Đề tài Nghiên cứu xử lý nước thải của làng nghề sản xuất miến dong Cự Đà, Thanh Oai, Hà Nội bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước

thể tích là lớn nhất. Khi nước chảy qua các khe hở của vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu và được làm sạch do sự phân hủy các chất bẩn của các vi sinh vật hiếu khí và kị khí trên màng, tạo thành các sản phẩm như CO2 và H2O (phân hủy hiếu khí), CO2 và CH4 (phân hủy kị khí). * Lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước: Trong quá trình làm việc, lọc có thể khử được BOD và chuyển hóa NH4+ thành NO3-, lớp vật liệu lọc có thể giữ lại các cặn lơ lửng. Để khử được tiếp tục BOD và NO3 , người ta thường đặt hai cột lọc nối tiếp. Thiết bị có vùng thiếu khí nằm bên dưới lớp vật liệu lọc để khử NO3-, Ở đây nước và không khí đi cùng chiều từ dưới lên cho hiệu quả xử lý cao 1.3.4.3. Đĩa quay sinh học Một hệ thống vi sinh vật sinh trưởng cố định trên màng sinh học khác là đĩa quay sinh học. Hệ thống này gồm một loạt đĩa tròn lắp trên cùng một trục cách nhau một khoảng cách nhất định. Khi trục quay, một phần đĩa ngập trong máng chứa nước thải còn phần còn lại tiếp xúc với không khí. Các vi sinh vật bám tạo thành màng sinh học trên các đĩa, phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Thiết bị phản ứng Lắng cấp 1 Lắng cấp 2 Đĩa quay sinh học Bùn thải Dòng vào Dòng ra Hình 6: Sơ đồ hệ thống đĩa quay sinh học. 1.3.4.4.Quá trình tạo màng và cơ chế xử lý qua màng sinh học a) Khái niệm màng sinh học. Màng sinh học là một lớp màng mỏng thường dày khoảng 0.1- 0.4 mm. Trên màng là tập hợp các loại vi sinh vật có hoạt tính oxi hóa các chất hữu cơ có trong nước. Màng sinh học được tạo thành chủ yếu là các vi khuẩn hiếu khí, song cũng có các vi khuẩn kị khí và tùy tiện. Ở ngoài cùng lớp màng là các vi khuẩn hiếu khí ví dụ loại trực khuẩn bacilluci. Lớp trung gian là các vi khuẩn tùy tiện: Ví dụ alcaligenes, flavobacterium, micrococus…Lớp sâu bên trong là các loại vi khuẩn kị khí( loại này chủ yếu khử lưu huỳnh và nitrat). b) Quá trình tạo màng sinh học Hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp màng sinh học dựa vào lớp màng vi sinh vật mà tại đó chúng sử dụng các chất hữu cơ có trong thành phần nước thải làm thức ăn vì vậy cần tạo môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Thực tế chúng ta thường dùng các vật liệu xốp, nhựa, than, đá… làm vật liệu để các loại vi sinh vật tạo màng sinh học trên đó (vật liệu lọc). Vật liệu này còn có vai trò giữ lại các chất rắn lơ lửng trong nước thải. Người ta tạo màng vi sinh vật bằng cách tưới lên trên vật liệu một lượng nước thải có lượng vi sinh lớn hoặc có thể bổ sung một số chủng vi sinh vào. Đối với các chủng vi sinh kị khí thì không cần sục khí mà phải giữ DO của nước < 2 mg/l. Còn các loại vi sinh vật hiếu khí phải sục không khí liên tục để thúc đẩy sự phát triển cũng như quá trình tạo màng. Sau 18 đến 24 giờ các vi sinh vật sẽ phát triển bám vào vật liệu tạo thành màng lọc. Đến khi màng có độ dày nhất định khoảng 3 ngày nếu các điều kiện được giữ ổn định và hợp lí. Oxi và thức ăn được khuếch tán qua màng sinh học. Sau một thời