Nghiên cứu ứng dụng bùn thải từ nhà máy nước cấp xử lý khí hydro sunfua

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ SĨ QUÍ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÙN THẢI TỪ NHÀ MÁY NƯỚC CẤP XỬ LÝ KHÍ HYDRO SUNFUA UTILIZATION OF SLUDGE FROM WATER TREATMENT PLANT FOR ADSORPTION OF GASEOUS HYDROGEN SULFIDE Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 8520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2021 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đặng Văn Thành PGS.TS Nguyễn Nhật Huy Cán chấm phản biện 1: TS Nguyễn Quốc Bình Cán chấm phản biện 2: PGS.TS Phạm Nguyễn Kim Tuyến Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 23 tháng 01 năm 2021 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) Chủ tịch hội đồng: GS.TS Nguyễn Văn Phước Cán phản biện 1: TS Nguyễn Quốc Bình Cán phản biện 2: PGS.TS Phạm Nguyễn Kim Tuyến Ủy viên Hội Đồng: PGS.TS Đặng Viết Hùng Thư ký Hội Đồng: PGS.TS Đặng Vũ Bích Hạnh 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 MƠI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Sĩ Quí MSHV: 1870277 Ngày, tháng, năm sinh: 18/01/1995 Nơi sinh: Bình Định Chun ngành: Kỹ thuật mơi trường Mã số: 8520320 I TÊN ĐỀ TÀI : Nghiên cứu ứng dụng bùn thải từ nhà máy nước cấp xử lý khí hydro sulfua II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Nghiên cứu ứng dụng bùn thải từ nhà máy nước cấp xử lý khí hydro sulfua:  - Nội dung 1: Điều chế vật liệu từ bùn thải nhà máy nước cấp Nội dung 2: Đặc trưng mẫu vật liệu điều chế Nội dung 3: Khảo sát điều kiện phịng thí nghiệm cho mẫu vật liệu Nội dung 4: Khảo sát khả tái chế vật liệu Nội dung 5: So sánh vật liệu với vật liệu thương mại bán thị trường III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/09/2020 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/01/2021 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Đặng Văn Thành, PGS.TS Nguyễn Nhật Huy Tp HCM, ngày….…tháng 01 năm 2021 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu hồn thiện luận văn, tơi nhận nhiều giúp đỡ, động viên Thầy, Cô giáo bạn bè đồng nghiệp với gia đình, tạo điều kiện tốt giúp tơi hồn thành luận văn Tơi bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Thầy, Cơ giáo, phịng Sau đại học trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đặc biệt Thầy Cơ giáo trực tiếp giảng dạy chuyên đề, cung cấp lượng lớn kiến thức hữu ích để tơi làm sở cho nghiên cứu Đặc biệt, thực biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Đặng Văn Thành PGS.TS Nguyễn Nhật Huy, người thầy tâm huyết trực tiếp hướng dẫn, tận tình bảo, giúp đỡ tơi tiến hành hoạt động nghiên cứu khoa học để tơi hồn thành luận văn Thạc sĩ Bên cạnh đó, xin chân thành cảm ơn đến phịng thí nghiệm Kỹ Thuật Mơi Trường tịa H2 thuộc sở Trường ĐH Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh tạo điều kiện tốt cho tơi thực thí nghiệm nghiên cứu Trong luận văn này, hẳn tránh khỏi hạn chế thiếu sót Tơi mong muốn nhận nhiều đóng góp q báu đến từ Thầy Cô, bạn đọc để đề tài hồn thiện có ý nghĩa thiết thực áp dụng thực tiễn sống Chân thành cảm ơn TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2021 Tác giả Lê Sĩ Q TĨM TẮT LUẬN VĂN Chất hấp phụ có