Nghiên cứu hiệu quả xử lý nitơ ammonia trong nước thải thuộc da

Chuyên khảo Hiệu quả xử lý nitơ ammonia trong nước thải thuộc da bằng quá trình ni phân tích chuyên sâu các khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực công

• Tác giả: Cao Tiến Dũng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tấn Phong
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Hiệu Quả Xử Lý Nitơ Ammonia Trong Nước Thải Thuộc Da Bằng Quá Trình Nitrit Hóa Bán Phần Kết Hợp Anammox
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Ngành công nghiệp thuộc da thải ra một lượng lớn nước thải có độ mặn cao, chứa nhiều nitơ ammonia. Việc xử lý nước thải này là cần thiết để bảo vệ môi trường. Công nghệ truyền thống như nitrate hóa và khử nitrate gặp nhiều khó khăn về chi phí và hiệu quả. Do đó, nghiên cứu ứng dụng quá trình nitrit hóa bán phần kết hợp với anammox được xem là giải pháp khả thi. Nghiên cứu này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tiết kiệm chi phí vận hành. Theo Fux và cộng sự (2002), hiệu quả xử lý nitơ đạt trên 80% khi áp dụng công nghệ này. Tuy nhiên, độ mặn vẫn là yếu tố cần được nghiên cứu thêm để tối ưu hóa quá trình xử lý.

II. Mục tiêu của luận văn

Mục tiêu chính của nghiên cứu là đánh giá hiệu quả loại bỏ nitơ trong nước thải thuộc da qua quá trình nitrit hóa bán phần. Nghiên cứu sẽ tập trung vào khả năng loại bỏ nitơ của quá trình anammox đối với nước thải đã qua xử lý. Đối tượng nghiên cứu bao gồm nước thải nhân tạo và nước thải từ nhà máy thuộc da. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc ứng dụng công nghệ này trong thực tiễn, đồng thời mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo về xử lý nước thải có nồng độ ammonium cao.

III. Tổng quan về nước thải thuộc da

Nước thải thuộc da có nguồn gốc từ nhiều công đoạn sản xuất khác nhau, với đặc tính thay đổi tùy thuộc vào quy trình. Lượng nước thải thường xấp xỉ lượng nước tiêu thụ, khoảng 30 đến 70 m3 cho 1 tấn da nguyên liệu. Các chất ô nhiễm chủ yếu bao gồm ammonium, muối và các hóa chất khác. Việc xử lý nước thải này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn giảm thiểu chi phí cho các nhà máy. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng quá trình nitrit hóa bán phần và anammox có thể mang lại hiệu quả cao trong việc loại bỏ nitơ, với tỷ lệ loại bỏ đạt từ 75-78%.

IV. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện thông qua việc thiết lập mô hình thí nghiệm cho quá trình nitrit hóa bán phần và anammox. Mô hình này sử dụng giá thể cố định để tích lũy sinh khối vi khuẩn. Các thông số môi trường như pH, nồng độ oxy hòa tan (DO) được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo hiệu quả xử lý. Phương pháp phân tích hóa học và sinh học được áp dụng để đánh giá chất lượng nước thải đầu vào và đầu ra. Kết quả cho thấy rằng việc kiểm soát tốt các thông số này là rất quan trọng để đạt được hiệu quả xử lý cao nhất.

V. Kết quả và bàn luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình nitrit hóa bán phần kết hợp với anammox có khả năng loại bỏ tổng nitơ hiệu quả. Tốc độ loại bỏ tổng nitơ đạt 1,30 ± 0.01 kg N/m3/ngày, với hiệu suất 75-78% ở tải trọng 1,6 kg N/m3/ngày. Nồng độ NO3-N sinh ra trong quá trình thí nghiệm chỉ chiếm 10-12% so với tổng nitơ đầu vào, gần với giá trị lý thuyết của phản ứng anammox. Điều này cho thấy rằng việc kiểm soát tỷ lệ NH4-N/NO2-N là rất quan trọng để tối ưu hóa quá trình xử lý. Kết quả này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong việc xử lý nước thải thuộc da.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN CAO TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITƠ AMMONIA TRONG NƯỚC THẢI THUỘC DA BẰNG QUÁ TRÌNH NITRIT HÓA BÁN PHẦN KẾT HỢP ANAMMOX Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số: 60 52 03 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN CAO TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITƠ AMMONIA TRONG NƯỚC THẢI THUỘC DA BẰNG QUÁ TRÌNH NITRIT HÓA BÁN PHẦN KẾT HỢP ANAMMOX Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số: 60 52 03 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH -------------- oOo ------------- Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.

Nguyễn Tấn Phong Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Lê Công Nhất Phương Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Huỳnh Ngọc Phương Mai Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 18 tháng 01 năm 2016. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1.TS Nguyễn Phước Dân (Chủ tịch) 2.