gian nhất định sẽ có sự phân lớp, lớp ngoài cùng tiếp xúc với oxi gồm các vi sinh vật hiếu khí, lớp màng sâu bên trong không có khả năng tiếp xúc với oxi không khí chứa các vi sinh vật kị khí. Các vi sinh vật kị khí này sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ H2S và amoni, các axit hữu cơ. Sau đó các vi sinh vật hiếu khí lại phân hủy thành HNO3, H2SO4, CO2 và H2O. Trong quá trình sinh trưởng các vi sinh vật cũng giữ lại các chất rắn lơ lửng, nước thải được làm sạch và giảm độ đục, khi lượng thức ăn cạn kiệt các vi sinh vật tự phân hủy (phân hủy nội bào). Khi vi sinh vật chết, lớp màng sinh học tự bong ra vào trong nước. DO Sản phẩm cuối Yếm khí Hiếu khí Dòng nước thải Không khí Chất hữu cơ Lớp màng sinh học Màng chất lỏng Hình 7: Các quá trình trong bể lọc sinh học Chương 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2.1.1.Đối tượng nghiên cứu Trong bản luận văn này tôi nghiên cứu xử lý nước thải của làng nghề sản xuất miến dong Cự Đà, Thanh Oai, Hà Nội bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước. 2.1.2. Phương pháp nghiên cứu Khảo sát sự biến đổi các thông số đánh giá chất lượng nước thải như NH4+,NO2- , COD, BOD, PO43- , pH, độ đục theo thời gian xử lý 2.1.3. Mô hình thực nghiệm Từ nhu cầu của việc xử lý nước thải theo phương pháp sinh học vừa thân thiện với môi trường vừa hiệu quả mà lại mang tính ứng dụng cao. Chúng tôi đã nghiên cứu chế tạo thiết bị xử lý nước thải bằng phương pháp màng sinh học gồm hai cột dạng pilot, xử lý kị khí kết hợp với xử lý hiếu khí. Sơ đồ cấu tạo của thiết bi 1 13 12 11 2 9 3 5 7 6 5 4 4 10 10 Cột kị khí Cột hiếu khí 1.Bể chứa nước thải trước khi bơm 2. Bể lắng nước thải 3. Cột kị khí 4. Máng lắng cạn 5. Vật liệu lọc(xốp) 6. Cột hiếu khí 7. Dàn phân phối khí 8. Ống chia dòng máy bơm 9. Máy bơm 10. Ống xả bùn 11. Máy sục khí 12. Ống thoát khí 13. Van lấy mẫu nước thải 8 Hình 8: Sơ đồ cấu tạo của thiết bị Nguyên lý hoạt động của thiết bị Nước thải làm miến được lắng gạn sơ bộ (bể chứa 2) và được điều chỉnh pH trước khi cho vào bể chứa (1). Sau đó nước thải được bơm vào cột kị khí theo chiều từ dưới lên trên với lưu lượng dòng được khống chế nhờ ống chia dòng máy bơm (8), nước thải đi qua lớp vật liệu xốp, tại đây các chất hữu cơ bị phân hủy bởi lớp màng vi sinh vật kị khí. Sau khi nước thải dâng tràn qua máng lắng cặn (4) thì tiếp tục chảy sang cột hiếu khí theo nguyên tắc bình thông nhau do chênh lệch mực mước giữa hai cột. Nước thải từ từ dâng đầy cột hiếu khí và một lần nữa bị các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ có trong thành phần nước thải. Ở cột hiếu khí không khí liên tục được cấp vào nhờ máy sục khí (11), cung cấp oxy cho quá trình phân hủy các chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Mẫu nước thải qua cột hiếu khí được lấy nhờ van (13), đem phân tích các chỉ tiêu, nếu chưa đạt tiêu chuẩn cho phép thì tiếp tục được cho tuần hoàn trở lại bể chứa (2). Sản phẩm bùn cặn của quá trình phân hủy chất hữu cơ được tháo ra ngoài nhờ ống xả bùn (10). Ưu điểm của thiết bị : + Nước thải được bơm từ dưới lên trên tránh được hiện tượng dòng chảy tắt trong thiết bị. Màng