Tổng hợp vật liệu poly(vinyl alcohol) hydrogel ứng dụng xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN THỊ HỒNG MINH TỔNG HỢP VẬT LIỆU POLY(VINYL ALCOHOL) HYDROGEL ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÓ HÀM LƯỢNG CHẤT HỮU CƠ CAO Chuyên ngành: Kỹ thuật Hoá học Mã số: 8520301 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HĨA HỌC Đà Nẵng – Năm 2019 Cơng trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS Phan Thế Anh Phản biện 1: TS Dương Thế Hy Phản biện 2: TS Châu Thanh Nam Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành Kỹ thuật Hoá học họp Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 30 tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, ĐHĐN Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Hoá, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Ngày với phát triển cơng nghiệp hóa, đại hóa vấn đề ô nhiễm môi trường ngày nhức nhối hết, đáng kể đến ô nhiễm môi trường nước Tuy nhiên việc xử lý nước thải cho đạt hiệu cao mà chi phí thấp trở ngại lớn nước ta Vật liệu hydrogel làm giá thể ứng dụng cơng nghiệp xử lý nước thải có chứa chất hữu quan tâm nhiều năm gần chúng có nhiều ưu điểm như: khả tương thích sinh học cao, tăng hiệu cho hệ thống xử lý thông thường, hiệu kinh tế cao có khả phân hủy khơng cịn sử dụng Ở Việt Nam, loại vật liệu quan tâm nhiều công ty Kanso Technos Nhật Bản phối hợp với Sở Khoa học Công nghệ Đà Nẵng tiến hành lắp đặt hệ thống pilot với thể tích m3 có chứa 20 % thể tích vật liệu PVA hydrogel Công ty TNHH MTV Đồ Hộp Hạ Long để chống tải cho bể Aerotank vào năm 2015 Kết từ mơ hình cho thấy hiệu suất xử lý chất hưu lên đến 90% cho chất lượng nước sau xử lý có COD ln nhỏ 300 mg/L Cũng theo báo cáo Công ty Hiyoshi, việc sử dụng vật liệu PVA hydrogel hệ thống sinh học hiếu khí cho phép giảm 38 % so với đầu tư xây để mở rộng, giảm 20% chi phí vận hành giảm 30% chi phí xử lý bùn dư Tuy nhiên, giá thành loại vật liệu cao khoảng 500.000 Yên/m3 phải nhập nên doanh nghiệp mạnh dạn đầu tư cho hệ thống xử lý nước thải Việc tổng hợp vật liệu PVA hydrogel có chất lượng tương đương giá thành thấp tạo điều kiện thuận lợi cho công ty, doanh nghiệp ứng dụng rộng rãi công nghệ xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cao nhà máy góp phần giảm chi phí bảo vệ mơi trường Xuất phát từ lý trên, đề tài luận văn hướng đến chủ đề “Tổng hợp vật liệu poly(vinyl alcohol) hydrogel ứng dụng xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cao” CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Nguyên liệu tổng hợp PVA gel: Nguyên liệu dùng để tổng hợp PVA gel PVA có tính chất đặc