Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xử lý Amoni nồng độ cao bằng thiết bị li tâm HP2R

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRỊNH MINH VIỆT TRỊNH MINH VIỆT NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI NỒNG ĐỘ CAO TRONG NƯỚC THẢI BẰNG THIẾT BỊ LI TÂM HIỆU NĂNG CAO HP2R (HIGH-PERFORMANCE ROTATING REACTOR) LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 2026 Hà Nội - 2026 BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRỊNH MINH VIỆT NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI NỒNG ĐỘ CAO TRONG NƯỚC THẢI BẰNG THIẾT BỊ LI TÂM HIỆU NĂNG CAO HP2R (HIGH-PERFORMANCE ROTATING REACTOR) LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 9 52 03 20 Xác nhận của Học viện Người hướng dẫn 1 Người hướng dẫn 2 Khoa học và Công nghệ (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) PGS. Ngô Thanh Long Hà Nội - 2026 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan 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)" là công trình nghiên cứu của chính mình dưới sự hướng dẫn khoa học của tập thể hướng dẫn. Luận án sử dụng thông tin trích dẫn từ nhiều nguồn tham khảo khác nhau và các thông tin trích dẫn được ghi rõ nguồn gốc. Các kết quả nghiên cứu của tôi được công bố chung với các tác giả khác đã được sự nhất trí của đồng tác giả khi đưa vào luận án.

Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác ngoài các công trình công bố của tác giả. Luận án được hoàn thành trong thời gian tôi làm nghiên cứu sinh tại Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Hà Nội, ngày 23 tháng 12 năm 2025 Tác giả luận án (Ký và ghi rõ họ tên) Trịnh Minh Việt ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn Viện Khoa học Công nghệ Năng lượng và Môi trường, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghiên cứu để hoàn thành Luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.

Đỗ Văn Mạnh và TS. Ngô Thanh Long đã truyền đạt, chỉ dạy kiến thức, đánh thức tiềm năng, nhiệt huyết, đam mê nghiên cứu khoa học, học tập không ngừng. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Nhóm nghiên cứu thuộc phòng Công nghệ xử lý Chất thải rắn và Khí thải (nay là phòng Năng lượng – Môi trường) thuộc Viện Khoa học công nghệ Năng lượng và Môi trường đã tạo điều kiện cho tôi tham gia nghiên cứu khoa học đề tài: “Nghiên cứu chế tạo thiết bị phản ứng hiệu năng cao dạng quay HP2R (High-Performance Rotating Reactor) để xử lý nước thải nhiễm amoni nồng độ cao” số VAST07.03/22-23 của Viện và thực hiện các thực nghiệm thuộc nghiên cứu. Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup (VinIF), Tổ chức Khoa học và Giáo dục – Gặp gỡ Việt Nam (Rencontres du Vietnam), và Tập đoàn Novatech đã dành sự tin tưởng và hỗ trợ quý báu thông qua các học bổng (học bổng VINIF.149, học bổng Vallet 2023/2025, học bổng Novatech 2024) trong suốt thời gian tôi theo học chương trình Tiến sĩ.

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã động viên, khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành Luận án. Trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 23 tháng 12 năm 2025 Tác giả luận án (Ký và ghi rõ họ tên) Trịnh Minh Việt iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU.

vii DANH MỤC CÁC BẢNG. viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU. Amoni/amoniac trong nước thải.

Thông tin chung về amoni/amoniac. Các loại nước thải giàu amoni. Tác hại của amoni trong môi trường nước. Các phương pháp truyền thống để xử lý amoni trong nước thải.

Xử lý sinh học. Kết tủa hoá học. Trao đổi ion. So sánh các phương pháp xử lý amoni trong nước thải.

Xu hướng xử lý nước thải kết hợp thu hồi tài nguyên. Xu hướng thu hồi amoni từ nước thải. Khả năng thu hồi amoni từ nước thải bằng phương pháp stripping. Nhược điểm của sử dụng tháp stripping truyền thống.

Kỹ thuật tiếp xúc ly tâm và các ứng dụng để tăng cường truyền khối trong thực tiễn. Lịch sử hình thành và nguyên lý của kỹ thuật tiếp xúc ly tâm. Một số đặc tính thủy lực của quá trình truyền khối tiếp xúc ly tâm. Một số ứng dụng của thiết bị tiếp xúc ly tâm.

Sự cần thiết của nghiên cứu ứng dụng công nghệ ly tâm trong xử lý nước thải giàu amoni tại Việt Nam. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ trong xử lý amoni tại Việt Nam. Tình hình nghiên cứu trong nước về kỹ thuật tiếp xúc ly tâm. Tiểu kết chương I: Sự cần thiết phải triển khai nghiên cứu.58 CHƯƠNG II.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Đối tượng nghiên cứu. Thiết bị phản ứng li tâm HP2R. Hóa chất, thiết bị.

Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp thực nghiệm. Phương pháp phân tích. Phương pháp tính toán.

Phương pháp xử lý số liệu và đảm bảo chất lượng .80 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình stripping amoni bằng thiết bị HP2R từ nước thải. Kết quả khảo sát stripping amoni bằng thiết bị HP2R với nước thải mô phỏng. Kết quả khảo sát stripping amoni bằng thiết bị HP2R với nước thải chăn nuôi.

Kết quả khảo sát stripping amoni bằng thiết bị HP2R với nước rỉ rác. Kết quả thực nghiệm xử lý kết hợp thu hồi amoni bằng thiết bị HP2R từ nước thải. Kết quả xử lý kết hợp thu hồi amoni bằng thiết bị HP2R từ nước thải mô phỏng. Kết quả xử lý kết hợp thu hồi amoni từ nước rỉ rác.