vi sinh bị ngập hoàn toàn trong nước nên cho hiệu quả xử lý cao hơn trường hợp nước thải chảy từ trên xuống dưới. + Không khí được cấp đều vào cột hiếu khí nhờ dàn phân phối khí nhiều lỗ và không khí đi từ dưới lên trên cùng chiều với dòng nước nên giảm tổn thất thủy lực và tại các vị trí trong cột hiếu khí có thể coi nồng độ khí oxy là gần bằng nhau. Nói cách khác tại mọi vị trí trong cột hiếu khí thì có thể coi tốc độ phân hủy các chất hữu cơ bởi các vi sinh vật là xấp xỉ bằng nhau. + Thiết bị có hệ thống máng lắng cặn và ống xả bùn cho phép xả bùn dư khi cần thiết + Hệ thống được thiết kế gần giống với dạng pilot nên cho hiệu quả xử lý cao. + Hệ thống có thể tháo rời từng chi tiết thuận lợi cho sự rửa, tái sinh lớp vật liệu lọc sau quá trình xử lý. 2.1.4. Quá trình tạo màng sinh học trên vật liệu 2.1.4.1. Lựa chọn vật liệu lọc làm chất mang Các nghiên cứu gần đây cho thấy có thể sử dụng các chất mang khác nhau để nuôi cấy vi sinh vật (hiếu khí hay kị khí) dùng trong công nghệ xử lý nước thải như nhựa PVC, PE, thủy tinh, cao su, xốp, sơ dừa, ….trong số đó vật liệu xốp cho thấy kết quả xử lý tốt hơn cả vì vật liệu xốp có diện tích bề mặt lớn, trên bền mặt có nhiều lỗ nhỏ để vi sinh vật có thể bám dính và tạo màng. Ngoài ra xốp là vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền. Xốp hay tên gọi hóa học của nó là polystyren là một loại polyme tổng hợp có công thức cấu tạo tổng quát: (-CH2-CH-)n Đây là loại vật liệu khá trơ, bền ngay cả trong môi trường nước mặn, đường kính hạt xốp 0.3 - 0.5cm, ít thấm nước, bề mặt riêng lớn, độ rỗng xốp lớn (khoảng 90%), không độc hại với vi sinh vật. 2.1.4.2. Qui trình nuôi cấy tạo màng sinh học trên vật liệu - Vật liệu xốp được nhồi vào hai cột hiếu khí và kị khí với chiều cao lớp vật liệu là 0,8m. Sau đó bơm nước có chứa chất dinh dưỡng vào cột từ dưới lên trên với lưu lượng dòng là 9l/h. Để quá trình hình thành màng được diễn ra tốt, chúng tôi đã cho vào một số chủng loại vi sinh vật hiếu khí và kị khí trên từng cột. - Sau đó thường xuyên theo dõi các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành và phát triển của màng vi sinh như pH, chất dinh dưỡng (Nitơ ở dạng NH4+, photpho ở dạng photphat) và tạo những điều kiện tốt để vi sinh vật phát triển. - Đối với cột hiếu khí cần luôn đảm bảo cung cấp đủ và đều oxi trên toàn cột. Đối với cột kị khí thì ngược lại, cần luôn giữ sao cho hàm lượng oxi hòa tan trong nước (DO) nhỏ hơn 2mg/l, ngoài ra còn có thể cho thêm một ít rượu metylic vào để quá trình hình thành màng kị khí được tốt. - Để kiểm tra kết quả của quá trình tạo màng vi sinh vật trên chất mang,chúng tôi tiến hành chụp ảnh trên kính hiển vi điện tử quét (SEM), kết quả cho thấy màng vi sinh đã được tạo trên thành hạt xốp. Hình 9: Bề mặt ban đầu của giá thể Hình 10: Màng vi sinh bám trên bề mặt giá thể trong quá trình nuôi cấy Hình 11: Bề dày lớp màng vi sinh trong quá trình xử lý - Sau khi thấy vi sinh bám trên bề mặt giá thể, tiến hành bơm tuần hoàn nước thải miến dong đã được pha loãng nhiều lần và đã xử lí sơ bộ qua hệ thống để vi sinh vật thích nghi với môi trường nước thải miến dong trước khi tiến