trưng sau: a Khả kết tinh Khả kết tinh PVA tính chất vật lý quan trọng kiểm sốt độ hịa tan nước, độ bền lý, tính cản oxi tính chất nhựa nhiệt dẻo Do ảnh hưởng liên kết hydro, PVA dạng isotactic kết tinh dạng syndiotactic b Khả hòa tan PVA khơng ảnh hưởng hydrocarbon, hydrocarbon có chứa clo, ester acid carboxylic, mỡ dầu động vật hay dầu thực vật PVA tan dung môi phân cực cao nước, dimethyl sulfoxide, glycol, acetamide dimethylformamide Khả hòa tan PVA nước phụ thuộc mạnh vào độ trùng hợp độ thủy phân c Tính chất nhiệt PVA có nhiệt độ hóa thủy tinh Tg = 85 oC Sự có mặt nước làm giảm đáng kể nhiệt độ hóa thủy tinh PVA Nhiệt độ nóng chảy tinh thể PVA dao động từ 220 đến 240 oC d Tính chất hóa học i Phản ứng esters hóa ii Phản ứng Ether hóa iii Phản ứng acetal hóa: + Phản ứng acetal hóa nội phân tử + Phản ứng acetal hóa ngoại phân tử iv Phản ứng khâu mạch v Phản ứng phân hủy sinh học 1.2 Các phương pháp tổng hợp vật liệu PVA gel Có phương pháp ứng dụng để tổng hợp nên loại vật liệu là: - Tạo liên kết ngang hóa học cách sử dụng tác nhân khâu mạch như: formaladehyde, glutaladehyde Có thể sử dụng nhiệt độ, tia gamme, chùm electron hay tia UV để kích hoạt phản ứng - Sử dụng anion như: SO42-, BO42-…để tạo phức với nhóm OH PVA - Sử dụng phương pháp lạnh đông-rã đông PVA Tùy vào yêu cầu cụ thể mà người ta lựa chọn phương pháp thích hợp để tổng hợp vật liệu PVA gel 1.2.1 Phương pháp tạo liên kết ngang cộng hóa trị Sử dụng glutaraldehyde chất tạo liên kết ngang 1.2.2 Phương pháp tạo liên kết ngang nhờ hình thành phức: Liên kết ngang hình thành ion borax với nhóm –OH 1.2.3 Phương pháp tạo liên kết ngang nhờ q trình lạnh đơng – rã đơng Với cấu trúc có nhiều nhóm –OH, mạch PVA có khả hình thành nên vùng kết tinh nhờ lực liên kết hydro Các vùng kết tinh khơng bị hịa tan trở lại PVA rã đông nhiệt độ phòng Như lỗ xốp vật liệu hydrogel hình thành trình kết tinh mạch phân tử PVA q trình lạnh đơng hình thành tinh thể nước đá dung dịch polymer Cơ chế hình thành PVA gel thể hình sau: 1.2.4 Ứng dụng vật liệu PVA hydrogel - PVA hydrogel ứng dụng ngành công nghiệp lên men, thuốc, thực phẩm, hóa học kỹ thuật sinh thái… - PVA hydrogel ứng dụng làm giá thể xử lý nước thải theo phương pháp sinh học CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên liệu Nguyên liệu sử dụng nghiên cứu PVA 2.2 Dụng cụ Các dụng cụ thí nghiệm đơn giản phịng thí nghiệm 2.3 Quy trình thực nghiệm 2.3.