nguồn gốc từ chất thải rắn quan tâm nhiều năm gần Mục đích nghiên cứu đánh giá khả hấp phụ khí H2S vật liệu có nguồn gốc từ bùn thải bốn nhà máy nước cấp BOO, Thủ Đức, Tân Hiệp Tân Phú biến tính với HCl, H3PO4, NaHCO3, Mg(NO3)2.6H2O Zn(NO3)2.6H2O Các phương pháp SEM, EDX, XRD, FTIR, BET sử dụng để xác định trưng vật liệu Kết nghiên cứu cho thấy bùn thải nhà máy nước cấp Tân Phú biến tính nhiệt 200 oC tẩm Zn(NO3)2.6H2O “200-TP-Zn” đạt hiệu hấp phụ khí H2S tốt Vật liệu 200-TP-Zn có diện tích bề mặt riêng 89,51 m2/g, thể tích rỗng 0,2044 cm3/g kích thước lỗ 14,58 nnm Dung lượng hấp phụ bão hòa đạt 289,06 mgH2S/g sau 640 phút dung lượng vật hành đạt 245,98 mgH2S/g 440 phút trước đầu vượt tiêu chuẩn, với điều kiện lưu lượng khí H2S L/phút, khối lượng vật liệu 10 g, nồng độ khí H2S đầu vào 2000 ppm Quả trình hấp phụ H2S vật liệu 200-TP-Zn phù hợp với đường đẳng nhiệt Langmuir với R2 = 0.9,26 amax = 333,3 mg/g So sánh với vật liệu thương mại ITIMS với thời gian hấp phụ 320 phút với dung lượng 186,13 mgH2S/g trước đầu vượt QCVN 19: 2009/BTNMT, vật liệu 200-TP-Zn cho thời gian hấp phụ dài dung lượng hấp phụ cao Thử nghiệm vật liệu 200-TP-Zn hệ thống biogas công ty TNHH CNSH Sài Gịn Xanh cho thấy vật liệu có tính hấp phụ chọn lọc bị ảnh hưởng khí khác có biogas, dung lượng hấp phụ với nồng độ đầu 200ppm đạt khoảng 170,99±10,054 mgH2S/g sau 100 phút nồng độ vượt 200ppm Kết cho thấy tiềm vật liệu ứng dụng vào thực tế khả thi ABSTRACT Solid waste-derived adsorbents have received lots of attention in recent years This study aim to evaluate the H2S adsorption ability of the materials derived from the sludge of the four water treatment plants of BOO, Thu Duc, Tan Hiep and Tan Phu which were modified by HCl, H3PO4, NaHCO3, Mg(NO3)2.6H2O, and Zn(NO3)2.6H2O SEM, EDX, XRD, FT-IR, and BET were used to characterize the material properties The results show that the adsorbent from sludge of Tan Phu water treatment plant, which was thermally treated at 200 oC and impregnated with Zn(NO3)2.6H2O “200-TP-Zn”, gave the best H2S adsorption efficiency The 200-TPZn material has specific surface area of 89.51 m2/g, pore volume of 0.2044 cm3/g, and pore size of 14.58 nnm The saturated adsorption capacity reached 289.06 mgH 2S/g after 640 and the operating adsorption capacity reached 245.98 mgH 2S/g after 440 before breakpoint under gas flow of L/min, adsorbent amount of 10 g, and input H2S concentration of 2000 ppm The adsorption of H2S by 200-TP-Zn material follows Langmuir isotherm with R2 of 0.9926 and maximum adsorption capacity of 333.3 mg/g As compared to commercial ITIMS adsorbent with working adsorption time of 320 and adsorption capacity of 186.13 mgH2S/g before violating the QCVN 19: 2009/BTNMT, 200-TP-Zn material has longer adsorption time and higher adsorption capacity Testing of 200-TP-Zn material at the biogas system of Saigon Xanh Biotechnology Co., Ltd showed that the material has selective adsorption and is less affected by other gases in the biogas, adsorption capacity with concentration Output below 200ppm reached about 170.99 ± 10,054 mgH2S / g and after 100 minutes the concentration would exceed 200ppm The above results show that the potential of the applied material is practically feasible LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu Những kết quả, số liệu luận văn chưa dùng cho luận văn cấp khác Các kết nghiên cứu trước trích dẫn đầy đủ Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước Nhà trường cam đoan TP.Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2021 Tác giả luận văn Lê Sĩ Quí MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 1.7 1.5.1 Phương pháp tổng hợp tài liệu nghiên cứu 1.5.2 Phương pháp lấy mẫu, phân tích 1.5.3 Phương pháp thực nghiệm mơ hình phân tích mơ hình 1.5.4 Phương pháp tính tốn xử lý số liệu Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.6.1 Ý nghĩa khoa học 1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn Tính đề tài CHƯƠNG 2: 2.1 2.2 TỔNG QUAN Giới thiệu 2.1.1 Thành phần tính chất bùn nước cấp 2.1.2 Quy định xử lý bùn thải 2.1.3 Tác hại bùn thải Tổng quan biogas H2S 11 2.2.1 Khí hydrogen sulfide 13 2.2.2 Tính chất H2S .14 2.2.2.1 Tác hại H2S 15 i 2.2.2.2 Các phương pháp xử lý H2S 16 2.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 17 2.3.1 Tình hình nghiên cứu bùn nước cấp 17 2.3.1.1 Nghiên cứu nước 17 2.3.1.2 Nghiên cứu nước 17 2.3.2 Tính hình nghiên cứu H2S 23 2.3.2.1 Nghiên cứu nước 23 2.3.2.2 Nghiên cứu nước 24 CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1 2.2 Vật liệu thí nghiệm 34 2.1.1 Nước cất .34 2.1.2 Các hóa chất dụng phân tích .34 2.1.3 Dụng cụ thiết bị sử dụng phân tích 34 Phương pháp nghiên cứu 36 2.2.1 Phương pháp lý thuyết 36 2.2.2 Phương pháp thực nghiệm 36 2.2.2.1 Cấu tạo mơ hình thí nghiệm 36 2.2.2.2 Mơ hình nghiên cứu 37 2.2.3 Phương pháp lấy mẫu phân tích mẫu 38 2.2.3.1 Cơ sở lý thuyết 38 2.2.4 Quy trình thực nghiệm 40 2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu 41 2.2.5.1 Tính tốn nồng độ khí H₂S có mẫu khí .41 2.2.5.2 Xác định hiệu suất xử lý khí H₂S 42 2.2.5.3 Tính tốn hiệu suất xử lý trung bình khí H₂S .42 2.2.5.4 Tính tốn dung lượng hấp phụ .42 2.2.5.5 Tính tốn số cân dung lượng tối đa 43 2.3 Nội dung nghiên cứu 46 2.3.1 Chế tạo biến tính vật liệu từ bùn thải nhà máy nước cấp 47 2.3.2 Xác định đặc trưng vật liệu 51 ii 2.3.3 Thử nghiệm mẫu vật liệu 51 2.3.4 Xác định điều kiện phù hợp cho trình hấp phụ H2S điều kiện phịng 52 2.3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian tiếp xúc tầng rỗng lớp vật liệu .52 2.3.4.2 Khỏa sát ảnh hưởng nồng độ đầu vào 52 2.3.5 Xác định thông số động học đặc trưng cho trình hấp phụ H2S vật liệu 52 2.3.6 Khảo sát khả tái sinh vật liệu 52 2.3.7 So sánh vật liệu với vật liệu thương mại thị trường .53 2.3.8 Thử nghiệm vật liệu công ty TNHH CNSH Sài Gòn Xanh 53 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 54 3.1 Phân tích cấu trúc vật liệu 54 3.1.1 Phân tích SEM EDX 54 3.1.2 Phân tích nhiễu xạ XRD .57 3.1.3 Phân tích FTIR vật liệu 58 3.1.4 Phân tích BET vật liệu 59 3.2 Khảo sát khả xử lý H2S mẫu vậu liệu hấp phụ khác 62 3.2.1 Mẫu vật liệu WTS-HCl, WTS-PO4 WTS-CO3 62 3.2.2 Mẫu vật liệu WTS-Zn WTS-Mg 64 3.3 Xác định điều kiện phù hợp cho trình hấp phụ H2S điều kiện phịng thí nghiệm 69 3.3.1 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc 69 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độ khí H2S ban đầu đến khả xử lý khí H2S 71 3.4 Xác định thông số động học đặc trưng cho trình hấp phụ khí H2S vật liệu 200-TP-Zn 73 3.5 Khảo sát khả tái sinh vật liệu 200-TP-Zn 77 3.6 So sánh hiệu loại bỏ H2S vật liệu WTS với vật liệu thương mại Việt Nam 78 3.7 Thử nghiệm vật liệu 200-TP-Zn cơng ty TNHH CNSH Sài Gịn Xanh 79 iii [40] Gibbons, M.K and G.A Gagnon, Adsorption of arsenic from a Nova Scotia groundwater onto water treatment residual solids Water research, 2010 44(19): p 5740-5749 [41] Shen, C., et al., Global profile of heavy metals and semimetals adsorption using drinking water treatment residual Chemical Engineering Journal, 2019 [42] Castaldi, P., et al., Copper (II) and lead (II) removal from aqueous solution by water treatment residues Journal of hazardous materials, 2015 283: p 140-147 [43] Zhou, Y.-F and R.J Haynes, A comparison of inorganic solid wastes as adsorbents of heavy metal cations in aqueous solution and their capacity for desorption and regeneration Water, Air, & Soil Pollution, 2011 218(1-4): p 457470 [44] Silvetti, M., et al., Sorption of cadmium (II) and zinc (II) from aqueous solution by water treatment residuals at different pH values Water, Air, & Soil Pollution, 2015 226(9): p 313 [45] Wang, C., Y Zhao, and Y Pei, Investigation on reusing water treatment residuals to remedy soil contaminated with multiple metals in Baiyin, China Journal of hazardous materials, 2012 237: p 240-246 [46] Sales, A., F.R de Souza, and F.d.C.R Almeida, Mechanical properties of concrete produced with a composite of water treatment sludge and sawdust Construction and Building Materials, 2011 25(6): p 2793-2798 [47] Basibuyuk, M and D Kalat, The use of waterworks sludge for the treatment of vegetable oil refinery industry wastewater Environmental technology, 2004 25(3): p 373-380 [48] Guan, X.-H., G.-H Chen, and C Shang, Re-use of water treatment works sludge to enhance particulate pollutant removal from sewage Water Research, 2005 39(15): p 3433-3440 [49] Nair, A.T and M.M Ahammed, The reuse of water treatment sludge as a coagulant for post-treatment of UASB reactor treating urban wastewater Journal of Cleaner Production, 2015 96: p 272-281 [50] Jangkorn, S., et al., Evaluation of reusing alum sludge for the coagulation of industrial wastewater containing mixed anionic surfactants Journal of Environmental Sciences, 2011 23(4): p 587-594 [51] Hường, L.T., et al., Nghiên cứu khả sử dụng than hoạt tính hấp phụ khí H 2S Tạp chí Khoa Học Cơng Nghệ Nơng Nghiệp Việt Nam, 2019 3(88): p 94-97 [52] Long, N.Q., et al Nghiên cứu chế tạo vật liệu xử lý khí H2S biogas làm nhiên liệu sử dụng cho máy phát điện Sở KHCN Tp Hồ Chí Minh 2017 87 [53] Bích, P.T.N Xây dựng công nghệ xử lý hydro sulfua vật liệu xúc tác mới, ứng dụng làm khí biogas Viện Hàm Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam 2013 [54] Karge, H.G and J Raskó, Hydrogen sulfide adsorption on faujasite-type zeolites with systematically varied Si-Al ratios Journal of Colloid and Interface Science, 1978 64(3): p 522-532 [55] Maghsoudi, H., et al., Adsorption isotherms and ideal selectivities of hydrogen sulfide and carbon dioxide over methane