Đồ án Nghiên cứu sử dụng thân lục bình làm giá thể dính bám kết hợp công nghệ bùn hoạt tính trong xử lý nước thải công ty TNHH giấy AFC - Xã Vĩnh Lộc B - huyện Bình Chánh - TP. Hồ Chí Minh

ạng các ion tự do. Khi các kim loại này hấp thụ vào bề mặt của tế bào vi sinh vật tạo ra các phản ứng hóa lý, và được hấp thụ vào trong tế bào, tấn công các enzim. - Ảnh hưởng của chất dầu mỡ và chất béo trong nước thải Chất béo thường gặp trong nước thải sinh hoạt là các chất bơ, margarine, dầu thực vật, dầu ăn, thịt… chất béo và dầu mỡ là những hydrocacbon mạch dài nên thường bền vững và khó bị phân huỷ sinh học. Trong quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính, các hợp chất này sẽ bao phủ các bông bùn. Ngoài ra chúng được hấp thụ vào thành tế bào vi khuẩn và tăng nồng độ MLSS (Michael H. Gerardi, 2003) - Sự lên men của nước thải Nước thải lên men hay sự hiện diện của quá nhiều acid và rượu đơn giản, hòa tan sẽ là môi trường sống và phát triển của một số vi khuẩn dạng sợi không mong muốn. Nồng độ của các acid, rượu hòa tan đơn giản khoảng 200mg/l sẽ tạo điều kiện cho các vi khuẩn dạng sợi sinh sôi như: Beggiatoa sp, Microthrix parvicella, Thiothrix sp và loại 021N (Michael H. Gerardi, 2003) - Nhu cầu ôxy Vi sinh vật có thể tăng trưởng khi có hoặc vắng mặt của oxy. Phần lớn nhu cầu oxy cho quá trình bùn hoạt tính DO≥ 2.0mg/l. Thông thường khi oxy bị giới hạn, các vi sinh vật dạng sợi sẽ chiếm ưu thế, làm bùn hoạt tính trở nên khó lắng. Nhưng nếu tăng hàm lượng oxy hòa tan một cách không cần thiết sẽ tăng chi phí vận hành trong khi không cải thiện hiệu quả xử lý nhiều (Michael Richard và cộng sự - Chất dinh dưỡng Vi khuẩn và vi sinh vật sống dùng chất dinh dưỡng N, P, chất hữu cơ ( BOD ), làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành sản phẩm cuối (không phân huỷ) và tế bào mới. Thiếu các chất dinh dưỡng sẽ kiềm hãm và ngăn cản các quá trình oxy hóa sinh hóa. Ngoài ra, cần phải thêm K, Mg, Ca, S, Fe… các nguyên tố này thường có đủ trong nước thải nên ta không cần phải Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 28 thêm vào. Để xác định sơ bộ lượng nguyên tố dinh dưỡng cần thiết trong nước thải có thể chọn theo tỷ lệ sau : BODtoàn phần: N:P = 100:5:1 hay COD:N:P = 150:5:1. - Lượng bùn tuần hoàn Mục đích chính của việc tuần hoàn bùn là duy trì nồng độ MLSS cần thiết trong các bể làm thoáng. Tuy nhiên, thông thường người ta lấy khoảng 50 – 70% của lưu lượng nước thải trung bình. Nồng độ MLSS trong bùn tuần hoàn khoảng từ 4000 – 12000 mg/l. (Mrtcalf & Eddy, 2003). - Thời gian lưu bùn Thời gian lưu bùn hay còn gọi là tuổi bùn, ảnh hưởng lớn đến sự hiện diện của các vi sinh vật trong bông bùn hoạt tính dựa trên tốc độ phát triển và phân huỷ. 3.1.2. Cơ sở lý thuyết về khả năng dính bám Phần lớn vi khuẩn có khả năng sinh sống và phát triển trên bề mặt vật rắn, khi có đủ độ ẩm và thức ăn là các hợp chất hữu cơ, muối khoáng và oxy. Chúng dính bám trên bề mặt vật rắn bằng chất gelatin do chính vi khuẩn tiết ra và chúng có thể dễ dàng di chuyển trong lớp gelatin dính bám này. Đầu tiên vi khuẩn cư trú hình thành tập trung ở một khu vực, sau đó màng vi sinh ko ngừng phát triển, phủ kín toàn bộ bề mặt vật rắn bằng một lớp đơn bào. Chất dinh dưỡng (hợp chất hữu cơ, muối khoáng) và oxy có trong nước thải cần xử lý khuếch tán qua màng biofilm vào tận lớp xenlulo đã tích luỹ ở sâu nhất mà ở lớp đó ảnh hưởng của của oxy và