Luận án Nghiên cứu xử lý amoni nồng độ cao trong nước thải bằng thiết bị li tâm hiệu năng cao HP2R

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI NỒNG ĐỘ CAO TRONG NƯỚC THẢI BẰNG THIẾT BỊ LI TÂM HIỆU NĂNG CAO HP2R (HIGH-PERFORMANCE ROTATING REACTOR)

Ngành:

Kỹ thuật môi trường

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Amoni là một chất ô nhiễm phổ biến, đặc biệt khó xử lý ở nồng độ cao trong nước thải công nghiệp, nông nghiệp và nước rỉ rác. Các công nghệ truyền thống như sinh học, hấp phụ, trao đổi ion, màng lọc và stripping thông thường đều bộc lộ hạn chế về hiệu suất, chi phí và vận hành khi nồng độ amoni vượt quá 200 mg/L, do ức chế vi sinh vật, tiêu tốn vật liệu/hóa chất, hoặc yêu cầu thiết bị lớn.

Luận án này tập trung nghiên cứu ứng dụng thiết bị phản ứng hiệu năng cao dạng quay (HP2R), dựa trên nguyên lý lực ly tâm cường độ cao (HiGee), nhằm tăng cường tốc độ truyền khối, giảm thể tích thiết bị, rút ngắn thời gian lưu và nâng cao hiệu quả xử lý amoni nồng độ cao. Mục tiêu chính là khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình stripping và thu hồi NH3-N, chuẩn hóa điều kiện vận hành thiết bị HP2R, và đề xuất hệ thống công nghệ xử lý – thu hồi theo định hướng kinh tế tuần hoàn.

Các nội dung nghiên cứu bao gồm khảo sát ảnh hưởng của tốc độ ly tâm, lưu lượng khí (QG), lưu lượng nước (QL), pH và nhiệt độ đến hiệu suất stripping amoni từ nước thải mô phỏng, nước thải chăn nuôi và nước rỉ rác. Nghiên cứu cũng tính toán hệ số truyền khối (KLa), hiệu suất stripping (η) và xây dựng mô hình dự đoán. Đồng thời, luận án thử nghiệm xử lý kết hợp thu hồi NH3-N, đánh giá hiệu suất thu hồi và mô hình động học, cùng với tính toán sơ bộ hiệu quả kinh tế - kỹ thuật.

Kết quả cho thấy, HP2R là giải pháp tiềm năng. Đối với nước thải mô phỏng và chăn nuôi, pH trên 10, tốc độ quay (900-1200 rpm) và tỷ lệ QG/QL cao đều cải thiện đáng kể hiệu suất và KLa. Nhiều chu kỳ stripping có thể nâng tổng hiệu suất loại bỏ amoni lên đến 83,0–92,69%. Với nước rỉ rác, HP2R đạt hiệu suất cao hơn đáng kể so với tháp stripping truyền thống, với η từ 17,1–71,8% và có thể đạt 94,6% sau 5 chu kỳ, đồng thời duy trì hiệu quả với ít hóa chất kiềm hơn.

Trong quá trình xử lý kết hợp thu hồi, pH 11 cho hiệu suất thu hồi NH3 tốt hơn (77,1%) so với pH 12 (74,3%) đối với nước thải mô phỏng, trong khi pH 12 đạt hiệu suất xử lý cao hơn. Đối với nước rỉ rác, điều kiện vận hành tối ưu (QG = 200 L/phút, QL = 0,2 L/phút, 900 rpm, TLi 30–40 °C) giúp đạt 95% hiệu suất loại bỏ và 80% hiệu suất thu hồi, tạo ra dung dịch thu hồi có nồng độ amoni cao (1930–3360 mg/L). Luận án khẳng định HP2R có khả năng khắc phục nhược điểm của tháp stripping truyền thống, giảm tải, thu nhỏ kích thước thiết bị, tăng công suất và giảm chi phí, mở ra hướng ứng dụng trong xử lý và thu hồi amoni quy mô thực tế.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU
  • 1. Tính cấp thiết của luận án
  • 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
  • 3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
  • 1.1. Tổng quan về amoni trong nước thải
    • 1.1.1. Tổng quan về amoni/amoniac
    • 1.1.2. Amoni trong nước thải
    • 1.1.3. Tác hại của amoni trong môi trường nước
  • 1.2. Các công nghệ xử lý amoni trong nước thải
    • 1.2.1. Xử lý sinh học
    • 1.2.2. Kết tủa hoá học
    • 1.2.3. Trao đổi ion
    • 1.2.4. Hấp phụ
    • 1.2.5. Màng lọc
    • 1.2.6. Stripping
    • 1.2.7. So sánh các phương pháp xử lý amoni trong nước thải
  • 1.3. Xu hướng xử lý nước thải kết hợp thu hồi tài nguyên
    • 1.3.1. Xu hướng thu hồi amoni từ nước thải
    • 1.3.2. Khả năng thu hồi amoni từ nước thải bằng phương pháp stripping
    • 1.3.3. Nhược điểm của sử dụng tháp stripping truyền thống
  • 1.4. Tổng quan về kỹ thuật tiếp xúc ly tâm và các ứng dụng để tăng cường truyền khối trong thực tiễn
    • 1.4.1. Lịch sử hình thành và nguyên lý của kỹ thuật tiếp xúc ly tâm
    • 1.4.2. Đặc tính thủy lực của quá trình chuyển khối tiếp xúc ly tâm
    • 1.4.3. Một số ứng dụng của thiết bị tiếp xúc ly tâm
  • 1.5. Tổng quan về sự cần thiết của nghiên cứu ứng dụng công nghệ ly tâm trong xử lý nước thải giàu amoni tại Việt Nam
    • 1.5.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ trong xử lý amoni tại Việt Nam
    • 1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước về kỹ thuật tiếp xúc ly tâm
    • 1.5.3. Sự cần thiết phải triển khai nghiên cứu
• CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
  • 2.1. Đối tượng nghiên cứu
    • 2.1.1. Thiết bị HP2R
    • 2.1.2. Nước thải
    • 2.1.3. Hóa chất, thiết bị
  • 2.2. Phương pháp nghiên cứu
    • 2.2.1. Phương pháp thực nghiệm
    • 2.2.2. Phương pháp phân tích
    • 2.2.3. Phương pháp tính toán
    • 2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu
• CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
  • 3.1. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình stripping amoni bằng thiết bị HP2R từ nước thải
    • 3.1.1. Kết quả khảo sát stripping amoni bằng thiết bị HP2R với nước thải mô phỏng
    • 3.1.2. Kết quả khảo sát stripping amoni bằng thiết bị HP2R với nước thải chăn nuôi
    • 3.1.3. Kết quả khảo sát stripping amoni bằng thiết bị HP2R với nước rỉ rác
  • 3.2. Kết quả thực nghiệm xử lý kết hợp thu hồi amoni bằng thiết bị HP2R từ nước thải
    • 3.2.1. Kết quả xử lý kết hợp thu hồi amoni bằng thiết bị HP2R từ nước thải mô phỏng
    • 3.2.2. Kết quả xử lý kết hợp thu hồi amoni từ nước rỉ rác
  • 3.3. Đề xuất mô hình tiềm năng ứng dụng của nguyên lý tiếp xúc ly tâm trong xử lý và thu hồi amoni ở quy mô thực tế
    • 3.3.1. Sơ bộ hiệu quả kinh tế - kỹ thuật xử lý kết hợp thu hồi amoni bằng thiết bị HP2R quy mô 150 m3/ngày.đêm