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 Ngƣời hƣớng dẫn khoa hocc̣: 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 cơng bố Tơi hồn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Hà Nội, ngày 02 tháng 01 năm 2016 Ngƣời thực luận văn Bùi Thị Lan Anh i 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 ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẪN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1Tổng quan tình hình nhiễm amoni nƣớc thải bệnh việ 1.2Giới thiệu công nghệ xử lý nƣớc thải bệnh viện E – Hà Nội 1.3Một số phƣơng pháp xử lý amoni nƣớc thải 1.3.1Phƣơng pháp Clo hóa 1.3.2Phƣơng pháp kiềm hóa 1.3.3Phƣơng pháp Ozon hóa 1.3.4Phƣơng pháp trao đổi io 1.3.5Phƣơng pháp sinh học 1.3.6Phƣơng pháp hấp phụ 1.4Cơng trình nghiên cứu xử lý amoni nƣớc thải giới 1.4.1Tình hình nghiên cứu xử 1.4.2Tình hình nghiên cứu xử 1.5Hiện trạng số biện pháp xử lý xơ dừa Việt Nam 1.5.1Hiện trạng xơ dừa Việ 1.5.2Biện pháp xử lý xơ dừa 1.6Tổng quan tình hình nghiên cứu cơng nghệ cacbon hóa trê Nam 1.6.1Tổng quan phƣơng p 1.6.2Tình hình nghiên cứu iii 1.6.3 Tình hình nghiên cứu cacbon hóa Việt Nam 32 Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 36 2.2 Dụng cụ thí nghiệm 36 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 37 2.3.1 Phƣơng pháp tài liệu 37 2.3.2.Phƣơng pháp thực nghiệm 37 2.3.2.1 Thực nghiệm chế tạo than cacbon hóa xơ dừa 37 2.3.2.2 Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ than cacbon hóa xơ dừa dạng viên 43 2.3.2.3 Thực nghiệm hấp phụ dạng tĩnh 43 2.3.2.4 Thực nghiệm hấp phụ dạng cột 46 2.3.3 Phƣơng pháp phân tích 47 Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 50 3.1 Đánh giá trình thực nghiệm cacbon hóa 50 3.1.1 Khảo sát biến đổi nhiệt độ buồng cacbon hóa 50 3.1.2 Khảo sát tỷ lệ nƣớc vật liệu thí nghiệm 51 3.1.3 Khảo sát tỷ trọng đổ đống vật liệu xơ dừa 52 3.1.4 Khảo sát độ tro hóa xơ dừa 52 3.1.5 Khảo sát hiệu suất thu hồi sản phẩm vật liệu tiến hành cacbon hóa 53 3.2 Khảo sát lựa chọn loại than tối ƣu cho trình hấp phụ amoni nƣớc thải bệnh viện 55 3.3 Đánh giá hiệu hấp phụ amoni vật liệu hấp phụ qua trình hấp phụ tĩnh 57 3.3.1 Đánh giá hiệu hấp phụ amoni than cacbon hóa qua thay đổi dải pH 57 3.3.2 Đánh giá ảnh hƣởng dung lƣợng hấp phụ đến trình xử lý amoni nƣớc thải bệnh viện 59 iv 3.3.3 Ảnh hƣởng thời gian hấp phụ 62 3.3.4 Ảnh hƣởng tỷ lệ rắn: lỏng 63 3.3.5 So sánh hiệu suất hấp phụ than hoạt tính gáo dừa thị trƣờng với than cacbon hóa xơ dừa chế tạo 64 3.4 Đánh giá hiệu hấp phụ amoni vật liệu hấp phụ chế tạo từ q trình cacbon hóa theo cột 65 3.4.1 Hiệu hấp phụ amoni vật liệu hấp phụ 100% than cacbon hóa từ xơ dừa 66 3.4.2 Hiệu hấp phụ amoni vật liệu hấp phụ dạng viên .67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC 74 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD BTNMT COD NH4 QCVN TCVN TOC vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần nguồn phát sinh nƣớc thải bệnh viện Bảng 1.2 Chất lƣợng nƣớc thải số bệnh viện khu vực phía Bắc Bảng 1.3 Kết phân tích số tiêu nhiễm bệnh viện E Bảng 