Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa để xử lý amoniac trong rác thải bệnh viện

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

85
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa để xử lý amoniac trong rác thải bệnh viện" được thực hiện nhằm chế tạo ra vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng phương pháp cacbon hóa. Sau đó sử dụng vật liệu hấp phụ đã chế tạo để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện đã qua xử lý sinh học. Sau đây là tóm tắt của luận văn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa để xử lý amoniac trong rác thải bệnh viện

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- T N N NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ XƠ DỪA ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN TÓM TẮT LUẬN VĂN T ẠC SĨ K O ỌC Hà Nội – Năm 2016 1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- T N N NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ TỪ XƠ DỪA ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60440301 TÓM TẮT LUẬN VĂN T ẠC SĨ K O ỌC N : PGS.TS TR N VĂN TUYÊN TS. PHẠM TH THÚY Hà Nội – Năm 2016 2
TÓM TẮT LUẬN VĂN Họ và tên: Bùi Thị Lan Anh Giới tính: Nữ Ngày sinh: 23/02/1990 Nơi sinh: Quảng Ninh Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã số: 60440301 Cán bộ hướng dẫn: - PGS.TS Trịnh Văn Tuyên - TS. Phạm Thị Thúy Tên đề tài luận văn: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừ để xử lý m tr c thải bệnh việ ” 3
MỞ ĐẦU Nước thải bệnh viện là một trong những mối quan tâm, lo ngại sâu sắc của các nhà quản lý môi trường vì chúng có thể gây ô nhiễm nghiêm trọng và nguy hiểm đến đời sống con người. Hiện nay, nước thải từ một số bệnh viện, phòng khám đa khoa có chứa nhiều thành phần ô nhiễm vượt tiêu chuẩn cho phép, gây ô nhiễm môi trường [4]. Trong nước thải bệnh viện có một số thành phần giống như nước thải sinh hoạt, chứa lượng lớn các chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ đặc trưng bằng chỉ tiêu BOD5, các chất dinh dưỡng nito phốt pho, amoni (NH4+). Hàm lượng amoni sau khi xử lý sinh học có nồng độ đặc thù từ 20-60 mg/l [16].Tuy nhiên ở một số bệnh viện hoặc phòng khám đa khoa, cơ sở y tế do quá tải trong việc sử dụng khu vệ sinh nên hàm lượng amoni trong nước sẽ rất cao vượt quá quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về quy chuẩn nước thải bệnh viện (QCVN 28: 2010/BTNMT) [4]. Vì là yếu tố gây độc nên việc xử lý amoni trong nước thải là đối tượng rất đáng quan tâm. Hiện nay trên thế giới và Việt Nam đã và đang áp dụng nhiều biện pháp xử lý amoni như: Clo hóa, màng lọc, làm thoáng, trao đổi ion, phương pháp sinh học. Các phương pháp trên đều có ưu, nhược điểm và khả năng xử lý amoni khác nhau. 4
