Ứng dụng hạt PVA gel để cố định sinh khối AOB và anammox cho xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HOÀNG DŨNG - 1770285 ỨNG DỤNG HẠT PVA GEL ĐỂ CỐ ĐỊNH SINH KHỐI AOB VÀ ANAMMOX CHO XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT NITROGEN REMOVAL FROM DOMESTIC WASTEWATER BY AOB AND ANAMMOX BACTERIA IMMOBILIZED ON PVA GEL PARTICLES Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường Mã số: 8520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HOÀNG DŨNG - 1770285 ỨNG DỤNG HẠT PVA GEL ĐỂ CỐ ĐỊNH SINH KHỐI AOB VÀ ANAMMOX CHO XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT NITROGEN REMOVAL FROM DOMESTIC WASTEWATER BY AOB AND ANAMMOX BACTERIA IMMOBILIZED ON PVA GEL PARTICLES Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường Mã số: 8520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ Xác nhận Khoa MT&TN Xác nhận GVHD PGS.TS Nguyễn Phước Dân TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2020 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Phước Dân (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : PGS.TS Lê Thị Kim Oanh (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : PGS.TS Lê Hùng Anh (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 24 tháng 12 năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) GS.TS Nguyễn Văn Phước TS Võ Thanh Hằng PGS.TS Lê Thị Kim Oanh PGS.TS Lê Hùng Anh TS Nguyễn Nhật Huy Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA _ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc _ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN HOÀNG DŨNG Ngày, tháng, năm sinh: 26/10/1988 Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường MSHV: 1770285 Nơi sinh: Tp HCM Mã số : 60520320 I TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng hạt PVA Gel để cố định sinh khối AOB Anammox cho xử lý Ni tơ nước thải sinh hoạt (Nitrogen removal from domestic wastewater by AOB and Anammox bacteria immobilized on PVA Gel particles) II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Đánh giá hiệu xử lý Nitơ trình SANR với chất mang PVA gel cho nước thải tin nước thải văn phòng cho thuê - Vận hành mơ hình PVA gel tải trọng Nitơ khác để đánh giá hiệu xử lý nitơ - Đánh giá hoạt tính bùn AOB, NOB anammox tải trọng vận hành III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 11/02/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/06/2019 (Gia hạn tới 08/12/2019) V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Phước Dân Tp.HCM, ngày … tháng … năm …… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN (họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Trải qua thời gian học nghiên cứu trường, tơi hồn thành Luận văn thạc sỹ chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường Lời đầu tiên, chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Phước Dân, người ln tận tình hướng dẫn, định hướng tạo điều kiện tốt tài để tơi thực thí nghiệm luận văn Tôi chân thành cảm ơn tập thể Thầy, Cô Khoa Môi trường Tài nguyên – Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh tận tình truyền đạt kiến thức, phương pháp học tập, nghiên cứu thời gian học trường Đồng thời, tơi xin chân thành cảm ơn phịng thí nghiệm khoa Môi trường Tài nguyên, tạo điều kiện tốt sở vật chất, trang thiết bị trình thực nghiên cứu Xin cảm ơn bạn lớp cao học, em sinh viên nhóm nghiên cứu ln sát cánh tơi, thời điểm khó khăn Tơi cảm ơn gia đình tạo điều kiện tốt tài tinh thần để tơi hồn thành khóa học Một lần chân thành cảm ơn tập thể Thầy, Cơ, bạn, gia đình nhà trường tạo điều kiện tốt, cho nhiều hội học tập, nghiên cứu trường Tp HCM, ngày 08 tháng 12 năm 2019 Nguyễn Hồng Dũng TĨM TẮT LUẬN VĂN Nhằm mục đích nghiên cứu ứng dụng hạt gel Poly Vinyl Alcohol (PVA gel) để cố định sinh khối Ammonium Oxidation Bacteria (AOB) anammox cho xử lý nitơ nước thải sinh hoạt, nhóm nghiên cứu vận hành mơ hình Single-stage Autotrophic Nitrogen Removal (SANR) với bùn anammox AOB cố định PVA gel Nước thải sử dụng nước thải tin nước thải văn phịng, nhóm điều chỉnh lưu lượng nước thải đầu vào để thay đổi tải trọng nitơ (Nitrogen Loading Rate – NLR) khác Mô hình sục khí gián đoạn để tạo điều kiện DO thấp, có dịng tuần hồn nội để tạo điều kiện xáo trộn nước thải tốt Nhóm nghiên cứu thực thí nghiệm để đánh giá hiệu xử lý nitơ đánh giá hoạt tính bùn anammox, AOB, Nitrite Oxidation Bacteria (NOB) giai đoạn khác trình vận hành Đối với nước thải tin, hiệu suất xử lý tổng nitơ (TN) đạt trung bình 53% NLR trung bình = 0.34 kgN/m3.ngày, tương ứng với thời gian lưu nước (Hydraulic Retention Time – HRT) = 4.8 giờ, hiệu suất TN đạt cực đại mức 74% Đối với nước thải văn phòng, hiệu suất xử lý TN đạt trung bình 53% NLR trung bình = 0.51 kgN/m3.ngày, tương ứng với HRT = giờ, hiệu suất TN đạt cực đại mức 73% Đối với nước thải tin, hoạt tính AOB cao 75.7 mg NH4+-N/g VSS.ngày NLR = 0.11 kgN/m3.ngày hoạt tính anammox cao 89.83 mg N2-N/g VSS.ngày NLR = 0.34 kgN/m3.ngày Đối với nước thải văn phịng, hoạt tính AOB cao 36.16 mg NH4+-N/g VSS.ngày NLR = 0.51 kgN/m3.ngày hoạt tính