Luận án tiến sĩ hóa học nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật phân tích dòng chảy fia nhằm đánh giá sự chuyển hoá các chất dinh dưỡng chứa n và p trong một số hệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ bùn hoạt tính cải tiến

Luận án tiến sĩ nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật phân tích dòng chảy FIA trong đánh giá chuyển hóa chất dinh dưỡng N và P trong xử lý nước thải.

• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật phân tích dòng chảy FIA trong đánh giá chuyển hóa dinh dưỡng N và P trong xử lý nước thải sinh hoạt
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. CÁC CHẤT DINH DƯỠNG (CÁC HỢP CHẤT CHỨA N VÀ P) TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT GÂY Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
• 1.2. Nguồn chất dinh dưỡng (chứa N và P) trong nước thải sinh hoạt
• 1.3. XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG CÔNG NGHỆ BÙN HOẠT TÍNH
• 1.4. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NITRAT, NITRIT, AMONI VÀ PHOTPHAT
• 1.4.1. Phương pháp FIA xác định nitrit và nitrat
• 1.4.2. Phương pháp sắc kí lỏng - sắc ký ion
• 1.4.3. Một số nhận xét rút ra từ phần tổng quan
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Giới hạn định lượng của phép phân tích
• 2.2.2. Kỹ thuật lọc mẫu và phân tích FIA trực tuyến
• 2.2.3. Các sơ đồ công nghệ BHTCT trong xử lý nước thải sinh hoạt
• 3. CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU CHO HỆ PHÂN TÍCH FIA
• 3.1. Kỹ thuật phân tích FIA ghép nối với buồng thẩm tách và thuốc thử bromocresol
• 3.2. Lập đường chuẩn và đánh giá phương pháp phân tích
• 3.3. Ứng dụng các kỹ thuật FIA vào nghiên cứu chuyển hóa các hợp chất chứa N và P trong một số hệ BHTCT
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng kỹ thuật FIA trong việc đánh giá chuyển hóa dinh dưỡng N và P trong xử lý nước thải sinh hoạt. Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất dinh dưỡng, đặc biệt là N và P, có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách. Việc áp dụng phân tích dòng chảy giúp xác định nhanh chóng và chính xác các thành phần này trong nước thải, từ đó đưa ra các giải pháp xử lý hiệu quả hơn.

1.1. Tầm quan trọng của N và P trong nước thải

Chất dinh dưỡng trong nước thải, đặc biệt là N và P, đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước thải. N thường tồn tại dưới dạng nitrat, nitrit và amoni, trong khi P chủ yếu tồn tại dưới dạng photphat. Sự hiện diện của các chất này trong nước thải có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng (eutrophication), gây ra sự phát triển quá mức của tảo và làm giảm chất lượng nước. Do đó, việc đánh giá và kiểm soát nồng độ của chúng là rất cần thiết.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật phân tích dòng chảy FIA để xác định nồng độ của các ion amoni, nitrat, nitrit và photphat trong mẫu nước thải. Phương pháp này cho phép phân tích nhanh chóng và chính xác, đáp ứng yêu cầu về độ tin cậy và khả năng tự động hóa trong quá trình xử lý nước thải. Các điều kiện tối ưu cho phương pháp FIA được khảo sát và xác lập, bao gồm pH, nhiệt độ phản ứng và nồng độ thuốc thử.

2.1. Kỹ thuật FIA trong phân tích nước thải

Kỹ thuật FIA được phát triển từ những năm 70 và đã nhanh chóng trở thành một phương pháp phổ biến trong phân tích hóa học. Phương pháp này cho phép thực hiện các phép phân tích trực tuyến, giúp theo dõi liên tục nồng độ của các chất dinh dưỡng trong nước thải. Đặc biệt, FIA có khả năng phân tích đồng thời nhiều chỉ tiêu, điều này rất hữu ích trong việc đánh giá hiệu quả xử lý nước thải.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng kỹ thuật FIA trong đánh giá chuyển hóa dinh dưỡng N và P mang lại nhiều lợi ích. Các dữ liệu thu được từ phân tích cho phép đánh giá hiệu quả của các hệ thống xử lý nước thải khác nhau. Sự biến thiên nồng độ của các chất dinh dưỡng trong nước thải được ghi nhận trong suốt quá trình xử lý, từ đó giúp cải thiện quy trình xử lý và quản lý nước thải.