Một trong các phương pháp xử lý amoni là hấp phụ và thường được sử dụng ở giai đoạn cuối cùng nhằm xử lý triệt để và đảm bảo tiêu chuẩn môi trường. Phương pháp này có nhược điểm là chi phí cao, vật liệu hấp phụ phải tái sử dụng để giảm chi phí.Vì vậy lựa chọn vật liệu hấp phụ có giá thành rẻ có sẵn trong tự nhiên là vô cùng cần thiết. Trong đó có phương pháp cacbon hóa từ chất thải nông lâm nghiệp như tre, gỗ, lõi ngô, xơ dừa [23] để xử lý ô nhiễm nước thải nhuộm [24], ứng dụng trong mô hình bio-toilet [25] sẽ giảm chi phí đáng kể và không cần tiến hành giải hấp. Ở Việt Nam dừa được trồng khá phổ biến đi kèm theo đó là các phế phẩm từ dừa được thải bỏ ra môi trường và gây ô nhiễm môi trường trong đó có xơ dừa. Hiện nay xơ dừa được sử dụng để làm đồ thủ công mỹ nghệ, tấm lót, phân bón trong nông nghiệp, các giá thể sinh học…Với đặc tính tối ưu của xơ dừa như vậy khi sử dụng để chế tạo thành than cacbon hóa làm vật liệu hấp phụ amoni thì giá trị của nó còn tăng cao. Chất thải cacbon hóa sau khi hấp phụ amoni có thể dùng làm phân bón cải tạo đất trồng. Xuất phát từ thực tiễn trên tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ ừ để xử lý m tr c thải bệnh việ ”.  Mụ t êu đề tài: 5
Luận văn được thực hiện nhằm chế tạo ra vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng phương pháp cacbon hóa. Sau đó sử dụng vật liệu hấp phụ đã chế tạo để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện đã qua xử lý sinh học.  Nội dung nghiên cứu Luận văn bao gồm các nội dung nghiên cứu chính sau: 1. Tổng quan về nước thải bệnh viện và các phương pháp xử lý amoni trong nước thải, giới thiệu về phương pháp hấp phụ sử dụng than cacbon hóa. 2. Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa bằng phương pháp cacbon hóa. Tiến hành nghiên cứu chế tạo ở các nhiệt độ các khác nhau 300oC, 400oC, 500oC và các khoảng thời gian khác nhau từ 10 phút đến 60 phút, xác định các tính chất của vật liệu, khảo sát dung lượng hấp phụ amoni, độ tro, chụp ảnh SEM, cấu trúc kích thước mao quản. 3. Thực nghiệm hấp phụ để xử lý amoni trong nước thải bệnh viện sau khi đã qua hệ thống xử lý sinh học bằng phương pháp hấp phụ và nghiên cứu ảnh hưởng của pH, tỷ lệ Rắn: Lỏng, thời gian đến hiệu suất xử lý amoni trong nước thải và lựa chọn loại than cacbon hóa cho quá trình xử lý. - Tiến hành thực nghiệm trên quy mô dạng cột lọc liên tục với các dải lưu lượng khác nhau từ 0,5 l/h đến 1,5 l/h để khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nước thải của vật liệu. 6
 Ý ĩ và ý ĩ t ực tiễn. - Nghiên cứu chế tạo than cacbon hóa từ phế liệu nông nghiệp (xơ dừa) tuy là vật liệu không mới nhưng chưa được chú ý đến nhiều. - Sản phẩm than thành phẩm thu được có những đặc trưng như xốp, có cấu trúc mao quản và chất lượng phù hợp để xử lý nước thải bệnh viện sau xử lý sinh học hiếu khí. - Về mặt kinh tế thì đây là phế liệu nông nghiệp sẵn có và tiềm năng ở Việt Nam, là một dạng vật liệu hấp phụ đặc biệt và giá thành hợp lý, phù hợp với điều kiện kinh tế ở Việt Nam  Phạm vi củ đề tài: Các thực nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm. 7