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian thủy phân Cố định nồng độ PVA 10% khối lượng, nhiệt độ thủy phân 100 oC, thay đổi thời gian thủy phân bước nhảy 2, 4, 8, 12 24 2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thủy phân Cố định nồng độ PVA 10%, thời gian thủy phân xác định thí nghiệm trên, mức nhiệt độ khảo sát : 40, 60, 80 100 oC 2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Tiến hành phản ứng nhiệt độ thời gian chon Thay đổi mức nồng độ : 2, 4, 6, 10% 2.3.4 Khảo sát ảnh hưởng anion Các ion khảo sát : Cl-, NO3-, SO42- PO432.4 Các phương pháp đánh giá đặc trưng vật liệu 2.4.1 Xác định mức độ thủy phân Mức độ thủy phân xác định thông qua lượng NaOH dư hỗn hợp sau phản ửng Lượng NaOH dư xác định phương pháp chuẩn độ, sử dụng dung dịch chuẩn HCl 0,01M phenolphtalein làm chất thị màu Mẫu trắng gồm dung dịch PVA 10% xác định 2.4.2 Xác định hàm lượng nước độ co Dung dịch PVA thủy phân đem tạo gel phương pháp lạnh đông-rã đông qua chu kỳ liên tiếp Trong q trình lạnh đơng-rã đơng hàm lượng nước thơi ra, độ co mẫu xác định Quy trình thực sau : cân 10g dung dịch PVA sau phản ứng cho vào cốc kim loại có đường kính 7cm đem lạnh đông-rã đông Sau chu kỳ, khối lượng nước thơi đường kính gel xác định để tính tốn 2.4.3 Xác định kích thước phân bố lỗ xốp Kích thước phân bố lỗ xốp vật liệu hydrogel tạo thành xác định kính hiển vi điện tử quét (SEM) với mẫu sấy khô phương pháp sấy thăng hoa 2.4.4 Xác định độ bền gel Mẫu PVA sau trải qua chu kì lạnh đơng-rã đơng cắt nhỏ thành hạt hình khối có kích thước 2x2x2 mm để đem xác định độ bền gel cách cho mẫu vào bình chứa nước sục khí liên tục (q trình mô tương tự bể aerotank) 2.4.5 Xác định thay đổi cấu trúc sau trình thủy phân Cấu trúc hóa học PVA trước sau thủy phân xác định phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) đo thiết bị Thermo Nicolet iS10-Thermo Scientific 2.5 Khảo sát khả xử lý nước thải PVA gel tạo điều kiện tối ưu Quá trình thử nghiệm hiệu xử lý nước thải vật liệu gel tổng hợp tiến hành hệ thống mơ lại q trình sinh học hiếu khí, bùn hoạt tính lấy trực tiếp từ Công ty TNHH MTV Đồ hộp Hạ Long Mô hình thí nghiệm xử lý nước thái theo phương pháp sinh hóa hiếu khí CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng thời gian thủy phân 3.1.1 Độ thủy phân Độ thủy phân mẫu thời gian thủy phân khác thể hình 3.1 Hình 3.1: Đồ thị ảnh hưởng thời gian phản ứng đến độ thủy phân PVA Có thể thấy độ thủy phân PVA tăng lên nhanh sau thủy phân, đạt giá trị 98% Tốc độ phản ứng không thay đổi khoảng thời gian 6-24h 3.1.2 Lượng nước Kết lượng nước mẫu sau chu kì lạnh đơng-rã đơng thể hình 3.2 Hình 3.2: Biểu đồ lượng nước thơi sau chu kì lạnh đơng-rã đơng mẫu Sau lần rã đông lượng nước tương đối mức độ kết tinh cịn thấp độ co mẫu thay đổi không đáng kể Ở chu kỳ lạnh đông-rã