Luận án nghiên cứu ứng dụng xử lý amoni trong nước ngầm bằng vật liệu vi sinh

• 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 xử lý amoni trong nước ngầm bằng vật liệu vi sinh
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 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
• 1.4.3. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
• 1.4.4. Phương pháp phân tích
• 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
• 2.2. Địa chất thủy văn khu vực Hà Nội
• 2.3. Nguồn gốc amoni trong nước ngầm
• 2.4. Tác hại của amoni trong nước sinh hoạt
• 2.5. Hiện trạng sử dụng nước ngầm thành phố Hà Nội
• 2.6. Đặc trưng chất lượng nước ngầm và hiện trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm khu vực Hà Nội
• 2.7. Các phương pháp xử lý amoni
• 2.7.1. Xử lý amoni bằng chất oxy hoá
• 2.7.2. Xử lý amoni bằng kiềm hoá và làm thoáng
• 2.7.3. Xử lý amoni bằng trao đổi ion
• 2.7.4. Xử lý amoni bằng thực vật
• 2.7.5. Quá trình ANAMMOX (Anaerobic Ammonium Oxidation)
• 2.7.6. Quá trình SHARON (Single reactor High activity Ammonium Removal Over Nitrite)
• 2.7.7. Xử lý amoni bằng phương pháp sinh học truyền thống
• 2.7.8. Kỹ thuật màng vi sinh
• 2.7.8.1. Màng vi sinh
• 2.7.8.2. Các loại bể sinh học sử dụng kỹ thuật màng vi sinh
• 2.8. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam và Quốc tế
• 2.8.1. Tình hình nghiên cứu tại Viêt Nam
• 2.8.2. Tình hình nghiên cứu trên Thế giới
• 2.9. So sánh hiệu quả xử lý của công nghệ MBBR
• 2.10. Kết luận chương 1
• 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
• 3.2. Quan trắc lấy mẫu và Phương pháp phân tích
• 3.2.1. Quan trắc lấy mẫu
• 3.2.2. Phương pháp phân tích
• 3.3. Phương pháp phân tích các số liệu động học
• 3.3.1. Phương pháp theo mẻ
• 3.3.2. Phương pháp liên tục khuấy trộn đều
• 3.3.3. Phương pháp hệ nối tiếp liên tục khuấy trộn đều
• 3.4. Xác định các thông số động học
• 3.5. Vật liệu mang vi sinh DHY
• 3.5.1. Khối lượng riêng thực, khối lượng riêng biểu kiến, độ xốp và thể tích xốp
• 3.5.2. Diện tích bề mặt
• 3.5.3. Nuôi cấy vi sinh lên vật liệu mang
• 3.6. Mô hình trong phòng thí nghiệm
• 3.7. Nguồn nước cấp cho thí nghiệm
• 3.8. Các yếu tố cần khảo sát
• 3.9. Mô hình pilot MBBR thực tế
• 3.9.1. Vị trí lắp đặt Pilot
• 3.9.2. Vận hành pilot và lấy mẫu pilot
• 3.10. Kết luận chương 2
• 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Vật liệu mang vi sinh
• 4.2. Mô hình pilot trong phòng thí nghiệm
• 4.3. Xác định các thông số động học
• 4.4. Xác định phương trình tốc độ khử nitrat riêng (U) đồng thời trong hệ bể hiếu khí
• 4.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa và khử nitrat
• 4.6. Mô hình pilot thực tế
• 4.7. Tính toán và thiết kế pilot
• 4.8. Kết quả vận hành Pilot
• 4.9. Bộ công thức tính toán hệ thiết bị xử lý amoni nước ngầm sử dụng màng vi sinh chuyển động (MBBR)
• 5. 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 thiết tại Việt Nam, đặc biệt là ở các đô thị lớn như Hà Nội. Với dân số khoảng 7 triệu người, Hà Nội đang phải đối mặt với tình trạng ô nhiễm nước ngầm, trong đó amoni là một trong những chất ô nhiễm chính. Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, hàm lượng amoni trong nước sạch cần đạt mức ≤ 3 mg/L, tuy nhiên, nhiều khu vực ở Hà Nội đã vượt tiêu chuẩn này nhiều lần. Việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ xử lý amoni trong nước ngầm là cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường. Công nghệ màng vi sinh chuyển động (MBBR) được đề xuất là một giải pháp hiệu quả, với khả năng xử lý cao và dễ dàng vận hành.

II. SỰ CẦN THIẾT NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

Việc xử lý amoni trong nước ngầm không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn bảo vệ sức khỏe người dân. Hà Nội hiện đang khai thác khoảng 77% nước ngầm, trong đó 17% bị ô nhiễm amoni. Các sản phẩm trung gian từ amoni như nitrit và nitrat có thể gây hại cho sức khỏe, đặc biệt là ở trẻ em. Nghiên cứu này nhằm phát triển công nghệ xử lý amoni hiệu quả, phù hợp với điều kiện kinh tế và môi trường tại Việt Nam. Công nghệ MBBR được lựa chọn vì tính hiệu quả và khả năng ứng dụng cao trong thực tiễn.

III. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Mục tiêu nghiên cứu là xử lý amoni trong nước ngầm với hàm lượng nhỏ hơn 25 mg/L bằng quá trình nitrat hóa và khử nitrat đồng thời trong thiết bị MBBR. Nội dung nghiên cứu bao gồm khảo sát hiện trạng ô nhiễm amoni, phân tích các phương pháp xử lý hiện có, và nghiên cứu tổng quan về màng vi sinh. Đặc biệt, nghiên cứu sẽ đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý, từ đó đề xuất giải pháp thiết kế hệ thống xử lý hiệu quả.

IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu bao gồm phân tích tài liệu thứ cấp, thực nghiệm và lý thuyết. Các số liệu về hàm lượng amoni trong nước ngầm sẽ được thu thập và phân tích. Hai mô hình thí nghiệm sẽ được xây dựng: thí nghiệm theo mẻ và thí nghiệm liên tục. Các thông số động học sẽ được xác định để tối ưu hóa quá trình xử lý. Thiết kế hệ thống tích hợp MBBR và bể lọc tự rửa sẽ được thực hiện để kiểm chứng các thông số động học tại hiện trường.

V. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC NGẦM

Xử lý amoni trong nước ngầm là một thách thức lớn, đặc biệt là ở các khu vực ô nhiễm nặng. Các phương pháp xử lý hiện có bao gồm oxy hóa, kiềm hóa, và trao đổi ion. Tuy nhiên, công nghệ MBBR nổi bật với khả năng xử lý hiệu quả và dễ dàng vận hành. Nghiên cứu sẽ phân tích các ưu nhược điểm của từng phương pháp, từ đó đề xuất giải pháp tối ưu cho việc xử lý amoni trong nước ngầm tại Hà Nội.

VI. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ MBBR có khả năng xử lý amoni hiệu quả, với các thông số động học được xác định rõ ràng. Các yếu tố như nồng độ ô xy, mật độ vật liệu mang, và thời gian lưu đều ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các thông số này có thể nâng cao hiệu quả xử lý amoni trong nước ngầm, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường.

VII. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng công nghệ MBBR là một giải pháp khả thi cho việc xử lý amoni trong nước ngầm tại Hà Nội. Đề xuất các nghiên cứu tiếp theo để hoàn thiện công nghệ và mở rộng ứng dụng trong các khu vực khác. Cần có sự hợp tác giữa các cơ quan chức năng và cộng đồng để nâng cao nhận thức về ô nhiễm nước và bảo vệ nguồn nước sạch.