LUẬN văn 21 05 end

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHỤC HỒI DUNG DỊCH DRAW SOLUTION BỊ PHA LOÃNG TRONG HỆ FO DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MÀNG NF(1) Tìm hiểu công nghệ màng lọc NF và các draw solution (2) Thiết kế vận hành mô hình với các draw solution giả lập, tìm ra các điều kiện tối ưu thích hợp cho công nghệ màng NF để phục hồi draw solution: loại màng, pH, nồng độ, áp suất.(3) Ghi nhận số liệu tính toán, hiệu suất xử lý, tìm ra những yếu điểm của mô hình và đưa ra hướng khắc phục.(4) Phân tích, đánh giá hiệu quả và chất lượng đầu ra của nước đã xử lý.(5) Đánh giá hiệu quả xử lý của màng NF trong thời gian dài, vận hành thí nghiệm kiểm tra với màng FO.

TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA MÔI TRƢỜNG VÀ TÀI NGUYÊN - - LÊ KIỀU PHƢỢNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHỤC HỒI DUNG DỊCH DRAW SOLUTION BỊ PHA LỖNG TRONG HỆ FO DỰA TRÊN CƠNG NGHỆ MÀNG NF KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN MƠI TRƢỜNG LÂM ĐỒNG, NĂM 2019 TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA MÔI TRƢỜNG VÀ TÀI NGUYÊN - - LÊ KIỀU PHƢỢNG – 1513214 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHỤC HỒI DUNG DỊCH DRAW SOLUTION BỊ PHA LOÃNG TRONG HỆ FO (FORWARD OSMOSIS) DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MÀNG NF (NANOFILTRATION MEMBRANE)” KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN MƠI TRƢỜNG GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN: TS NGUYỄN CÔNG NGUYÊN ThS NGUYỄN VŨ HOA HỒNG KHÓA 2015 – 2019 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - - LỜI CAM ĐOAN Họ tên sinh viên: Lê Kiều Phượng MSSV: 1513214 Lớp: MTK39 Khoa: Môi trường Tài nguyên Chuyên ngành: Công nghệ môi trường Tên đề tài: “Nghiên cứu khả phục hồi dung dịch draw solution bị pha loãng hệ FO dựa cơng nghệ màng NF” Ngày hồn thành: 17/05/2019 Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Công Nguyên ThS Nguyễn Vũ Hoa Hồng Tôi cam đoa công trình nghiên cứu chúng tơi Những kết số liệu khóa luận chưa cơng bố hình thức Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước nhà trường cam đoan Đà Lạt, ngày 17 tháng 05 năm 2019 Tác giả Lê Kiều Phượng LỜI CẢM ƠN Trong trình thực nghiên cứu đề tài, em nhận quan tâm giúp đỡ nhiệt tình, đóng góp q báu nhiều cá nhân tập thể tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành khóa luận Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Công Nguyên Th.S Nguyễn Vũ Hoa Hồng tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt thời gian thực nghiên cứu Em xin cảm ơn tận tình dạy dỗ, bảo bốn năm qua thầy cô Khoa Môi trường Tài nguyên, Trường Đại học Đà Lạt Tuy có nhiều cố gắng thời gian kiến thức có hạn nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, khiếm khuyết Rất mong nhận góp ý, chỉnh sửa q thầy Cuối cùng, em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân bạn bè quan tâm, động viên giúp đỡ em suốt trình