chất dinh dưỡng không còn tác dụng. Sau một thời gian, sự phân lớp hình thành: lớp ngoài cùng là lớp hiếu khí, được oxy khuếch tán xâm nhập, lớp trong là lớp kỵ khí không có oxy. 3.2. Vật liệu nghiên cứu 3.2.1. Các loại giá thể đã đƣợc nghiên cứu, ứng dụng trong xử lý nƣớc thải Hệ thống lọc sinh học được thiết lập đầu tiên tại trại thực nghiệm Lawrence, bang Matsachuset nước Mỹ năm 1891. Đến năm 1940 ở nước này đã có 60% hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ lọc sinh học. Với phương pháp lọc sinh học này, trước đây người ta thường Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 29 sử dụng vật liệu lọc là đá giăm, đá cụi,... đến nay, sự phát triển của chất polyme đã tạo điều kiện cho biện pháp xử lý nước thải bằng công nghệ lọc sinh học được sử dụng rộng rãi hơn. Sử dụng các thanh gỗ, các tấm nhựa dẻo lượn sóng hay gấp nếp được xếp thành những khối bó chặt gọi là mô đun vật liệu. Các mô đun này được xếp trên giá đỡ. Ngoài ra, người ta còn sử dụng các vật liệu dẻo như nhựa PVC (polyvinyl clorit), PP (polypylen) được làm thành tấm lượn sóng, gấp nếp, dạng cầu khe hở, dạng vành hoa (plasdek), dạng vách ngăn,... có đặc điểm rất nhẹ. Với vật liệu chất dẻo rất thích hợp cho việc xử lý nước thải công nghiệp như nước thải công nghiệp thực phẩm có BOD cao, nước thải của nhà máy lọc dầu,... Năm 1960, đĩa quay sinh học RBC được áp dụng đầu tiên tại CHLB Đức, sau đó ở Mỹ. Ở Mỹ và Canada, 70% hệ thống RBC được sử dụng để loại bỏ BOD, 25% để loại BOD và nitrat, 5% để loại nitrat. Hệ thống đĩa quay gồm những đĩa tròn polystyren hoặc polyvinyl clorit đặt gần sát nhau, chúng được nhúng chìm khoảng 40 - 90% trong nước thải và quay với tốc độ chậm. Tương tự như bể lọc sinh học, một lớp màng sinh học được hình thành và bám chắc vào vật liệu đĩa quay. 3.2.2. Vật liệu nghiên cứu Vật liệu được sử dụng trong nghiên cứu là: Thân lục bình phơi khô Lục bình (Eichhornia crassipers) còn gọi là bèo tây, bèo Nhật Bản, bèo sen. Là loài cỏ đa niên, thuộc nhóm thực vật thủy sinh sống trôi nổi, sinh sản rất nhanh. Trong những năm gần đây, nổi lên tình trạng cây lục bình (water hyacinth, tên khoa học là Eichhornia Crassipe) mọc tràn lan trên sông, rạch gây ách tắc giao thông thủy, ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của nhiều loài sinh vật thủy sinh do không sống được ở những ao, hồ dày đặc lục bình ( Không chỉ vậy theo TS Trần Trung Tính (Khoa Công nghệ - ĐHCT) lục bình làm nghẹt các điểm lấy nước tưới tiêu của người dân và là nơi muỗi sinh sôi. Lục bình sinh sản rất nhanh làm cho các thực vật dưới nước rất khó sống, gây mất cân bằng hệ sinh thái, dẫn tới việc một số loài động vật tồn tại nhờ vào sự đa dạng của thực vật bị cạn kiệt dần. ( Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 30 Hình 3.2 Giá thể thân lục bình đã phơi khô 3.2.3. Nguồn gốc Lục bình có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của Nam Mỹ nó đã du nhập vào nhiều vùng ôn đới trên Thế Giới như Trung Mỹ, Bắc Mỹ (California, các bang miền Bắc nước Mỹ), Châu Phi, Ấn Độ, Châu Á, Úc, NewZealand. Ở Việt Nam, lục bình xâm nhập vào nước ta từ năm 1905 và nhanh chóng lan ra khắp các chỗ có nước tù hãm hoặc nơi nước ngọt chảy chậm như ao, hồ, giếng, mương, ven sông… (Nguyễn Đăng Khôi 1985. Được trích từ Dương Thúy Hoa, 2004) 3.2.4. Nơi sống Lục bình phát triển nhanh chóng ở những chổ ngập nước như: hồ, suối, sông, mương và các vùng nước tù đọng. Lục bình