đông thứ mức độ kết tinh tăng dần nên lượng nước tăng lên 3.1.3 Kích thước phân bố lỗ xốp Kích thước phân bố lỗ xốp xác định thông qua quan sát kính hiển vi điện tử quét (SEM) với mẫu sấy thăng hoa Ở kích thước lỗ xốp dự đoán nằm vùng từ đến 20 µm với độ phóng đại 30 lần quan sát thấy Hình 3.3: Ảnh SEM mẫu PVA 2h-100oC-10%, mẫu PVA 4h-100oC10%, mẫu PVA 6h-100oC-10%, mẫu PVA 12h-100oC-10% mẫu PVA 24h-100oC-10% Có thể thấy mẫu khảo sát trường hợp khơng hình thành nên lỗ xốp trình tạo gel Như vậy, mức độ thủy phân PVA điều kiện cần để giúp cho PVA tạo thành dạng gel sau chu kỳ lạnh đông-rã đông mà chưa phải điều kiện đủ để mẫu gel hình thành nên lỗ xốp mong đợi Như vậy, để đảm bảo PVA hình thành gel dễ dàng chu kỳ lạnh đông-rã đông, thời gian thủy phân lựa chọn Thời gian cố định cho khảo sát tiếp nghiên cứu 10 Lượng nước (%) Chu kỳ Chu kỳ 2 Chu kỳ Mẫu 6h-40 C- Mẫu 6h-60 C- Mẫu 6h-80 C- Mẫu 6h-100 C10% 10% 10% 10% Hình 3.9: Biểu đồ lượng nước thơi sau chu kì lạnh đông-rã đông mẫu 14 Độ co mẫu (%) 12 10 Chu kỳ Chu kỳ Chu kỳ Mẫu 6h-40°C- Mẫu 6h-60°C- Mẫu 6h-80°C- Mẫu 6h-100°C10% 10% 10% 10% Hình 3.10: Biểu đồ độ co mẫu sau chu kì lạnh đơng-rã đơng mẫu Có thể thấy với thời gian phản ứng 6h nồng độ PVA 10% ảnh hưởng nhiệt độ thủy phân đến hàm lượng nước độ co mẫu sau chu kì lạnh đơng-rã đơng khơng thực rõ ràng Có số liệu thu thể hàm lượng nước độ co mẫu tăng lên chu kỳ lạnh đông- rã đông thứ Với mẫu thủy phân 40oC, hỗn hợp PVA không tạo gel sau chu kỳ lạnh đông-rã đơng 3.2.3 Kích thước phân bố lỗ xốp Ở độ phóng đại 30 lần, ảnh SEM thể kích thước phân bố lỗ xốp mẫu thể hình 3.11 11 Hình 3.11: Ảnh SEM mẫu PVA 6h-60oC-10%, mẫu PVA 6h80oC-10% mẫu PVA 6h-100oC-10% Có thể thấy mẫu khảo sát trường hợp khơng hình thành lỗ xốp Điều yếu tố thời gian thủy phân nhiệt độ chưa thực ảnh hưởng lớn đến trình tạo lỗ xốp mà làm tăng độ thủy phân PVA 217 giúp cho qua trình hình thành gel dễ dàng lạnh đông-rã đông mẫu 3.2.4 Độ bền gel Trong nghiên cứu độ bền mẫu xác định thông qua lượng PVA thơi khỏi mẫu theo thời gian sục khí bể aerotank Kết thể hình 3.14 Mẫu 6h-60oC-10% 20 Độ giảm khối lượng (%) Mẫu 6h-80oC-10% Mẫu 6h-100oC-10% 16 12 0 10 12 14 Thời gian sục khí (ngày) 16 18 20 Hình3.14: Lượng PVA thơi mẫu sau lần sục Có thể thấy lượng PVA dần theo thời gian gần đạt ổn định sau ngày sục khí PVA thơi với biểu bọt hình thành bể aerotank Kết thể mạch PVA sau chu kì lạnh đơng-rã đơng chưa thực tham gia hoàn toàn vào cấu trúc kết tinh Mẫu PVA thủy phân 100oC có lượng 12 thơi lớn mẫu cịn lại, điều ảnh hưởng q trình phân hủy nhiệt làm đứt mạch phân tử dẫn đến PVA dễ hịa tan trở