hành nghiên cứu xử lý nước thải miến dong với hàm lượng COD đầu vào khác nhau. 2.2. Phương pháp phân tích một số chỉ tiêu trong nước 2.2.1. Hóa chất và dụng cụ Hóa chất Loại + K2Cr2O7 (Kali dicromat) dạng tinh thể PA + H2SO4 đặc (98,8%) + Ag2SO4 (Bạc sunfat) PA + HgSO4 (Thủy ngân sunfat) PA + HOOCC6H4O4 (Kaliphtalat) PA + KNaC4H4O4 (Kali-natri tactrat) PA + KI (Kali iotua) PA + HgI2 (Thủy ngân iotua) PA + KOH (Kali hidroxit) + NaOH (Natri hidroxit) + Axit Sunfanilic PA + α- Naphtylamin + NH4Cl (amoniclorua) PA + NaNO2 (Natri Nitrit) PA + Chất ức chế quá trình nitro hóa Alylthiore PA + NH4MoO4 (Amoni Molipđat) PA + NH4VO3 (Amoni Vanađat) PA + HCl (axit clohiđric) + NaH2PO4 (natriđihiđrophotphat) Dụng cụ + Máy phá mẫu COD (TR320).Đức + Tủ sấy, Model 1430D, Đức + Máy trắc quang (Spectroquantâ Nova 30 . Đức) để xác định chỉ số COD + Máy trắc quang đo xác định chỉ tiêu NH4+, NO2- + Máy đo BOD (Model NOVA 30-1), Đức + Máy đo độ đục 2100p.Turbidimeter, Nhật + Máy đo pH Metler, Model XT 1200C, Thụy Sỹ + Cân kỹ thuật 10-2 g Precisa, Model XT 1200C, Thụy Sỹ + Cân phân tích 10-4g Ohaus, Model AR 2140, Thụy Sỹ + Máy sục khí Và một số thiết bị phụ trợ khác. 2.2.2.Xác định một số chỉ tiêu của nước thải làng nghề sản xuất miến dong Cự Đà a) Xác định chỉ số COD bằng phuơng pháp đicromat. Nguyên tắc của phương pháp này là mẫu được đun hồi lưu với K2Cr2O7 và chất xúc tác bạc sunfat trong môi trường axit sunfuric đặc. Phản ứng diễn ra như sau: Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O Quá trình oxi hóa có thể được viết O2 + 4H+ + 4e → 2H2O Bạc sunfat dùng để thúc đẩy quá trình quá trình oxi hóa của các chất hữu cơ phân tử lượng thấp. Các ion Cl- gây cản trở cho quá trình phản ứng: Cr2O72- + 6Cl- + 14H+ → 3Cl2 + 2Cr3+ + 7H2O Để tránh sự cản trở trên người ta cho thêm HgSO4 để tạo phức với Cl-. Ngoài sự cản trở của ion Cl- còn phải kể đến sự cản trở của nitrit (NO2-), tuy nhiên với lượng nitrit là 1- 1.2 mg/l thì sự cản trở của chúng được xem là không đáng kể, còn tránh ảnh hưởng của chúng thì cần thêm vào mẫu một lượng axit sunfamic với tỷ lệ 10mg/1mg NO2. Quy trình phân tích: - Chuẩn bị hóa chất: + Hỗn hợp phản ứng: Hòa tan 10.216g K2Cr2O7 loại PA đã được sấy ở nhiệt độ 103oC sau đó thêm 167ml dung dịch H2SO4 và 33.3g HgSO4. Lắc và định mức đến 1000ml bằng nước cất. + Thuốc thử axit: Pha 5.5g Ag2SO4 trong 1 kg dung dịch H2SO4 đặc (d = 1.84) có thể khuấy hoặc để cho Ag2SO4 tan hết mới sử dụng. + Pha dung dich chuẩn kaliphtalat( HOOC6H4COOK): Sấy sơ bộ một lượng kaliphtalat ở 120oC. Sau đó cân 850mg kaliphtalat pha và định mức vào bình 1lít (dung dịch này có nồng độ 1mg O2/ml). - Phương pháp xác định: Lấy vào ống phá mẫu (cuvet) 2.5 ml mẫu sau đó thêm vào 3.5ml thuốc thử axit và 1.5 ml thuốc thử axit. Đặt cuvet vào máy phá mẫu ở nhiệt độ 148oC trong 2h sau đó lấy ra và để nguội đến nhiệt độ phòng. Đo mật độ quang ở bước sóng 605nm. Xây dựng đường chuẩn sự phụ thuộc của COD vào mật độ quang từ phương trình đương chuẩn lập được có thể tính ngược lại giá trị COD khi đo mật độ quang của mẫu nước thải trong quá trình xử lý. Kết quả đo mật độ quang các dung dịch chuẩn Bảng 1: Kết quả xây dựng đường chuẩn COD Dung dịch 1 2 3 4 5 6 Vdungdịchchuẩn (ml) 0 5 10 25 50 100 Vnướccất (ml) 100 95 80 70 50 0 COD (mgO2/l) 0 50 100 250 500 1000 Mật độ quang(Abs) 0.027 0.036 0.074 0.144 0.27 0.51 Hình 12: Đường chuẩn COD b) Xác đinh chỉ số BOD * Nguyên lí của phép đo: Thiết bị đo BOD là một hệ kín gồm các bình chứa mẫu và các sensor.Trong bình chứa mẫu phía trên bề mặt dung dịch chứa một thể tích không khí xác định. Trong thời gian ủ mẫu vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan trong mẫu. Lượng oxy tiêu thụ sẽ được thay thế bằng lượng oxy không khí có trong bình do vậy mà áp suất trong bình giảm. Sensor đo sự thay đổi áp suất từ đó ta đọc được giá trị BOD. Trong quá trình ủ mẫu phải tính đến lượng CO2 thoát ra làm sai lệch giá trị BOD tuy nhiên để loại trừ điều này ta nhỏ vài giọt dung dịch KOH vào nắp chai đựng mẫu KOH sẽ hấp thụ hết khí CO2. Các yếu tố ảnh hưởng: Có 6 yếu tố cơ bản làm ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp này: - Nước nhiễm clo. Để loại trừ ảnh hưởng phải trung hòa clo tự do hoặc clo liên kết có trong mẫu bằng dung dịch Na2SO3. - pH quá cao hoặc quá thấp. Để xác định BOD của mẫu nước thải thì pH của nó phải nằm trong khoảng 6.5 đến 7.5. Nếu nằm ngoài khoảng này cần trung hòa chúng bằng dung dịch axit H2SO4 hoặc kiềm NaOH sao cho thể tích các dung dịch dùng để trung hòa không làm pha loãng mẫu quá 0.5% thể tích. - Nhiệt độ bảo quản: Mẫu phải được bảo quản ở đúng nhiệt độ 20 ± 1ºC để không làm ảnh hưởng đến giá trị đo DO. - Sự nitrit hóa: Giảm ảnh hưởng của yếu tố này bằng cách thêm chất ức chế 2–chloro–6–(trichloro metyl) pyridyne (TCMP) (Cl-C5H3N-CCl3) gắn trên NaCl sao cho nồng độ TCMP trong mẫu pha loãng đạt 0.5 mg/l. - Kỹ thuật pha loãng mẫu. - Mẫu chứa các chất độc (thường có trong mẫu nước thải công nghiệp như kim loại nặng…). Để loại trừ ảnh hưởng của yếu tố này cần có những nghiên cứu và giải pháp cụ thể. Các bước tiến hành đo BOD Điều chỉnh pH của dung dịch về khoảng 6.5¸7.5 bằng dung dịch axit hoặc bằng kiềm Lấy một thể tích chính xác mẫu vào bình đo bằng phễu (nếu cần thiết) Cho con khuấy từ vào chai chứa mẫu - Thêm vào mẫu chất ức chế quá trình nitrat hóa (anlyl thioure) theo tỉ lệ ở bảng 2 Bảng 2: Lượng chất ức chế quá trình nitrat hóa Khoảng đo BOD(mg/l) Thể tích mẫu (ml) Số giọt Allyl Thioure 0-40 428 10 0-80 360 10 0-200 244 5 0-400 157 5 0-800 94 3 0-1000 56 3 0-4000 21.7 1 Cho 3-4 giọt KOH 45% vào nắp cao su ở miệng chai Đặt sensor lên miệng nút chặt Bắt đầu quá trình đo như sau: + Ấn nút Esc để bật hệ thống đo. + Chọn chai cần đo BOD bằng các phím +/- + Đặt các điều kiện đo: Ấn nút Start để chọn các điều kiện đo. Khi đó trên màn hình sẽ hiển thị khoảng giá trị BOD và thể tích mẫu tương ứng, để thay đổi ta dùng các phím +/-. Chọn giá trị thích hợp sau đó nhấn Enter. Tiếp theo máy tự động chuyển sang chế độ chọn ngày cũng dùng các phím +/- rồi nhấn Enter. Tắt máy bằng phím Esc. Trong thơi gian ủ mẫu máy sẽ tự động giữ nhiệt độ ổn định là 20%. Sau 5 ngày bật máy bằng nút Esc, chọn chai cần đo ấn Enter kết quả BOD5 sẽ hiển thị trên màn hình. c) Xác định nồng độ amoni trong nước thải