học tập qua Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG i DANH MỤC HÌNH ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu công nghệ màng FO .4 1.2 Ứng dụng công nghệ màng FO .5 1.2.1 Xử lý nước thải lọc nước 1.2.2 Khử mặn nước biển 1.2.3 Chế biến thực phẩm 1.2.4 Ngành công nghiệp dược phẩm 1.2.5 Sản xuất điện dựa mơ hình thẩm thấu áp suất chậm 1.3 Tổng quan công nghệ phục hồi drawsolution 1.3.1 Đặc điểm draw solution 1.3.2 Các nghiên cứu draw solution phương pháp thu hồi .9 1.4 Phục hồi Draw Solution màng NF 12 1.4.1 Giới thiệu đặc điểm màng NF 13 1.4.2 Cơ chế tách màng NF .15 1.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng trình lọc màng 16 1.5 Cơ sở khoa học lựa chọn dung dịch draw solution phương pháp thu hồi màng NF 18 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH 20 2.1 Nội dung nghiên cứu 20 2.2 Vật liệu đối tượng nghiên cứu .22 2.2.1 Màng .22 2.2.2 Lắp đặt mơ hình thí nghiệm 23 2.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý màng NF .24 2.3.1 Xác định loại màng tối ưu .24 2.3.2 Xác định pH tối ưu 25 2.3.3 Xác định nồng độ tối ưu 25 2.3.4 Xác định áp suất tối ưu 26 2.3.5 Đánh giá hiệu phục hồi màng NF sau vận hành thời gian dài 27 2.4 Các tiêu phương pháp phân tích sử dụng nghiên cứu 28 2.5 Các thông số chất lượng nước 29 2.5.1 Xác định COD phương pháp bichromat .29 2.5.2 Xác định thông số Photphat 30 2.6 Công thức xác định thơng lượng thấm hiệu xử lí 32 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 34 3.1 Xác định loại màng tối ưu 34 3.2 Xác định pH tối ưu .35 3.3 Xác định nồng độ tối ưu .40 3.4 Xác định áp suất tối ưu .44 3.5 Khả xử lý màng NF thời gian dài 46 3.6 Kết chất lượng nước đầu 48 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 4.1 Kết luận 49 4.2 Kiến nghị 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC A 52 PHỤ LỤC B 55 DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Bảng tổng hợp số draw solution phương pháp thu hồi 10 Bảng Màng lọc nano có thị trường với đặc điểm kỹ thuật 13 Bảng Các draw solution chọn nghiên cứu 19 Bảng Tổng hợp mục tiêu nội dung nghiên cứu 21 Bảng 2 Đặc điểm màng lọc nano[14] 22 Bảng Các thông số sử dụng để khảo sát loại màng tối ưu .25 Bảng Các thông số sử dụng để khảo sát pH tối ưu 25 Bảng Các thông số sử dụng để khảo sát nồng độ draw solution đơn chất 26 Bảng Các thông số sử dụng để khảo sát nồng độ draw solution hợp chất 26 Bảng Các thông số sử dụng để khảo sát áp suất tối ưu 27 Bảng Chỉ tiêu phương pháp phân tích 28 Bảng Thay đổi TDS sau điều chỉnh pH 37 Bảng Mối tương quan yếu tố trình vận hành màng NF[14] 45 Bảng 3 Kết khảo sát với màng FO 48 i 14 100 Hiệu xử lý TDS (R%) 12 80 70 10 60 50 40 30 20 10 Thông lượng thấm Jw (L/m2.h) 90 0 R% Draw solution Jw (L/m2.h) Hình 13 Biểu đồ thể hiệu xử lý TDS thông lƣợng thấm dung dịch hỗn hợp (Màng NF – TS80, áp suất 80 Psi, pH=9) Biểu đồ hình 3.13 cho thấy dung dịch 1, 2, có thơng lượng thấm chênh lệch không nhiều, 