C ơ 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về tình hình ô nhiễm amoni trong nước thải bệnh viện 1.2 Giới thiệu về công nghệ xử lý nước thải bệnh viện E – Hà Nội 1.3 Một số phương pháp xử lý amoni trong nước thải 1.3.1 Phương pháp clo hóa 1.3.2 Phương pháp kiềm hóa và làm thoáng 1.3.3 Phương pháp Ozon hóa với xúc tác Brommua 1.3.4 Phương pháp trao đổi ion 1.3.5 Phương pháp sinh học 1.3.6 Phương pháp hấp phụ 1.4 Công trình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải ở thế giới và Việt Nam 1.4.1 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải trên thế giới 1.4.2 Tình hình nghiên cứu xử lý amoni trong nước thải ở Việt Nam 1.5 Hiện trạng và một số biện pháp xử lý xơ dừa ở Việt Nam 1.5.1 Hiện trạng xơ dừa ở Việt Nam 1.5.2 Biện pháp xử lý xơ dừa ở Việt Nam 1.6 Tổng quan về tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế giới và Việt Nam 8
1.6.1 Tổng quan về phương pháp cacbon hóa 1.6.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ cacbon hóa trên thế giới 1.6.3 Tình hình nghiên cứu cacbon hóa ở Việt Nam 9
C ơ 2: ĐỐ TƯỢNG VÀ P ƯƠNG P ÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.2 Dụng cụ thí nghiệm 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp tài liệu 2.3.2.Phương pháp thực nghiệm 2.3.2.1 Thực nghiệm chế tạo than cacbon hóa xơ dừa 2.3.2.2 Thực nghiệm chế tạo vật liệu hấp phụ từ than cacbon hóa xơ dừa dạng viên 2.3.2.3 Thực nghiệm hấp phụ dạng tĩnh 2.3.2.4 Thực nghiệm hấp phụ dạng cột 2.3.3 Phương pháp phân tích 10
C ơ 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đá á quá trì t ực nghiệm cacbon hóa 3.1.1 Khảo sát sự biến đổi nhiệt độ của buồng cacbon hóa Kết quả các ghi chép về nhiệt độ được tổng hợp thành bảng đồ thị dưới đây. 600 500 N ệt độ ( C) 400 300 T = 300 200 T = 400 100 T = 500 0 0 20 40 60 80 t (p út) Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ của lò cacbon hóa Sau thời gian t = 14 phút nhiệt độ lò đạt T = 300oC, sau thời gian t = 17 phút nhiệt độ lò đạt T = 400oC và sau t = 20 phút nhiệt độ lò đạt T = 500oC. Nhiệt độ lò tăng dao động từ 10-30oC 3.1.2 Khảo sát tỷ lệ hơi nước trong vật liệu thí nghiệm Kết quả thực nghiệm thể hiện trong đồ thị hình 3.2 11
10 8.55 tỷ lệ hơi nước đã bay hơi 8.308.39 8.72 7.75 7.91, 8.08 8 6.68 6.01 Tỉ lệ 6 (%) 4.79 trung bình 4 hơ… 2 0 0 20 40 60 thời gian (phút) Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn tỉ lệ bay hơi nước của xơ dừa theo thời gian Tỷ lệ bay hơi nước của xơ dừa khá cao đạt khoảng từ 8,3% - 8,72%. 3.1.3 Khảo sát tỷ trọng đổ đống của vật liệu xơ dừa Xơ dừa được đưa vào các bình có thể tích khác nhau sau đó đem cân để xác định tỉ trọng của xơ dừa. Bảng 3.1 Tỉ trọng của xơ dừa STT Khối lượng Thể tích (m3) Tỉ trọng (kg/m3) mẫu (kg) 1 50 2 25 2 60 2,5 24 3 76 3 25,33 4 80 3,5 22,6 12
5 89 4 22,25 6 103 4,5 23 7 122 5 24,4 8 128 5,5 23,27 9 150 6 25 10 157 6,5 24,15 Theo bảng 3.1 ta thấy tỉ trọng của xơ dừa rơi vào khoảng từ 22,25kg/m3 đến 25,33kg/m3 3.1.4 Khảo sát độ tro hóa của xơ dừa Đặt xơ dừa vào đĩa tro hóa rồi đem nung tại nhiệt độ 8000C trong 1h30 phút. Ta tính được độ tro của xơ dừa. Bảng 3.2 Độ tro hóa của xơ dừa Mẫu Khối lượng Khối lượng sau trước khi tro hóa kho tro hóa ms mT (g) (g) Độ tro hóa (%) 1 5,584 0,482 8,64 2 5,027 0,356 7,08 3 5,234 0,426 8,14 4 5,325 0,435 8,17 5 5,523 0,525 9,505 13