bằng phương pháp Nessler. Nguyên tắc: Amoni trong môi trường kiềm phản ứng với thuốc thử Nessler (K2HgI4) tạo thành phức có màu vàng hay nâu sẫm tuân theo phương trình sau Cường độ màu của phức này phụ thuộc vào nồng độ amoni có trong nước. Độ nhạy của phức này là 0.25microgam amoni, giới hạn pha loãng là 1¸ 2.107 Dùng phương pháp trắc quang để xác định nồng độ amoni : Đo mật độ quang của hỗn hợp phản ứng ở bước sóng 420nm. - Các amin thơm và amin béo làm đục dung dịch khi cho thuốc thử Nessler vào nên cần loại bỏ trước khi xác định. - Cl2 gây ảnh hưởng nên cần loại bỏ. Để loại trừ ảnh hưởng, người ta chưng cất mẫu trong bình Kjeldahl với đệm borat (pH = 9.5). Mẫu sau khi chưng cất được đưa vào bình có chứa sẵn axit boric 2%. Sau đó cho mẫu tác dụng với thuốc thử nessler trong môi trường kiềm. - Lượng N-NH4+ cao hơn 250µg trong 50ml dung dịch sẽ có hiện tượng tăng mạnh huyền phù trắng đục do tạo thành kết tủa phức hợp của amoni làm dung dịch đậm màu. Trong trường hợp đó phải điều chỉnh lượng mẫu sao cho nhỏ hơn 250 µg N-NH4+ trong 50ml mẫu hoặc sử dụng phương pháp khác. - Các cation có thể tạo thành hydroxit không tan như: Ca, Mg, Mn, Fe; các hợp chất hữu cơ và một số chất không tan cũng là nguyên nhân gây cản trở đến độ chính xác của phương pháp. Các bước tiến hành đo nồng độ amoni Chuẩn bị hóa chất: -Dung dịch Xenhet: Hòa tan 50g KNaC4H4O6 (Kali-Natri tactrat) trong 100ml nước cất, đun sôi một thời gian để loại hết NH3. Sau đó thêm nước cất đến vạch mức - Thuốc thử Nessler: Hòa tan 100g HgI2 và 70g KI bằng một lượng nhỏ nước cất, khuấy đều chậm. Thêm vào dung dịch này một dung dịch của 160g NaOH hòa tan trong 500ml nước cất. Định mức đến 1 lít ta thu được dung dịch Nessler. Dung dịch cần được bảo quản tránh ánh sáng và đậy nắp. - Dung dịch chuẩn amoni: Cân chính xác 0.1486g NH4Cl đã sấy khô ở 100oC trong thời gian khoảng 1h. Sau đó hòa tan vào bình định mức 1lít lắc đều, dùng pipet hút chính xác 10ml dung dịch vừa pha được cho vào bình định mức 1lít rồi định mức đến vạch bằng nước cất thu được dung dịch có nồng độ 5mgNH4+/l. Xây dựng đường chuẩn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ amoni: Lần lượt pha các mẫu dung dịch chuẩn có nồng độ amoni tăng dần từ 0¸5mg NH4+/l theo bảng 3: Bảng 3 : Kết quả xây dựng đường chuẩn Amoni ống nghiệm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Thể tích dung dịch NH4+(ml) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Thể tích H2O(ml) 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Thể tích dung dịch Xenhet(ml) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 VNessler(ml) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 A(Mật độ quang) 0.245 0.296 0.336 0.398 0.442 0.514 0.567 0.636 0.674 0.735 0.787 Hình 13. Đường chuẩn amoni d) Xác định hàm lượng nitrit trong nước thải Nguyên tắc: Trong môi trường axit acetic ion NO2- phản ứng với axit sunfanilic và α- naphtylamin tạo thành hợp chất có màu hồng. Cường độ màu tỷ lệ với hàm lượng NO2- có trong nước. Đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 543 nm. Từ mật độ quang thu được và dựa vào phương trình đường chuẩn ta tính được