12.66, 13.62, 12.90 (L/m2h) hiệu suất xử lý tăng dần 78.59, 81.26, 86.48 (%) Kết rằng, dung dịch có nhiều ion hóa trị cao kích thước phân tử lớn kích thước lỗ màng nên giữ lại bên màng NF Tuy nhiên, so sánh với draw solution khảo sát, hỗn hợp draw solution gồm ba chất có hiệu xử lý thấp (chỉ có dung dịch 86.48%) Tóm lại, nồng độ đầu vào tăng thơng lượng dịng thấm đạt giảm dần, nhiên hiệu xuất xử lý không bị ảnh hưởng nhiều Trong draw solution khảo sát draw solution EDTA – 2Na cho hiệu suất xử lý cao Với dãy nồng độ khảo sát EDTA – 2Na, chọn nồng độ 0.05M tối ƣu để tiếp tục cho giai đoạn có thơng lượng thấm tốt (6.45 L/m2h) chất lượng nước đầu TDS = 494 ppm phù hợp cho mục đích tái sử dụng 3.4 Xác định áp suất tối ƣu Bên cạnh ảnh hưởng đến thông lượng hiệu suất xử lý yếu tố pH, nồng độ draw solution áp suất yếu tố ảnh hưởng đến khả xử lý màng NF Khảo sát áp suất thực với màng NF – TS80 với dãy áp suất từ 50 – 100 Psi Kết thể hình 3.14 44 100 80 70 60 50 40 30 20 10 0 50 60 70 80 R% 90 100 Thông lượng thấm Jw (L/m2.h) Hiệu xử lý TDS (R%) 90 Áp suất (Psi) Jw (L/m2.h) Hình 14 Biểu đồ thể hiệu xử lý TDS thông lƣợng thấm áp suất từ 50 – 100 Psi màng NF – TS80 (Màng NF – TS80, dung dịch EDTA – 2Na 0.05M, pH=9) Bảng Mối tƣơng quan yếu tố trình vận hành màng NF[14] Yếu tố JW (Thông lƣợng thấm) Cp (Nồng độ thấm) Áp suất Dựa vào đồ thị hình 3.14, thấy thông lượng thấm tăng (2.39 – 6.21 L/m2.h), hiệu suất xử lý ổn định (trên 93%) áp suất từ 50 – 80 Psi, giảm áp suất 90 100 Psi Theo lý thuyết áp suất dịng vào cao làm tăng thông lượng thấm hiệu suất xử lý tốt (bảng 3.2), nghiên cứu lại giảm mạnh áp suất tăng Điều lưu lượng dòng hồi lưu nhỏ, mức tối thiểu yêu cầu, vận tốc không đủ lớn để tạo nên dòng chảy rối để giảm thiểu tượng phân cực hàm lượng, làm màng bị bám bẩn dẫn đến hiệu xử lý thông lượng thấp 45 Vì vậy, chọn áp suất 80 Psi tối ƣu thơng lƣợng dịng thấm đạt đƣợc cao hiệu xử lý 93.78 (%) để thực nghiên cứu 3.5 Khả xử lý màng NF thời gian dài Qua trình khảo sát điều kiện tối ưu màng NF pH, nồng độ, áp suất, nghiên cứu tiếp tục đánh giá khả hoạt động màng thời gian 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 R% Thông lượng thấm Jw (L/m2.h) Hiệu suất xử lý TDS (R%) dài Khảo sát thực vận hành liên tục 10 với EDTA – 2Na có nồng độ 0.05M, áp suất 80 Psi Kết thể hình 3.15 10 Time (h) Jw (L/m2.h) Hình 15 Biểu đồ thể hiệu suất xử lý TDS thông lƣợng thấm màng NF – TS80 thời gian dài (Màng NF – TS80, áp suất 80 Psi, pH=9, dung dịch EDTA – 2Na 0.05M) 46 10500 45 35 9500 30 25 9000 20 8500 15 Tỷ lệ phục hồi (r%) TDS draw solution (mg/l) 40 10000 10 8000 7500 TDS draw solution 10 Time (h) Recovery (%) Hình 16 Biểu đồ thể TDS draw solution tỷ lệ phục hồi màng NF – TS80 thời gian dài (Màng NF – TS80, áp suất 80 Psi, pH=9, dung dịch EDTA – 2Na 0.05M) Dựa vào đồ thị hình 3.15, thấy thơng lượng thấm giảm từ 6.45 đến 4.49 (L/m2.h) hiệu suất xử lý TDS giảm nhẹ không đáng kể từ 94.06 