Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ trong nước thải thủy sản bằng công nghệ MBBR (moving bed biofilm reactor) sử dụng giá thể trên cơ sở PVA gel (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

LƯU TRỌNG THÔNG

“NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ
TRONG NƯỚC THẢI THỦY SẢN BẰNG CÔNG NGHỆ MBBR
(MOVING BED BIOFILM REACTOR)
SỬ DỤNG GIÁ THỂ TRÊN CƠ SỞ PVA GEL’’

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
Mã số: 8520301

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC
Đà Nẵng – Năm 2022

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


Cơng trình được hồn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Người hướng dẫn khoa học: TS. Phan Thế Anh

Phản biện 1: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
Phản biện 2: TS. Châu Thanh Nam
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ Kỹ thuật hóa học họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày
28 tháng 05 năm 2022

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
− Trung tâm Học liệu và Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa –
ĐHĐN
− Thư viện Khoa Hóa, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Đà Nẵng – Năm 2022

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


1

MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
1.3. Tính cấp thiết của đề tài
1.4. Mục tiêu nghiên cứu
1.5. Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài
1.5.1. Ý nghĩa thực tiễn
1.5.2. Ý nghĩa khoa học
1.6. Nội dung nghiên cứu
1.6.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.6.2. Nguyên liệu
1.6.3. Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm
1.6.4. Phương pháp nghiên cứu
1.6.5. Nội dung nghiên cứu
a. Xác định các đặc trưng của vật liệu làm giá thể
b. Xác định thời gian thích nghi vật liệu

c. Xác định hiệu quả xử lý chất hữu cơ của mơ hình có sử
dụng vật liệu PVA gel
d. Xác định hiệu quả xử lý chất hữu cơ của mơ hình có sử
dụng vật liệu PU biến tính PVA gel

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


2

e. Xác định tải trọng xử lý chất hữu cơ của mơ hình khi bổ
sung các vật liệu làm giá thể
1.7. Bố cục luận văn thạc sĩ

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Tổng quan về nước thải thủy sản và công nghệ xử lý
1.1.1.

Nước thải thủy sản
Bảng 1.1: Thành phần nước thải chế biến thủy sản
Nồng độ

Stt

Chỉ
tiêu

Đơn
vị

Tôm

Cá da
trơn

đông lạnh

(trabasa)

Thủy sản
đông lạnh
hỗn hợp

pH

-

6,5 – 9

6,5 – 7,0

5,5 – 9,0

TSS

mg/l

100 – 300

500 –
1,200

50 – 194

BOD5

mg/l

500 –
1500

500 –
1500

391 – 1539

COD

mg/l

800 –

2000

800 –
2500

694 – 2070

T-N

mg/l

50 – 200

100 –
300

30 – 100

6

T-P

mg/l

10 – 120

50 – 100

3 – 50

7

Dầu và
mg/l
mỡ

-

250 –
830

2,4 – 100

1
2
3
4
5

1.1.2.

Các công nghệ xử lý nước thải thủy sản

1.1.3.

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ

4

a. Điều kiện nước thải được xử lý bằng phương pháp sinh
học
b. Các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật
1.2. Tổng quan về vật liệu làm giá thể

Hình 1.1: Các loại giá thể khác nhau được sử dụng trong công
nghiệp xử lý nước thải..

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


5

Bảng 1.2: Tính chất của các vật liệu làm giá thể
Vật liệu

Hình
dạng

Kích thước

Diện tích bề
mặt riêng
(m2/g)