lại Với mục đích giảm lượng trình tổng hợp, kết thu nội dung cho phép xác định nhiệt độ tối ưu phản ứng thủy phân 60 oC 3.3 Ảnh hưởng nồng độ PVA 3.3.1 Độ thủy phân Độ thủy phân dung dịch PVA thu nồng độ phản ứng khác thể hình 3.15 Qua đồ thị ta thấy mẫu đạt mức độ thủy phân cao (trên 99 %) giá trị chênh lệch không đáng kể Kết lần cho phép thể độ lặp lại thí nghiệm tiến hành điều kiện tối ưu xác định (6 60 oC) 100 Độ thủy phân (%) 99 98 97 96 95 10 12 Nồng độ (%) Hình 3.15: Đồ thị ảnh hưởng nồng độ đến độ thủy phân PVA 3.3.2 Lượng nước độ co mẫu Phần trăm nước độ co mẫu theo nồng độ dung dịch sau chu kì lạnh đơng – rã đông khảo sát Kết thu được trình bày hình 3.16 3.17 sau 13 20 Lượng nước (%) 18 16 14 12 10 Lần Lần Lần Mẫu 6h-60 C- Mẫu 6H-60 C- Mẫu 6h-60 C10% 8% 6% Mẫu 6h-60 C4% Hình 3.16: Biểu đồ lượng nước thơi (%) sau chu kì lạnh đông-rã đông mẫu 25 Độ co mẫu (%) 20 15 Lần Lần 10 Lần Mẫu 6h-60 C10% Mẫu 6h-60 C8% Mẫu 6h-60 C6% Mẫu 6h-60 C4% Hình 3.17: Biểu đồ độ co mẫu (%) mẫu sau chu kì lạnh đơng-rã Với mẫu PVA 10%, 8%, 6% lượng nước tương tự độ co mẫu tăng dần sau chu kì lạnh đơng Tuy nhiên mẫu PVA 4% có lượng nước thơi độ co mẫu lớn có chênh lệch cao so với mẫu cịn lại Mẫu có nồng độ 2% thấp để hình thành nên gel bền nên lượng nước độ co mẫu khơng khảo sát 3.3.3 Kích thước phân bố lỗ xốp Kích thước phân bố lỗ xốp quan sát kính hiển vi điện tử quét (SEM) độ phóng đại 500 lần 50 lần Kết ảnh SEM thể hình 3.18, 3.19, 3.20 3.21 14 Hình 3.18: Ảnh SEM PVA gel 6h-60oC-10% phóng đại 50, 500 lần Hình 3.19: Ảnh SEM PVA gel 6h-60oC-8% phóng đại 50 500 lần Hình 3.20: Ảnh SEM mẫu PVA 6h-60oC-6% phóng đại 50 500 lần Hình 3.21: Ảnh SEM mẫu PVA 6h-60oC-4% phóng đại 50 500 lần Từ ảnh SEM thấy phân bố lỗ xốp cấu trúc lỗ xốp có khác có thay đổi nồng độ Mẫu PVA có nồng độ 4% bắt đầu hình cấu trúc lỗ xốp, nhiên phân bố xốp chưa đồng Các lỗ xốp chủ yếu tập trung phần rìa mẫu, 15 phần bền khơng có Một số lỗ xốp có kích thước tương đối lớn (d>50µm) Khi nồng độ PVA tăng lên 6%, phân bố lỗ xốp toàn mẫu trở nên đồng đều, mật độ lỗ xốp dày đặc có kích thước đồng Nhưng nồng độ dung dịch PVA tăng 8% lỗ xốp quan sát thấy lớp bề mặt mẫu sau sấy mà khơng có lỗ xốp hình thành bên 3.3.4 Độ bền gel Độ bền gel thay đổi không đáng kể mẫu tạo thành từ dung dịch PVA có nồng độ khác Kết thể hình 3.22 Có thể thấy dù mẫu tạo thành nồng độ sau chu kỳ lạnh đơng – rã đơng cịn số mạch PVA chưa tham gia vào cấu trúc kết tinh Với mẫu %, có tăng nhẹ khối lượng sau 48h sục giải thích hấp thu nước trở lại Quá trình hấp thu nước trở lại xảy số phần kết tinh bị phá giải phóng mạch PVA tự chứa nhóm – OH có khả lưu giữ nước Độ giảm khối lượng (%) 20 16 12 Mẫu 6h-60oC-10% Mẫu 6h-60oC-8% Mẫu 6h-60oC-6% Mẫu 6h-60oC-4% 0 10 12 Thời gian sục khí (ngày) 14 16 18 Hình 3.22: Biểu đồ độ giảm khối lượng mẫu sau lần sục Như vậy, qua trình khảo sát thay đổi thời gian thủy phân, nhiệt độ thủy phân nồng độ dung dịch PVA kết luận thay đổi thời gian nhiệt độ ảnh hưởng đến mức độ thủy PVA tạo điều kiện cho trình hình thành gel thuận lợi mà 16 không ảnh hưởng đến khả tạo lỗ xốp Sự thay đổi nồng độ có ảnh hưởng lớn đến kích thước phân bố lỗ xốp Từ khảo sát điều kiện tối ưu lựa chọn là: thời gian phản ứng thủy phân nhiệt độ 60 oC với nồng độ PVA % Sản phẩm tạo điều kiện có lỗ xốp đồng đều, kích thước lỗ xốp dao động 4-20 µm thuận lợi cho vi sinh vật phát triển có độ bền cao sục liên tục bể aerotank 3.4 Ảnh hưởng anion Khảo sát ảnh hưởng anion SO42-, PO43-, Cl- NO3đến tính chất gel tạo thành tiến hành mẫu dung dịch PVA thủy phân điều kiện tối ưu Đặc trưng quan trọng cần quan tâm khảo sát kích thước phân bố lỗ xốp gel tạo thành hình 3.23, 3.24, 3.25, 3.26 3.27 Hình 3.23: Ảnh SEM mẫu PVA khơng trung hịa Hình 3.24: Ảnh SEM mẫu PVA trung hịa H2SO4 17 Hình 3.25: Ảnh SEM mẫu PVA trung hịa H3PO4 Hình 3.26: Ảnh SEM mẫu PVA trung hịa HCl Hình 3.27: Ảnh SEM mẫu PVA trung hòa HNO3 Như vậy, để tổng hợp PVA hydrogel ứng dụng xử lý nước thải yêu cầu cấu trúc hình thái phải tạo nhiều lỗ xốp kích thước lỗ xốp phải đủ lớn vi khuẩn vào bên sinh sống phát triển Mẫu PVA trung hịa HNO3 có lỗ xốp tương đối đồng phân bố đồng toàn mẫu nên chọn mẫu tối ưu 3.5 Tổng hợp mẫu PVA điều kiện tối ưu Để thấy rõ thay đổi cấu trúc mạch PVA 217 trước sau thủy phân, mẫu tổng hợp điều kiện tối ưu đem phân tích phổ hồng ngoại Kết thể hình 3.29 18 Hình 3.29: Phổ hồng ngoại mẫu PVA 6h-60oC-6% Kết hồng ngoại lần khẳng định: điều kiện tiến hành thủy phân, PVA 217 có độ thủy phân 87 % chuyển thành PVA có độ thủy phân cao 99 % Sau lựa chọn điều kiện tối ưu, tiến hành tổng hợp mẫu khác để đánh giá độ lặp lại thí nghiệm Yếu tố quan tâm trường hợp phải tạo mẫu có lỗ xốp đồng với kích thước dao động 4-20 µm Ảnh SEM kết hợp với phần mềm Image J sử dụng để đánh giá chất lượng mẫu tạo thành Kết thể hình hình 3.30 3.31 Hình 3.30: Ảnh SEM mẫu PVA 6h-60oC-6% độ phóng đại 300 lần 19 40 Frequence 30 30 29 20 10 13 11 Diameter (µm) Hình 3.31: Biểu đồ phân bố kích thước lỗ xốp mẫu PVA 6h60oC-6% Kết phân tích ảnh phần mềm Image J cho thấy, kích thước lỗ xốp nằm khoảng 4-20 µm chiếm 72% Phần cịn lại phân tán phần lớn khoảng 20-35 µm Kích thước lỗ xốp trung bình 17,8 µm Như thấy mẫu tạo thành có phân bố kích thước lỗ xốp phần