Nguyễn Như Sang (Ủy viên) 3. Lê Công Nhất Phương (Phản biện 1) 4. Huỳnh Ngọc Phương Mai (Phản biện 2) 5. Trần Tiến Khôi (Thư ký) Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng khoa ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: CAO TIẾN DŨNG MSHV: 13250579 Ngày, tháng, năm sinh: 17/10/1983 Nơi sinh: Nghệ An Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 60 52 03 02 I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITƠ AMMONIA TRONG NƯỚC THẢI THUỘC DA BẰNG QUÁ TRÌNH NITRIT HÓA BÁN PHẦN KẾT HỢP ANAMMOX II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu quá trình thích nghi bùn AOB với nước thải thuộc da trên mô hình gắn giá thể cố định qua phân tích các thông số nước thải dòng vào và dòng ra. - Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ oxy hòa tan (DO) và pH đến quá trình nitrite hóa bán phần xử lý ammonium trên nước thải thuộc da.

- Nghiên cứu khả năng xử lý nitơ của quá trình Anammox trên đối tượng là nước thải nhân tạo và nước thải thuộc da sau khi đã qua quá trình nitrat hóa bán phần. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/11/2015 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.

NGUYỄN TẤN PHONG Tp. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN LỜI CẢM ƠN Hoàn thành luận văn tốt nghiệp thạc sĩ là một cột mốc quan trọng để đánh giá quá trình học tập và nghiên cứu của tôi trong suốt hơn 2 năm qua tại Khoa Môi trường và Tài nguyên – Đại học Bách Khoa Tp. Để luận văn có thể được hoàn chỉnh, ngoài sự cố gắng, nổ lực nghiên cứu khoa học một cách nghiêm túc nhất của bản thân thì còn có sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của nhiều thầy cô và bạn bè. Tôi xin gửi đến lời cảm ơn chân thành nhất đến với : Thầy PGS.TS Nguyễn Tấn Phong là giảng viên hướng dẫn cho luận văn tốt nghiệp của tôi.

Trong suốt thời gian hơn một năm để thực hiện luận văn, nếu không có sự hướng dẫn, giúp đỡ về mặt kiến thức, kỹ năng, cũng như kinh phí của Thầy thì luận văn khó có thể thể hoàn thành. Lời biết ơn sâu sắc nhất của tôi xin gửi đến Thầy. Hai em sinh viên là Đào Nhựt Linh và Nguyễn Hoàng Phương – Khóa 2011 của Khoa Môi trường và Tài nguyên đã đồng hành cùng tôi trong thời gian thực hiện các nghiên cứu tại phòng thí nghiệm. Với sự cần cù, chăm chỉ và ham học hỏi của hai bạn sinh viên trong quá trình làm việc mà nghiên cứu đã hoàn thành đúng thời hạn với những mục tiêu đề ra.

Các anh chị, thầy cô làm việc tại Phòng Thí nghiệm Công nghệ Môi trường Nâng cao đã giúp đỡ và hỗ trợ nhiệt tình trong mọi hoạt động của nghiên cứu. Và cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến với gia đình đã luôn bên cạnh tôi trong suốt chặng đường học tập đã qua.Hồ Chí Minh, tháng 12/2015 CAO TIẾN DŨNG i TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngành công nghiệp thuộc da, việc sử dụng muối trong quá trình sản xuất đã thải ra một lượng lớn nước thải có độ mặn cao mà cần phải xử lý. Để loại bỏ lượng ammonium đó, công nghệ truyền thống thường được sử dụng là kết hợp quá trình nitrate hóa và khử nitrate. Tuy nhiên, công nghệ này mắc phải một số nhược điểm như: chi phí vận hành cao vì nhu cầu năng lượng cho quá trình cấp khí và nguồn chất dinh dưỡng bổ sung.

Chính vì vậy trong những năm gần đây công nghệ nitrite hóa bán phần kết hợp anammox với những ưu điểm về mặt kỹ thuật và kinh tế đang được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi để xử lý triệt đề ammonium trong nước thải. Quá trình nitrite hóa bán phần và anammox có quan hệ chặt chẽ với nhau. Dòng ra của quá trình nitrite hóa bán phần với tỷ lệ NO2-/NH4+ ≈ 1- 1,3 sẽ đảm bảo hiệu quả cho hoạt động chuyển hóa ammoniumcủa nhóm vi khuẩn trong quá trình anammox. Trong giai đoạn khởi động quá trình PN, nhóm vi khuẩn AOB được thích nghi với môi trường nước thải thuộc da và sau đó tăng dần tải lên 1,6 kgN-NH4+/m3/ngày.

Đối với mô hình anammox: thí nghiệm với nước thải nhân tạo với nồng độ bùn ban đầu là 5g MLSS/L, bể phản ứng anammox cần 61 ngày để tích lũy sinh khối và đạt được TNRR là 0,68 kg N/m3/ngày. TNRR cao nhất đạt được sau 150 ngày vận hành với nước thải nhân tạo là 1,36 kg N/m3/ngày. Trung bình hiệu quả loại bỏ NO2-N, NH4-N và TN lần lượt là 80-88%, 91- 97% và 73- 80%. Nồng độ NO3-N sinh ra trong quá trình thí nghiệm là từ 10- 12% so với TN đầu vào và giá trị này gần với giá trị lý thuyết phản ứng Anammox.