3.1. Đánh giá hiệu quả xử lý

Kết quả phân tích cho thấy rằng các hệ thống xử lý nước thải có khả năng loại bỏ hiệu quả các hợp chất chứa N và P. Sự thay đổi nồng độ của các chất này trong nước thải sau khi xử lý cho thấy sự cải thiện rõ rệt. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng kỹ thuật phân tích dòng chảy FIA không chỉ giúp theo dõi nồng độ mà còn hỗ trợ trong việc tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải.

IV. Kết luận

Nghiên cứu đã chứng minh rằng kỹ thuật FIA là một công cụ hữu ích trong việc đánh giá chuyển hóa dinh dưỡng N và P trong xử lý nước thải sinh hoạt. Việc áp dụng phương pháp này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả xử lý mà còn góp phần bảo vệ môi trường nước. Các kết quả thu được từ nghiên cứu sẽ là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo và ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực xử lý nước thải.

4.1. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Để nâng cao hiệu quả của các hệ thống xử lý nước thải, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp phân tích mới, đồng thời cải tiến các quy trình xử lý hiện có. Việc kết hợp giữa kỹ thuật FIA và các công nghệ xử lý tiên tiến sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong việc quản lý và bảo vệ nguồn nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TONG QUAN. CÁC CHẤT DINH DUONG (CÁC HOP CHAT CHUA N VAP) TRONG NƯỚC THAI SINH HOAT GAY .91 Ô NHIỄM MOI TRƯỜNG. Nite trong môi trường nƯỚC.0g 12 AC Phô@hoÙonDl CU HE eeeeeeeaeaeaienniiiiseissnnekinsiinensseenieansnuuee 13 1. Nguồn chất dinh dưỡng (chứa N và P) trong nước thải sinh hoạt.

15 DEPMMMM ee Lc Lc, ae 16 4. XỬLÝ NƯỚC THAI SINH HOẠT BANG CÔNG NGHỆ BUN HOAT TÍNH. Hệ thống xifly nước thải sinh hoạt bằng công nghệ BHT cổ điển. 18 la H§ihngb0nihogtnhcillfn[EHTET]seeeaaaeaaaaedidaaaaisaeeadoaŸyao-anayens 19 1.

PHƯƠNG PHÁP PHAN TICH NITRAT, NITRIT, AMONI VÀ PHOTPHAT. Phương pháp phân tích dòng chảy xác định các chất N và P trong nước. Nguyên tắc của phương pháp FIA. Xác@th NH? bằng phương pháp FIA aaaaaaiaaiiiaỷaiiaaaaỷŸaaaaoaa--a 26 1.

Phương pháp FIA xác định nitrit và niTaf. Phuong pháp FIA xác định photphat bằng thuốc thử molipdat. Các phương pháp khác xác định các chất chứa N và P trong nước.1, Phương phép quang phố hếp the phản We ssisisisiecsscsssnansrcarsnsissscemvienvercemunnaarenen 39 1. Phương pháp sắc kí lỏng - sắc ký ion.3, Cu pPhưg pháo điên NOG ca aiadeeedanoniaeiibddgrtoioadioosesssese 40 1.

MỘT SỐ NHẬN XÉT RUT RA TU PHAN TONG QUAN. 41 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CUU.

Gi1lanpiiihidncbaphipphinClseeeeeeeaeeedeanaaaadaeiide-ieeiooeesiei 45 2. _ Giới hạn định lượng của phép phân tích. 45 #ĩỸ, NGšGH EH.Ỷ-—S=sdditiEisEsikoskdlbftodinDbSSSGSMSM 47 S55, LmluvwjB*=ö6GIHHĐeeci-eieeeeeesiiiiieraess=iisnrnnassmmmime 49 2. Kỹ thuat loc mẫu và phân tích FIA trực tuy€M.

CÁC SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ BHTCT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THAI SINH HOẠT.yiiieieidaddadgddaddaddadadaaaaadaeoaeaaaoeadee 52 DAS, 8QW,NU[MnnHlibliÈÙlilllueeainaeaennooiỲneỶiỶỷinasi-sni-adeanesnee 53 34A. _Sự8SUCT|UnNesiVdfCMWTGMÌseeeeỷi-a+eveddruaoanodandrediieiaediedteoaaaagtue 54 2. _ Sơ đồ chia dòng lối vào (Step-feed). __ Mô hình trạng thái dừng đánh giá quá trình giảm thiểu N của hệ BHTCT.

Mô hình trạng thái dừng đánh giá hiệu quả chuyển hoá P trong các hệ thống BHTCT. 55 CHƯNG 5: KẾT BUÁ VÃ THÁO | 56 3. KHẢO SÁT MOT SỐ DIEU KIEN TOI UU CHO HE PHAN TICH FIA. Kỹ thuat phan tích FIA ghép nối với buồng thẩm tách và thuốc thử bromocresol để xác định DI LÊ T c cc cc.

Lựa chọn vật liệu màng thẩm tách. Khảo sát điều kiện tối ưu của tốc độ dòng cho và tốc độ dòng nhận. Khảo sát điều kiện tối ưu của diện tích màng thẩm tách. Khảo sát điều kiện tối ưu của độ sâu rãnh thẩm tách.

Lập đường chuẩn và đánh giá phương pháp phân tích. _ Kỹ thuật phân tích FIA xác định nitrit sử dụng thuốc thử Griess. Khảo sát điều kiện pH tối ưu của hỗn hợp dung dịch thuốc thử SA. Khảo sát tỉ lệ dòng NED:SA tối ưu cho hệ FA.

Lập đường chuẩn và đánh giá phương pháp phân tích. Kỹ thuat FIA sử dụng cột khử Cd phủ Cu xác định nitrat. Rhilo sốt hiệu nưả của OCCA scsisccconnsnncwasmanmnncencnvmnanscnumn 67 3. Lập đường chuẩn và đánh giá phương pháp phân tích.

Kỹ thuật phan tích dòng chảy (FIA) sử dung thuốc thử molipdat để xác định octophotphat. Khảo sát pH tối ưu trong thuốc thử molipdat. Khao sát nhiệt độ phản ứng đến dap ứng tín hiệu FlA. Khao sát độ bền của thuốc thử molipdat.

Lập đường chuẩn và đánh giá phương pháp phân tích. Ảnh hưởng của nồng độ ion silicat đến phép đo octophotphat. Chuan hoá kỹ thuật FIA phân tích octophotphat. Đánh giá phương pháp phân tích sử dụng kỹ thuật lọc trong phân tích trực tuyến.

UNG DỤNG CAC KỸ THUẬT FIA VÀO NGHIÊN CỨU CHUYỂN HOÁ CỦA CÁC HỢP CHẤT CHUA N VAP TRONG MOT SỐ HỆ BHTCT. Thanh phần chứa N và P trong nước thai sinh hoạt. _ Biến thiên các thành phần hợp chất chứa N và P trong nước thải sinh hoạt trong ngày. Sự chuyển hoá của các hợp chất chứa N trong các giai đoạn của 4 hệ thống BHTCT.

84 S11, Vi ni DEN. 86 3i2:3/3; VGUSO dG UCT escsraseccacsseeaceneriscescwessnsevacersvssenseanenieaeaset assessor QUOTE 87 3. Với sơ đồ chia dòng lối vào (Step-fe@d) 00. Sự chuyển hoá của các hợp chất chứa P và hiệu quả xử lý của hệ thống BHTCT.

90 SPAT, VST SE GG DEIN, N6 90 3. VGI SO dO 9.Ốồốố 91 S248, VASO UCT ccncnnncmancmnmasmnencninananennmananummaammmamsnanin 92 3. Két qua phan tích trực tuyến áp dụng khảo sát sự chuyển hoá các thành phan N và P trong các giai đoạn của hệ BHTCT quy mô nhà máy. Sự phụ thuộc của COD lối vào đến hiệu quả xử lý P.

Khả năng tích luỹ P của PAO. Kha năng tích luỹ P thay đổi trong các sơ đồ xử lý khác nhau. Áp dụng mô hình trạng thái dừng đánh giá hiệu quả xử lý N của các hệ xử lý nước Hữỗi HT sa«sairgiiiasuausiliuidilismarifiRtkrnuffiliokoilitiiitsieliisssesklissrsraeseosmansriasassssea 103 3. Áp dụng mô hình trạng thái dừng xác định các thành phần P trong hệ BHT.

