Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Môi trường: Nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải bằng quá trình sinh học bổ sung than chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án "Nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải bằng quá trình sinh học bổ sung than chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp" là đưa ra quy trình chế tạo than sinh học từ vỏ cà phê với công nghệ chế tạo đơn giản để tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp và tạo ra sản phẩm có khả năng ứng dụng trong xử lý amoni trong nước và nước thải. Than sinh học từ vỏ cà phê khi nhiệt phân ở nhiệt độ thấp, thời gian nhiệt phân ngắn có hiệu suất thu hồi sản phẩm cao, có thể giữ lại tối đa lượng C và nhóm chức trên bề mặt than sinh học nên có thể được sử dụng cho nhiều mục đích như làm chất hấp phụ hay chất mang vi sinh.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Môi trường: Nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải bằng quá trình sinh học bổ sung than chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vũ Ngọc Thủy NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC THẢI BẰNG QUÁ TRÌNH SINH HỌC BỔ SUNG THAN CHẾ TẠO TỪ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP Ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số: 9520320 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2022
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đỗ Khắc Uẩn Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1)Ngoc-Thuy Vu, Khac- Uan Do (2020), “A study on combination of biochar and activated sludge for removing ammonium from low C/N ratio wastewater”. Vietnam Journal of Science and Technology, Vol 58 ( No. 5A), pp. 64-74. 2)Ngoc-Thuy Vu, Khac- Uan Do (2021). “Insights into adsorption of ammonium by biochar derived from low temperature pyrolysis of coffee husk”. Biomass Conversion and Biorefinery. https://doi.org/10.1007/s13399-021-01337-9 3) Ngoc‑Thuy Vu, Thi‑Ha Ngo, Thu‑Trang Nguyen, Khac‑Uan Do (2021), “Performances of cofee husk biochar addition in a lab‑scale SBR system for treating low carbon/nitrogen ratio wastewater”. Biomass Conversion and Biorefinery. https://doi.org/10.1007/s13399-021-01337-9 4)Ngoc-Thuy Vu, Thi- Huyen-Trang Nguyen, Khac-Uan Do (2021). “Removal of ammonium from aqueous solution by using dried logan peel as a low-cost adsorbent”. Chapter 29 in Elservier Book “The Future of Effluent Treatment Plants: Biological treatment systems. ISBN 978-0-12-822956-9 5)Ngoc-Thuy Vu, Khac-Uan Do (2021). “Prediction of Ammonium Removal by Biochar Produced From Agricultural Wastes Using Artificial Neural Networks: Prospects and Bottlenecks”. Chapter 27 in Elservier Book “Soft Computing Techniques in Solid Waste and Wastewater Engineering”. ISBN: 978-0-12-824463-0 6) Ngoc-Thuy Vu, Khac-Uan Do (2022). “Microbial Communities for ammonium removal from wastewater in activated sludge system combined with low-cost biochar – a review”. Chapter 6 in Book “Microbial Remediation of Azo Dyes with Prokaryotes”. Taylor & Francis - CRC Press. ISBN : 9780367673451.
MỞ ĐẦU 1. Sự cần thiết của đề tài Việc sử dụng vỏ cà phê làm nguồn nguyên liệu để sản xuất TSH ứng dụng trong lĩnh vực xử lý môi trường nói chung và xử lý amoni trong nước thải hiện chưa có nhiều nghiên cứu trên thế giới cũng như ở Việt nam. Ngoài ra hầu hết các nghiên cứu trong và ngoài nước hiện nay ứng dụng TSH trong xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải nói chung và amoni nói riêng đều tập trung vào đánh giá hiệu quả hấp phụ theo cơ chế hấp phụ vật lý, hóa học và đi sâu vào phương pháp chế tạo, phương pháp biến tính vật liệu để tăng cường hiệu quả của quá trình hấp phụ [4,5] do TSH chế tạo trong điều kiện thông thường thường có diện tích bề mặt riêng nhỏ, số lượng nhóm chức bề mặt thấp nên hiệu quả hấp phụ không cao [6,7,8]. Bên cạnh đó, hầu hết các nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá hiệu quả hấp phụ theo cơ chế hấp phụ vật lý, hóa học trên đối tượng nước thải tự tạo hoặc một số loại hình như nước cấp sinh hoạt, nước thải bệnh viện sau xử lý sinh học mà chưa có nghiên cứu đề cập đến cơ chế xử lý sinh học của hệ thống hấp phụ sử dụng các loại vật liệu này khi áp dụng với đối tượng nước thải có tỷ lệ C/N thấp. Hiện nay, nghiên cứu công nghệ bùn hạt hiếu khí trong xử lý nước thải đang là một hướng nghiên cứu thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài nước. Ưu điểm của công nghệ này là mật độ sinh khối trong hệ thống cao, tải trọng hữu cơ cao cũng như thời gian phân tách hệ bùn- nước ngắn hơn rất nhiều so với công nghệ bùn hoạt tính lơ lửng truyền thống [9,10,11]. Tuy nhiên, nhược điểm của công nghệ này là thời gian tạo bùn hạt thường khá lâu (90- 180 ngày) và phụ thuộc vào điều kiện vận hành của hệ thống. Rất nhiều nghiên cứu trong vòng vài năm trở lại đây đã tập trung vào nghiên cứu các yếu tố thúc đẩy nhanh quá trình tạo bùn hạt trong giai đoan khởi động hệ thống như tối ưu hóa các điều kiện vận hành, các quá trình sinh hóa và đưa tác nhân tạo bùn hạt vào hệ thống. Tối ưu hóa điều kiện vận hành bao gồm việc thiết kế hệ thống với thời gian lưu thủy lực và tải trọng hữu cơ phù hợp, tối ưu hóa thời gian lưu bùn, tuổi của bùn, tốc độ khuấy trôn, tốc độ sục khí… cho thấy hiệu quả của quá trình tạo bùn hạt cũng như hiệu quả xử lý của hệ thống tăng rõ rệt [12]. Xuất phát từ thực tiễn nêu trên, trong nghiên cứu này, lần đầu tiên TSH chế tạo từ vỏ cà phê được nghiên cứu để xử lý amoni trong một loại hình nước thải có tỷ lệ C/N thấp (nước thải sinh hoạt sau bể tự hoại), trên cơ sở đánh giá quá trình hấp phụ và quá trình màng sinh học bám dính trên TSH. TSH từ vỏ cà phê được tập trung nghiên cứu với vai trò vừa là chất hấp phụ vừa là chất mang để giảm thời gian hình thành bùn hạt và giúp tăng hiệu quả của quá trình xử lý amoni trong nước thải. 2. Mục tiêu nghiên cứu -Đưa ra quy trình chế tạo TSH từ vỏ cà phê với công nghệ chế tạo đơn giản để tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp và tạo ra sản phẩm có khả năng ứng dụng trong xử lý amoni trong nước và nước thải. TSH từ vỏ cà phê khi nhiệt phân ở nhiệt độ thấp, thời gian nhiệt phân ngắn có hiệu suất thu hồi sản phẩm cao, có thể giữ lại tối đa lượng C và nhóm chức trên bề mặt TSH nên có thể được sử dụng cho nhiều mục đích như làm chất hấp phụ hay chất mang vi sinh. - Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố chính đến hiệu quả hấp phụ amoni trong nước thải. Xác định cơ chế hấp phụ và động học quá trình hấp phụ amoni trong nước thải của TSH chế tạo từ vỏ cà phê. - Sử dụng TSH từ VCP làm chất mang bổ sung vào hệ bùn hoạt tính để thúc đẩy quá trình tạo bùn hạt. Đánh giá được một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý amoni của hệ TSH kết hợp bùn hoạt tính. Để thực hiện được mục tiêu nghiên cứu trên thì Nội dung nghiên cứu cụ thể của đề tài bao gồm: -Xây dựng quy trình chuẩn bị TSH từ phụ phẩm nông nghiệp (vỏ cà phê), xác định các đặc trưng của TSH chế tạo từ vỏ cà phê và đánh giá sơ bộ khả năng hấp phụ vật lý, hóa học của TSH từ vỏ cà phê. 1