for the Si-CHA zeolite: comparison of carbon dioxide and methane adsorption with the all-silica DD3R zeolite Adsorption, 2013 19(5): p 1045-1053 [56] TANADA, S and K BOKI, Properties of various adsorbents for removal of hydrogen sulfide gas Chemical and Pharmaceutical Bulletin, 1974 22(11): p 2703-2709 [57] Melo, D.M.d.A., et al., Evaluation of the zinox and zeolite materials as adsorbents to remove H2S from natural gas Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2006 272(1-2): p 32-36 [58] Cruz, A.J., et al., Physical adsorption of H S related to the conservation of works of art: the role of the pore structure at low relative pressure Adsorption, 2005 11(5-6): p 569-576 [59] Micoli, L., G Bagnasco, and M Turco, H2S removal from biogas for fuelling MCFCs: New adsorbing materials International Journal of Hydrogen Energy, 2014 39(4): p 1783-1787 [60] Kumar, P., et al., H2S adsorption by Ag and Cu ion exchanged faujasites Microporous and Mesoporous Materials, 2011 146(1-3): p 127-133 [61] Peluso, A., et al., Nanoporous materials as H2S adsorbents for biogas purification: a review Separation & Purification Reviews, 2019 48(1): p 78-89 [62] Tsai, J.-H., F.-T Jeng, and H.-L Chiang, Removal of H S from exhaust gas by use of alkaline activated carbon Adsorption, 2001 7(4): p 357-366 [63] Boudou, J.-P., et al., Adsorption of H2S or SO2 on an activated carbon cloth modified by ammonia treatment Carbon, 2003 41(10): p 1999-2007 [64] Bagreev, A., H Rahman, and T.J Bandosz, Study of H2S adsorption and water regeneration of spent coconut-based activated carbon Environmental science & technology, 2000 34(21): p 4587-4592 [65] Bandosz, T.J., On the adsorption/oxidation of hydrogen sulfide on activated carbons at ambient temperatures Journal of colloid and Interface Science, 2002 246(1): p 1-20 88 [66] Huang, H.Y., et al., Amine-grafted MCM-48 and silica xerogel as superior sorbents for acidic gas removal from natural gas Industrial & Engineering Chemistry Research, 2003 42(12): p 2427-2433 [67] Wang, X., et al., Mesoporous-molecular-sieve-supported polymer sorbents for removing H S from hydrogen gas streams Topics in catalysis, 2008 49(1-2): p 108 [68] Belmabkhout, Y., G De Weireld, and A Sayari, Amine-bearing mesoporous silica for CO2 and H2S removal from natural gas and biogas Langmuir, 2009 25(23): p 13275-13278 [69] Wang, X., et al., Low-temperature H2S removal from gas streams with SBA-15 supported ZnO nanoparticles Chemical Engineering Journal, 2008 142(1): p 4855 [70] Tagliabue, M., et al., High pressure hydrogen sulphide adsorption on silica– aluminas Chemical engineering journal, 2012 210: p 398-403 [71] Hamon, L., et al., Comparative study of hydrogen sulfide adsorption in the MIL-53 (Al, Cr, Fe), MIL-47 (V), MIL-100 (Cr), and MIL-101 (Cr) metal− organic frameworks at room temperature Journal of the American Chemical Society, 2009 131(25): p 8775-8777 [72] Wang, X.