hàm lượng nitrit tương ứng. Các yếu tố ảnh hưởng và cách loại trừ: + Ảnh hưởng của sự vẩn đục và màu của nước. Khắc phục điều này bằng cách lọc qua giấy lọc băng xanh trước khi phân tích. + Các cation kim loại như Fe2+, Hg2+, Bi3+, Sb2+, Pb2+ đều gây ảnh hưởng cho việc xác định nitrit. Loại trừ bằng cách cho dung dịch đi qua cột lọc cationit dạng NH4+. + Lượng Cl- lớn hơn 3mg/l cũng gây ảnh hưởng. Loại trừ bằng cách thêm dung dịch Ag2SO4 để tạo kết tủa AgCl, sau đó lọc bỏ đi. Ion NO3- không ảnh hưởng gì cho việc xác định. Các bước tiến hành đo nồng độ nitrit + Chuẩn bị thuốc thử: Dung dịch axit sunfanilic (Griss A). Hòa tan 0.5g axit sunfanilic trong 150ml dung dịch CH3COOH 12%. Dung dịch được đựng trong lọ màu sẫm. Dung dịch α- naphtylamin (Griss B). Hòa tan 0.1g α- naphtylamin trong 150 ml dung dịch CH3COOH 12%. Đun nóng nhẹ cho tan hết rồi lọc qua giấy lọc. Bảo quản trong lọ sẫm màu. + Chuẩn bị dung dịch chuẩn NaNO2: Hòa tan 0.1497 g NaNO2 tinh khiết đã sấy khô ở 105oC trong 2h bằng nước cất, định mức thành 1lit. Dung dịch thu được có hàm lượng 100mg/l. Pha loãng 100 lần dung dịch trên thu được dung dịch chuẩn NO2- có hàm lượng 1mgNO2-/l. Tiến hành phân tích: Lấy 5ml mẫu nước cần phân tích cho vào ống nghiệm khô, thêm 0.5ml Griss A và 0.5ml dung dịch Griss B. Lắc đều, để yên 10 phút rồi đem đo mật độ quang ở bước sóng 543nm. Lập đường chuẩn: Lần lượt cho vào các ống nghiệm khô những thể tích dung dịch tiêu chuẩn NaNO2 1mg/l tăng dần từ 0÷5ml. Sau đó thêm tiếp các thuốc thử Griss A, Griss B và nước cất như trong bảng sau. Bảng 4. Kết quả Đường chuẩn nitrit Ống nghiệm TT dung dịch chuẩn NO2- mg/l(ml) Nồng độ dung dịch NO2-(ml) Nước cất (ml) TT GrissA (ml) TT GrissB (ml) Mật độ quang (Abs) 1 0 0 5 0.5 0.5 0.028 2 0.5 0.1 4.5 0.5 0.5 0.101 3 1 0.2 4 0.5 0.5 0.173 4 1.5 0.3 3.5 0.5 0.5 0.255 5 2 0.4 3 0.5 0.5 0.328 6 2.5 0.5 2.5 0.5 0.5 0.399 7 3 0.6 2 0.5 0.5 0.47 8 3.5 0.7 1.5 0.5 0.5 0.541 9 4 0.8 1 0.5 0.5 0.614 10 4.5 0.9 0.5 0.5 0.5 0.687 11 5 1 0 0.5 0.5 0.76 Hình 14: đường chuẩn NO2- e) Xác định Photphat (PO43-) bằng phương so màu vanađat Nguyên tắc: Trong dung dịch orthophotphat loãng, amoni molypdat trong môi trường axit tác dụng tạo thành dạng hetero polyaxit, molypdo photphoric axit. Khi có vanadi, màu vàng của vanado molypdo photphoric được tạo thành. Cường độ màu vàng biểu thị nồng độ photphat trong dung dịch. Các yếu tố ảnh hưởng: - Các muối của asen, flo, thori, bismut, muối sunfat, thiosunphat… - Sắt kim loại không vượt quá hàm lượng 100mg/l. - Muối sunfit:Ảnh hưởng này được loại trừ khi oxy hóa nó bằng dung dịch nước Brom. - Các ion Al3+,, Fe3+, Mg2+, Ca2+, Ba2+, Sr2+, Li+, Na+, K+, NH4+, Cd2+, Mn2+, Pb2+, Hg+, Hg2+, Sn2+, Cu2+, Ni2+, Ag+, U4+, Zr4+, AsO3-, Br-, CO32-, ClO4-, CN-, IO3-, SiO4-, NO3-, NO2-, SO42-, SO32-…(có thể bỏ qua ảnh hưởng khi hàm lượng của chúng dưới 1000mg/l). Chuẩn bị thuốc thử Phôtphat: + Dung dich A: Cân 12.5g Amoni Molipdat, thêm nước cất 2 lần, sau đó đun nóng nhẹ cho tan hết, để nguội. + Dung dich B: Cân 0.625g Amoni Vanadat, thêm nước cất 2 lần, đun nóng nhẹ cho tan hết, để nguội. Trộn dung dịch A với dung dịch B vào