Hạt Polyethylene
beads

Hạt

ø 0.9 mm

2.54x10-3

Hạt Polyethylene

Hạt

ø 3 mm

1.22 x10-3

Polypropylene
dạng ống

Hình trụ

Đường kính
trong ø 3 mm

5.81 x10-3

Đường kính
ngồi ø 4 mm

Dài 5 mm
Tấm
polyethylene

Tấm

ø 11 cm

1.94 x10-3

Xốp

Hình khối

15x15x15 mm

0.91

Kaldnes K1

Hình trụ

ø 10 mm

5.0 x10-3

Dài 7 mm
Kaldnes K3

Hình trụ

ø 10 mm

0.5 x10-3

Dài 7 mm
Hạt PVA- gel
TM

Bioportz

Hình cầu

ø 4 mm

-

Hình trụ

ø 20 mm

0.58 x10-3

Dài 20 mm
Poly propylene

Hình trụ

0.35 x10-3

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


6

Polyethylene
Ball

Hình trịn

ø 10 mm

WD-F104bioMTM

Hình trụ

ø 25 mm

0.9 x10-3

Flocor RMPHSP

Hình trụ

ø 10 mm

2.77 x10-3

Ĩng nhựa PVC

Hình trụ

Nonwoven
hollow

Hình trụ

0.32 x10-3

Dài 7 mm

Dài 10 mm
ø 20.5 mm

0.15 x10-3

Dài 18.2 mm
ø 20 mm

0.9 x10-3

Dài 15 mm

Cylinder
Hạt cầu ceramic

Hình cầu

Đường kính
ngồi ø 20 cm

1.032 x10-3

Đường kính
trong ø 18 cm
Dài 18 cm
Hạt Tezontle

Hình trụ

ø 3.25 mm

1.21 x10-3

Hạt nhựa HDPE

Hạt

3.0 mm

1.177 x10-3

Hạt nhựa LDPE

Hạt

4.5 mm

0.755 x10-3

Hạt nhựa
Polypropylene

Hạt

3.5 mm

1.001 x10-3

Khối
Polyurethane

Khối lập
phương

25x25x25 mm

1.102 x10-3

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


7

Dải Polyethylene
SESSIL

Dải

30x150 mm

1.098 x10-3

Xốp Loofa

Hình trụ

Dài 36.25 cm

-

Natrix C 10/10

Hình trụ

ø 31-36 mm

0.31 x10-3

Sand

Hình trịn

ø 3.0 mm

820 m-1

Xốp Polyether

Khối lập
phương

5x5x5 mm

-

Dài 32 mm

1.2.1.

PVA gel

* Phương pháp tạo liên kết ngang cộng hóa trị

KHÁI NIỆM CỦA HYDROGEL PVA
Gel khơ

Nước

Sự bức xạ
Chuỗi phân tử của
PVA

Liên kết ngang bởi
sự kết hợp của các
radical

Làm
khô

Ngâm nước

Liên
kết
ngang

Hình dạng của hydrogel

Hình 1.2: PVA hydrogel được tổng hợp bởi bức xạ gama

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


8

* Phương pháp lạnh đông rã đông

Pha giàu PVA

Kết tinh
Vô định
hình

Pha giàu nước

Hình 1.3: Cơ chế hình thành PVA hydrogel [25]
1.2.2.

Xốp polyurethane (PU)

1.3. Tổng quan công nghệ xử lý nước thải MBBR

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


9

1.3.1. Giới thiệu về cơng nghệ MBBR

Hình 1.4. Mơ phỏng công nghệ MBBR
1.3.2. Ưu điểm của công nghệ MBBR
1.3.3. Phạm vi áp dụng

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


10

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên liệu và thiết bị dụng cụ
2.2. Tổng hợp vật liệu

2.2.1. Thủy phân PVA
2.2.2. Biến tính xốp PU bằng PVA gel (PU-PVA)
2.2.3. Vật liệu PVA gel
2.3. Các phương pháp xác định đặc trưng vật liệu
2.3.1. Xác định hàm lượng nước trong vật liệu gel
2.3.2. Xác định lượng PVA bám trên xốp PU
2.3.3. Xác định khối lượng riêng của vật liệu gel
2.3.4. Xác định kích thước và sự phân bố lỗ xốp
2.3.5. Xác định diện tích bề mặt riêng theo BET
2.4. Xác định hiệu quả xử lý nước thải
2.4.1. Mơ hình thí nghiệm
2.4.2. Vật liệu giá thể
2.4.3. Nước thải đầu vào
2.4.4. Nội dung thí nghiệm
a. Thích nghi vật liệu làm giá thể
b. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải khi khơng có vật liệu
giá thể
c. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải khi có vật liệu giá thể
PVA gel
d. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải khi có vật liệu giá thể
xốp PU

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


11

e. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải khi có vật liệu giá thể

PU-PVA gel
2.4.5. Phương pháp phân tích chỉ tiêu nước thải
2.5. Các chỉ tiêu phân tích
2.5.1. Đo pH
2.5.2. Đo chỉ số thể tích bùn (SVI)
2.5.3. Đo hàm lượng chất rắn lơ lững trong chất lỏng (MLSS)
2.5.4. Thực nghiệm COD

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


12

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đặc trưng của vật liệu làm giá thể

Sấy thăng hoa

(c
)

Hình 3.1: Vật liệu PVA gel tạo thành sau lạnh đông – rã đông (a),
PVA gel sau sấy thăng hoa (b) và ảnh SEM của PVA gel (c).

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ

13

(a)
Tẩm
PVA

Sấy
thăng
hoa

(b)

(c)

(e)

(d)

Hình 3.2: Ảnh kỹ thuật số của: xốp PU thương mại (a), vật liệu PUPVA gel (b) và vật liệu PU-PVA gel sau sấy thăng hoa (c); ảnh SEM
của: xốp PU (d) và PU-PVA gel (e).