- Nghiên cứu quy trình bổ sung TSH từ vỏ cà phê vào hệ bùn hoạt tính để TSH đóng vai trò là chất mang. Đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung TSH chế tạo từ vỏ cà phê đến khả năng sinh trưởng của bùn hoạt tính trong bể SBR. Đánh giá khả năng bám dính, khả năng hấp phụ của bùn hoạt tính trên than sinh học khi sử dụng than sinh học làm chất mang vi sinh. - Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến hiệu quả xử lý của hệ TSH kết hợp bùn hoạt tính: thời gian sục khí, tỷ lệ chất hữu cơ/vi sinh vật (F/M), tỷ lệ C/N, chu kỳ hoạt động của hệ thống, tỷ lệ trao đổi thể tích … tới hiệu quả xử lý amoni của hệ bùn hạt hoạt tính. Xác định tốc độ sinh trưởng và tốc độ phân giải amoni của hệ bùn hạt, quan sát đánh giá quá trình hình thành bùn hạt theo thời gian vận hành của hệ thống. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của luận án là TSH chế tạo từ vỏ cà phê, sử dụng với vai trò là chất hấp phụ và chất mang vi sinh để xử lý amoni trong hệ xử lý sinh học nước thải có tỷ lệ C/N thấp (nước thải sinh hoạt). - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu được triển khai ở quy mô pilot trong phòng thí nghiệm với một số điều kiện được khống chế để xác định cơ chế, một số thông số động học của quá trình xử lý nước thải tự tạo và nước thải sinh hoạt sau bể tự hoại sử dụng than sinh học từ vỏ cà phê trong điều kiện nhiệt độ nhiệt phân thấp (350oC), thời gian nhiệt phân ngắn (60 phút). 4. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài * Ý nghĩa khoa học: Với công nghệ chế tạo đơn giản, TSH chế tạo từ vỏ cà phê trong điều kiện nhiệt phân ở nhiệt độ thấp (350oC), thời gian nhiệt phân ngắn (60 phút), không qua các công đoạn hoạt hóa có khả năng sử dụng làm chất hấp phụ amoni trong nước và nước thải. Nghiên cứu đã xác định được một số yếu tố ảnh hưởng, thông số đẳng nhiệt hấp phụ và động học hấp phụ amoni của TSH từ vỏ cà phê. Khi đưa TSH từ vỏ cà phê vào hệ bùn hoạt tính trong thiết bị SBR, TSH đóng vai trò chất mang, kích thích sự sinh trưởng và bám dính của bùn hoạt tính trên TSH để đẩy nhanh tốc độ hình thành bùn hạt. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc đưa TSH từ vỏ cà phê vào làm chất mang đã giúp giảm thời gian hình thành bùn hạt xuống dưới 30 ngày trong khi nhiều nghiên cứu trước đó cho thấy với hệ không bổ sung chất mang, bùn hạt thường chỉ được hình thành sau ít nhất 2- 3 tháng hoặc có thể lâu hơn tới 6 tháng. Hệ bùn hạt giúp cho quá trình xử lý chất ô nhiễm đặc biệt là amoni đạt hiệu quả cao hơn hệ bùn hiếu khí thông thường. Mật độ sinh khối trong hệ bùn hạt cao, tăng khả năng chịu được tải trọng chất hữu cơ và khả năng xử lý đồng thời chất hữu cơ và chất dinh dưỡng qua lớp màng dày của hạt bùn. Nghiên cứu đã xác định được ảnh hưởng của một số yếu tố vận hành (thời gian thiếu khí/yếm khí, tỷ lệ F/M. tỷ lệ C/N, tỷ lệ trao đổi thể tích…) đến hiệu quả xử lý amoni của hệ TSH và bùn hoạt tính theo thời gian vận hành của hệ. * Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu chế tạo TSH từ vỏ cà phê, với công nghệ chế tạo đơn giản, chi phí thấp, tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp dồi dào sẵn có ở Việt nam để xử lý amoni trong nước với vai trò vừa là chất hấp phụ vừa là chất mang thúc đẩy quá trình tạo bùn hạt trong hệ SBR có ý nghĩa thực tiễn cao. Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở tiền đề cho việc đề xuất hệ thống xử lý hiệu quả amoni trong nước thải đặc biệt là nước thải có tỷ lệ C/N thấp như nước thải sinh hoạt mà các phương pháp xử lý sinh học truyền thống chưa thực sự hiệu quả. Ngoài ra, khả năng lắng tốt của bùn hạt còn giúp cải thiện được việc tách sinh khối từ nước thải, từ đó giảm nhu cầu diện tích cần thiết, chi phí xây dựng và vận hành các công trình lắng sau giai đoạn xử lý sinh học nước thải. 5. Đóng góp mới của luận án  Hiện chưa có thông tin hay công bố về nghiên cứu quá trình xử lý amoni trong nước thải trên cơ sở đánh giá hiệu quả của quá trình hấp phụ và quá trình sử dụng TSH từ vỏ cà phê kết hợp với bùn hoạt tính trên hệ bể SBR. TSH chế tạo từ vỏ cà phê được đánh giá tính hiệu quả trong xử lý 2
amoni trong nước thải trên cả 2 phương diện là chất hấp phụ thông thường và là chất mang vi sinh thúc đẩy quá trình tạo bùn hạt trong hệ thống xử lý sinh học nước thải có tỷ lệ C/N thấp (nước thải sinh hoạt). CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về quá trình chế tạo TSH từ phụ phẩm nông nghiệp ở Việt nam 1.1.1. Tiềm năng sản xuất TSH từ phụ phẩm nông nghiệp Cà phê là một trong những mặt hàng nông sản xuất khẩu quan trọng của Việt nam. Sản lượng cà phê niên vụ 2019-2020 ước đạt gần 2 triệu tấn và hiện Việt nam vẫn là nước sản xuất và xuất khẩu cà phê lớn thứ 2 thế giới. Phần lớn diện tích trồng cà phê tập trung ở khu vực Tây Nguyên (chiếm 90%) với diện tích khoảng gần 600.000 ha. Với tỷ lệ vỏ cà phê chiếm khoảng 40% thì hàng năm lượng vỏ cà phê thải ra lên tới gần1.2 triệu tấn. So với các loại hình chất thải nông nghiệp khác, vỏ cà phê có hàm lượng đường rất cao (14,4%), trong đó đường khử chiếm 12,4% cùng với hàm lượng protein (10,1%) với 18 loại axit amin và hàm lượng hữu cơ trong đó cũng rất cao. Hàm lượng xenlulo trong vỏ cà phê là 63,2%, lignin 17,7% thường khó phân hủy sinh học hơn các loại chất thải nông nghiệp khác do đó vỏ cà phê từ quá trình chế biến cà phê thường được thải bỏ ngoài môi trường hoặc đem đốt [14]. Gần đây có một số nghiên cứu xử lý vỏ cà phê theo hướng chế biến phân compost tuy nhiên nghiên cứu này vẫn chưa được triển khai đại trà, thời gian chế biến lâu (do thời gian phân hủy lâu) và không mang lại hiệu quả kinh tế cao. Do vậy hướng tiếp cận vỏ cà phê là nguồn nguyên liệu đầu vào để sản xuất TSH làm vật liệu hấp phụ cũng là một hướng nghiên cứu và tiếp cận đem lại hiệu quả về nhiều mặt. 1.1.2. Các phương pháp sản xuất TSH từ phụ phẩm nông nghiệp Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt nam có nhiều công nghệ được sử dụng để chế tạo than sinh học từ phụ phẩm nông nghiệp. TSH là chất rắn giàu cacbon được tạo ra bằng cách nhiệt phân sinh khối trong điều kiện không có oxy. Gần đây, sản xuất công nghệ chế tạo TSH đã trở thành một trong những hướng công nghệ triển vọng để sản xuất đồng thời năng lượng sinh học tái tạo, loại bỏ cacbon khỏi khí quyển và sản xuất các sản phẩm có lợi cho môi trường từ sinh khối [15]. Trong quá trình nhiệt phân, từ 50% đến 80% sinh khối được chuyển thành chất lỏng và hơi dễ cháy, có thể được sử dụng để sản xuất năng lượng sinh học phần còn lại được chuyển thành TSH. Trong quá trình nhiệt phân, lignin, cellulose, hemicellulose, chất béo và tinh bột trong nguyên liệu thô được phân hủy bằng nhiệt tạo thành ba sản phẩm chính: than sinh học (phần rắn), dầu sinh học (một phần chất bay hơi ngưng tụ), và khí không ngưng tụ (ví dụ, CO, CO2, CH4 và H2) [16]. 1.1.3. Ứng dụng của TSH chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp trong xử lý môi trường Các nghiên cứu về ứng dụng của TSH khởi đầu từ tập trung đánh giá khả năng hấp phụ các chất dinh dưỡng trong nước thải của TSH để sử dụng làm chất cải tạo đất. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, TSH đặc biệt là TSH sau khi được hoạt hóa được ứng dụng để xử lý rất nhiều chất ô nhiễm trong môi trường. Than sinh học được đánh giá là một chất hấp phụ bền vững với môi trường và hiệu quả về chi phí sản xuất cho khả năng hấp phụ tương đối cao các chất ô nhiễm hữu cơ, vô cơ, các chất khí và cả một số chất khó phân hủy sinh học[1]. Trong những năm gần đây, đã có nhiều nghiên cứu đánh giá khả năng ứng dụng của TSH để loại bỏ các chất ô nhiễm trong môi trường nước và đất. Rất nhiều các chất ô nhiễm có thể được hấp phụ nhờ TSH như thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm, thuốc diệt côn trùng, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC),thuốc nhuộm (rhodanin, xanh metylen…). Hơn nữa, TSH còn ứng dụng trong xử lý các hợp chất estrogen trong nước thải sinh hoạt, các chất ức chế sự phân hủy sinh khối như furfural, hydroxymethyl furfural (HMF), phenolic, các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước rỉ bãi rác…[21]. TSH cũng chứng tỏ khả năng hấp phụ một số chất vô cơ như các kim loại (Pb2+, Cu2+, Cd2+, Zn2+, Hg2+ và Ni2+) hay các chất ô nhiễm vô cơ khác như H2S, NH3, NH4+, NO3− thường có trong nước thải công nghiệp và nước thải đô thị. Tổng quan về ô nhiễm amoni trong và các nghiên cứu trong và ngoài nước về xử lý amoni bằng quá trình hấp phụ và sinh học 3
1.2. Tổng quan về ô nhiễm amoni và các nghiên cứu xử lý amoni bằng quá trình hấp phụ và sinh học 1.2.1. Tông quan về ô nhiễm amoni và các phương pháp xử lý amoni trong nước và nước thải Amoni có mặt trong môi trường từ nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo do các quá trình chuyển hóa từ công nghiệp, nông nghiệp. Lượng amoni trong nước bề mặt và nước ngầm thường < 0,2 mg/L nhưng hàm lượng amoni trong các nguồn nước bị ô nhiễm có thể lên đến vài chục hoặc vài trăm mg/L[31]. Hiện nay ở nước ta, phần lớn nước thải sinh hoạt tại các hộ gia đình được xử lý bằng bể tự hoại và thải ra cống rãnh, sông, hồ đã và đang gây ô nhiễm nguồn nước. Quá trình loại bỏ các amoni trong nước hiện nay chủ yếu là sử dụng các quá trình sinh học hay các quá trình kết hợp hóa lý [32]. Có rất nhiều phương pháp xử lý amoni trong nước đã được thử nghiệm và đưa vào áp dụng như : + Phương pháp hóa học: làm thoáng; clo hóa đến điểm đột biến; oxy hóa bằng ozone với xúc tác bromua; đông keo tụ… + Phương pháp sinh học: lọc sinh học, lọc màng, bùn hoạt tính, đưa amoni vào sinh khối nuôi tảo… + Phương pháp vật lý: hấp phụ, trao đổi ion… 1.2.2. Tổng quan các nghiên cứu về xử lý amonni bằng phương pháp hấp phụ 1.2.2.1. Các nghiên cứu xử lý amoni bằng phương pháp hấp phụ trên thế giới Nhiều loại TSH, được chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp và các loại vật liệu như gỗ và vỏ trấu [44], rơm sậy [45], gỗ phong [46] và một số loại vật liệu có nguồn gốc hữu cơ khác, đã được sử dụng để loại bỏ amoni trong nước. Diện tích bề mặt riêng của TSH phụ thuộc vào nhiệt độ nhiệt phân. Tại nhiệt độ thấp (< 400°C), than sinh học có diện tích bề mặt riêng nhỏ (100 m2/g. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ nhiệt phân cao > 800oC thì có thể làm giảm năng suất thu hồi của than và phá hủy một số nhóm chức trên bề mặt than sinh học(-COOH, -OH) cũng như làm ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình hấp phụ. Do đó, TSH chế tạo từ sinh khối, phụ phẩm nông nghiệp thường được lựa chọn nhiệt phân ở nhiệt độ thấp, áp dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm vô cơ hay hữu cơ phân cực do các cơ chế hấp phụ bởi các nhóm chức chứa oxy trên bề mặt như trao đổi ion, lực hấp dẫn điện từ và cơ chế kết tủa. Ngoài ra rất nhiều nghiên cứu gần đây cũng cho thấy dải nhiệt độ thấp thích hợp với việc nhiệt phân TSH từ sinh khối thực vật, cho hiệu quả hấp phụ amoni tương đối tốt. Bề mặt TSH thường được tích điện âm có thể hấp phụ amoni thông qua tương tác tĩnh điện [47]. 1.2.2.2. Các nghiên cứu xử lý amoni bằng phương pháp hấp phụ ở Việt nam Gần đây, Việt Nam cũng đã một số công trình nghiên cứu loại bỏ amoni trong nước thải bằng biện pháp hấp phụ sử dụng các chất hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên, sẵn có trong nước. Đây có thể xem là hướng nghiên cứu có triển vọng áp dụng kết hợp cùng với quá trình xử lý sinh học để xử lý có hiệu quả amoni với chi phí hợp. Tác giả Trịnh Văn Tuyên và cộng sự (2013) cũng đã tiến hành nghiên cứu loại bỏ amoni trong nước thải bệnh viện sau quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hấp phụ sử dụng TSH từ tre, gỗ, lõi ngô. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý amoni đối với than gỗ đạt cao nhất từ 65- 85% và than tre là 64-83%, ứng với hàm lượng amoni trong nước thải đầu vào từ 24-35 mg/L [54]. Tác giả Vũ Thị Mai, Trịnh Văn Tuyên và cộng sự (2016) đã tiến hành nghiên cứu, chế tạo TSH từ lõi ngô biến tính bằng H3PO4 và NaOH để xử lý amoni trong nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy quá trình hấp phụ diễn ra tốt khi pH ≥ 7 và sau 60 phút thì đạt cân bằng hấp phụ. Dung lượng hấp phụ cực đại đạt được khá cao 16,6 mg/g [55]. Tác giả Bùi Thị Lan Anh (2016) đã tiến hành nghiên cứu, chế tạo TSH từ xơ dừa để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện sau hệ thống xử lý sinh học hiếu khí. Hiệu suất xử lý amoni trong môi trường pH 7-8 đạt hiệu suất xử lý cao nhất đạt 54%. Tỷ lệ rắn/lỏng giữa vật liệu và thể tích dung dịch cụ thể là 20 g/L 4
đạt hiệu suất cao nhất 59%. Các kết quả nghiên cứu cho thấy TSH từ xơ dừa có thể sử dụng như vật liệu hấp phụ giá thành thấp, hiệu quả và thân thiện với môi trường để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện trước khi thải ra môi trường bên ngoài [56]. 