đến 92.46 % Điều lý giải mô hình hoạt động theo chế độ dead-end, làm hàm lượng chất tích tụ bề mặt màng phần nhỏ ion qua màng Tuy nhiên, nồng độ TDS đầu vào tăng, chất lượng nước đầu tương đối ổn định với hiệu xử lý đạt 90% Ở biểu đồ hình 3.16, ta thấy TDS draw soltion tăng dần theo thời gian đến 10250 ppm tỷ lệ phục hồi 37% (tỷ lệ cao) vận hành liên tục 10h Dừng khảo sát thời gian 10 phục hồi draw solution đạt nồng độ 0.06M (tương đương TDS=10250 ppm) phù hợp để vận hành với mơ hình FO Thiết lập mơ hình vận hành với màng FO sử dụng draw solution EDTA – 2Na 0.06M, pH=9 đến nồng độ draw solution pha lỗng cịn 0.05M Sau 2.5 giờ, dung dịch draw solution pha lỗng từ nồng độ 0.06M giảm cịn nồng độ 0.05M; thông lượng thấm màng FO đạt Jw=6.8 (L/m2h), dòng muối thấm ngược: Js=4.6(g/m2h) Điều cho thấy với nồng độ 0.06M draw solution màng FO cho 47 thơng lượng thấm cao nên ứng dụng nghiên cứu vào thực tế Kết trình bày bảng 3.2 Bảng 3 Kết khảo sát với màng FO Draw solution Thời gian (h) TDS vào (ppm) TDS sau 1h (ppm) TDS sau 2h (ppm) TDS sau 2.5h (ppm) Jw (L/m2.h ) Js (g/m2h) EDTA – 2Na 0.06M 2.5 10200 9700 8950 8650 6.8 4.6 3.6 Kết chất lƣợng nƣớc đầu Các thông số chất lượng nước đầu đạt QCVN 14:2008/BTNMT (cột B), QCVN 40:2011/BTNMT (cột B) xả thải trực tiếp WHO (2006) dùng cho tưới tiêu xanh khu vực xanh bên đường thành phố (kích thước lỗ màng 0.752 nm loại bỏ vi sinh vật tốt, hiệu xử lý cao) Thông số QCVN QCVN Nƣớc 14:2008/BTNMT 40:2011/BTNMT đầu (cột B) (cột B) WHO (2006) (Cây xanh khu vực xanh bên đƣờng thành phố) pH 8.8 5–9 5,5 - 6.0 – 9.0 TDS (mg/L) 640 1000 - 1500 COD (mg/L) 128 - 150 500 48 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Nghiên cứu phục hồi số loại dung dịch draw solution màng NF trình bày luận văn Các khảo sát tìm điều kiện tối ưu để màng NF có thơng lượng dịng thấm chất lượng nước tốt thực với kết sau: - Loại màng tối ưu cho nghiên cứu màng NF – TS80 với bán kính lỗ màng 0.752 nm - pH cao hiệu xử lý cao, thông lượng thấm giảm không nhiều Để tránh làm ảnh hưởng đến màng NF chất lượng nước đầu tái sử dụng cho tưới tiêu pH = tối ưu cho trình NF - Qua khảo sát draw solution khác draw solution EDTA – 2Na nồng độ 0.05M tối ưu cho trình phục hồi cơng nghệ màng NF - Áp suất tối ưu cho thông lượng thấm cao hiệu xử lý tốt 80 Psi - Draw solution phục hồi nồng độ 0.06M thời gian vận hành 10 giờ; hiêu xử lý đạt 90%, tỉ lệ phục hồi 37% Sau thu hồi draw solution để tái sử dụng cho hệ FO, nước tách từ dung dịch draw solution bị pha lỗng cơng nghệ màng NF đạt tiêu chuẩn chất lượng nước tái sử dụng cho tưới theo WHO(TDS 2.0 - - TSS mg/L 50.0 150 150 pH - 6.0 – 9.0 6.0 – 9.0 6.0 – 9.0 Turbidity NTU 10 NO3 mg/L 30.0 45.0 45.0 T–N mg/L 45.0 70.0 70.0 E.coli MPN/100 mL 100 1000 - Intestunal helminth eggs Egg/L ≤ ≤ 55 Bảng B – Tiêu chuẩn Jordan (JS: 893/2002) để tái sử dụng nƣớc thải cho tƣới tiêu nông nghiệp, 2[2] Giá trị Thông số (mg/L) (tối đa cho phép) FOG 8.0 Phenol