bình định mức 500ml, sau đó thêm 175ml dung dịch HCl đặc vào và định mức tới vạch. - Pha dung dịch chuẩn PO43-. Cân chính xác 1.25g NaH2PO4.2H2O. Sau đó hòa tan vào bình định mức 500ml, lắc đều ta thu được dung dịch PO43- có nồng độ 500mg/l. Dùng pipet hút chính xác 10ml dung dich vừa pha được cho vào bình định mức 100ml rồi định mức tới vạch bằng nước cất thu được dung dịch chuẩn PO43- có nồng độ 50mg/l. - Xây dựng đường chuẩn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ PO43-: Lần lượt pha các mẫu dung dịch chuẩn có nồng độ PO43- tăng dần từ 0-18mg/l theo bảng 5. Lấy 3ml thuốc thử phôtphat vào bình định mức 25ml, sau đó cho dung dich chuẩn vào và định mức tới vạch. Lắc đều, đem đo quang ở bước sóng 470nm. Bảng 5 : Kết quả xây dựng đường chuẩn Phôtphat Ống nghiệm Nồng độ PO43- TT dung dich PO43- TT thuốc thử Mật độ quang(Abs) 1 0 0 3 0.019 2 4 2 3 0.089 3 6 3 3 0.129 4 8 4 3 0.160 5 10 5 3 0.191 6 12 6 3 0.228 7 14 7 3 0.264 8 16 8 3 0.297 9 18 9 3 0.336 Hình 15: Đường chuẩn Photphat g) Xác định độ đục của nước thải Độ đục được gây ra bởi các loại cặn lơ lửng. Nguồn gốc của chúng có thể từ tự nhiên (cát, bùn), sản phẩm phân rã của động thực vật, sinh vật nước hoặc nhân tạo (sản phẩm do con người thải ra trong quá trình sản xuất, sinh hoạt…). Nước đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các vi sinh vạt tự dưỡng trong nước, làm giảm chất lượng nước. Nguyên tắc đo độ đục: Ánh sáng từ nguồn phát đi qua hệ thống thấu kính và các khe hẹp xuyên qua cuvet chứa mẫu. Khi ánh sáng gặp các hạt huyền phù lơ lửng trong nước thì bị tán xạ một phần. Đầu ghi cường độ ánh sáng tán xạ được đặt ở vị trí vuông góc với tia tới. Độ đục tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng tán xạ và được đo bằng đơn vị NTU ( Nephelormetric Turbidity Unit). h)Lấy mẫu: Mẫu nước thải được lấy tại hộ gia đình sản xuất miến thôn Cự Đà, xã Cự Khê, Thanh Oai, Hà Nội. Gồm nước ngâm bột khi có hóa chất và nước ngâm bột sau khi đã tẩy hóa chất. i) Xử lý mẫu: Quá trình xử lý sơ bộ như sau: Đầu tiên phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước đầu vào như BOD5, COD, độ đục, NH4+, NO2-, pH. Pha loãng nước thải theo tỷ lệ thích hợp để có đủ thể tích bơm qua thiết bị. Điều chỉnh pH về xấp xỉ 7.0 và độ kiềm khoảng 200-300 (điều chỉnh bằng NaHCO3). Lắng sơ bộ sau đó bơm nước thải qua thiết bị xử lý với lưu lượng thích hợp. Theo dõi sự thay đổi các thông số BOD5, COD, pH, độ đục, NH4+, NO2-, PO43- trong quá trình xử lý theo từng thời gian lưu khác nhau cho đến khi nước sau xử lí đạt tiêu chuẩn cho phép về nước thải công nghiệp. Tháo bùn cặn ở đáy cột khi cần thiết. Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Để nghiên cứu xử lí nước thải sản xuất miến trên hệ thống thiết bị xử lí sinh học, chúng tôi đã tiến hành xử lí theo các phương pháp sau: Xử lí sinh học tuần hoàn kị khí- hiếu khí, tuần hoàn hiếu khí, kết hợp ngâm kị khí và tuần hoàn hiếu khí, chúng tôi tiến hành xử lí theo từng bước, kết quả thu được như sau: 3.1. Kết quả nghiên cứu xử lí nước thải sản xuất miến trên cả hai cột lọc sinh học kị khí và hiếu khí. Nước thải sau khi được pha loãng,điều ch