1.2.3. Tổng quan các nghiên cứu về xử lý amoni bằng phương pháp sinh học sử dụng hệ bùn hạt 1.2.3.1.Các nghiên cứu trên thế giới Xử lý nước thải bằng hệ bùn hạt hiếu khí được công bố đầu tiên năm 1997. Bùn hạt có thể được xem như trường hợp đặc biệt của màng sinh học nơi mà các tế bào vi sinh vật tự cố định và hình thành lớp màng bám dính dày, có cấu trúc bền vững và có khả năng lắng cao [58]. Ưu điểm nổi bật của công nghệ bùn hạt là mật độ vi sinh vật cao và khả năng lắng của bùn rất tốt dẫn đến tăng cường hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ, giảm thể tích của thiết bị và phù hợp khi tải trọng ô nhiễm lớn [58,59]. Hạn chế lớn nhất đối với công nghệ này là thời gian hình thành hệ bùn hạt thường lâu hơn so với thời gian thiết lập hệ bùn hiếu khí thông thường vì vậy gần đây các nghiên cứu tập trung nhiều vào nỗ lực rút ngắn thời gian hoạt hóa và hình thành hệ bùn hạt thông qua nghiên cứu tối ưu hóa các yếu tố vận hành, các quá trình sinh hóa trong hệ thống và quá trình đưa tác nhân tạo bùn hạt vào hệ thống. Đối với việc lựa chọn tác nhân đưa vào hệ bùn hoạt tính lơ lửng để kích thích quá trình tạo bùn hạt, một số nghiên cứu đã tiến hành sử dụng than hoạt tính dạng hạt GAC [85] than sinh học chế tạo từ vỏ trấu [86], struvite [87], poly aluminum chloride [88] và zeolite [89] để làm tác nhân. Zeolite có thể sử dụng làm tác nhân thúc đẩy quá trình hình thành bùn hạt, giúp bùn lắng tốt hơn và tăng cường hiệu quả của quá trình xử lý amoni. Trong nghiên cứu gần đây nhất, TSH làm từ vỏ trấu tỏ ra có hiệu quả rõ rệt trong việc kích thích quá trình tạo thành bùn hạt từ đó giúp quá trình lắng nhanh hơn, thời gian lưu sinh khối trong hệ thống tốt hơn và hiệu quả xử lý chất ô nhiễm hữu cơ tăng (xử lý cơ chất là pyridine). Tuy nhiên trong nghiên cứu này, tác giả chưa đề cập đến khả năng hấp phụ của TSH khi đưa vào hệ thống làm tác nhân tạo hạt mà chỉ dừng lại ở việc đánh giá TSH với vai trò là chất mang trong quá trình tạo bùn hạt. Qua tìm hiểu cho thấy, hiện chưa có thông tin về việc sử dụng TSH từ vỏ cà phê để xử lý amoni trong nước thải theo hướng đánh giá trên phương diện hấp phụ và phương diện là chất mang giúp hệ vi sinh vật bám dính tạo bùn hạt trong hệ thống xử lý hiếu khí nước thải. Tuy nhiên cũng chưa có nhiều thông tin về việc sử dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp là vỏ cà phê để chế tạo TSH và ứng dụng của TSH trong xử lý các chất ô nhiễm nói chung và amoni nói riêng. Bên cạnh đó, mối quan hệ giữa cấu trúc TSH và khả năng năng ứng dụng TSH làm tác nhân kích thích quá trình tạo bùn hạt hiếu khí trong xử lý sinh học nước thải cũng chưa có nhiều nghiên cứu đề cập đến. Cần có nghiên cứu thêm để làm rõ cơ chế của quá trình tạo bùn hạt khi sử dụng TSH từ vỏ cà phê làm tác nhân tạo hạt cũng như cơ chế xử lý amoni trong nước và nước thải bằng quá trình kết hợp giữa hấp phụ và sinh học. 1.2.3.2. Các nghiên cứu tại Việt Nam Nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt hiếu khí để xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột bằng xử lý hiếu khí theo mẻ (SBR) sử dụng bùn hạt hiếu khí ở quy mô phòng thí nghiệm. Kết quả nghiên cứu cho thấy sau 60 ngày hình thành hệ bùn hạt cho hiệu quả xử lý COD đạt 90%, amoni đạt 80%; P đạt 96% [67]. Một nghiên cứu khác đánh giá sự hình thành và phát triển của bùn hạt hiếu khí được thực hiện trên mô hình bể SBR với chu kỳ mỗi mẻ là 3h, ở mức tốc độ sục khí 4,0 L/phút. Nước thải tổng hợp có nguồn cacbon từ glucose được pha sẵn. Hai mức tải trong hữu cơ (OLR) được áp dụng là 2,45 kg COD/m3.ngày ở giai đoạn giai đoạn khởi động hệ thống và 3,64 kgCOD/m3.ngày đêm với giai đoạn phát triển hạt bùn. Kết quả khảo sát cho thấy rằng, bùn hạt hiếu khí hình thành sau 35 ngày với kích thước hạt bùn dao động trong khoảng 2-3mm, hạt bùn tròn đều và có màu trắng đục. SVI đạt 43 mL/g, sinh khối và vi sinh vật trong hạt bùn phát triển mạnh mẽ, điều này được thể hiện qua tỷ lệ SS/VSS lên tới 92%. Bùn hạt hiếu khí cho khả năng xử lý COD tốt, ổn định dao động trong khoảng 90-95% [94]. 1.3. Tổng quan về nước thải sinh hoạt và công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt Các công nghệ được áp dụng trong xử lý nước thải sinh hoạt tập trung gồm công nghệ Aerotank, AAO, AO, SBR, MBR, MBBR,… Công nghệ SBR hiện đang được áp dụng cho các trạm xử lý nước thải của các tòa nhà khu dân cư, khu đô thị tập trung hoặc trạm xử lý nước thải tập 5
trung của các khu công nghiệp do khả năng tự động hóa cao. Xuất phát từ thực tế trên, việc đưa TSH từ vỏ cà phê vào hệ bùn hoạt tính trong bể SBR để đẩy nhanh tốc độ tạo bùn hạt và tăng cường khả năng xử lý amoni của hệ nhằm tối ưu hiệu quả của công nghệ SBR hiện có là hướng nghiên cứu mà đề tài đặt ra. 1.4.Cơ sở lý thuyết của quá trình hấp phụ amoni sử dụng TSH Hấp phụ trong môi trường nước được hiểu là hiện tượng tăng nồng độ của một chất (chất bị hấp phụ) lên bề mặt và mao quản một chất rắn (chất hấp phụ) ngay trong dung dịch [97]. Dung lượng hấp phụ cân bằng được biểu thị khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ tại trạng thái cân bằng dưới các điều kiện nồng độ và nhiệt độ cho trước. Dung lượng (q) được xác định theo công thức: Co  Ce .V q 2.1 m Trong đó: V: Thể tích dung dịch, L m: Khối lượng chất hấp phụ, g Co: Nồng độ chất bị hấp phụ dung dịch ban đầu, mg/L Ce: Nồng độ chất bị hấp phụ trong dung dịch ở trạng thái cân bằng, mg/L 1.2.3. Đẳng nhiệt hấp phụ Hai dạng phương trình đẳng nhiệt phổ biến đối với quá trình hấp phụ và trao đổi ion thường gặp là Langmuir và Freundlich [97]. a) Phương trình đẳng nhiệt Langmuir Phương trình đẳng nhiệt Langmuir có dạng: K L .Ce q  q max . 2.2 1  K L .Ce Trong đó: q: Dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g) qmax: Dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g) KL: Hằng số Langmuir Ce: Nồng độ chất bị hấp phụ trong dung dịch ở trạng thái cân bằng (mg/L) Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ: - Trong vùng nồng độ nhỏ KL.C > 1, khi đó q = qmax mô tả vùng bão hòa hấp phụ. Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt biểu diễn là một đoạn cong. Để xác định các hằng số trong phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, ta đưa phương trình (2.2) về dạng tuyến tính: Ce 1  .C e + 1 2.3 q q max q max .K L Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc C e /q vào C e sẽ xác định được các hằng số (KL, qmax) trong phương trình. Phương trình Langmuir có sai lệch khi hấp phụ đa lớp ở nhiệt độ thấp và khi bề mặt vật liệu hấp phụ không đồng nhất. b) Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich Phương trình Freundlich là phương trình mang tính chất kinh nghiệm, có tính đến sự không đồng nhất của bề mặt chất hấp phụ, sự phân bố các tâm hoạt động và năng lượng của chúng theo quy luật hàm mũ [97]. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich có dạng: 1 qe  K F .C e n 2.4 Trong đó: KF, n: Các hằng số Freundlich đặc trưng cho hệ hấp phụ 1.3.2. Động học quá trình hấp phụ 6
