấp phụ amoni vật liệu hấp phụ dạng viênError! Bookmark not defined KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu oxy hóa sinh học BTNMT Bộ tài nguyên môi trƣờng COD Nhu cầu oxy hóa hóa học NH4+ Amoni QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TOC Tổng cacbon DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần nguồn phát sinh nƣớc thải bệnh việnError! Bookmark not defined Bảng 1.2 Chất lƣợng nƣớc thải số bệnh viện khu vực phía BắcError! Bookmark not defined Bảng 1.3 Kết phân tích số tiêu ô nhiễm bệnh viện EError! Bookmark not defined Bảng 1.4 Hiệu suất thu hồi sản phẩm cacbon từ chất thải rắn nông nghiệp …… Error! Bookmark not defined Bảng 1.5 TOC than carbon hóa từ vật liệu khác Error! Bookmark not defined Bảng 1.6 Kích thƣớc diện tích bề mặt riêng than cacbon hóaError! Bookmark not defined vật liệu khác Error! Bookmark not defined Bảng 2.1 Danh mục thiết bị cần thiết cho trình nghiên cứuError! Bookmark not defined Bảng 2.2 Danh mục hóa chất cần thiết cho nghiên cứu Error! Bookmark not defined Bảng 2.3 Hóa chất lập đƣờng chuẩn xác định N-NH4+ theo phƣơng pháp NesslerError! Bookmark not defined Bảng 3.1 Tỉ trọng xơ dừa Error! Bookmark not defined Bảng 3.2 Độ tro hóa xơ dừa Error! Bookmark not defined Bảng 3.3 Hiệu suất thu hồi sản phẩm từ xơ dừa T=3000C, T= 400oC, T= 500oCError! Bookmark not defined Bảng 3.4 Nồng độ NH4+ sau điều chỉnh pH Error! Bookmark not defined Bảng 3.5 Các thông số xác định phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Error! Bookmark not defined Bảng 3.6 Các thông số xác định phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ xử lý nƣớc thải bệnh viện E Error! Bookmark not defined Hình 1.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ Error! Bookmark not defined Hình 1.3 Lò nung cacbon hoá đặt Viện Công nghệ môi trƣờng mẫu tre khô trƣớc cabon hoá mẫu than Error! Bookmark not defined Hình 1.4 Ảnh SEM than cacbon hoá Error! Bookmark not defined thành phần chất thải: a) gỗ; b) tre; c) vải; d) giấy Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Sơ đồ thực nghiệm trình Cacbon hóa Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo thiết bị thí nghiệm Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Lò nung Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo thiết bị thí nghiệm pilot Error! Bookmark not defined Hình 2.5 Mô hình thiết bị Jartest trình thí nghiệm hấp phụError! Bookmark not defined Hình 2.6 Sơ đồ hệ nghiên cứu thực nghiệm liên tục Error! Bookmark not defined Hình 2.7 Phƣơng trình đồ thị đƣờng chuẩn amoni Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ lò cacbon hóaError! Bookmark not defined Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn tỉ lệ bay nƣớc xơ dừa theo thời gianError! Bookmark not defined Hình 3.3 Đồ thị biến đổi hiệu suất thu hồi sản phẩm theo thời gianError! Bookmark not defined mức nhiệt độ khác Error! Bookmark not defined Hình 3.4 Xơ dừa sau nung nhiệt độ T = 3000CError! Bookmark not defined Hình 3.5 Xơ dừa sau nung nhiệt độ T = 4000CError! Bookmark not defined Hình 3.6 Xơ dừa sau nung nhiệt độ T = 5000CError! Bookmark not defined Hình 3.7 