anammox cao 66.41 mg N2-N/g VSS.ngày NLR = 0.51 kgN/m3.ngày Với kết đạt được, nhóm nhận thấy ứng dụng hạt PVA gel để cố định sinh khối AOB anammox phù hợp cho xử lý nitơ nước thải sinh hoạt ABSTRACT In order to study nitrogen removal from domestic wastewater by Ammonium Oxidation Bacteria (AOB) and anammox bacteria immobilized on Poly Vinyl Alcohol (PVA) gel particles, I operate the Single-stage Autotrophic Nitrogen Removal (SANR) model with AOB and anammox are immobilized in PVA gel Wastewater used is canteen and office wastewater, I adjusted input flowrate to change the different Nitrogen Loading Rates (NLR) The model is intermittently aerated to facilitate low DO, and has internal circulation to facilitate good mixing of wastewater I conducted experiments to evaluate the performance of nitrogen removal and evaluate specific activity of anammox and AOB at different stages of the operation For canteen wastewater, the total nitrogen (TN) removal averages 53% at the average NLR = 0.34 kgN/m3.day, corresponding to the Hydraulic Retention Time (HRT) = 4.8 hours, the TN removal reach a peak at 74% For office wastewater, the TN removal averages 53% at the average NLR = 0.51 kgN/m3.day, corresponding to HRT = hours, the TN removal reach a peak at 73% For canteen wastewater, the highest specific activity of AOB is 75.7 mg NH4+N/g VSS.day at NLR = 0.11 kgN/m3.day and the highest specific activity of anammox is 89.83 mg N2-N/g VSS.day at NLR = 0.34 kgN/m3.day For office wastewater, the highest specific activity of AOB is 36.16 mg NH4+-N/g VSS.day at NLR = 0.51 kgN/m3.day and the highest specific activity of anammox is 66.41 mg N2-N/g VSS.day at NLR = 0.51 kgN/m3.day The results achieved show that application of PVA gel particles for immobilizing AOB and anammox bacteria is suitable for nitrogen removal in domestic wastewater CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập –Tự – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Họ tên học viên: NGUYỄN HOÀNG DŨNG MSHV: 1770285 Ngày tháng năm sinh: 26/10/1988 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường MS: 60520320 Tên đề tài: Ứng dụng hạt PVA Gel để cố định sinh khối AOB Anammox cho xử lý Ni tơ nước thải sinh hoạt (Nitrogen removal from domestic wastewater by AOB and Anammox bacteria immobilized on PVA Gel particles) Ngày bắt đầu: 11/02/2019 Ngày hoàn thành: 08/12/2019 Cán hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Phước Dân Tôi cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu tơi Những kết số liệu luận văn chưa cơng bố hình thức Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước Nhà trường cam đoan Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 01 năm 2020 Nguyễn Hoàng Dũng i MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG iii DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Đối tượng nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.6.1 Ý nghĩa khoa học .3 1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan nước thải sinh hoạt 2.1.1 Nước thải sinh hoạt 2.1.2 Xử lý nước thải sinh hoạt 2.2 Quá trình Deammonification 2.2.1 Cơ chế 2.2.2 Quá trình one-stage anammox two-stage anammox 2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng 2.2.4 Hiệu xử lý 2.3 Các ứng dụng hạt PVA Gel vào xử lý nước thải 10 2.4 Quá trình CANON dùng hạt gel PVA cố định AOB anammox .13 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 3.1 Thí nghiệm 1a: Đánh giá khả xử lý nitơ nước thải tin 15 3.1.1 Vật liệu 15 3.1.2 Điều kiện vận hành 18 NGUYỄN HỒNG DŨNG LUẬN VĂN THẠC SĨ ii 3.2 Thí nghiệm 1b: Đánh giá khả xử lý nitơ nước thải văn phòng .20 3.2.1 Vật liệu 20 3.2.1 Điều kiện vận hành 21 3.3 Thí nghiệm 2: Đánh giá hoạt tính bùn Anammox, AOB, NOB 23 3.2.1 Vật liệu 23 3.2.2 Phương pháp 24 3.4 Phương pháp phân tích xử lý số liệu 25 3.4.1 Phương pháp phân tích 25 3.4.2 Phương pháp xử lý số liệu 26 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 4.1 Thí nghiệm 1: Đánh giá khả xử lý nitơ 29 4.1.1 Các thành phần nitơ .29 4.1.2 pH độ kiềm 39 4.1.3 COD .42 4.1.4 Tính chất vật lý hạt PVA gel 44 4.2 Thí nghiệm 2: Đánh giá hoạt tính bùn AOB, NOB anammox 47 4.2.1 Hoạt tính AOB NOB 47 4.2.2 Hoạt tính anammox (SAA) 52 4.3 Thảo luận chung .56 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 5.1 Kết luận .57 5.2 Kiến nghị 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 63 NGUYỄN HOÀNG DŨNG LUẬN VĂN THẠC SĨ ... 1770285 ỨNG DỤNG HẠT PVA GEL ĐỂ CỐ ĐỊNH SINH KHỐI AOB VÀ ANAMMOX CHO XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT NITROGEN REMOVAL FROM DOMESTIC WASTEWATER BY AOB AND ANAMMOX BACTERIA IMMOBILIZED ON PVA GEL. .. tháng năm sinh: 26/10/1988 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường MS: 60520320 Tên đề tài: Ứng dụng hạt PVA Gel để cố định sinh khối AOB Anammox cho xử lý Ni tơ nước thải sinh hoạt (Nitrogen... 0.51 kgN/m3.ngày Với kết đạt được, nhóm nhận thấy ứng dụng hạt PVA gel để cố định sinh khối AOB anammox phù hợp cho xử lý nitơ nước thải sinh hoạt ABSTRACT In order to study nitrogen removal