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


14

Hình 3.3: Ảnh SEM của vật liệu PVA gel ở độ phóng đại 300 lần

35

32

Tần suất xuất hiện (số lần)

30

26

27

25
20
15

11

13 13

10

10

6

5

6

1

0

Đường kính (µm)
Hình 3.4: Biểu đồ sự phân bố kích thước lỗ xốp của vật liệu PVA gel

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


15

Hình 3.5: Ảnh SEM của vật liệu PU-PVA gel ở độ phóng đại 300 lần

35

Tần suất xuất hiện (số lần)

30

30 29

25
20
15
13

10

5
0

0

11

9
4

1

2

1

Đường kính (µm)
Hình 3.6: Biểu đồ sự phân bố kích thước lỗ xốp của vật liệu PU-PVA
gel

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


16

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của vật liệu giá thể
Thơng số

Đơn vị

PVA gel

Xốp PU

PU-PVA
gel

Hàm lượng %
rắn

~10

100

~9

Kích thước mm
hạt

2-4

10

10

Đường kính µm
lỗ xốp

4-40

300-500

300-500,
4-40

Khối lượng g/cm3
riêng

1,021(1)

0,021(2)

1,015(1)

Diện tích bề m2/g
mặt
riêng
theo BET

1,1-4,3

0,67

3,4

(1)

Khối lượng riêng được xác định bằng cân thủy tĩnh

Khối lượng riêng được xác định bằng khối lượng xốp cân
được chia cho thể tích khối xốp đem cân.
(2)

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


17

3.2. Hiệu quả xử lý nước thải
3.2.1. Chất lượng nước thải đầu vào
Bảng 3.2. Đặc điểm nước thải đầu vào
TT

Chỉ tiêu

Đơn vị

Kết quả

1

BOD

mg/l

447

2

COD

mg/l

760±57

3

Tổng Nito

mg/l

117

4

Tổng Photpho

mg/l

12

5

pH

6

TSS

mg/l

7,1-7,5
85  9,75

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


18

3.2.2. Diễn biến tạo màng sinh học trong giai đoạn thích nghi

Xốp PU

Sau 15 ngày

Ban đầu
PVA gel

Ban đầu

Sau 15 ngày

.

PU-PVA gel

Ban đầu

Sau 15 ngày

Hình 3.7: Sự thay đổi màu sắc của vật liệu sau 15 ngày tạo màng
sinh học

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


19

(a)

(c)

(b)

(d)

Hình 3.8: Ảnh SEM của xốp PU (a,b) và PU-PVA gel (c,d) sau 15
ngày tạo màng sinh học

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ

Commented [p1]: Vẫn còn thiếu ảnh SEM của mẫu PUPVA gel sẽ bổ sung sau


20

3.2.3. Điều kiện vận hành của mơ hình thí nghiệm

900
800

0,137 m3/ngày

700

QCVN 11-MT:2015 (B)

0,27 m3/ngày

Nồng độ (mg/L)

600

QCVN 11-MT:2015 (A)

500
400

300

200

100
0
BOD BOD COD COD N-T N-T P-T P-T Hiệu Hiệu Hiệu Hiệu
vào ra vào ra vào ra vào ra suất suất suất suất
BOD COD N-T P-T

Hình 3.9: Các chỉ tiêu nước thải khi mơ hình vận hành ở lưu lượng
đầu vào khác nhau

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


21

3.2.4. Hiệu quả xử lý chất hữu cơ
Bảng 3.3: Điều kiện vận hành của mơ hình khi khảo sát hiệu quả của
vật liệu giá thể
Vật liệu
Thông số

Đơn vị

COD vào

mg/l

Bùn

PVA
gel

Xốp
PU

PUPVA gel

~1500 ~1500

~1500 ~1500

Thể tích
m3
làm việc

0,08

0,08

0,08

0,08

Thể tích bể
chứa giá m3
thể

-

0,04

0,04

0,04

pH

6,57,5

6,57,5

6,57,5

6,5-7,5

MLSS

mg/l

2500

2500

2500

2500

Lưu lượng

m /ngày

0,270

0,270

0,270

0,270

Tải khối
lượng theo kg/ngày
COD

0,405

0,405

0,405

0,405

Tải thể tích
kg/m3/ngày 5,06
theo COD

5,06

5,06

5,06

HRT

7

7

7

3

giờ

7

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


22

Bảng 3.4: Các giá trị COD đầu vào và đầu ra khi mơ hình được bổ
sung các loại vật liệu làm giá thể khác nhau
Vật liệu Bùn

PVA gel

PU

PU-PVA

Thông số
COD vào

1523±155,
9

1507±58,
6

1377±118,
5

1502±104,
1

COD ra

651±20,8

490±6,6

397±18,1

418±53,9

Hiệu suất

57±10,8

68±1,1

71±1,3

72±6,9

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


23

3.2.5. Hiệu quả xử lý chất dinh dưỡng

Bùn
PVA gel
PU
PU-PVA

250

Nồng độ (mg/L), Hiệu suất (%)

200
QCVN 11-MT:2015 (cột B)

QCVN 11-MT:2015 (cột A)

150

100

50

0
T-N vào T-N ra T-P vào T-P ra

Hiệu
Hiệu
suất (T- suất (TN)
P)

Hình 3.10: Hiệu quả xử lý dinh dưỡng khi có bổ sung vật liệu giá thể
3.2.6. Hiệu quả của mơ hình có sử dụng giá thể PU-PVA gel

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