...Lê Thị Chung.pdf

...Lê Thị Chung.pdf tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực kinh tế,...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

LÊ THỊ CHUNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THU HỒI CHẤT TẠO BÔNG SINH HỌC TỪ BÙN THẢI CỦA

HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI BIA VÀ ÁP DỤNG THỬ NGHIỆM TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Hà Nội, tháng 05 năm 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

LÊ THỊ CHUNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THU HỒI CHẤT TẠO BÔNG SINH HỌC TỪ BÙN THẢI CỦA

HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI BIA VÀ ÁP DỤNG THỬ NGHIỆM TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Môi trường

Mã ngành: 52510406 Người hướng dẫn: TS Nguyễn Viết Hoàng

Hà Nội, tháng 05 năm 2015

i

LỜI CẢM ƠN

Trong khoảng thời gian tham gia nghiên cứu về chuyên đề: “Thu hồi chất

tạo bông sinh học từ bùn thải của hệ thống xử lý nước thải bia và áp dụng thử nghiệm trong xử lý nước thải” Được tiếp xúc với các phương pháp nghiên cứu

mới giúp em củng cố nâng cao được kiến thức, kỹ năng nghề nghiệp làm hành trang cho em bước đi trên con đường tương lai

Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:

Ban giám hiệu nhà trường cùng các thầy cô trong khoa Môi trường – Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tạo cho em một môi trường học tập tích cực, đã giảng dạy và truyền đạt cho em hành trang kiến thức vô cùng quý báu

Phòng Giải pháp Công nghệ Cải thiện Môi trường – Viện Công nghệ Môi trường – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, là nơi em trực tiếp tham gia nghiên cứu và hoàn thiện đồ án tốt nghiệp

TS Nguyễn Viết Hoàng người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp Kính chúc TS Nguyễn Viết Hoàng công tác tốt, dồi dào sức khỏe và tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau

TS Lê Ngọc Thuấn – giảng viên bộ môn Công nghệ Môi Trường – khoa Môi Trường – Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội người đã dành nhiều công sức, thời gian cùng với sự tâm huyết để giúp đỡ em hoàn thiện

đồ án tốt nghiệp

Sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình đã luôn động viên và là chỗ dựa vững chắc cho em trong học tập

Hà Nội, tháng 05 năm 2015 Sinh viên

Lê Thị Chung

ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN I MỤC LỤC II DANH MỤC HÌNH VẼ IV DANH MỤC BẢNG BIỂU V DANH MỤC VIẾT TẮT VI

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về EPS 3

1.1.1 Khái niệm EPS 4

1.1.2 Đặc điểm thành phần của EPS 4

1.1.3 Tính chất của EPS 5

1.1.4 Ứng dụng của EPS trong xử lý môi trường 7

1.2 Các phương pháp tách EPS 9

1.3 Tổng quan về thuốc nhuộm 13

1.3.1 Vài nét chung về thuốc nhuộm 13

1.3.2 Các phương pháp xử lý thuốc nhuộm 14

1.4 Ứng dụng của EPS trong xử lý thuốc nhuộm 19

1.5 Vấn đề nghiên cứu của đề tài 20

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

2.1 Đối tượng, mục tiêu và nội dung nghiên cứu 21

2.2 Vật liệu thí nghiệm 22

2.2.1 Bùn thải 22

2.2.2 Cao lanh 22

iii

2.2.3 Thuốc nhuộm 22

2.2.4 Thiết bị, dung cụ và hóa chất thí nghiệm 23

2.3 Phương pháp nghiên cứu 24

2.3.1 Các phương pháp tách EPS 24

2.3.2 Quy trình đánh giá hoạt tính tạo bông với cao lanh (Kaolin flocculation activity – FA) 27

2.3.3 Đánh giá hiệu quả xử lý thuốc nhuộm của EPS 29

2.4 Phương pháp phân tích 30

2.4.1 Xác định khối lượng EPS 30

2.4.2 Phân tích protein, polysaccharide và axit nucleic trong EPS 30

2.4.3 Đo độ đục 31

2.4.4 Phương pháp đo nồng độ thuốc nhuộm: 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32

3.1 Ảnh hưởng của phương pháp tách tới khối lượng, thành phần hóa học và hoạt tính tạo bông của EPS 32