-L., et al., Adsorptive removal of sulfur compounds using IRMOF-3 at ambient temperature Applied Surface Science, 2014 289: p 107-113 [73] Li, Y., et al., Removal of sulfur compounds by a copper-based metal organic framework under ambient conditions Energy & Fuels, 2014 29(1): p 298-304 [74] Vaesen, S., et al., A robust amino-functionalized titanium (IV) based MOF for improved separation of acid gases Chemical Communications, 2013 49(86): p 10082-10084 [75] thơn, B.n.n.v.p.t.n., Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 676-2006 Quy trình xác định Hydrosunfua khơng khí chuồng ni 2006: Bộ nông nghiệp phát triển nông thôn [76] Siswoyo, E., et al., Development of a floating adsorbent for cadmium derived from modified drinking water treatment plant sludge Environmental technology & innovation, 2019 [77] Nguyen, T.D.J.S and T.D.J.-N Sciences, The maximum absorption capacities of γ-FeOOH, α-FeOOH, γ-Fe2O3 and α-Fe2O3 nanoparticles for As (V) and As (III) 2017 1(6): p 237-246 [78] Sriram, G., et al., Mg–Al-layered double hydroxide (LDH) modified diatoms for highly efficient removal of Congo red from aqueous solution 2020 10(7): p 2285 89 [79] Han, R., et al., Removal of copper (II) and lead (II) from aqueous solution by manganese oxide coated sand: I Characterization and kinetic study 2006 137(1): p 384-395 [80] Lǚ, J., et al., Adsorptive removal of phosphate by a nanostructured Fe–Al–Mn trimetal oxide adsorbent 2013 233: p 146-154 [81] Siswoyo, E., Y Mihara, and S.J.A.C.S Tanaka, Determination of key components and adsorption capacity of a low cost adsorbent based on sludge of drinking water treatment plant to adsorb cadmium ion in water 2014 97: p 146-152 [82] Kan, C.-C., et al., Hexavalent chromium removal from aqueous solution by adsorbents synthesized from groundwater treatment residuals 2017 27(4): p 163-171 [83] Ociński, D., et al., Water treatment residuals containing iron and manganese oxides for arsenic removal from water–Characterization of physicochemical properties and adsorption studies 2016 294: p 210-221 [84] Zhuang, J., et al., Observation of Potential Contaminants in Processed Biomass Using Fourier Transform Infrared Spectroscopy 2020 10(12): p 4345 [85] Galván-Ruiz, M., et al., Characterization of calcium carbonate, calcium oxide, and calcium hydroxide as starting point to the improvement of lime for their use in construction 2009 21(11): p 694-698 [86] Kiefer, J., et al., Infrared spectroscopic analysis of the inorganic deposits from water in domestic and technical heat exchangers 2018 11(4): p 798 [87] Prasad, P., et al., Direct formation of the γ-CaSO4 phase in dehydration process of gypsum: In situ FTIR study 2005 90(4): p 672-678 [88] Bu, H., et al., Fractal characteristics of pores in non-marine shales from the Huainan coalfield, eastern China 2015 24: p 166-177 [89] Davydov, A., K.T Chuang, and A.R.J.T.J.o.P.C.B Sanger, Mechanism of H2S oxidation by ferric oxide and hydroxide surfaces 1998 102(24): p 4745-4752 [90] Daneshyar, A., et al., H2S adsorption onto Cu-Zn–Ni nanoparticles loaded activated carbon and Ni-Co nanoparticles loaded γ-Al2O3: optimization and adsorption isotherms 2017 490: p 553-561 [91] Beck, D.D and R.W.J.J.o.m.r Siegel, The dissociative adsorption of hydrogen sulfide over nanophase titanium dioxide 1992 7(10): p 2840-2845 [92] Choo, H.S., et al., Hydrogen sulfide adsorption by alkaline impregnated coconut shell activated