Luận án tiến sĩ: Ứng dụng xử lý amoni trong nước ngầm với hệ thiết bị vật liệu mang vi sinh chuyển động

• Tác giả: Trịnh Xuân Đức
• Người hướng dẫn: PGS. TS Trần Đức Hạ
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng xử lý amoni trong nước ngầm trên hệ thiết bị sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. SỰ CẦN THIẾT NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
• 1.2. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
• 1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.3. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
• 1.3.1. Phạm vi
• 1.3.2. Đối tượng
• 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.4.1. Phương pháp phân tích tài liệu thứ cấp
• 1.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 2. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC NGẦM SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MÀNG VI SINH CHUYỂN ĐỘNG
• 2.1. Tổng quan về hiện trạng sử dụng nước ngầm và ô nhiễm amoni vùng Hà Nội
• 2.1.1. Địa chất thủy văn khu vực Hà Nội
• 2.1.2. Nguồn gốc amoni trong nước ngầm
• 2.1.3. Tác hại của amoni trong nước sinh hoạt
• 2.1.4. Hiện trạng sử dụng nước ngầm thành phố Hà Nội
• 2.1.5. Đặc trưng chất lượng nước ngầm và hiện trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm khu vực Hà Nội
• 2.1.6. Các phương pháp xử lý amoni
• 2.1.6.1. Xử lý amoni bằng chất oxy hoá
• 2.1.6.2. Xử lý amoni bằng kiềm hoá và làm thoáng
• 2.1.6.3. Xử lý amoni bằng trao đổi ion
• 2.1.6.4. Xử lý amoni bằng thực vật
• 2.1.6.5. Quá trình ANAMMOX (Anaerobic Ammonium Oxidation)
• 2.1.6.6. Quá trình SHARON (Single reactor High activity Ammonium Removal Over Nitrite)
• 2.1.6.7. Xử lý amoni bằng phương pháp sinh học truyền thống
• 2.1.7. Kỹ thuật màng vi sinh
• 2.1.7.1. Màng vi sinh
• 2.1.7.2. Các loại bể sinh học sử dụng kỹ thuật màng vi sinh
• 2.1.8. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam và Quốc tế
• 2.1.8.1. Tình hình nghiên cứu tại Viêt Nam
• 2.1.8.2. Tình hình nghiên cứu trên Thế giới
• 2.1.9. So sánh hiệu quả xử lý của công nghệ MBBR
• 2.1.10. Kết luận chương 1
• 2.2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.2.1. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
• 2.2.2. Quan trắc lấy mẫu và Phương pháp phân tích
• 2.2.2.1. Quan trắc lấy mẫu
• 2.2.2.2. Phương pháp phân tích
• 2.2.3. Phương pháp phân tích các số liệu động học
• 2.2.3.1. Phương pháp theo mẻ
• 2.2.3.2. Phương pháp liên tục khuấy trộn đều
• 2.2.3.3. Phương pháp hệ nối tiếp liên tục khuấy trộn đều
• 2.2.4. Xác định các thông số động học
• 2.2.4.1. Vật liệu mang vi sinh DHY
• 2.2.4.2. Khối lượng riêng thực, khối lượng riêng biểu kiến, độ xốp và thể tích xốp
• 2.2.4.3. Diện tích bề mặt
• 2.2.4.4. Nuôi cấy vi sinh lên vật liệu mang
• 2.2.5. Mô hình trong phòng thí nghiệm
• 2.2.5.1. Nguồn nước cấp cho thí nghiệm
• 2.2.5.2. Các yếu tố cần khảo sát
• 2.2.6. Mô hình pilot MBBR thực tế
• 2.2.6.1. Vị trí lắp đặt Pilot
• 2.2.6.2. Vận hành pilot và lấy mẫu pilot
• 2.2.7. Kết luận chương 2
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Vật liệu mang vi sinh
• 3.2. Mô hình pilot trong phòng thí nghiệm
• 3.3. Xác định các thông số động học
• 3.4. Xác định phương trình tốc độ khử nitrat riêng (U) đồng thời trong hệ bể hiếu khí
• 3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa và khử nitrat
• 3.6. Mô hình pilot thực tế
• 3.7. Tính toán và thiết kế pilot
• 3.8. Kết quả vận hành Pilot
• 3.9. Bộ công thức tính toán hệ thiết bị xử lý amoni nước ngầm sử dụng màng vi sinh chuyển động (MBBR)
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

I. Mở đầu

Nhu cầu về nước sạch và đảm bảo vệ sinh là vấn đề cấp bách tại Việt Nam, đặc biệt là ở Hà Nội, nơi có mật độ dân cư cao. Hiện trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm đang gia tăng, với nhiều khu vực vượt tiêu chuẩn cho phép. Việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ xử lý amoni là cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Công nghệ màng vi sinh chuyển động (MBBR) được đề xuất là giải pháp hiệu quả, với khả năng xử lý cao và dễ dàng vận hành.

1.1. Sự cần thiết nghiên cứu

Sự gia tăng dân số và nhu cầu nước sạch tại Hà Nội đã dẫn đến việc khai thác nước ngầm. Tuy nhiên, 17% lượng nước ngầm bị ô nhiễm amoni, ảnh hưởng đến sức khỏe người dân. Các sản phẩm trung gian từ amoni như nitrit và nitrat có thể gây hại cho sức khỏe, đặc biệt là ở trẻ em. Do đó, nghiên cứu công nghệ xử lý amoni là rất cần thiết để đảm bảo chất lượng nước.

II. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xử lý amoni trong nước ngầm bằng công nghệ MBBR, với vật liệu mang vi sinh DHY. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc thiết kế thiết bị xử lý, khảo sát hiện trạng ô nhiễm amoni và đánh giá hiệu quả của các phương pháp xử lý hiện có. Nội dung nghiên cứu bao gồm thu thập số liệu, phân tích các phương pháp xử lý amoni và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý.

2.1. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu nhằm mục đích xử lý amoni trong nước ngầm với hàm lượng nhỏ hơn 25mg/L bằng quá trình nitrat hóa và khử nitrat đồng thời. Thiết kế thiết bị xử lý sử dụng vật liệu mang vi sinh DHY, đảm bảo tiêu chuẩn nước sạch cho sinh hoạt và ăn uống.

2.2. Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu bao gồm khảo sát hiện trạng ô nhiễm amoni, phân tích các phương pháp xử lý hiện có, nghiên cứu động học nitrat hóa và khử nitrat, và thiết kế mô hình tích hợp cho hệ thiết bị xử lý amoni.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp phân tích tài liệu thứ cấp và thực nghiệm để thu thập dữ liệu về hàm lượng amoni trong nước ngầm. Các mô hình thí nghiệm sẽ được xây dựng để đánh giá hiệu quả xử lý amoni bằng công nghệ MBBR. Phương pháp thí nghiệm theo mẻ và liên tục sẽ được áp dụng để xác định các thông số động học cho quá trình xử lý.

3.1. Phương pháp phân tích tài liệu

Phân tích tài liệu thứ cấp sẽ giúp thu thập thông tin về hàm lượng amoni trong nước ngầm và đánh giá chất lượng nước sau xử lý. Các số liệu này sẽ cung cấp cơ sở cho việc nghiên cứu và phát triển công nghệ xử lý amoni.

3.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm sẽ được thực hiện thông qua hai loại mô hình thí nghiệm: thí nghiệm theo mẻ và thí nghiệm liên tục. Các yếu tố như thời gian lưu, mật độ vật liệu mang, nồng độ ô xy và số lượng ngăn phản ứng sẽ được đánh giá để tối ưu hóa quá trình xử lý amoni.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ MBBR có khả năng xử lý amoni hiệu quả trong nước ngầm. Các thông số động học được xác định từ mô hình thí nghiệm cho thấy mối quan hệ giữa nồng độ amoni đầu vào và hiệu suất xử lý. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn có thể được nhân rộng trong các khu vực khác có nguồn nước ô nhiễm.

4.1. Kết quả xử lý amoni

Kết quả cho thấy công nghệ MBBR có thể giảm hàm lượng amoni trong nước ngầm xuống dưới mức cho phép. Các thông số như nồng độ ô xy và mật độ vật liệu mang có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất xử lý. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là cần thiết để đạt được hiệu quả cao nhất.

4.2. Thảo luận về ứng dụng thực tiễn

Công nghệ MBBR không chỉ hiệu quả trong xử lý amoni mà còn dễ dàng áp dụng trong thực tiễn. Việc sử dụng vật liệu mang vi sinh DHY có thể giảm chi phí đầu tư và vận hành, đồng thời đảm bảo chất lượng nước sạch cho sinh hoạt. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc xử lý nước ngầm ô nhiễm tại Việt Nam.