3.1.1 Khối lượng của EPS 32

3.1.2 Thành phần hóa học 35

3.1.3 Hoạt tính tạo bông của EPS 37

3.1.4 Tối ưu phương pháp tách EPS 42

3.2 Thử nghiệm khả năng xử lý thuốc nhuộm của EPS tách bằng phương pháp HCHO-NaOH 45

3.2.1 Thử nghiệm khả năng hấp phụ một số thuốc nhuộm hoạt tính bằng EPS 45 3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ EPS tới hiệu quả xử lý thuốc nhuộm MYB 48

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC 61

iv

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Tổng quan nội dung nghiên cứu của đề tài 21

Hình 2.2 Quy trình tách EPS bằng các phương pháp khác nhau 25

Hình 2.3 Quy trình đánh giá hoạt tính tạo bông (FA) của EPS 28

Hình 3.1 So sánh hàm lượng thành phần hóa học của EPS tách bằng các phương pháp khác nhau với phương pháp ly tâm 36

Hình 3.2 Kết quả hoạt tính tạo bông của các phương pháp tách 38

Hình 3.3 Mối quan hệ giữa FA với hàm lượng protein 40

Hình 3.4 Mối quan hệ giữa FA với hàm lượng polysaccharide 41

Hình 3.5 Mối quan hệ giữa FA với hàm lượng nucleic acid 41

Hình 3.6 Hoạt tính tạo bông của EPS tách bằng các nồng độ NaOH khác nhau 43

Hình 3.7 Hiệu quả xử lý màu đối với thuốc nhuộm hoạt tính MYB của EPS 48

Hình 3.8 Đường hấp phụ đẳng nhiệt của MYB bằng EPS 50

v

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của EPS 5

Bảng 1.2 Các phương pháp tách EPS 10

Bảng 2.1 Danh sách thuốc nhuộm được sử dụng trong thí nghiệm đánh giá khả năng loại màu thuốc nhuộm của EPS 22

Bảng 3.1 Kết quả phân tích khối lượng, thành phần hóa học của EPS 32

Bảng 3.2 So sánh kết quả khối lượng EPS với một số nghiên cứu khác 34

Bảng 3.3 Kết quả tối ưu phương pháp HCHO kết hợp NaOH 42

Bảng 3.4 So sánh hoạt tính cao lanh, thành phần hóa học của EPS với các nghiên cứu khác 45

Bảng 3.5 Hiệu quả xử lý màu của EPS đối với một số loại thuốc nhuộm 46

Bảng 3.6 Thông số của phương trình đẳng nhiệt Langmuir và Fruendlich 51

Bảng 3.7 So sánh dung lượng hấp phụ của EPS tách bằng phương pháp HCHO-NaOH với các nghiên cứu khác 52

vi

DANH MỤC VIẾT TẮT

EPS: Hợp chất polymer ngoại bào (Extracellular polymeric substances) FA: Hoạt tính tạo bông (Flocculation Activity) (%)

LB – EPS: EPS lỏng (Loosely bound EPS)

PAC: Poly Aluminum Chloride

PN: Hàm lượng protein (mg/L)

PL: Hàm lượng polysaccharide (mg/L)

q: Dung lượng hấp phụ thuốc nhuộm (mg/g)

T: Độ đục (NTU)

TB – EPS: EPS liên kết (Tightly bound EPS)

