Luận án Nghiên cứu động học quá trình nitrat hóa trong môi trường bị ức chế theo kỹ thuật màng vi sinh chuyển động

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN!_________________________________________________3

MỤC LỤC _______________________________________________________ i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ______________________________v

CÁC THAM SỐ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH ASM__________________ ix

CÁC HỆ SỐ LIÊN QUAN ĐẾN SINH KHỐI TRONG MÀNG VI SINH___ xi

DANH MỤC CÁC BẢNG ________________________________________ xiv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ______________________________________ xvi

MỞ ĐẦU ________________________________________________________1

CHƯƠNG 1 ______________________________________________________4

TỔNG QUAN ____________________________________________________4

1.1 Nước thải trong nuôi giống thủy sản và tái sử dụng nước thải.__________4

1.2 Công nghệ màng vi sinh di động. __________________________________5

1.2.1 Màng vi sinh, chất mang vi sinh sử dụng trong kỹ thuật màng vi sinh di động. ___ 6

1.2.1.1 Màng vi sinh ______________________________________________________ 6

1.2.1.2 Chất mang vi sinh__________________________________________________ 7

1.2.2 Chuyển khối trong hệ sử dụng màng vi sinh. _____________________________ 10

1.2.2.1 Thủy động lực – chuyển khối ngoài. __________________________________ 10

1.2.2.2 Khuếch tán trong màng vi sinh. ______________________________________ 16

1.3 Quá trình nitrat hóa.___________________________________________18

1.3.1 Cơ chế.___________________________________________________________ 18

1.3.2 Động học quá trình nitrat hóa._________________________________________ 22

1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng và ức chế đến quá trình nitrat hóa. ___________________ 26

1.3.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ. ___________________________________________ 26

1.3.3.2 Ảnh hưởng của oxy _______________________________________________ 27ii

1.3.3.3 Ức chế do ảnh hưởng của nồng độ amôni thấp __________________________ 29

1.3.3.4 Ảnh hưởng của độ muối ____________________________________________ 30

1.3.3.5 Ảnh hưởng của một số yếu tố khác (pH, độc tố, amôniac và axit nitrơ, nồng độ

amôni cao). ____________________________________________________________ 32

1.4 Mô hình hóa cho hệ màng vi sinh di động. _________________________33

1.4.1 Quá trình vận chuyển cơ chất trong kỹ thuật MBBR._______________________ 37

1.4.2 Phát triển mô hình ASM1 thành ASM1_MBBR. __________________________ 44

1.4.3 Phát triển mô hình ASM3 thành ASM3_MBBR. __________________________ 46

CHƯƠNG 2 _____________________________________________________51

THỰC NGHIỆM_________________________________________________51

2.1 Phương pháp phân tích. ________________________________________51

2.1.1 Amôni. ___________________________________________________________ 51

2.1.2 Nitrit. ____________________________________________________________ 51

2.1.3 Nitrat.____________________________________________________________ 52

2.1.4 Độ muối. _________________________________________________________ 52

2.1.5 Độ oxy hóa. _______________________________________________________ 52

2.1.6 Oxy hòa tan._______________________________________________________ 52

2.1.7 Hô hấp kế. ________________________________________________________ 53

2.2 Hóa chất và vật liệu, thiết bị nghiên cứu. __________________________54

2.2.1 Hóa chất. _________________________________________________________ 54

2.2.2 Chất mang.________________________________________________________ 55

2.2.2.1 Xác định hàm lượng phụ gia trong chất mang. __________________________ 55

2.2.2.2 Xác định khối lượng riêng thực, biểu kiến, và độ xốp. ____________________ 56

2.2.2.3 Diện tích bề mặt, BET. _____________________________________________ 57

2.2.2.4 Xác định cấu trúc hình thái vật liệu mang.______________________________ 58

2.2.3 Hệ thí nghiệm màng vi sinh di động. ___________________________________ 58

2.3 Thí nghiệm. __________________________________________________60

2.3.1 Thí nghiệm đánh giá thủy động lực. ____________________________________ 60iii

2.3.2 Thí nghiệm đánh giá quá trình chuyển khối của oxy. _______________________ 60

2.3.3 Thí nghiệm đánh giá tốc độ nitrat hóa. __________________________________ 62

2.3.3.1 Ảnh hưởng của nồng độ amôni. ______________________________________ 63

2.3.3.2 Ảnh hưởng của độ muối. ___________________________________________ 63

2.3.3.3 Ảnh hưởng của tỷ lệ vật liệu mang. ___________________________________ 64

2.3.3.4 Ảnh hưởng của thành phần chất hữu cơ. _______________________________ 64

2.3.3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ. ___________________________________________ 65

2.3.4 Hệ thí nghiệm quy mô pilot. __________________________________________ 65

2.4 Phương pháp phân tích các số liệu động học. _______________________66

CHƯƠNG 3 _____________________________________________________70

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN_______________________________________70

3.1 Chất mang vi sinh._____________________________________________70

3.2 Quá trình chuyển khối. _________________________________________80

3.2.1 Thủy động lực học của pha rắn trong kỹ thuật màng vi sinh di động. __________ 80

3.2.2 Quá trình chuyển khối của oxy.________________________________________ 91

3.3 Ảnh hưởng của các yếu tố lên quá trình nitrat hóa. __________________95

3.3.1 Ảnh hưởng của độ muối. _____________________________________________ 95

3.3.2 Ảnh hưởng của mật độ vật liệu mang lên tốc độ quá trình nitrat hóa. _________ 104

3.3.3 Ảnh hưởng của kích thước vật liệu mang đến nitrat hóa và khử nitrat. ________ 105

3.3.4 Ảnh hưởng của nồng độ amôni đầu vào.________________________________ 107

3.3.5 Ảnh hưởng của chất hữu cơ. _________________________________________ 109

3.3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ ____________________________________________ 115

3.4 Kết quả thí nghiệm qui mô pilot ________________________________120

3.5 Nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng. ___________________________125

3.5.1 Mô hình ASM1_MBBR. ____________________________________________ 125

3.5.2 Mô hình ASM3_MBBR. ____________________________________________ 129

KẾT LUẬN ____________________________________________________136