104 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN .---©2s+St+EESEE9SEEEE€EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrrerrrerree 107 NHỮNG CONG TRÌNH ĐÃ CONG BO CÓ LIEN QUAN ĐẾN LUẬN AN. 110 TÀI LIEU THAM KHẢO.--2-222©2e+E+EeEEAEEEEEEEEEEEEEETEEEEEEEAerrrrreerrre 111 CAC PHU LUC. - St EEEEEEEEEEE SE SE E1EE21E1 111121571124 c2eceerecee 122 DANH MUC CAC KY HIEU VA CHU VIET TAT STT Tên Tếng Vệt Tén Téng Anh Viết tat Bùn hoạt tính Activated sludge BHT Bùn hoạt tính cải tiến Enhanced biological BHTCT activated sludge Vị sinh có khả năng tích luỹ Phousphorus PAO photpho acummulating organism Polyhydroxy ankanoat Polyhydroxy alkanoate PHA +N©An Polyhydroxy butyrat Polyhydroxy butyrate PHB Đề-nitrat hoá Denitrification DENI Ki khí-thiếu khí-ưa khí Anaerobi-Anoxic-Oxic AAO Trường Đại học Cape Town University of Cape Town UCT Nhu cầu oxy hoá học Chemical oxygen demand COD 10 Chất rắn lơ lửng Suspended solid SS 13 Nitơ tổng Total nitrogen 14 Photpho tổng Total photpho 15 Phân tích bơm mẫu vào dòng Flow Injection Analysis FIA chảy 16 N-(1-naphtyl) etylen diamin N-(1-naphtyl) ethylene NED diamine 17 Sunfanilamit Sulfanilamide SA 18 Axit etylendiamin tetra axetic Ethylenediamine EDTA tetraacetic acid 19 Đèn diot phat quang Light Emision Diode LED DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Thanh phần các ion vô cơ trong nước thải sinh hoạt.

Đánh giá sai số phân tích NH,’ trên hệ FIA đối với mẫu giả ở 3 nồng độ 7,0; 2,0 và 0,2 mgNI. Đánh giá sai số phân tích NO; trên hệ FIA đối với mẫu giả ở 3 nồng độ. Đánh giá sai số phân tích NO; trên hệ FIA đối với mẫu giả tại nồng độ khác nhau 14,0; 7,0 và Ủ)9 NI lesaxigfenncs2knstcppiiVftrigfSfrstssyTResPiEragi0138804188153X00ytisoitBiavVSStaiSEfntin20ioIEtiYETSITXEGSI/388 f1 Bảng 3. Đánh giá sai số phân tích PO,* trên hệ FIA đối với mẫu giả ở 3 nỏng độ 3,0; 0,5 và 0,1 mgPI.

Hàm lượng silicat (mg/l) và ion phốt phát (11g/L) trong một số mẫu nước thải sinh hoạt lối vào tai Mot số nhà máy XT Trước TH uaaagauaaa-a ứng ttrrgttigttgttgtdibagipiies60ãassaisg 78 Bảng 3. Kết quả phân tích các thành phần N bằng phương pháp FIA các mẫu nước thai sinh hoạt lối vào của một số nhà máy xử lý nước thải thuộc Thành phố Zurich.-- ¿- ¿©5+ 255+2++2+s+£xzv£sscvs++cs+z 82 Bảng 3. Tỉ lệ thành phần P vô cơ và hữu cơ trong nước thải lối vào của nước thải một số khu vực. Các thông số hệ thống BHT pilot với lối vào Chia dòng .----- 2-2-2 5252 :sz+zs 88 Bảng 3.4 Các thành phan P tính theo mô hình trạng thái dừng.

Viết tắt các thành phần P trong mô hình trang thái dừng.- 2 +2: 106 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1. Các quá trình chuyển hoá của nite trong nƯỚC. Cấu trúc phân tử adenosin triphotphat (ATP) và quá trình hô hấp. Sơ đồ hệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng kỹ thuật bùn hoạt tính cổ điển.

Quá trình đề-nitrat hoá trên màng tế bào chất của vi khuẩn đề-nitrat hoá. Cơ chế quá trình vi sinh tích luỹ phôtpho trong điều kiện ki khí và hiếu khí được thực hiện bởi j7. Se đố hệ thang FAG HIẪNgaunaangadadaaddgudidttttiitigii0i00010004649012044/0400086 25 Hình 2. Sơ đồ hệ FIA ghép với buồng thẩm tách sử dụng màng teflon xác định amoi.

Sơ đồ hệ FIA lốp cói Khử Cdiều xác định NOs và NOS sissssssssssssssseevesnssasnconssesisnconsnnveassnscnssvecs 47 Hình 2. Sơ đồ hệ FIA phân tích PO,. Mặt cat dọc của ống siêu lọc và sơ đỏ hệ FIA đo trực tuyến .:-:--c¿zc555ss2 50 Hình 2. Hỗ BHic 80 SƠ Bà DEN «nico 52 Hình 2.

Hệ BHTCT theo sơ đồ A O. Sơ 8 hệ BHTCT nhề máy Neugut vớ sử đỗ AAO ccsssscssesssnericsssssarsareserrsavernsrnonuranssanersornarernnes 53 Hình 2. HỆ RH1I TRO SOE GET censxexeacssnniznennncsnnssszirentuncone sees venscrasonaidiienvexiensanessconeonrnsbnivizenrenueenaone 54 Hình 2. Hệ pilot BHTCT theo sơ đồ chia dòng lối Va0.