a) Phương trình động học bậc 1 Phương trình động học bậc 1 có dạng: dqt  k1 qe  qt  2.6 dt Trong đó: qe: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g) qt: dung lượng hấp phụ tại thời điểm bất kì t (mg/g) k1: là hằng số động học bậc nhất biểu kiến (phút 1 ) Áp dụng các điều kiện t biến thiên trong khoảng 0 ÷ t, q biến thiên trong khoảng 0 ÷ q, phương trình (2.6) trở thành: k1 log qe  qt  log qe  t 2.7 2,303 Để xác định hằng số tốc độ, xây dựng đồ thị quan hệ giữa log(qe – qt) và t đối với các điều kiện thực nghiệm đã thực hiện. b) Phương trình động học bậc 2 dqt  k 2 .qe  qt  2.8 dt Trong đó: k2: hằng số động học bậc hai biểu kiến (g.mg 1 .phút 1 ) qe: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g) qt: dung lượng hấp phụ tại thời điểm bất kì t (mg/g) Phương trình (2.8) có thể được viết lại thành dạng đường thẳng: t  1 2 + 1 .t 2.9 q k 2 qe qe Xây dựng đồ thị mối quan hệ t/qt và t để xác định hằng số tốc độ. 1.5.Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý sinh học amoni trong nước bằng hệ bùn hạt Tốc độ oxy hóa amoni hay tốc tộ nitrat hóa được sử dụng để phân tích hiệu suất xử lý amoni của hệ bùn hạt hiếu khí trong bể phản ứng sinh học. Tốc độ oxy hóa amoni riêng phần của vi sinh vật được tính trong một đơn vị sinh khối vi sinh vật trong bùn hạt hoạt tính theo công thức : [115] Trong đó: r NH4-N : Tốc độ oxy hóa amoni riêng phần theo thể tích (mgN/l.h) CNH4-, start_aerobic: Hàm lượng amoni đầu vào giai đoạn hiếu khí (mgN/L) CNH4-, end_nitrification: Hàm lượng amoni kết thúc giai đoạn oxy hóa amoni (giai đaoạn nitrat hóa)(mgN/L) Time nitrification : Thời gian thực hiện quá trình oxy hóa amoni (giai đoạn nitrat hóa) => thời gian sục khí của bể phản ứng(h) VSS reactor : Hàm lượng VSS trong bể phản ứng (mg/L) 1.6. Cơ sở lý thuyết của quá trình kết hợp TSH và hệ bùn hoạt tính để tạo bùn hạt 7
Hình 1.2. Quá trình tạo bùn hạt khi đưa than hoạt tính vào hệ thống [137] CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Phương pháp chế tạo TSH từ vỏ cà phê và xác định đặc tính của TSH từ vỏ cà phê 2.1.1. Phương pháp chế tạo TSH từ vỏ cà phê Quy trình chế tạo TSH từ vỏ cà phê được tham khảo từ một số nghiên cứu của các nhà khoa học trong nước và quốc tế. Vỏ cà phê được nung trong điều kiện không có oxy trong lò nung, thực hiện trong các cốc sứ chịu nhiệt có nắp đậy kín. Quy trình tạo TSH trong các nghiên cứu này có ưu điểm không sử dụng khí trơ, nhiệt phân ở nhiệt độ trong khoảng 300 – 600oC vì vậy tiết kiệm chi phí sản xuất than sinh học. Quy trình chế tạo TSH từ vỏ cà phê được thực hiện bao gồm các bước: Bước 1: Vỏ cà phê được rửa sạch loại bỏ bụi đất và sấy khô ở nhiệt độ 105oC đến khối lượng không đổi. Đặc tính ban đầu của vỏ cà phê sử dụng trong nghiên cứu: Độ ẩm: 15%; Hàm lượng C: 51%; Hàm lượng N: 1.4%. Bước 2: Nhồi vỏ cà phê đã rửa sạch và sấy khô vào các cốc nung bằng sứ chịu nhiệt có nắp đậy kín. Xác định khối lượng, độ ẩm của vật liệu trước khi nung. Bước 3: Tiến hành nhiệt phân trong lò nung ở điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định. Trong nghiên cứu này, vỏ cà phê được nung ở 350, 450, 550oC trong 1 giờ. Than sinh học thu được ký hiệu là CFH 350, CFH 450 và CFH 550. Hình 2.1. Quy trình chế tạo than sinh học từ vỏ cà phê 2.1.2. Phương pháp xác định các đặc tính của TSH Diện tích bề mặt và phân bố kích thước lỗ rỗng của than sinh học vỏ cà phê (CFH 350) được xác định bằng phương pháp BET từ các đường đẳng nhiệt N2 đo được ở 75,2 K bằng BET Micrometrics Gemini VII (Micromerencies, Atlanta, USA). Các mẫu được phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét độ phân giải cao (SEM) trong kính hiển vi điện tử có gia tốc 30 kV và độ phân giải lý thuyết là 1nm (Kruss, Đức). Đối với phân tích này, một mẫu vật liệu phân tán đồng nhất 8
trong ethanol nguyên chất được lắng đọng trên lưới Cu, trước đó được phủ một lớp than sinh học mỏng. Phổ FTIR của vật liệu CFH 350 trước và sau khi hấp phụ được xác định bằng máy phân tích quang phổ hồng ngoại (Thermo Fisher Khoa học, Waltham, Hoa Kỳ) để mô tả các nhóm chức hữu cơ bề mặt với vùng đo phổ từ 4000 đến 400 cm-1. Xác định pHpzc của vật liệu: Phương pháp xác định pH tại điểm đẳng điện tích (pHpzc): Để xác định điểm điện tích không của vật liệu nghiên cứu, dùng phương pháp chuẩn độ đo pH với chất điện ly là dung dịch muối KCl 0,1 M ở 25oC để xác định pHPZC của vật liệu. 2.2. Quy trình thực nghiệm xác định ảnh hưởng của một số yếu tố đến hiệu quả hấp phụ của TSH từ vỏ cà phê 2.2.1. Quy trình thực nghiệm theo mẻ xác định ảnh hưởng của một số yếu tố đến hiệu quả hấp phụ của than sinh học Các thí nghiệm tiến hành theo mẻ được thực hiện trong bình tam giác dung tích 100 ml chứa dung dịch NH4Cl và các vật liệu hấp phụ với các tỷ lệ rắn/lỏng khác nhau. pH dung dịch được điều chỉnh bằng dung dịch NaOH, HNO3 hoặc HCl. Hỗn hợp dung dịch và vật liệu được đặt trong máy lắc ổn nhiệt, duy trì tiếp xúc ở nhiệt độ phòng 25 ± 2oC với tốc độ khuấy trộn 130 v/p. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như thời gian tiếp xúc, pH dung dịch, tỉ lệ rắn/lỏng, kích thước vật liệu, nồng độ NH4+ ban đầu. Sau khi hấp phụ, lọc tách hai pha bằng giấy lọc và phân tích nồng độ NH4+ còn lại trong dung dịch. Các mẫu trắng (không chứa vật liệu hấp phụ) được thay dung dịch bằng nước cất hai lần được tiến hành song song với mẫu thực nghiệm. a) Xác định ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc Để xác định ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu suất xử lý của NH4+ trong nước, nồng độ NH4+ ban đầu được lựa chọn là 50 mg/L. pH của dung dịch ban đầu là 6,2. Tỉ lệ rắn/lỏng được lựa chọn là 5,0 g/L, tốc độ lắc là 130 vòng/phút và kích thước vật liệu sử dụng trong khoảng 0,2-1,0 mm. Các điều kiện ban đầu này được lựa chọn dựa trên tham khảo một số các nghiên cứu sơ bộ trước đó. Thời gian tiếp xúc được lựa chọn khảo sát trong khoảng từ 1h-8h. Từ kết quả thực nghiệm xác định ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu suất xử lý NH4+ trong nước sẽ xác định được thời gian tiếp xúc tại đó quá trình hấp phụ đạt cân bằng, thời gian này sẽ được sử dụng để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo đánh giá các yếu tố ảnh hưởng khác như pH, tỷ lệ R/L, hàm lượng amoni trong dòng vào… c)Xác định ảnh hưởng của pH Tiến hành thí nghiệm với dung dịch làm việc NH4+ có nồng độ 50 mg/L với pH ban đầu của dung dịch được điều chỉnh thay đổi từ 4 - 9. pH ban đầu được điều chỉnh sử dụng dung dịch NaOH hoặc HCl. Tỉ lệ rắn/lỏng là 5 g/L, tốc độ lắc là 130 vòng/phút và kích thước vật liệu sử dụng là 0,2-1,0 mm. Sau khi quá trình đạt cân bằng, tiến hành lọc tách hai pha và đo giá trị nồng độ NH4+ sau xử lý. Từ kết quả thực nghiệm biểu thị ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý NH4+ trong nước, xác định được pH tại đó hiệu suất đạt giá trị tối ưu để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo. d)Xác định ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng Tỉ lệ giữa hai pha rắn – lỏng được thay đổi trong dải 5 – 25 g/L tại giá trị pH của dung dịch ban đầu tối ưu và trong khoảng thời gian tiếp xúc tối ưu được lựa chọn từ các kết quả thực nghiệm. Nồng độ NH4+ làm việc là 50 mg/L, tốc độ lắc là 130 vòng/phút và kích thước vật liệu 0,2-1,0 mm. Sau khi quá trình đạt cân bằng, pha lỏng được tách và phân tích. Từ đó xác định được hiệu suất xử lý của vật liệu với từng tỉ lệ rắn/lỏng. e) Xác định ảnh hưởng của kích thước vật liệu Tiến hành thí nghiệm với dung dịch làm việc NH4+ có nồng độ 50 mg/L với thời gian xử lý, pH ban đầu, tỉ lệ rắn/lỏng được lựa chọn tối ưu theo các kết quả thực nghiệm. Khảo sát kích thước vật liệu theo các dải 1,0 – 2,0 mm, 0.2 – 1,0 mm và < 0.2 mm ở tốc độ lắc 130 vòng/phút. Sau khi lắc tiến hành lọc tách hai pha và đo giá trị nồng độ NH4+ sau xử lý. Từ kết quả thực nghiệm biểu thị ảnh hưởng của kích thước đến hiệu suất xử lý NH4+ trong nước, xác định được kích thước vật liệu tại đó hiệu suất đạt giá trị tối ưu để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo. g) Xác định ảnh hưởng của nồng độ ion NH4+ ban đầu 9