lớn nằm khoảng cho phép tạo điều kiện tốt cho vi sinh vật cư trú phát triển 3.6 Khả xử lý nước thải vật liệu PVA gel Nước thải lấy bể điều hịa Cơng ty Đồ hộp Hạ Long với tiêu quan trắc sau: TSS: 2,2 g/l; BOD5: 2,0 g/l; COD: 2,6 g/l; N-NH4: 0,4 g/l; TN:0,6 g/l; TP:0,06 g/l Có thể thấy rằng: nước thải có tỷ lệ BOD5/COD 0,77 > 0,5 nên phù hợp với điều kiện xử lý sinh học, tỷ lệ BOD5:N:P = 2,0:0,6:0,06 = 100:30:3 nên không cần bổ sung thêm dưỡng chất cho bể bùn hoạt tính có đủ dưỡng chất cho hoạt động vi sinh vật [20] 3.6.1 Xác định thời gian lưu nước Quan trắc thay đổi môi trường (pH, độ kiềm) suy giảm chất hữu (COD) theo thời gian với tải trọng khối lượng 0,33; 0,4 0,5 gCOD/g.bùn.ngđ, từ xác định thời gian nước lưu cần thiết Kết thể hình 3.32 20 tải 0,33 tải 0,4 tải 0,5 8.5 pH 7.5 6.5 Độ kiềm (mgCaCCO3/l) 12 16 Thời gian (h) 20 24 tải 0,33 tải 0,4 tải 0,5 450 350 250 150 12 16 Thời gian (h) 24 tải 0,33 tải 0,4 tải 0,5 600 COD (mg/l) 20 400 200 0 Thời12 gian (h)16 20 24 Hình 3.32: Sự thay đổi pH, độ kiềm COD theo thời gian Có thể thấy với nồng độ đầu vào chất hữu khác sau 12h tiêu chí thay đổi khơng đáng kể nên 12h thời gian lưu nước hữu ích mà vi sinh vật xử lý hiệu chất hữu 21 3.6.2 Xác định tải trọng tối ưu Vận hành mơ hình tương tự thí nghiệm xác định thời gian lưu nước tăng tải trọng khối lượng lên (0,6-0,70,8)gCOD/g.bùn.ngđ Kết thể hình 3.33 tải 0,33 tải 0,4 tải 0,5 tải 0,6 tải 0,7 tải 0,8 cột B QCVN (mgCOD/l) 1200 800 400 0 12 16 20 24 Hình 3.33: Sự thay đổi nồng độ COD theo thời gian với tải trọng khác Hiệu suất chuyển hóa chất hữu (COD), chất dinh dưỡng (T-N,T-P, N-NH4+) theo tải trọng tính tốn sở số liệu thu 12h lưu nước Kết thể hình 3.34 100 COD NH4+ T-N T-P Hiệu suất (%) 80 60 40 20 0,33 0,4 0,5 0,6 0,7 Tải trọng (gCOD/gbùn.ngđ) 0,8 Hình 3.34: Hiệu suất chuyển hóa chất hữu cơ, chất dinh dưỡng theo tải trọng 22 Kết thu thể rằng: + Hiệu suất chuyển hóa chất hữu chất dinh dưỡng cao tải thấp: ECOD=(81,9-61,9)%, ENH4+ = (67,8-49,9)% , ET-N = (66-51,6)% , ET-P = (72,4-55,6)% + Chất hữu đạt cột B sau 12h với tải trọng thấp 0,5 gCOD/gbùn.ngđ + Chất dinh dưỡng theo T-N đạt cột B sau 12h với tải thấp 0,5 gCOD/gbùn.ngđ + Chất dinh dưỡng theo T-P đạt cột B sau 12h tất tải trọng khảo sát Như tải trọng 0,5g COD/gbùn.ngđ tải trọng tối ưu mà vi sinh vật có chuyển hóa chất nhiễm để chất lượng nước đầu đạt QCVN 3.6.3 Khả xử lý PVA gel tổng hợp Khả xử lý vật liệu PVA hydrogel tổng hợp đánh giá thông qua so sánh với hệ phản ứng không chứa loại vật liệu Sự thay đổi nồng độ chất hữu chất dinh dưỡng theo thời gian thể hình 3.35 Hiệu suất chuyển hóa thể hình 3.36 (mgCOD/l) 0% 800 10% 20% 600 cột B QCVN 400 200 0 12 16 20 24 Hình 3.35: Sự thay đổi nồng độ chất hữu chất dinh dưỡng theo thời gian 23 Kết cho thấy: + Bình có sử dụng vật liệu đệm hiệu chuyển hóa tốt bình khơng chứa vật liệu đệm + Lượng vật liệu đệm cho vào nhiều hiệu xử lý cao + Khi cho 20% đệm vào hiệu suất xử lý chất hữu có tăng thêm 14% so với khơng có đêm Hiệu suất xử lý chất dinh dưỡng tăng theo chất hữu (11-14)% KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Kết luận Các yếu tố thời gian thủy phân nhiệt độ thủy phân ảnh hưởng lớn đến độ thủy phân PVA 217 tạo điều kiện hình thành gel lạnh đông-rã đông Dung dịch PVA đạt độ thủy phân cao thời gian thủy phân từ 6h trở nhiệt độ 60oC Nồng độ PVA có ảnh hưởng lớn đến kích thước phân bố lỗ xốp Ở nồng độ 4% trở PVA gel bắt đầu hình thành lỗ xốp, nhiên lỗ xốp phân bố chưa PVA có nồng độ 8% khơng hình thành lỗ xốp PVA có nồng độ 6% cho kích thước lỗ xốp trung bình 4-20µm chiếm số lượng cao phân bố đồng Bản chất anion ảnh hưởng rõ rệt đến hình thành phân bố lỗ xốp Sử dụng HNO3 để trung hịa, PVA gel tạo thành có phân bố lỗ xốp đồng - Đã tìm điều kiện tối ưu để tạo mẫu PVA gel: ● Thời gian thủy phân: 6h ● Nhiệt độ thủy phân: 60oC ● Nồng độ PVA: 6% ● Acid trung hòa: HNO3 Với thời gian lưu nước 12h, nồng độ bùn MLVSS 2mg/l, tải 24 0,5g COD/gbùn.ngđ, việc bổ sung vật liệu đệm PVA gel vào hệ thống aerotank làm tăng hiệu xử lý nước thải hệ thống Hiệu xử lý tỷ lệ thuận với hàm lượng đệm thêm vào Với 20% đệm sử dụng làm tăng hiệu suất xử lý chất hữu thêm 14%, chất dinh dưỡng thêm 11-14% 2.Kiến nghị Xác định thêm số đặc tính vật liệu như: khối lượng riêng, mức độ kết tinh, độ bền lý, diện tích bề mặt riêng…nhưng vật liệu nên đặc tính như: độ bền học, diện tích bề mặt riêng chưa có phương pháp chuẩn để xác định Trong nghiên cứu cần đề xuất phương pháp xác định hợp lý Khảo sát thêm khả tăng tải vật liệu PVA gel tổng hợp đồng thời so sánh với sản phẩm PVA Nhật Bản ... liệu poly(vinyl alcohol) hydrogel ứng dụng xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cao? ?? CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Nguyên liệu tổng hợp PVA gel: Nguyên liệu dùng để tổng hợp PVA gel PVA có. .. môi trường nước Tuy nhiên việc xử lý nước thải cho đạt hiệu cao mà chi phí thấp trở ngại lớn nước ta Vật liệu hydrogel làm giá thể ứng dụng cơng nghiệp xử lý nước thải có chứa chất hữu quan tâm... nghiệp ứng dụng rộng rãi cơng nghệ xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cao nhà máy góp phần giảm chi phí bảo vệ mơi trường Xuất phát từ lý trên, đề tài luận văn hướng đến chủ đề ? ?Tổng hợp vật liệu