Đề xuất mô hình ứng dụng thiết bị HP2R để xử lý và thu hồi amoni trong nước thải nồng độ cao quy mô thực tế. Sơ bộ chi phí vận hành ở quy mô 150 m3/ngày. Hướng áp dụng mô hình ở quy mô thực tế.135 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .140 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ .141 TÀI LIỆU THAM KHẢO.142 PHỤ LỤC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .153 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng việt ANAMMOX Anaerobic ammonium oxidation Ôxy hóa kị khí amoni AnMBR Anaerobic membrane bioreactor Hệ phản ứng sinh học màng kỵ khí BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu ôxy sinh hóa Completely Autotrophic Nitrogen CANON Xử lý nitơ tự dưỡng thông qua nitrit Removal Over Nitrite CFD Computational Fluid Dynamics Mô hình tính toán động lực học chất lỏng COD Chemical oxygen demand Nhu cầu ôxy hóa học CSTR Continuous Stirred Tank Reactor Bể phản ứng khuấy tiếp diễn GAC Granular activated carbon Than hoạt tính dạng hạt GDP Gross domestic product Tổng sản phẩm quốc nội HGRPB HiGee Rotating Packed Bed Thiết bị đệm quay HiGee HiGee High-Gravity Trọng lực lớn Thiết bị phản ứng hiệu năng cao dạng HP2R High-Performance Rotating Reactor quay ISE Ion selective electrode Điện cực ion chọn lọc CFD Computational Fluid Dynamics Mô hình tính toán động lực học chất lỏng MF Microfiltration Màng vi lọc NF Nanofiltration Màng lọc nano Oxygen-limited autotrophic OLAND Nitrat hóa/khử nitrat tự dưỡng thiếu ôxy nitrification/denitrification PAC Powdered activated carbon Than hoạt tính dạng bột pH-REdox-Equilibrium in C PHREEQC Mô hình địa hóa mã nguồn mở progamming language PVDF polyvinylidene fluoride Màng sinh học polyvinylidene fluoride RNA Ribonucleic acid Axit Ribonucleic RO Reverse osmosis Màng lọc thẩm thấu ngược vi Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng việt rpm Revolution per minute Đơn vị tốc độ vòng quay: vòng/phút Single reactor system for High Hệ thống phản ứng đơn xử lý amoni hiệu SHARON activity Ammonium Removal Over năng cao qua nitrit Nitrite SS Suspended solid Chất rắn lơ lửng TAN Total ammonia nitrogen Tổng amoni nitơ TN Total nitrogen Tổng nitơ TSS Total suspended solid Tổng chất rắn lơ lửng United States Environmental U.EPA Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ Protection Agency UF Ultrafiltration Màng siêu lọc VOCs Volatile organic compounds Hợp chất hữu cơ dễ bay hơi VSEPR Valence shell electron pair repulsion Cặp điện tử vỏ hoá trị đẩy nhau vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU 𝐴𝑐 : diện tích mặt cắt phương ngang đệm ap : diện tích bề mặt lớp đệm CLi : nồng độ NH3-N trong nước thải đầu vào CLo : nồng độ NH3-N trong nước thải đầu ra CLt : nồng độ NH3-N trong nước thải tại thời điểm t CLf : nồng độ NH3-N trong nước thải tại thời điểm cuối cùng CAt : nồng độ NH3-N trong dung dịch thu hồi tại thời điểm t DL : hệ số khuyếch tán phân tử chất lỏng dp : đường kính trung bình lớp đệm 𝐺𝑟𝐿,𝑎𝑣𝑔 : hệ số Grashof pha lỏng dựa trên bán kính đệm trung bình Hc : hằng số định luật Henry không thứ nguyên HTU : chiều cao đơn vị chuyển khối HTUOL : chiều cao đơn vị chuyển khối trở lực pha lỏng KLa : hệ số chuyển khối tổng quát KL : hằng số tốc độ phản ứng tính theo mô hình giả động học bậc 1 pHi : pH của nước thải trước khi stripping QG : lưu lượng khí QL : lưu lượng nước thải 𝑅𝑒𝐺 : hệ số Reynolds pha khí 𝑅𝑒𝐿 : hệ số Reynolds pha lỏng ri : bán kính trong của đệm ro : bán kính ngoài của đệm ravg : bán kính trung bình của đệm S : hệ số stripping TLi : nhiệt độ nước thải ban đầu VA : thể tích dung dịch hấp thụ VB : thể tích đệm Vww : thể tích nước thải ZB : chiều cao đệm η, 𝜂𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙 : hiệu suất stripping/hiệu suất xử lý amoni 𝜂𝑟𝑒𝑐𝑜𝑣𝑒𝑟 : hiệu suất thu hồi amoni ω : tốc độ quay của đệm 𝑢𝐿 : vận tốc bề mặt chất lỏng 𝑝𝐿 : khối lượng riêng nước rỉ rác 𝑝𝐺 : khối lượng riêng pha khí chứa NH3 𝜇𝐿 : độ nhớt pha lỏng 𝜇𝐺 : độ nhớt không khí chứa NH3 𝑣𝐿 : độ nhớt động học pha lỏng viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Thông tin chung của NH3.

Tính chất nước thải chăn nuôi tại Việt Nam. Tính chất của nước rỉ rác qua từng thời điểm chôn lấp. Thông số vận hành và hiệu quả xử lý amoniac bằng phương pháp stripping trong các nghiên cứu. So sánh ưu nhược điểm của thiết bị tiếp xúc ly tâm và tháp tiếp xúc.

Hiệu quả làm sạch khí biogas của thiết bị HGRPB. Các thông số thiết kế chính của thiết bị HP2R .