Tiến hành thí nghiệm với dung dịch làm việc NH4+ có dải nồng độ 10 - 125 mg/L với thời gian xử lý, pH ban đầu, tỉ lệ rắn/lỏng, kích thước vật liệu được lựa chọn tối ưu theo các kết quả thực nghiệm và thực hiện ở tốc độ lắc 130 vòng/phút. Sau khi lắc tiến hành lọc tách hai pha và đo giá trị nồng độ NH4+ sau xử lý. Từ kết quả thực nghiệm biểu thị ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu suất xử lý NH4+ trong nước. 2.2.2. Đẳng nhiệt hấp phụ và động học hấp phụ a) Xác định đường đẳng nhiệt hấp phụ Để nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu trong điều kiện hấp phụ đẳng nhiệt, nồng độ dung dịch được thay đổi từ 10 - 125 mg/L, trong khi các thông số thực nghiệm khác không đổi (nhiệt độ, kích thước vật liệu, tốc độ khuấy, thời gian tiếp xúc, pH, tỉ lệ rắn/lỏng). Từ kết quả này xây dựng mô hình hấp phụ ion NH4+ trong nước giả thiết được mô tả bằng hai phương trình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich. b) Động học hấp phụ: Để giải thích động học hấp phụ của ion NH4+ trên vật liệu than sinh học chế tạo từ vỏ cà phê để xem sự phù hợp của số liệu thực nghiệm với lý thuyết, mô hình động học giả bậc 1 và bậc 2 được áp dụng. 2.2.3. Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu với nước thải thật Sau khi xác định được các yếu tố ảnh hướng chính đến hiệu quả hấp phụ amoni trong nước thải tự tạo như hàm lượng amoni trong dòng vào, pH của nước thải dòng vào, thời gian tiếp xúc giữa than sinh học với chất ô nhiễm (amoni), tỷ lệ than sinh học đưa vào trong nước thải (tỷ lệ rắn/ lỏng), kích thước than sinh học phù hợp…Nghiên cứu được áp dụng trên nước thải sinh hoạt sau bể tự hoại để đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni trong nước thải sinh hoạt và so sánh với hiệu quả xử lý amoni nước thải nhân tạo được chuẩn bị với hàm lượng COD và amoni tương tự như trong nước thải sinh hoạt. Các nghiên cứu được thực hiện theo mẻ đồng thời trong các bình tam giác 250mL với 2 loại nước thải trên, lặp 3 lần để lấy kết quả trung bình. 2.3. Đánh giá khả năng xử lý amoni của hệ bùn hoạt tính có bổ sung TSH từ VCP 2.3.1. Chuẩn bị bùn hoạt tính và thành phần của nước thải tự tạo để nuôi bùn Bùn hoạt tính sử dụng trong nghiên cứu được lấy từ bùn hoạt tính của hệ thống xử lý nước thải trạm XLNT Yên Sở, Hà Nội. Sau khi lấy về, bùn hoạt tính được đưa vào hệ thống SBR sử dụng nguồn nước thải tự tạo để vận hành trong 1 tuần, hàm lượng MLSS: 2800 - 3000 mg/L; MLVSS/MLSS: 0,83 - 0,86. Thành phần của nước thải tự tạo để hoạt hóa bùn hoạt tính trong PTN được tham khảo từ một số nghiên cứu trước đó [138]. Glucose 1000 mg/L và NaHCO3: 400 mg/L; NH4Cl : 190 mg/L; Một số các khoáng đa lượng : K2HPO4 : 80 mg/L; CaCl2.2H2O : 45 mg/L; MgSO4.7H2O : 12 mg/L; FeCl3 : 3,6 mg/L. Vi lượng (1mL/L):H3BO3 :0,15g/L; CoCl2.6H2O 0,15g/L; CuSO4.5H2O: 0,03 g/L; FeCl3.6H2O : 1,5g/L; MnCl2.2H2O: 0,12 g/L; Na2Mo4O24.2H2O: 0,06 g/L; ZnSO4.7H2O : 0,12g/L; KI 0,03 g/L . Bùn hoạt tính ban đầu sau khi được hoạt hóa lại trong phòng thí nghiệm và ổn định trong khoảng 10 ngày, được ly tâm ở 6000 v/p trong 15 phút để tách loại nước. Bùn sau ly tâm, bùn hoạt tính được rửa 3 lần bằng dung dịch NaCl 0.85% đã thanh trùng. Bùn này sau đó được lưu trữ thành bùn gốc để sử dụng trong các thí nghiệm với than sinh học CFH 350. Số lượng tế bào vi sinh vật trong bùn gốc ban đầu được xác định bằng phương pháp nuôi cấy gián tiếp trên đĩa thạch (CFU) và xác định được số lượng tế bào trong bùn ~ 2.76 x 108 CFU.mL-1. 2.3.2. Xác định một số yếu tố đến sự sinh trưởng và bám dính của bùn hoạt tính khi bổ sung TSH vào hệ a) Xác định ảnh hưởng của hàm lượng TSH đến sự sinh trưởng của bùn hoạt tính: 10
Bùn hoạt tính gốc được chuẩn bị ở công đoạn trên với số lượng tế bào đã được định lượng trước được tiếp tục nuôi trong các bình tam giác 250mL bằng nước thải tự tạo như mục 2.3.2. Mỗi bình được bổ sung 100 mL nước thải tự tạo và bổ sung vào mỗi bình 0,5; 0,1 và 0,15g than sinh học CFH 350 tương ứng với hàm lượng TSH trong mỗi bình là 5, 10 và 15 g/L. Thí nghiệm được tiến hành nuôi cấy sử dụng máy lắc ổn nhiệt ở 30oC trong 48h với tốc độ lắc 130 v/p. Mẫu bùn của mỗi bình được lấy tại một số các thời điểm trong vòng 48h và áp dụng phương pháp cấy pha loãng để xác định số lượng VSV trong các bùn hoạt tính tại các thời điểm này và so sánh với lượng vi sinh vật trong bùn gốc ban đầu cũng như lượng vi sinh vật trong mẫu nước thải tự tạo không bổ sung than sinh học được sử dụng làm mẫu đối chứng. Mỗi thí nghiệm được tiến hành lặp 3 lần, các mẫu bùn đem đi định lượng vi sinh vật cũng được định lượng ở các độ pha loãng khác nhau và lặp 3 lần và tính trung bình. b) Xác định ảnh hưởng của kích thước TSH đến khả năng hấp phụ của bùn hoạt tính trên TSH Để đánh giá ảnh hưởng của kích thước than sinh học đến khả năng hấp phụ của bùn hoạt tính: Cho vào lần lượt các bình tam giác 250 mL mỗi bình 100 mL hỗn hợp bùn gốc ở trên đã được tái huyền dịch trong dung dịch NaCl 0.85% và 0,5 g than sinh học CFH 350 với các kích thước khác nhau ( < 0.2 mm; 0.2 – 1,0 mm; 1,0 – 2,0 mm), lắc ổn nhiệt ở 30oC trong 24h ở tốc độ lắc 130 v/p. Sau 24h, 0,1 mL hỗn hợp TSH và bùn được pha loãng đến độ pha loãng thích hợp và áp dụng phương pháp cấy pha loãng để xác định số lượng VSV trong bùn hoạt tính của các mẫu sau 24h.. c) Xác định ảnh hưởng của hàm lượng TSH đến khả năng hấp phụ của bùn hoạt tính trên TSH Để đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng than sinh học CFH 350 đến khả năng hấp phụ bùn hoạt tính trên TSH, các bình tam giác 250 mL chứa 100 mL hỗn hợp bùn hoạt tính gốc được tái huyền dịch trong dung dịch NaCl 0.85% sau đó bổ sung các hàm lượng than CFH 350 khác nhau (5, 10, 15, 20 g/L) với kích thước TSH trong khoảng 0,2 -1,0 mm, lắc ổn nhiệt ở 30oC trong 24h bằng máy lắc ổn nhiệt. Sau 24h, các mẫu bùn được định lượng VSV tổng số bằng phương pháp cấy pha loãng tương tự như ở thí nghiệm trên. d) Xác định ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ của bùn hoạt tính trên TSH Sử dụng bình 250 mL trong đó chứa 100 mL(bùn gốc đã được tái huyền dịch trong dung dịch 0.85% NaCl đã thanh trùng) và 0,5g CFH 350 (kích thước của TSH 0,2 -1,0 mm) đặt trong thiết bị lắc ổn nhiệt lắc ở 130 v/p ở 30oC trong 6h, 12h, 24h và 48h. Lần lượt, 0,1 mL hỗn hợp TSH và bùn hoạt tính được lấy tại các thời điểm (6h, 12h, 24 và 48h) được pha loãng đến độ pha loãng thích hợp, nuôi cấy gián tiếp trên đĩa thạch trong tủ ấm ở 30oC trong 48h. Sau 48h nuôi cấy, xác định số lượng khuẩn lạc và mỗi khuẩn lạc được coi như hình thành từ một tế bào ban đầu. 2.3.3.Xác định một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý COD và amoni khi bổ sung TSH vào hệ bùn hoạt tính Các nghiên cứu được tiến hành trên hệ SBR với tỷ lệ TSH CFH 350 đưa vào hệ thống: 5 g/L, bùn hoạt tính gốc ban đầu có hàm lượng sinh khối MLSS ~ 3000 mg/L. Tiến hành một số các nghiên cứu theo mẻ gián đoạn để đánh giá các yếu tổ ảnh hưởng như thời gian sục khí trong mỗi chu kỳ xử lý, quá trình xử lý thiếu khí/ hiếu khí luân phiên trong mỗi chu kỳ, tỷ lệ F/M trong nước thải dòng vào, tỷ lệ trao đổi thể tích bùn/nước trong mỗi mẻ phản ứng (VER), Tỷ lệ C/N của nước thải dòng vào... đến hiệu quả xử lý COD và amoni. Ngoài ra sự vận hành của ổn định của hệ bùn hạt theo thời gian vận hành của hệ thống cũng được nghiên cứu đồng thời với hiệu quả xử lý COD và amoni. Hệ thí nghiệm được chạy với nước thải tự tạo và nước thải thật (nước thải sinh hoạt sau bể tự hoại) để so sánh hiệu quả xử lý trong các hệ này. 2.4. Dụng cụ, hóa chất, thiết bị và phương pháp phân tích 2.4.1. Hóa chất, thiết bị nghiên cứu a) Hóa chất 11
Các hóa chất sử dụng để chuẩn bị nước thải tự tạo, dung dịch gốc NH4+(1000 mgN/l)( Merck). Các hóa chất HACH để phân tích COD, TN, NH4+_N, NO3-, TP. b) Vật liệu Vỏ cà phê Robusta được lấy từ 1 cơ sở chế biến cà phê ở Đắc Lắc. Phần được sử dụng cho quá trình chế tạo than sinh học là phần vỏ hạt- vỏ trấu và vỏ quả đã được rửa sạch và phơi khô. c) Thiết bị nghiên cứu Máy lắc ổn nhiệt Jeiotech BS-31;Máy đo pH, DO cầm tay METTLER TOLEDO; Máy đo Lưu lượng khí cầm tay Digital Portable Gas Flow Meter Stargo; Thiết bị đo quang phổ hồng ngoại biến đổi FTIR- Shimadzu- Nhật; Máy so màu UV-VIS (Hach, DR5000, Mỹ); Lò nung của Hàn Quốc, nhiệt độ tối đa 1300oC d)Hệ mô hình SBR Hệ bể SBR được chế tạo từ nhựa acrylic, đường kính ống 10 cm, cao 50 cm, trong đó chiều cao chứa nước là 40 cm. Thể tích làm việc của mỗi bể khoảng 2 L. Trong thí nghiệm, thiết kế 6 bể SBR độc lập để đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của hệ bùn hạt. Trong mỗi bể SBR, không khí được đưa vào bằng máy sục khí với bộ khuếch tán khí được đặt ở đáy bể. Nhiệt độ thí nghiệm trong PTN dao động trong khoảng 25-32oC. Trong bể SBR, lắp các van xả được đặt cách đáy bể khoảng 5, 10, 15, 20 cm để thể tích xả khoảng 20, 40, 60, 80% lượng nước sau một chu kỳ hoạt động. Hệ thống được kiểm tra pH, DO bằng máy đo pH, DO cầm tay. Lưu lượng khí cấp cho mỗi bể được đo bằng máy đo lưu lượng khí cầm tay. Bể SBR được vận hành với chu kỳ hoạt động được nghiên cứu thay đổi tùy theo mục đích nghiên cứu ở từng giai đoạn nghiên cứu (Bảng 2.1.). Bể SBR được sục khí ở mức lưu lượng 2- 3 L/phút (ứng với vận tốc khí nâng 1,0 – 1.5 cm/s). Hình 2.2. Mô hình hệ thống thí nghiệm SBR CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc tính TSH từ vỏ cà phê và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ amoni 3.1.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân đến hiệu quả hấp phụ amoni Các mẫu than vỏ cà phê được nhiệt phân ở 3 dải nhiệt độ khác nhau (350, 450 và 550oC) sử dụng để xác định khả năng xử lý amoni trong các điều kiện sau: Nồng độ NH4+ đầu vào (Co) = 50 mg/L; pH = 6,2 ; Thời gian xử lý: 24h; Kích thước vật liệu: 0.2 -1mm; Tỉ lệ rắn/lỏng: 5 g/L; Tốc độ lắc: 130 vòng/phút. 12
Kết quả khảo sát sơ bộ cho thấy dung lượng hấp phụ amoni của TSH từ vỏ cà phê tăng khi nhiệt độ nhiệt phân giảm tuy sự khác biệt này không lớn trong dải nhiệt độ từ 350- 550oC. Kết quả này cũng phù hợp với một số nghiên cứu trước đó cho thấy dải nhiệt độ nhiệt phân thấp phù hợp để chế tạo TSH từ nguồn nguyên liệu là phụ phẩm nông nghiệp. Vì vậy TSH nhiệt phân ở 350oC được lựa chọn để tiếp tục tiến hành nghiên cứu. Hình 3. 1. Dung lượng hấp phụ amoni của TSH từ vỏ cà phê tại các dải nhiệt phân 3.1.2.Đặc tính than sinh học CFH 350 Diện tích bề mặt riêng của BET của CFH 350 là 4,3 m2/g và tổng thể tích lỗ rỗng (thể tích mao quản) 0,024 cm3/g tương đối thấp do than sinh học bị nhiệt phân ở nhiệt độ thấp và không qua các quá trình hoạt hóa. CFH 350 không có cấu trúc xốp cao, diện tích bề mặt riêng thấp do đó sự hiện diện của các nhóm chức và trao đổi ion có thể quan trọng hơn bề mặt [101]. Kích thước lỗ mao quản trung bình của than CFH 350 được xác định là khoảng 28 nm. Kết quả phân tích đặc tính của CFH 350 tương đối gần với kết quả của một nghiên cứu chế tạo chất hấp phụ sinh học trên nền vỏ cà phê để xử lý kim loại trong nước[140]. Phổ của than sinh học CFH 350 (Hình 3.3) cho thấy tính chất điển hình của vật liệu lignocellulose. Các dải ở 3700 -3000 cm-1 được gán cho các rung động kéo dài (O - H) trong các nhóm hydroxyl trong hemiaellulose, cellulose và lignin [97]. Hơn nữa, các dải được quan sát trong phạm vi 3000 - 2800 cm-1 có liên quan đến các dao động kéo dài C-H (-CH3,) và metylen (-CH2-) các nhóm chức đặc trưng trong hemicellulose, cellulose và lignin. Nhóm carboxylic (C = O) phát hiện trong dải 1800 -1650 cm-1 tương tự, các dải xung quanh từ 1650 - 1480 cm-1 có thể liên quan đến liên kết C = C trong các vòng thơm. Phổ cực đại trong khoảng từ 1290 đến 970 cm-1 tương ứng với nhóm C = O [18]. Sự hiện diện của các vòng benzen thơm cũng có thể được nhận ra từ các peak trong dải 970 -730 cm-1[103] ( Hình 3.3). Hình 3.2. Ảnh SEM của vật liệu CFH 350 pHpzc của TSH là đặc trưng riêng của mỗi loại TSH, nó phụ thuộc vào đặc tính của nguyên liệu đầu vào để sản xuất TSH và có ảnh hưởng đến pHpzc của TSH. Kết quả phân tích pH điểm đẳng điện (pHpzc) của than CFH 350 là 7.8. ( Hình 3.4). 13
Hình 3. 3. Phổ hồng ngoại của vật liệu CFH Hình 3.4. Kết quả xác định pH đẳng điện của 350 trước khi hấp phụ than CFH350 3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc Thời gian tiếp xúc được nghiên cứu trong khoảng thời gian 480 phút, sử dụng nồng độ amoni ban đầu là 50 mg/L ở 25°C và pH ~ 6.3, khuấy trộn ở tốc độ 130 vòng/phút, tỷ lệ rắn/lỏng là 5 g/L, kích thước của CFH 350 nằm trong khoảng 0,2 -1mm. Trong khoảng thời gian từ 1-4h đầu hiệu quả hấp phụ tăng và sau đó tăng chậm, quá trình hấp phụ đã đạt đến trạng thái cân bằng sau 6 giờ (Hình 3.5). Giải thích cho điều này là do thời gian đầu vật liệu chưa đạt bão hòa tâm hấp phụ trên bề mặt vật liệu còn trống và nồng độ NH4+ trong dung dịch còn cao nên tốc độ hấp phụ nhanh, các phân tử NH4+ nhanh chóng được đẩy vào trong các mao quản của vật liệu. Vì vậy lựa chọn thời gian xử lý là 360 phút để tiến hành khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tiếp theo. Hình 3. 5. Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu quả Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý xử lý amoni amoni 3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH Hiệu quả hấp phụ tăng lên khi tăng pH nhưng không có nhiều khác biệt trong dải pH khảo sát. Khoảng pH từ 6-10 cho thấy hiệu quả loại bỏ amoni tốt hơn pH 4. Kết quả này phù hợp với những kết quả thu được từ một số nghiên cứu hấp phụ amoni trước đây [43,146]. Trong các thí nghiệm (trừ thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của pH), pH của dung dịch chứa NH4+ sau khi bổ sung than sinh học đã được điều chỉnh về phạm vi pH trung tính là 6,8-7,2. Khi xác định pH của dung dịch sau khi quá trình hấp phụ đạt đến trạng thái cân bằng, pH của dung dịch tăng lên trong tất cả các thí nghiệm hấp phụ sử dụng CFH 350. Để giải thích cho sự tăng pH của dung dịch sau hấp phụ có thể đưa ra giả thuyết là do sự sụt giảm các nhóm chức tích điện âm (carboxyl, hydroxyl…) sau quá trình hấp phụ (bị trung hòa, deproton…), dẫn đến điện tích bề mặt ít âm hơn và làm tăng pH dung dịch [146]. Kết quả này được thể hiện trên phổ FTIR của vật liệu CFH 350 trước và sau quá trình hấp phụ (Hình 3.6.). 14