Giai đoạn xử lý nước thải thuộc da sau quá trình nitrít hóa bán phần bằng anammox: Tốc độ loại bỏ tổng nitơ cho nước thải thuộc da của quá trình anammox là 1,30 ± 0.01 kg N/m3/ngày, tương ứng với hiệu suất là 75- 78% ở tải trọng 1,6 kg N/m3/ngày. Để NH4-N và tổng nitơ đầu ra đạt QCVN 40 : 2011/BTNMT, quá trình nitrit hóa bán phần phải được kiểm soát tốt hơn nhằm dành được tỷ lệ NH4-N/NO2-N thích hợp (NH4-N : NO2-N = 1 : 1,32) và hạn chế NO3 sinh ra trước khi vào bể anammox. ii ABSTRACT Tanning industry, the use of salt in the production process has emitted large amounts of wastewater with high salinity that needs to handle. To eliminate that amount of ammonium, traditional technologies are often used as combined nitrification and nitrate reduction.

However, this technology suffer some disadvantages such as high operating costs due to energy demand for process gas and nutrient sources added. That is why in recent years the technology of partial nitrite combined with the advantages anammox technically and economically are being studied and widely applied to process ammonium in wastewater thoroughly recommended. The process of partial nitritation and anammox have close ties with each other. Field out of the process of partial nitrite to rate NO2-/NH4+ ≈ 1-1.3 will ensure efficient metabolic activity group ammoniumcua anammox bacteria in the process.

During the boot process stage PN group AOB bacteria are adapted to the environment tanning wastewater and then ascending upload 1. For model anammox: experiments with artificial sewage sludge with an initial concentration MLSS 5g / L, anammox reactors need 61 days to accumulate biomass, and achieving TNRR is 0. Highest TNRR reached after 150 days of operation with artificial wastewater was 1. Average effectively remove NO2-N, NH4-N and TN respectively 80-88%, 91- 97% and 73- 80%.

NO3-N concentrations generated during the experiment is between 10- 12% compared to the TN input and this value is close to the theoretical value anammox reaction. Phase tannery wastewater treatment after partial nitrification process by anammox: total nitrogen removal rate for wastewater tanning process was 1.30 ± anammox 0:01 kg N / m3 / day, corresponding to the 75- 78% interest in 1.6 kg load KgN/m3/day. To NH4-N and total nitrogen output reached QCVN 40: 2011 / BTNMT, partial nitrification process to be controlled better to spend NH4-N/NO2-N ratio appropriate (NH4-N: NO2- N = 1: 1.32) and limited NO3 to an anammox. iii LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Cao Tiến Dũng, là học viên Cao học Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường - khóa 2013.

Tôi xin cam đoan: - Luận văn cao học với đề tài ―Nghiên cứu hiệu quả xử lý Nitơ ammonia trong nước thải thuộc da bằng quá trình nitrit hóa bán phần kết hợp anammox‖ là do chính tôi thực hiện tại Phòng Thí nghiệm Công nghệ Môi trường của Khoa Môi trường và Tài nguyên, Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh. - Các kết quả và số liệu trong luận văn là do tôi thực hiện và chưa được công bố ở các nghiên cứu của các tác giả khác dưới bất kỳ hình thức nào. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Nhà trường về kết quả nghiên cứu trong luận văn tốt nghiệp này. Học viên CAO TIẾN DŨNG iv MỤC LỤC Chƣơng 1.1 Tính cấp thiết của đề tài.

Mục tiêu của luận văn .3 Đối tượng nghiên cứu .4 Nội dung luận văn. Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Tính khoa học.

Tính thực tiễn .1 Tổng quan về nước thải thuộc da .1 Nguồn phát sinh.2 Đặc trưng nước thải thuộc da .3 Tác động của nước thải thuộc da tới môi trường .2 Tổng quan các quá trình sinh học để xử lý nitơ trong nước thải .1 Quá trình nitrat hóa và khử nitrat .2 Quá trình nitrit hóa bán phần .3 Quá trình Anammox .4 Một số quá trình sinh học khác ứng dụng xử lý nitơ trong nước thải. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .1 Mô hình thí nghiệm.1 Mô hình nitrit hóa bán phần .2 Mô hình anammox.2 Quá trình vận hành thí nghiệm .1 Vận hành mô hình nitrít hóa bán phần .2 Vận hành mô hình anammox.3 Phương pháp phân tích .4 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu. Phương pháp tính toán. Xác định tải trọng.

Xác định FA và FNA. Xác định SS và VSS. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .1 Quá trình nitrit hoá bán phần .1 Thích nghi AOB với nước thải thuộc da. Giai đoạn tăng tải trọng cho quá trình nitrit hoá bán phần.3 Kiểm soát và ức chế nhóm vi khuẩn Nitrite - Oxidizing Bacteria (NOB) .2 Quá trình anammox .