Qua bảng số liệu 3.2 ta thấy độ tro hóa của xơ dừa khoảng 7% – 9% 3.1.5 Khảo sát hiệu suất thu hồi sản phẩm chưa cháy của vật liệu khi tiến hành cacbon hóa Thí nghiệm được tiến hành xơ dừa độ ẩm 8,5%, tỷ trọng 24kg/m3, độ tro khoảng 8% với khối lượng xơ dừa từ 1- 3g. Nhiệt độ cacbon hóa ở T= 300oC, 400oC, 500oC. Thời gian lưu 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút. Bảng 3.3 Hiệu suất thu hồi sản phẩm từ xơ dừa ở T=3000C, T= 400oC, T= 500oC Thời gian Hiệu suất thu hồi (%) TT (phút) T= 300oC T= 400oC T= 500oC Mẫu 1 10 84,41 64,16 43,26 Mẫu 2 20 72,74 50,43 40,03 Mẫu 3 30 69,20 52,08 37,09 Mẫu 4 40 53,77 44,84 36,18 Mẫu 5 50 50,25 30,57 25,34 Hiệu suất thu hồi sản phẩm chưa cháy của vật liệu ở 500oC là thấp nhất, quá trình cacbon hóa xảy ra hoàn toàn, phù hợp quá trình cacbon hóa. 14
3.2 Khảo sát lựa ch n loại than tố u quá trì ấp phụ m tr c thải bệnh viện Kết quả nghiên cứu trình bày theo đồ thị hình 3.7 Dung lượng hấp phụ (mg/g) 0.8 dung lượng hấp phụ amoni (mg/g) 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Series1 20 phút 30 phút 40 phút 50 phút 10 phút 20 phút 30 phút 40 phút 50 phút 10 phút 20 phút 30 phút 50 phút 10 phút 40 phút 300oC 400oC 500oC nhiệt độ (oC)-thời gian ( phut) Hình 3.7 Đồ thị dung lượng hấp phụ amoni của các loại than cacbon hóa đã chế tạo ở các nhiệt độ và thời gian khác nhau Kết quả phân tích cho thấy ở 500oC trong khoảng thời gian từ 20-40 phút dung lượng hấp phụ là cao nhất tương ứng với 0,67 – 0,69 mg/g. Đồng thời dựa vào kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi sản phẩm chưa cháy của vật liệu thì ở nhiệt độ 500oC hiệu suất thu hồi sản phẩm chưa cháy là thấp nhất. Như vậy có thể kết luận rằng: khi ở nhiệt độ thấp quá trình cacbon hóa chưa xảy ra hoàn toàn, trong vật liệu vẫn còn lẫn các tạp chất khác dẫn đến quá 15
trình xử lý amoni chưa diễn ra triệt để. Khi tăng mức nhiệt độ đến 500oC xơ dừa đã cacbon hóa hoàn toàn. Tiến hành xác định diện tích bề mặt riêng của sản phẩm bằng kính hiển vi điện tử để đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu đã xác định được kích thước mao quản trung bình từ 20- 50 µm và diện tích bề mặt trung bình từ 100-300 m2/g của vật liệu phù hợp hấp phụ thành phần amoni trong nước thải. Dưới đây là hình ảnh chụp SEM của than cacbon hóa xơ dừa ở T= 500oC. Hình 3.8 Kích thước mao quản của than cacbon hóa xơ dừa ở T= 500oC, t= 30 phút Như vậy khi xơ dừa được đốt ở thời gian t = 30 phút ở nhiệt độ T= 500oC là đạt hiệu quả hấp phụ cao nhất có diện tích bề mặt và kích thước mao quản rất phù hợp và lựa chọn điều kiện này để chế tạo vật liệu than cacbon hóa làm vật liệu hấp phụ NH4+. 16