Hình 3. 8. FTIR của than CFH 350 trước và Hình 3.7. Biến động pH trước và sau quá trình sau quá trình hấp phụ hấp phụ 3.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu và tỉ lệ rắn/lỏng Tỉ lệ rắn/lỏng có ảnh hưởng lớn đến quá trình xử lý amoni. Nồng độ amoni ban đầu thay đổi từ 25 ÷ 125 mg /L và tỷ lệ rắn/lỏng thay đổi từ 5 - 25 g/L để đánh giá hiệu quả xử lý của CFH 350 với các nồng độ amoni đầu vào và tỷ lệ rắn lỏng khác nhau. Khi nồng độ đầu vào tăng từ 25 đến 125 mg/L, hiệu quả xử lý giảm nhưng dung lượng hấp phụ của than ở trạng thái cân bằng (qe) tăng đáng kể (từ 0,8 mg/g lên 2,8 mg/g). Ở cùng nồng độ ban đầu, khả năng hấp phụ tăng khi tăng hàm lượng than sinh học từ 5 đến 25 g/L. Kết quả cho thấy khoảng nồng độ amoni ban đầu thích hợp đối với than CFH 350 là 50-100 mg/L. Than sinh học CFH 350 được sản xuất trong điều kiện nhiệt phân nhanh (60 phút) và nhiệt độ thấp (350oC) chỉ thích hợp cho việc hấp phụ amoni ở nồng độ vừa và nhỏ. Hình 3. 9. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến Hình 3. 10. Ảnh hưởng của kích thước vật liệu hiệu quả xử lý amoni đến hiệu quả xử lý amoni 3.1.6. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước vật liệu Hình 3.10 cho thấy hiệu suất xử lý amoni tăng khi kích thước của vật liệu giảm. Với kích thước vật liệu < 0,2 mm hiệu suất đạt 46%, với kích thước vật liệu từ 0,2-1mm thì hiệu quả xử lý giảm xuống 40%, và ở kích thước > 1mm thì hiệu quả xử lý đạt 36%. Kích thước của vật liệu giảm sẽ tăng diện tích bề mặt tiếp xúc khiến hiệu quả xử lý tăng. Tuy nhiên ở kích thước < 0,2 mm hiệu quả xử lý chỉ tăng nhẹ có thể giải thích điều này là do khi vật liệu có kích thước quá nhỏ, bề mặt tiếp xúc tăng nhưng vô tình làm mất các mao quản dẫn đến việc giảm kích thước xuống quá thấp là không cần thiết do đó kích thước từ 0,2 – 1 mm được lựa chọn. 3.1.7. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 15
Đồ thị các đường đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich được biểu diễn ở hình 3.11 thể hiện mối quan hệ giữa Ce/qe và Ce, giữa lnqe và lnCe đối với ion NH4+ đã khảo sát là tuyến tính. Các hằng số Langmuir và Freundlich của VN-H2O được thể hiện trên bảng 3.1. Hình 3. 41. Đường đẳng nhiệt Langmuir (trái) và đẳng nhiệt Freundlich(phải) Đường đẳng nhiệt hấp phụ của CFH 350 để loại bỏ amoni được mô tả trong Hình 3.11 bằng cách sử dụng mô hình Langmuir và Freundlich. Các tham số của các mô hình này với hệ số tương quan R2 được trình bày trong Bảng 3.1. Có thể thấy quá trình hấp phụ có thể không chỉ tuân theo một cơ chế hấp phụ mà có thể nhiều cơ chế khác nhau. Do đó, sử dụng thuyết hấp phụ Langmuir hay Freundlich để mô tả quá trình hấp phụ bởi vật liệu CFH 350 chỉ có thể mô tả gần đúng. Mô hình Freundlich và Langmuir đều phù hợp để mô tả sự hấp phụ của amoni trong nước, tuy nhiên mô hình Langmuir phù hợp hơn (R2 = 0,985) để mô tả quá trình này so với mô hình Freundlich (R2 = 0,967). Kết quả này cũng tương đồng với một số nghiên cứu trước đó sự hấp phụ amoni phù hợp với cả hai mô hình Langmuir và Freundlich [8], [43]. Bảng 3.1. Hằng số đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich khi sử dụng CFH 350 Phương trình Langmuir Phương trình Langmuir Tham số qmax KL R2 N KF R2 (mg/g) (l/mg) (mg/L.g) Giá trị 1.64 0.05 0.985 2.38 4.53 0.967 3.1.8. Động học của quá trình hấp phụ NH4+ trong dung dịch Thực nghiệm chỉ ra rằng hiệu suất hấp phụ NH4+ tăng nhanh vào thời gian đầu. Sau 30 phút tiếp xúc với vật liệu, nồng độ NH4+ trong dung dịch giảm xuống còn khoảng 35 mg/L, hiệu suất xử lý đạt khoảng 30%. Hiệu suất hấp phụ tăng nhanh khi thời gian tăng và gần như không đổi sau 150 phút, đảm bảo các điều kiện cân bằng đã đạt được. Để giải thích động học hấp phụ các ion NH4+ trên vật liệu xem sự phù hợp của số liệu thực nghiệm với lý thuyết, mô hình động học giả bậc 1 và bậc 2 được áp dụng. Thông số của mô hình giả động học bậc 1 và bậc 2 được thể hiện trong bảng 3.2. Dạng đường của mô hình giả động học bậc 1 và giả động học bậc 2 được thể hiện trên hình 3.12. 16
Hình 3. 52. Giả động học bậc 1 và bậc 2 với hấp phụ NH4+ trên CFH 350 Bảng 3. 2. Hằng số tốc độ hấp phụ bậc 1 và bậc 2 đối với NH4+ trên CFH 350 Mô hình giả động học bậc 1 Mô hình giả động học bậc 2 qe thực nghiệmm Tham số k1, phút-1 qe, mg/g R2 k2 qe,mg/g R2 g/g g/mg.phút Giá trị 0.0023 1.64 0.962 0.0014 3.78 0.935 2.34 Kết quả mô tả giả động học bậc 1 với NH4 cho thấy hệ số tương quan R khá cao (R2 = + 2 0.962). Giá trị qe lý thuyết từ mô hình giả động học bậc 1 rất gần với giá trị qe thực nghiệm. Trong khi đó, mô hình giả động học bậc 2 có hệ số tương quan R2 = 0.935 và giá trị qe lý thuyết từ mô hình bậc 2 cao hơn so với giá trị qe thực nghiệm. Điều này cho thấy quá trình hấp phụ NH4+ khá phù hợp mới mô hình giả động học bậc 1. 3.1.9. Thí nghiệm hấp phụ theo mẻ với một số nguồn nước thải Dung dịch NH4+ với các điều kiện ban đầu: hàm lượng than sinh học 20 g/L; tốc độ lắc 130 vòng/phút, thời gian hấp phụ 6 giờ, kích cỡ của CFH 350 từ 0,2 - 1mm. Dung dịch amoni 100 mg/L được chuẩn bị bằng cách pha loãng dung dịch gốc NH4Cl (1000 mg/L) bằng nước cất deion và điều chỉnh pH 7. Nước thải tổng hợp đã được chuẩn bị bằng cách thêm 5 g Glucose trong 1L dung dịch amoni có nồng độ 100 mg/L (chuẩn bị như bước trên). Độ pH ban đầu của nước thải tổng hợp điều chỉnh trong khoảng pH 7. Nước thải sinh hoạt được sử dụng trong thí nghiệm này là nước thải đầu ra của bể tự hoại gia đình có nồng độ COD là 548 mg/L; Amoni: 108 mg/L; pH: 7.4. Có thể nhận thấy khi áp dụng than sinh học CFH 350 trên đối tượng nước thải tự tạo (dung dịch amoni, dung dịch amoni có bổ sung glucose) và nước thải thật (nước thải sinh hoạt sau bể tự hoại) thì hiệu quả xử lý đạt được khác nhau. Đối với dung dịch chỉ có amoni và nước cất, không có ảnh hưởng của các chất khác thì hiệu quả hấp phụ amoni cao nhất đạt 60%, nhưng khi trong nước có thêm các chất cạnh tranh hấp phụ thì hiệu quả giảm, chỉ đạt Hình 3.13. Hiệu suất xử lý amoni của 35% đối với nước thải tự tạo bổ sung thêm glucose CFH 350 trên các đối tượng NT khác nhau (tỷ lệ C/N = 20/1) và giảm xuống còn 20% đối với nước thải thật- nước thải sau bể tự hoại. 17