Luận án Nghiên cứu thu hồi amoni và photphat có trong nước thải chế biến mủ cao su bằng công nghệ kết tủa struvit

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU THU HỒI AMMONI VÀ PHOPHAT CÓ TRONG NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MỦ CAO SU BẰNG CÔNG NGHỆ KẾT TỦA STRUVIT

Ngành:

Kỹ thuật môi trường

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu giải pháp thu hồi amoni (NH4+) và photphat (PO43-) từ nước thải chế biến mủ cao su bằng công nghệ kết tủa struvit (MAP), nhằm giải quyết vấn đề khan hiếm nguồn dinh dưỡng và kiểm soát hiện tượng phú dưỡng. Nghiên cứu này đánh giá tính cấp thiết của việc thu hồi nitơ và photpho do sự cạn kiệt nguồn tài nguyên và nhu cầu sử dụng phân bón ngày càng tăng.

Các mục tiêu chính bao gồm xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thu hồi, xây dựng phương trình chuẩn số cho mô hình xử lý quy mô công nghiệp và phát triển mô hình tối ưu. Phương pháp nghiên cứu kết hợp thí nghiệm thực tế trên nước thải mô phỏng và nước thải nhà máy chế biến mủ cao su, sử dụng các kỹ thuật phân tích hóa lý như SEM, XRD, cùng với phần mềm qui hoạch thực nghiệm (Design of Experiments) và mô hình hóa mô phỏng Ansys Fluent.

Kết quả nghiên cứu trên nước thải mô phỏng đã xác định các thông số vận hành tối ưu cho quá trình kết tủa struvit là: tỉ lệ mol Mg²⁺:PO₄^3-:NH₄⁺ là 1,25:1:3,5; thời gian phản ứng 60 phút; pH 9,0-9,5; vận tốc khuấy trộn 50 vòng/phút. Đối với nước thải thực tế từ nhà máy chế biến mủ cao su, khi không bổ sung Mg²⁺ và PO₄^3-, hiệu quả loại photphat đạt 68-80%, amoni 20-30%, COD 13-24%, với lượng kết tủa thu được khoảng 1,183 g/m³. Khi có bổ sung Mg²⁺ và PO₄^3- để đạt tỉ lệ mol tối ưu 1,3:1:1, hiệu quả loại photphat tăng lên 90-92%, amoni 78-81%, COD 25-29%, và khối lượng kết tủa đạt khoảng 4,455 kg/m³. Luận án cũng xác định được tốc độ phản ứng của quá trình tạo kết tủa struvit là V = k.C_A^0,222C_B^0,167C_C^0,321 và bậc phản ứng là 0,714. Mô phỏng bằng Ansys Fluent cho thấy phản ứng xảy ra trong 30-45 phút, lượng kết tủa lắng xuống dạng phễu, và sự chênh lệch với thực nghiệm dưới 5%.

Dựa trên kết quả này, luận án đề xuất giải pháp tính toán thiết kế bể phản ứng kết hợp lắng (bể struvit) công suất 1.000 m³/ngày, kết hợp công nghệ sinh học và struvit để xử lý nước thải chế biến mủ cao su, đảm bảo đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và thu hồi amoni, photpho làm phân bón.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN
  • 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
  • 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, KỸ THUẬT SỬ DỤNG
  • 4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

• CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

  • 2.1. Vật liệu
    • 2.1.1. Dụng cụ, hóa chất
    • 2.1.2. Mô hình thí nghiệm
  • 2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
    • 2.2.1. Thí nghiệm mẻ
    • 2.2.2. Thí nghiệm liên tục
    • 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm Design Expert
    • 2.2.4. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét EM
    • 2.2.5. Phân tích cấu trúc bề mặt vật liệu XRD
    • 2.2.6. Phương pháp phân tích mẫu
    • 2.2.7. Phương pháp tiếp cận hệ thống
    • 2.2.8. Nghiên cứu mô phỏng sử dụng phần mềm Ansys Fluent

• CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

  • 3.1. Nghiên cứu thực nghiệm
    • 3.1.1. Nghiên cứu xác định các yếu tố ảnh hưởng quá trình hình thành kết tủa struvit
      • 3.1.1.1. Ảnh hưởng của pH
      • 3.1.1.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
      • 3.1.1.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol Mg²⁺: PO₄^3-: NH₄⁺
      • 3.1.1.4. Ảnh hưởng của ion Mg²⁺
      • 3.1.1.5. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn
      • 3.1.1.6. Đánh giá sự hình thành khoáng struvit
      • 3.1.1.7. Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình tạo kết tủa struvit
        • 1. Chọn miền khảo sát
        • 2. Thiết lập mô hình
        • 3. Phân tích ý nghĩa của mô hình với thực nghiệm
      • 3.1.1.8. Đánh giá sự hình thành kết tủa struvit của các thử nghiệm tối ưu
    • 3.1.2. Nghiên cứu quá trình hình thành kết tủa struvit của nước thải từ Nhà máy chế biến mủ cao su
      • 3.1.2.1. Ảnh hưởng của pH
      • 3.1.2.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
      • 3.1.2.3. Ảnh hưởng của tỉ lệ mol Mg²⁺: PO₄^3-: NH₄⁺ đến hiệu quả thu hồi Amoni và Photphat
      • 3.1.2.4. Đánh giá sản phẩm struvit thu được từ việc thu hồi Amoni và Photphat có trong nước thải chế biến mủ cao su
      • 3.1.2.5. Kết quả nghiên cứu trên mô hình thí nghiệm liên tục
        • a) Thí nghiệm liên tục không bổ sung Mg²⁺ và PO₄^3-
        • b) Thí nghiệm liên tục có bổ sung Mg²⁺ và PO₄^3-
  • 3.2. Nghiên cứu xác định tốc độ phản ứng
  • 3.3. Kết quả mô phỏng quá trình phản ứng tạo kết tủa struvit
    • 3.3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng
    • 3.3.2. Kết quả mô phỏng
      • 3.3.2.1. Đánh giá khối lượng MAP tạo thành giữa thực nghiệm và mô phỏng
      • 3.3.2.2. Đánh giá sự ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến quá trình kết tủa struvit
      • 3.3.2.3. Kết quả động học của quá trình phản ứng
  • 3.4. Đề xuất qui trình xử lý nước thải ứng dụng công nghệ kết tủa struvit để thu hồi Amoni, Photphat có trong nước thải.
    • 3.4.1. Tính toán thiết kế bể struvit cho hệ thống xử lý nước thải công suất 1.000 m³/ngày
    • 3.4.2. Sơ đồ qui trình công nghệ xử lý nước thải nhà máy chế biến mủ cao su ứng dụng công nghệ kết tủa struvit để thu hồi Amoni và Photpho.

• KẾT LUẬN

• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