3.3 Đá á ệu quả hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ qua quá trình hấp phụ tĩ : 3.3.1 Đánh giá hiệu quả hấp phụ amoni của than cacbon hóa qua sự thay đổi của các dải pH Sau khi tiến hành điều chỉnh nồng độ pH với các dải 4;5;6;7;8;9 nồng độ NH4+ thay đổi như sau: Bảng 3.4 Nồng độ NH4+ sau khi điều chỉnh pH pH 4 5 6 7 8 9 Nồng độ 27,21 26,96 26,56 26,15 25,94 25,84 NH4+ Qua bảng số liệu 3.4 cho thấy với nồng độ NH4+ tăng khi giảm pH cụ thể là pH= 7 có nồng độ NH4+ là 26,15 mg/l khi giảm pH xuống còn 6 thì nồng độ NH4+ tăng lên 26,56 mg/l và pH =4 nồng độ tăng lên 27,21 mg/l. Ngược lại khi tăng pH thì nồng độ amoni có xu hướng giảm dần còn 25,84 mg/l ở pH = 9. Sau đó tiến hành thực nghiệm khảo sát hiệu quả xử lý NH4+ của vật liệu hấp phụ (than xơ dừa cacbon hóa) trong môi trường nước thải đã điều chỉnh pH được thể hiện ở đồ thị dưới đây: 17
63 62 hiệu suất xử lý amoni (%) 61 60 59 58 57 hiệu suất (%) 56 55 54 53 0 2 4 6 8 10 Dải pH Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý NH4+ Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất hấp phụ của vật liệu qua các dải pH từ 4-9 hiệu suất xử lý tăng dần và giảm ở pH= 9, PH tối ưu cho sự hấp phụ trong khoảng từ 7-9 đạt hiệu suất 60 - 61% nồng độ NH4+ trong khoảng 9-10 mg/l có xu hướng không đổi và đáp ứng QCVN: 28/2010/BTNMT . Như vậy pH này thuận lợi đối với nước thải bệnh viện sau xử lý sinh học vì bản chất của pH của nước thải ở giai đoạn này cũng giao động trong khoảng pH từ 7-8, do đó sẽ không tốn thêm chi phí điều chỉnh pH và cũng không làm ảnh hưởng đến chất lượng môi trước đầu ra. 18
3.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của dung lượng hấp phụ đến quá trình xử lý amoni trong nước thải bệnh viện Quá trình thực nghiệm điều chỉnh nước thải với các dải nồng độ từ 5 mg/l đến 35 mg/l. Tiến hành hấp phụ trên thiết bị Jartest thu được kết quả như sau: 90 hiệu suất xử lý amoni(%) 80 70 60 50 40 30 hiệu suất (%) 20 10 0 0 10 20 30 40 Nồng độ NH4+ trước hấp phụ (mg/l) Hình 3.10 Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ ban amoni đến hiệu suất xử lý Từ kết quả thí nghiệm , giải nồng độ 10-20 mg/l tốc độ xử lý cao hơn giải nồng độ từ 30-35 mg/l. Điều này được thể hiện trên đường đẳng nhiệt hấp phụ. Đường đẳng nhiệt hấp phụ phù hợp thep đường đẳng nhiệt Langmuir và cũng có thể chấp nhận theo đường đẳng nhiệt Freundlich. 19
3.3.3Ảnh hưởng thời gian hấp phụ Kết quả thực nghiệm như đồ thị 3.13 Ả ở ủ t đế ệu suất xử lý m 50 25 (%) 40 20 30 15 ệu suất xử lý m 20 10 hiệu suất (%) 10 5 NH4+ (mg/l) 0 0 0 20 40 60 T (p út) Hình 3.13 Đồ thị ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý amoni Theo kết quả phân tích hình 3.13 cho thấy vậy thời gian hấp phụ càng lâu thì hiệu suất hấp phụ NH4+ càng tăng, hiệu xuất hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ có xu hướng tăng và không đổi từ 30 phút trở đi. Ban đầu 5 phút nồng độ amoni giảm khá ít hiệu suất đạt 18,22 %, đến 30 phút hiệu tăng lên 43, 93% và không đổi quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng. Như vậy lựa chọn thời gian tối ưu là t = 30 phút là phù hợp. 3.3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ rắn: lỏng Kết quả thực nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ rắn- lỏng thể hiện như đồ thị hình 3.14: 20