carbon 2013 8(6): p 741-753 90 [93] Wang, S., H Nam, and H.J.J.o.E.C.E Nam, Preparation of activated carbon from peanut shell with KOH activation and its application for H2S adsorption in confined space 2020 8(2): p 103683 [94] Sun, Y., et al., An enhanced approach for biochar preparation using fluidized bed and its application for H2S removal 2016 104: p 1-12 91 PHỤ LỤC Tính tốn thiết kế mơ hình thí nghiệm Thơng số tính tốn: - Lưu lượng hỗn hợp khí đầu vào: V = 0.06 m 3/h - Nồng độ khí H₂S đầu vào tháp: Cd = 2.739×10-3 kg/m3 - Nồng độ khí H₂S đầu tháp: Cc = 7.5×10-6 kg/m3 a Tính tốn cân vật chất Nồng độ phần mol H₂S hỗn hợp khí đầu vào: yd  Cd  R  T 2.739  103 10  0.082  298   0.0196(kmolH S / kmol hhk ) M H2S  P 34 1 Phần khối lượng H₂S hỗn hợp khí đầu vào: yd  yd  yd  M H S yd  M H S  (1  yd )  M kk 0.0196  34  0.0229(kmolH S / kmol hhk ) 0.0196  34  (1  0.0196)  29 Khối lượng riêng hỗn hợp khí đầu vào: T P o  d   yd  M H S  (1  yd )  M kk   22.4  T  P o  d   0.0196  34  (1  0.0196)  29  273 1  1.190( kg / m3 ) 22.4  298 1 Lưu lượng khối lượng hỗn hợp khí đầu vào: Gd  Vd  d  0.06 1.190  0.0714(kg / h)  1.98105 (kg / s) Lưu lượng khối lượng H₂S hỗn hợp khí đầu vào: GH Sd  Gd  yd  Vd  Cd  0.0714  0.0229  1.63 10 3 ( kg / h)  4.52 10 7 ( kg / s) Lưu lượng khối lượng khơng khí hỗn hợp khí đầu vào: Gkkd  Gd  (1  yd )  Gd  GH Sd  1.98  105  4.52  10 7  1.93  105 ( kg / s )  Đầu i Hiệu suất hấp phụ: η = 99.6% Phần mol khí H₂S hỗn hợp khí đầu ra: yc  Cc  R  T 7.5 106  0.082  298   5.39  106 ( kmolH S / kmol hhk ) M H2S  P 34  Phần khối lượng H₂S hỗn hợp khí đầu ra: yc  M H S yc  yc  yc  M H S  (1  yc )  M kk 5.39  106  34  6.32  106 (kgH S / hhk ) 6 6 5.39  10  34  (1  5.39 10 )  29 Khối lượng riêng hỗn hợp khí đầu ra: T P o  c   yc  M H S  (1  yc )  M kk   22.4  T  P o 273 1  c  5.39 10 6  34  (1  5.39 10 6 )  29    1.186( kg / m3 ) 22.4  298  Khối lượng H₂S bị hấp phụ bùn: M  GH Sd   4.52  10 7  99.6%  4.501 107 ( kg / s) Lưu lượng khối lượng H₂S hỗn hợp khí ra: GH Sc  GH Sd  M  0.019 10 7 (kg / s ) Lưu lượng khối lượng hỗn hợp khí đầu ra: Gc  Gkkd  GH Sc  1.93  10 5  0.097  10 7  1.93  10 5 ( kg / s) a Đường kính thiết bị Lưu lượng khối lượng trung bình dịng khí: Gtb  Gd  Gc  1.955 105 (kg / s) Khối lượng riêng hỗn hợp dịng khí: ρ hh = ρd + ρc 1.186+1.186 = = 1.186  kg/m  2 Chọn loại tháp làm việc tháp tầng tĩnh, có dạng hình trụ đứng có: ii Vận tốc bề mặt: vs = 0.5 (m/s) (trang 335, sách Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học tập 10) Đường kính tháp hấp phụ: Dt  Gtb 1.955 105   6.48 103 ( m)  0.648(cm) 0.785  vs   hh 0.785  0.5 1.186 Chọn Dt = 2,6 cm Vận tốc dịng khí qua tháp: Gtb 1.955 105 vs   0.03( m / s ) 0.785   hh  Dt 0.785 1.186  0.0262 iii Xây dựng đường chuẩn H2S Nồng độ 0,015 0,03 0,045 0,06 0,075 ABS 0,786 1,483 2,119 2,826 3,504 y = 46.24x + 0.0523 R² = 0.9992 3.5 Độ hấp thu 2.5 1.5 0.5 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 Nồng độ (mg/ml) Kết phân tích khảo sát mẫu vật liệu a) Bùn nhà máy nước Thủ Đức Vật liệu BOO-HCl BOO-PO4 BOO-HCO3 BOO-Mg BOO-Zn Lần 2,177 19,838 3,465 22,607 40,748 Lần 2,125 18,930 3,592 23,100 38,438 Trung bình 2,151 19,384 3,528 22,853 39,593 Độ lệch chuẩn 