1.4 Hiệu suất thu hồi sản phẩm cacbon từ chất thải rắn nông nghiệp …… 30 Bảng 1.5 TOC than carbon hóa từ vật liệu khác 33 Bảng 1.6 Kích thƣớc diện tích bề mặt riêng than cacbon hóa 35 vật liệu khác 35 Bảng 2.1 Danh mục thiết bị cần thiết cho trình nghiên cứu .36 Bảng 2.2 Danh mục hóa chất cần thiết cho nghiên cứu 36 + Bảng 2.3 Hóa chất lập đƣờng chuẩn xác định N-NH4 theo phƣơng pháp Nessler 49 Bảng 3.1 Tỉ trọng xơ dừa 52 Bảng 3.2 Độ tro hóa xơ dừa 52 o o Bảng 3.3 Hiệu suất thu hồi sản phẩm từ xơ dừa T=300 C, T= 400 C, T= 500 C 53 + Bảng 3.4 Nồng độ NH4 sau điều chỉnh pH 57 Bảng 3.5 Các thông số xác định phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 60 Bảng 3.6 Các thơng số xác định phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich .62 vii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ xử lý nƣớc thải bệnh viện E Hình 1.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ Hình 1.3 Lị nung cacbon hố đặt Viện Cơng nghệ mơi trƣờng mẫu tre khơ trƣớc cabon hố mẫu than Hình 1.4 Ảnh SEM than cacbon hoá thành phần chất thải: a) gỗ; b) tre; c) vải; d) giấy Hình 2.1 Sơ đồ thực nghiệm q trình Cacbon hóa Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo thiết bị thí nghiệm Hình 2.3 Lò nung Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo thiết bị thí nghiệm pilot Hình 2.5 Mơ hình thiết bị Jartest q trình thí nghiệm hấp phụ Hình 2.6 Sơ đồ hệ nghiên cứu thực nghiệm liên tục Hình 2.7 Phƣơng trình đồ thị đƣờng chuẩn amoni Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ lị cacbon hóa Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn tỉ lệ bay nƣớc xơ dừa theo thời gian Hình 3.3 Đồ thị biến đổi hiệu suất thu hồi sản phẩm theo thời gian mức nhiệt độ khác Hình 3.4 Xơ dừa sau nung nhiệt độ T = 300 C Hình 3.5 Xơ dừa sau nung nhiệt độ T = 400 C Hình 3.6 Xơ dừa sau nung nhiệt độ T = 500 C Hình 3.7 Đồ thị dung lƣợng hấp phụ amoni loại than cacbon hóa chế tạo nhiệt độ thời gian khác Hình 3.8 Kích thƣớc mao quản than cacbon hóa xơ dừa o T= 500 C, t= 30 phút Hình 3.9 Ảnh hƣởng pH đến hiệu suất xử lý NH Hình 3.10 Đồ thị ảnh hƣởng nồng độ ban amoni đến hiệu suất xử lý Hình 3.11Đƣờng đẳng nhiệt Langmuir viii 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 mơi trƣờng Tổng cục mơi trƣờng 56-58 25 Trịnh Văn Tuyên, Nguyễn Thu Hà, Hoàng Lƣơng, Tăng Thị Chính (2012) , Nghiên cứu xây dựng mơ hình Bio- Toilet sử dụng than cacbon hóa nhằm cải thiện mơi 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, cơng 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 72 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 73 PHỤ LỤC Phụ lục Trích dẫn QCVN 28:2010/BTNMT nồng độ thông số ô nhiễm nƣớc thải bệnh viện STT Thông số pH BOD5 (20 C) Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) Sunfua (tính theo H2S) Amoni (tính theo N) Nitrat (tính theo N) Phosphat (tính theo P) Dầu mỡ động thực vật 10 Tổng hoạt độ phóng xạ α 11 Tổng hoạt độ phóng xạ β 12 Tổng Coliforms 13 Salmonella 14 Shigella 15 Vibrio Cholerae o COD Trong đó: - KPH: Khơng phát - Thơng số Tổng hoạt độ phóng xạ α β áp dụng sở khám, chữa bệnh có dụng nguồn phóng xạ - Cột A quy định giá trị C thông số chất gây nhiễm làm sở tính tốn giá trị tối đa cho phép nƣớc thải y tế thải vào nguồn nƣớc đƣợc dùng cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt 74 - Cột B quy định giá trị C thông số chất gây nhiễm làm sở tính tốn giá trị tối đa cho phép nƣớc thải y tế thải vào nguồn nƣớc khơng dùng cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt - Nƣớc thải y tế thải vào cống thải chung dân cƣ áp dụng giá trị C quy định cột B Trƣờng hợp nƣớc thải y tế thải vào hệ thống thu gom để dẫn đén hệ thống xử lý tập trung phải đƣợc khử trùng, thông số chất gây ô nhiễm khác áp dụng theo quy định đơn vị quản lý, vận hành hệ thống xử lý nƣớc thải tập trung Phụ lục Một số số liệu thực nghiệm Bảng PL 2.1 Sự thay đổi nhiệt độ lị cacbon hóa STT Thời gian (phút) 10 14 17 20 25 30 35 40 10 45 11 50 12 55 13 60 75 Bảng PL 2.2 Xác định lƣợng nƣớc bay xơ dừa Thời gian stt sấy (phút) 5 10 15 10 11 12 20 13 14 15 25 16 17 18 30 19 20 21 35 22 23 40 76 24 25 26 27 28 29 30 (M1: mẫu số 1; M2: mẫu số 2; M3: mẫu số 3) Bảng PL 2.3 Hiệu suất thu hồi sản phẩm từ xơ dừa T=300 C Mẫu M1 M2 M3 M4 M5 Bảng PL 2.4 Hiệu suất thu hồi sản phẩm từ xơ dừa T=400 C Mẫu M1 M2 M3 M4 M5 77 Bảng PL 2.5 Hiệu suất thu hồi sản phẩm từ xơ dừa T=500 C Mẫu M1 M2 M3 M4 M5 Bảng PL 2.6 Kết dung lƣợng hấp phụ NH4 STT Mẫu than thí ng theo nhiệt độ gian o 300 C- 10 phút 300 C- 20 phút 300 C- 30 phút 300 C- 40 phút 300 C- 50 phút 400 C- 10 phút 400 C- 20 phút 400 C- 30 phút 400 C- 40 phút 10 400 C- 50 phút 11 500 C – 10 phú 12 500 C – 20 phú 13 500 C – 30 phú o o o o o o o o o o o o o 14 500 C – 40 phú 15 500 C – 50 phú o 78 Bảng PL 2.7 Kết phân tích hiệu hấp phụ NH4 qua dải pH pH NH4 hấp phụ + (mg/l) trƣớc NH4 hấp phụ + (mg/l) sau hiệu suất (%) Bảng PL 2.8 Kết phân tích tích ảnh hƣởng dung lƣợng hấp phụ đến hiệu + xử lý NH4 Nồng độ NH4+ trƣớc hấp phụ (mg/l) NH4 + phụ (mg/l) hiệu suất (%) dung hấp phụ (mg/g) Bảng PL 2.9 Kết khảo sát ảnh hƣởng thời gian hấp phụ đếnhiệu xử lý NH4 thời gian (phút) NH4 hiệu suất(%) 79 Bảng PL 2.10 Kết khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ rắn: lỏng đến hiệu xử lý NH4 + hàm lƣợng V than (g/ml) + NH4 (mg/l) hiệu suất (%) Bảng PL 2.11 Bảng kết xử lý NH4 dừa (M1: mẫu số 1; M2: mẫu số 2; M3: mẫu số 3) Lƣu lƣợng (l/h) 0.5 0.75 1.5 80 + Bảng PL 2.12 Bảng kết xử lý NH4 theo quy mô liên tục với vật liệu hấp phụ đƣợc chế tạo từ than xơ dừa (M1: mẫu số 1; M2: mẫu số 2; M3: mẫu số 3) Lƣu lƣợng (l/h) 0.25 0.5 0.75 81 ... xơ dừa để xử lý amoni nƣớc thải bệnh viện? ??  Mục tiêu đề tài: Luận văn đƣợc thực nhằm chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa phƣơng pháp cacbon hóa Sau sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo để xử lý amoni. .. pháp hấp phụ 1.4Cơng trình nghiên cứu xử lý amoni nƣớc thải giới 1.4.1Tình hình nghiên cứu xử 1.4.2Tình hình nghiên cứu xử 1.5Hiện trạng số biện pháp xử lý xơ dừa Việt Nam 1.5.1Hiện trạng xơ dừa. .. 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