1

MỞ ĐẦU

Từ trước tới nay, chất keo tụ (ví dụ như phèn nhôm, phèn sắt hay PAC) kết hợp với polymer hóa học được sử dụng phổ biến để xử lý các thành phần chất rắn lơ lửng và một phần chất hữu cơ hòa tan trong nước thải Tuy nhiên, polymer hóa học

có giá thành cao, ngoài ra, một vài nghiên cứu cho thấy polymer hóa học ở dạng dẫn suất của acrylamine có thể gây độc tới môi trường và sức khỏe con người Chính vì vậy polymer sinh học đang được tập trung nghiên cứu nhằm thay thế dần các loại polymer hóa học bởi vì nó dễ dàng phân hủy sinh học, không độc và không

ô nhiễm thứ cấp

EPS là những sản phẩm trao đổi chất được tích tụ trên bề mặt của tế bào vi sinh vật với thành phần bao gồm cả các chất hữu cơ và các chất vô cơ Thành phần hóa học quan trọng nhất của EPS là carbohydrates, protein, DNA ngoại bào EPS đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc của quần thể vi sinh vật, chúng có khả năng phân hủy sinh học, hấp phụ hay kị nước…vì thế mà EPS đang được ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất, chế biến thực phẩm và dược phẩm Gần đây, EPS được biết đến với tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực môi trường như xử lý nước thải, keo tụ và lắng đọng nước thải, loại bỏ độ màu từ nước thải, loại bỏ kim loại nặng, loại bỏ các hợp chất hữu cơ độc hại, hay xử lý nước rỉ rác…

Bùn thải (chất thải cần phải xử lý) phát sinh từ các hệ thống xử lý nước thải theo phương pháp sinh học đang trở thành một gánh nặng cho các doanh nghiệp không chỉ ở Việt Nam mà ngay ở cả các nước có nên kinh tế, khoa học kỹ thuật tiên tiến trên thế giới Bởi chi phí xử lý bùn thải có thể chiếm tới 50% tổng chi phí vận hành của hệ thống xử lý nước thải (US-EPA) Tại Việt Nam, bùn thải thường được

xử lý bằng phương pháp chôn lấp, một số ít được xử lý theo phương pháp đốt hoặc làm phân compost

Các nghiên cứu gần đây cho thấy, trong bùn thải có chứa một lượng đáng kể polymer sinh học Tuy nhiên, khi tồn tại trong bùn thải, polymer sinh học không thể hiện hoạt tính tạo bông rõ rệt vì chúng đang liên kết chặt chẽ với các tế bào vi sinh vật Để có thể sử dụng, EPS cần phải được tách ra khỏi tế bào vi sinh vật Ưu điểm nổi bật của hướng nghiên cứu này là tận dụng được chất tạo bông sinh học có trong

2

bùn thải và ứng dụng vào công nghệ xử lý nước thải, đồng thời giảm giá thành của sản phẩm, nâng cao giá trị của bùn thải và góp phần bảo vệ môi trường

Trên thế giới hiện nay, đã có rất nhiều các nhà khoa học nghiên cứu về phương pháp chiết tách EPS từ bùn sinh học, tuy nhiên hầu hết các nghiên cứu đó chỉ công bố về việc phân tích các thành phần trong BF sau khi được chiết tách ra mà chưa có công bố nào nghiên cứu về ảnh hưởng của phương pháp chiết tách tới hoạt

tính tạo bông (khả năng trợ keo tụ) của EPS Vì vậy, nghiên cứu: “Thu hồi chất tạo

bông sinh học từ bùn thải của hệ thống xử lý nước thải bia và áp dụng thử nghiệm trong xử lý nước thải” được lựa chọn nhằm đánh giá ảnh hưởng của các

phương pháp chiết tách EPS tới thành phần hóa học, hiệu suất thu hồi và cả hoạt tính tạo bông của EPS Từ đó, tối ưu và lựa chọn ra được một phương pháp chiết tách phù hợp để thu hồi EPS từ bùn thải sinh học