0,037 0,642 0,090 0,349 1,633 TH-HCl TH-PO4 TH-HCO3 TH-Mg TH-Zn Lần 1,650 8,421 4,141 17,156 16,822 Lần 1,918 9,597 4,434 15,720 15,005 Trung bình 1,784 9,009 4,287 16,438 15,913 Độ lệch chuẩn 0,190 0,832 0,207 1,015 1,285 Dung lượng b) Bùn nhà máy nước Tân Hiệp Vật liệu Dung lượng i c) Bùn nhà máy nước Thủ Đức Vật liệu TĐ-HCl TĐ-PO4 TĐ-HCO3 TĐ-Mg TĐ-Zn Lần 3,551 9,346 48,552 57,301 80,756 Lần 4,066 9,202 47,020 55,266 79,381 Trung bình 3,809 9,274 47,786 56,284 80,068 Độ lệch chuẩn 0,364 0,102 1,083 1,439 0,973 Dung lượng d) Bùn nhà máy nước Tân Phú TPVật liệu TP- 200-TP- TP-Zn- HCl TP-PO4 HCO3 TP-Mg TP-Zn Zn 200 Dung Lần 8,552 18,451 62,240 65,046 176,995 237,521 184,148 lượng Lần 9,034 16,954 61,453 65,219 176,934 233,550 188,387 Trung bình 8,793 17,702 61,847 65,132 176,965 235,535 186,268 Độ lệch chuẩn 0,341 1,059 0,557 0,122 0,043 2,808 2,997 Kết phân tích ảnh hưởng EBCT EBCT (s) 0,320 0,640 0,950 1,320 Dung lượng Lần 200,910 237,521 240,025 290,166 (mg/g) Lần 198,874 233,550 250,510 287,960 Trung bình 199,892 235,535 245267 289,063 Độ lệch chuẩn 1,440 2,808 7,414 1,560 vi Kết phả phân tích ảnh hưởng nồng độ đầu vào Nồng độ đầu vào (ppm) Dung lượng (mg/g) Lần 1000 1500 2000 2500 3000 261,415 268,019 287,960 307,115 293,568 270,890 290,166 312,733 303,392 269,455 289,063 309,924 298,480 2,030 1,560 3,972 6,946 Lần Trung bình 261,415 Độ lệch chuẩn Kết phân tích vật liệu tái sinh Vật liệu GH200 GH300 GH400 GO2 Lần 53,790 31,863 17,019 105,457 Lần 50,781 41,954 22,823 Trung bình 52,286 36,909 19,921 Độ lệch chuẩn 2,127 7,136 4,104 Dung lượng (mg/g) 105,457 Kết so với vật liệu thị trường ITIMS Vật liệu 200-TP-Zn ITIMS Lần 287,960 250,755 Lần 290,166 246,341 Trung bình 289,063 248,548 Độ lệch chuẩn 1,560 3,121 Dung lượng (mg/g) Một số hình ảnh thực hành cơng ty TNHH CNSH Sài Gịn Xanh vi Hình 1: Đo đầu vào ngày 13/01 máy Biogas 5000 ( Pha loảng khí biogas: Khơng khí) vii Hình 2: Đo đầu vào ngày 14/01 máy biogas 5000 (Pha lỗng khí biogas: khơng khí) viii Hình 3: Kết đo nồng độ khí đầu máy biogas 5000 ix PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Lê Sĩ Q Ngày, tháng, năm sinh: 18/01/1995 Nơi sinh: Bình Định Địa liên lạc: 327/13 Điện Biên Phủ, Phường 25, Quận Bình Thạnh, Tp.HCM Q TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học 2013 – 2017 Kỹ thuật Môi trường Khoa Công nghệ Sinh học – Thực phẩm – Môi trường Đại học Công nghệ Tp.HCM Cao học 05/2018 – Nay Kỹ thuật Môi trường Khoa Môi trường Tài nguyên Đại học Bách Khoa-ĐHQG – TP.HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC Khơng có ... 8520320 I TÊN ĐỀ TÀI : Nghiên cứu ứng dụng bùn thải từ nhà máy nước cấp xử lý khí hydro sulfua II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Nghiên cứu ứng dụng bùn thải từ nhà máy nước cấp xử lý khí hydro sulfua: ... trình xử lý H2S biogas 1.7 Tính đề tài Tận dụng bùn thải nhà máy nước cấp để xử lý khí H2S từ biogas Việt Nam cịn mẻ Vì nghiên cứu xử lý khí H2S từ biogas vật liệu điều chế từ bùn thải nhà máy nước. .. hành xử lý khí H2S sinh dịng khí thải nhiệm vụ cấp bách kỹ sư, doanh nghiệp xã hội Với lý em lựa chọn thực đề tài ? ?Nghiên cứu ứng dụng bùn từ nhà máy nước cấp xử lý khí Hydro Sunfua ” Nghiên cứu