Đồ thị dung lƣợng hấp phụ amoni loại than cacbon hóa chế tạo nhiệt độ thời gian khác Error! Bookmark not defined Hình 3.8 Kích thƣớc mao quản than cacbon hóa xơ dừa Error! Bookmark not defined T= 500oC, t= 30 phút Error! Bookmark not defined Hình 3.9 Ảnh hƣởng pH đến hiệu suất xử lý NH4+Error! Bookmark not defined Hình 3.10 Đồ thị ảnh hƣởng nồng độ ban amoni đến hiệu suất xử lý Error! Bookmark not defined Hình 3.11Đƣờng đẳng nhiệt Langmuir Error! Bookmark not defined Hình 3.12 Đƣờng đẳng nhiệt Freundlich Error! Bookmark not defined Hình 3.13 Đồ thị ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất xử lý amoniError! Bookmark not defined Hình 3.14 Ảnh hƣởng khối lƣợng than đến hiệu suất xử lý NH4+Error! Bookmark not defined Hình 3.15 So sánh khả hấp phụ than hoạt tính thị trƣờngError! Bookmark not defined than cacbon chế tạo Error! Bookmark not defined Hình 3.16 Khả hấp phụ vật liệu hấp phụ mô hình dạng cộtError! Bookmark not defined Hình 3.17 Khả hấp phụ vật liệu dạng viên Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt Nguyễn Việt Anh (2005), Nghiên cứu xử lý amoni nước ngầm phương pháp sinh học, Bảo vệ môi trƣờng số 3, trang 22-24 Lƣơng Văn Anh (2013), Xử lý amoni nước ngầm bể lọc sinh học cần mở rộng cho hệ thống cấp nước nông thôn, Khoa học kỹ thuật thủy lợi môi trƣờng, số 43, trang 43-47 Báo nông nghiệp & PTNT (2007), Báo cáo tình hình phế phẩm nông nghiệp, Hà Nội Bộ Tài nguyên Môi trƣờng (2010) Quy chuẩn nước thải bệnh viện QCVN 282010 ngày 16/12/2010 Bộ y tế, Viện sức khỏe nghề nghiệp môi trƣờng (2014), Báo cáo tính chất thành phần nước Bộ y tế, cục quản lý môi trƣờng y tế (2015), Hướng dẫn áp dụng công nghệ xử lý nước thải y tế , Dự án hỗ trợ xử lý chất thải bệnh viện, Nhà xuất y học Hà Nội Nguyễn Bin (2004), Giáotrình trình, thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm , tập - NXB Khoa học Kĩ thuật Hà Nội Ngô Kim Chi (2013), Phát triển công nghệ chuyển hoá tài nguyên Biomass, tạp chí Khoa học Công nghệ, số 14, tr.31 Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải Nhà Xuất Bản thống kê Hà Nội 10 Đào Văn Đông (2007), Nghiên cứu góp phần hoàn thiện công nghệ sản xuất phụ, gia tro trấu Việt Nam, pp.2-8 11 Cao Ngọc Điệp, Nguyễn Thị Hoàng Nam (2012), Ứng dụng vi khuẩn Pseudomonas Stutzeri Acinetobacter Lwoffii loại bỏ amoni nước thải từ rác hữu cơ, Tạp chí khoa học, tr 1-8 12 Trần Quang Ninh (2010),Tổng luận công nghệ xử lý chất thải rắn số nước Việt Nam, Trung tâm thông tin khoa học công nghệ quốc gia 13 Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải , NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 14 Nguyễn thị Yến Nhi, Huỳnh Thị Ngọc Trinh (2012), Nghiên cứu cấu trúc tính hấp phụ ammonium nước than trà Bắc, Khoa học công nghệ, số 06, trang 2-6 15 Trần Hiếu Nhuệ, Ƣng Quốc dũng, Nguyễn Thị Kim Thái, (2001), Quản lý chất thải rắn – tập Chất thải rắn đô thị”, Nxb Xây dựng, Hà Nội 16 Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải (2004), Công nghệ xử lý nước thải bệnh viện, NXB KHKT, Hà Nội 17 Nguyễn Xuân Nguyên, Trần Quang Huy (2004), Công nghệ xử lỷ chát thải chất thải