Ảnh hưởng của tốc độ dòng nhận đến tín hiệu FIA thu được. Biến thiên chiều cao tín hiệu pic FIA phân tích dung dịch chuẩn amoni 2 mgNil khi thay đổi diện tích màng teflon trong buồng thâm tách. ----- -- ¿5256 t‡$x2YvvEYv£EvveEvrevvrerkerrrerxee 58 Hình 3. Bién thién chiéu cao tín hiệu pic FIA phân tích dung dịch chuẩn amoni 2 mgNil khi thay đổi độ SAU FAN DUGNG thaM is Pa.

Tín hiệu phân tích amoni với các nồng độ khác nhau từ 0 đến 5 mgNII. Đường chuẩn NH,’ phân tích bằng phương pháp FIA. Biến thiên chiều cao tín hiệu FIA theo pH. T8: ey hen, ee 64 Hình 3.

Đường chuẩn NO; phan tích bằng phương pháp FIA. Độ ổn định của cột khử, giá trị trung bình chiều cao pic tín hiệu FIA và độ lệch chuẩn tương đối ISw. Đường chuẩn NO; phân tích bằng phương pháp FA. Đáp ứng của chiều cao pic FIA (mV) khi thay đổi nồng độ axit sunfuric trong thuốc thử molipdat.

WiiitqoutYooiiidii0ifiGDNGWEEDNIIGi4SGGiuiawGlafBiit0ãiiiWofoaNBSipayogfiiidguôssskbiiiosaowgayituessaơga. Đáp ứng của chiều cao pic FIA (mV) khi thay đổi nhiệt độ phan ứng tạo phức. Sự ổn định của thuốc thử xác định octophotphat theo thời gian.cc:s¿-5vvvs2vzcc: 75 Hình 3. Tín hiệu FIA phân tích PO,” với các nồng độ khác nhau từ 0,25 đến 3,0 mg PII.

Đường chuẩn PO, lập trên thiết bi phân tích FIA. So sánh giữa kết quả đo octophotphat bằng phương pháp do quang và kỹ thuật FIA. Biến thiên nồng độ các chất N trong nước thải lối vào hệ BHTCT theo các khoảng thời gian {OND NHŠcy ngu gboattottiipgeaiBiagifdi0tgip344Sg8561816151443AG160155606318404404G940131000808380468858888 83 Hình 3. Biến thiên nồng độ các chất P trong nước thải lối vào hệ BHTCT theo các khoảng thời gian CONG NGA chui 0A 030000101 64116846131851-4184851603546148040A08861013180614183 t/G10I0A3M10552548030446113ug00400 83 Hình 3.

Biến thiên nông độ N, NH,’, NO;, NO; theo chiều dai của hệ BHT áp dung sơ đồ DENI (có quá trinh đề-nifrat hoá). Biến thiên nồng độ N, NH,°, NO;, NO; theo chiều dài của hệ BHT ap dung sơ đồ AAO. Biến thiên nồng độ N, NH,*, NO;, NO; theo chiều dài của hệ BHT áp dụng sơ đồ UCT. Biến thiên nồng độ N, NH,’ và NO; theo chiều dài của hệ BHT tac dụng sơ đồ chia dòng lối VỖï¡ggtsagnnntgins0ii015005540050308035018038301108850ACSTR4GSVEHIERISDERIBQIGGIREI8S4NR3I38808383033614G33gta33g1-g338 88 Hình 3.

Ảnh hưởng của tỉ lệ chia dòng lối vào đến hiệu quả xử lý N. Sự biến thiên nồng độ PO,Ÿ theo chiều dài của hệ BHT áp dụng sơ đồ DENI. Sự biến thiên nồng độ PO,Ÿ theo chiều dài của hệ BHT áp dụng sơ đồ AAO. Sự biến thiên nông độ PO,* theo chiều dài của hệ BHT áp dụng sơ đồ UCT.

Kết quả do FIA trực tuyến (on-line) biến thiên nồng độ PO,Ÿ trong các ngăn ki khí, thiếu khí và hiểu khi 'của nhà:máy NeU0UssssiisaanaandbbodandsoroatoiiggsGUSE134v518310118038504981104. Kết quả do FIA trực tuyến (on-line) biến thiên nồng độ NO; trong các ngăn ki khí, thiếu khí và hiếu khí của nhà máy Neugul.------ ¿- 6° 5t St$Ex2 1221211211251 21111111 11111111121 c1 94 Hình 3.