rắn, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, trang 41-43 18 Đào Ngọc Phong, Nguyễn Thị Thái, Đỗ Văn Hợi (1998), Đánh giá ô nhiễm môi trường khả lây truyền bệnh nước thải bệnh viện gây Hà Nội, Kỷ yếu hội thảo Quản lý chất thải bệnh viện, Hà Nội 19 Nguyễn Hữu Phú (1998), Hấpphụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, NXB Khoa học kỹ thuật 20 Minh Tâm (2012), Nghiên cứu công nghệ cacbon hoá để xử lý chất thải đô thị Việt Nam, Viện khoa học công nghệ Việt Nam 21 Trịnh Văn Tuyên, Mai Trọng Chính, Đỗ Hồng Trang (2010), Báo cáo tổng hợp Định hướng nghiên cứu công nghệ xử lý chất thải rắn chất thải nguy hại Việt Nam giai đoạn từ đến 2015 2025, Viện Công nghệ môi trƣờng, trang 79-81 22 Trịnh Văn Tuyên, Văn Hữu Tập, Vũ Thị Mai (2014), Xử lý chất thải rắn chất thải nguy hại, NXB Khoa học Kỹ thuật, 23 Trịnh văn Tuyên, Tô Thị Hải Yến, Shuji Yosizawa (2010), Nghiên cứu công nghệ cacbon hóa chất thải đô thị Việt Nam, Hội nghị khoa học kỉ niệm 35 năm Viện Khoa học công nghện Việt Nam, 421 tr 72-78 24 Trịnh văn Tuyên, Tô Thị Hải Yến, Shuji Yosizawa (2012), Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp lọc sinh học sử dụng than cacbon hóa, Tạp chí môi trƣờng Tổng cục môi trƣờng 56-58 25 Trịnh Văn Tuyên, Nguyễn Thu Hà, Hoàng Lƣơng, Tăng Thị Chính (2012) , Nghiên cứu xây dựng mô hình Bio- Toilet sử dụng than cacbon hóa nhằm cải thiện môi trường nước Việt Nam Tạp chí Khoa học Công nghệ 50(2B) 134-142 26 Trịnh Văn Tuyên, Vũ Thị Phƣơng Anh (2014), Giáo trình trình thiết bị thiết bị công nghệ môi trường”, Viện Công nghệ môi trường, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ 27 Viện công nghệ môi trƣờng – Viện Khoa học công nghệ Việt Nam, (2008), Tổng quan tình hình nghiên cứu, công nghệ nhiệt phân, cacbon hóa chất thải Tài liệu tiếng anh 28 Dang Xuan Hien, Cao Xuan Mai (2009), research on ammonia treatment in groundwater by ion exchange method Review of Ministry of Construction, ISSN 0866 8762, Ministry of construction, 29 D J Goucher (2002), Coalite tyre services pyprolysis process, Presented to the Midland Section on 19 Septembe, at the corus conference Centre, Scunthorpe 30 FAO (1983), Simpletechnolgies of charcoal making 31 Frank M Gentry (1928), The Technology of low temperature 32 Hazardous waste incineration (1994) Second edition 33 J.Lee (2002), selective photocatalytic oxidation of NH3 to N2 on platinized TiO2 in water, Environ Sci Technol,Vol.36,pp 5462-5468 34 Kazuhiro Mochidzuki, Lloyd S Peredes, and Michael J Antal, Jr Flash (2003) Cacbonization of Bionmass, Ind Eng Chem Res.42 (16) 3690-3699 35 Nicholas P., Cheremisnnoff P., Biotechnology for waste and wastewater treatment, Noyes publication, New Jersey, USA 36 Van dongen, U., Jetten, M.S.M., van Loosdrecht, M.C.M (2001), The SharonAnammox process for treatment of ammonium rich wasterwater, Water Science anh Technology, 44(1),pp 153-154 37 Vanderholm Dale H, (1985) Aricultural waste manual, pp – 15 38 W.M.Qiao, Y Song, S-H Yoon, Y Korai, I Mochida, shiga, H.Fukuda, A Yamazaki (2006),Cacbonization of waste PVC to develop porous cacbon material Without further activation,waste Management 26 592-598