hấp thu dưỡng chất trực tiếp từ nước và thường được sử dụng làm công cụ xử lý nước thải. Chúng thích hợp và phát triển mạnh mẽ trong nguồn nước giàu dưỡng chất. Ở phía Tây Bắc của Thái Bình Dương, lục bình được trồng ở các ao tự nhiên hay nhân tạo nhưng nó không được xem là cây 1 năm chịu được giá rét, trừ khi dưới những điều kiện đặc biệt. (www.ecy.wa.gov) 3.2.5. Phân loại Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 31 Theo Lecomete. Het F. Gagrepain, 1998 (Được trích từ Dương Thúy Hoa, 2004) ở Đông Dương lục bình có 2 loài: Eichhornia crasipes (Solms): Có tiểu nhị, không có phụ bộ, đính giữa 2 phần dưới ống tràng, lá gân, tròn, cuống phù. Loài này gặp ở Bắc, Trung và Nam. Eichhornia Natana: 3 tiểu nhị nhưng 1 tiểu nhị có phụ bộ, dính ở giữa hay phần dưới ống tràng, lá có dạng như lá lúa, loài này gặp ở Campuchia. Theo Phạm Hoàng Hộ, 2000 (Được trích từ Dương Thúy Hoa, 2004) Lục bình ở Việt Nam chỉ có 1 loài là Eichhornia crasipes. 3.2.6. Đặc điểm cấu tạo  Hình dáng: Lục bình là cây thân thảo sống trôi nổi trên mặt nước hoặc bám trên đất bùn. Thân gồm 1 trục mang nhiều lông ngắn và những đốt mang rễ và lá. (Nguyễn Đăng Khôi, 1985. Được trích từ Nguyễn Văn Tùng, 2004.) + Lá: Đơn, mọc thành chùm tạo thành hoa thị, phiến tròn dài 4 – 8 cm, bìa nguyên, gân hình cung, mịn, đặc sắc, cuống lá rất xốp thường phù to tạo thành phao nổi hình lọ thường ngắn và to ở cây non, kéo dài đến 30 cm ở cây già. + Hoa: Xanh nhạt hoặc xanh tím tạo thành chùm đứng, cao 10 – 20 cm, không đều, đài và tràng cùng màu đính ở gốc, cánh hoa trên có đốm vàng, 3 tâm bì nhưng chỉ có 1 tâm bì thụ, 6 tiểu nhị với 3 tiểu nhị dài và 3 tiểu nhị ngắn. + Trái: Là nang có 3 buồng, bì mỏng, nhiều hột. (www.34brinkster.com) + Rễ: Dạng sợi, bất định, không phân nhánh, mọc thành chùm dài và rậm ở dưới chiếm 20 – 50% trọng lượng toàn cây tuỳ thuộc vào môi trưòng sống nhiều hay ít dinh dưỡng. (Nguyễn Đăng Khôi, 1985. Được trích từ Nguyễn Văn Tùng, 2004)  Cấu tạo: + Lá: Cấu trúc của những lá lục bình trên không tương tự như những lá của cây đơn tử diệp sống trên đất. + Thân: Trên thân có những đốt có mô phân sinh tạo ra rễ, lá căn hành và cụm hoa. Lát cắt ngang qua thân cho thấy điểm phát sinh của cơ quan mới. Những tế bào của mô phân sinh này thì nhỏ và xếp khít nhau, xung quanh vùng ngaọi biên của mô Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 32 phân sinh là một vùng có vô số những khoảng trống giữa các tế bào. Mô khuyết này rất cần cho sự hấp thu Oxy và chuyển Oxy đến hệ thống rễ. + Rễ: Phẫu thức cắt ngang của rễ cho thấy rễ có 2 phần: ngoài là vùng vỏ, bên trong là trụ trung tâm. Cấu tạo vùng vỏ gồm có 3 phần: Dưới biểu bì là lớp nhu mô đạo có chứa sắc tố, do lớp này mà rễ có màu tím khi đưa ra ánh sáng. Xung quanh trụ là lớp nhu mô đạo. Giữa 2 vùng này của vùng vỏ là lớp nhu mô khuyết, lớp này giúp rễ hấp thu Oxy. Trụ đa cực được bao quanh bởi lớp nội bì ít chuyên hoá và chu luân. hoạt động của mô phân sinh ở rễ rất yếu. (Richard Couch, 1980. Được trích từ Nguyễn Thị Thu Thuỷ, 1988) 3.2.7. Thành phần hoá học của lục bình Bảng 3.1 Thành phần hoá học và giá trị dinh dưỡng của lục bình Thành phần hoá học (%) Nước 92.6 Protid 2.9 Glucid 0.9 Xơ 22.0 Tro 1.4 Calcium 40.8 Phosphor 0.8 Caroten 0.66 Vitamin C 20 (Nguồn: Võ Văn Chi, 1997. Được trích từ Dương Thuý Hoa, 2004)  Đặc điểm sinh trưởng và sinh sản Lục bình có tên khoa học là Eichhornia crassipes (Solms), thuộc họ Bèo Tây (Pontederiaceae). - Sinh trƣởng và phát triển Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 33 Theo O.P.Chawla, nhiệt độ của nước thuận lợi cho sự sinh trưỏng của lục bình là 26 – 30 0 C. Theo Nguyễn Đăng Khôi (1985) lục bình có thể sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ 10 – 40 0 C nhưng mạnh nhất ở 20 – 30 0 C. vì vậy, ở nước ta lục bình sống quanh năm. Ở phía Bắc do ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc, gió mùa đông khá lạnh nên lục bình chỉ phát triển mạnh từ tháng 4 đến tháng 10 và ra hoa vào khoảng tháng 10, tháng 11. Lục bình có thể sống ở bất kì ao hồ nào. Tuy nhiên ở các ao, đầm nước tĩnh nhiều chất dinh dưỡng thì lục bình sinh trưởng với tốc độ rất nhanh. Do đó lục bình được xem là một cây lấn chiếm. Các nghiên cứu ảnh hưởng của khí hậu lên năng suất của lục bình cho thấy: sự tăng nhiệt độ và ẩm độ tương đối sẽ dẫn đến sự tăng năng suất của lục bình. Trong buồng tăng trưởng với những điều kiện nhân tạo thuận lợi tối ưu cho sự sinh trưởng của lục bình (nhiệt độ không khí 25 – 40 0 C, ẩm độ tương đối 75 – 95% 0 thì lục bình sẽ sinh trưởng với tốc độ 6 cây con trong 1 tuần. Giá trị này rất cao nhưng trong điều kiện tương đối thuận lợi ngoài tự nhiên có sự kết hợp giãư nhiệt độ và ẩm độ tương đối, tốc độ sinh trưởng của lục bình chỉ đạt 3 – 3.5 cây con trong mỗi tuần. (Werner Kooh and Heinz Koser, 1983) Hệ số tăng trưởng trong 2 tuần thấp hơn trong 1 tuần và ảnh hưởng của ẩm độ thì lớn hơn nhiệt độ. (Werner Kooh and Heinz Koser, 1983) Trong mùa khô, tốc độ sinh trưởng của lục bình ở Malaika là 1.5 cây trong 1 tuần. Giả thuyết rằng các cây sinh trưởng mạnh trong 6 tháng còn lại thì trung bình 1 năm 1 cây tạo nên tổng số 140x10 6 cây nếu các nhân tố như mật độ vật kí sinh, bệnh không có. Giả thuyết rằng 1 cây chiếm 1 diện tích 10 cm 2 thì về mặt lý thuyết, nó sẽ sinh sản ra một lượng lớn lục bình phủ kín 140 ha trong vòng 1 năm. (Werner Kooh and Heinz Koser, 1983) Theo O.P Chawla, trong điều kiện môi trường và khí hậu thích hợp thì năng suất của lục bình có thể đạt 175 tấn lục bình khô/ha/năm. Theo Nguyễn Đăng Khôi (1985), năng suất của lục bình là 150 tấn lục bình khô/ha/năm. - Sinh sản Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 34 Lục bình sinh sản bằng con đường vô tính, từ các nách lá đâm ra những thân bò, cho ra những cây mới và sớm tách ra cây mẹ để trở thành cá thể độc lập. 3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu - Xây dựng mô hình mô phỏng với quy mô nhỏ nhằm phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm môi trường có trong nước thải sản xuất giấy bằng phương pháp bùn hoạt tính kết hợp sử dụng giá thể dính bám là thân lục bình. - Xây dựng 2 mô hình: + Mô hình bùn hoạt tính truyền thống + Mô hình bùn hoạt tính kết hợp sử dụng giá thể thân lục bình 3.4. Mô hình nghiên cứu - Số lượng: 2 bể - Kích thước mỗi bể (L x B x H): 40 x 30 x 40(cm) - Thể tích bể: 54 lít/bể - Thể tích xử lý: 48 lít/bể - Vật liệu bể: thuỷ tinh, dày 5mm - Van điều chỉnh lưu lượng: 2 cái/bể - Van xả cặn: 1 cái/bể Hình 3.3 Mô hình bùn hoạt tính (mô hình đối chứng) Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 35 Hình 3.4 Mô hình bùn hoạt tính kết hợp giá thể 3.5. Phƣơng pháp phân tích mẫu 3.5.1. Phƣơng pháp phân tích pH 3.5.1.1. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất - Máy đo pH - Cốc thủy tinh - Dung dịch chuẩn pH = 7, pH = 4 3.5.1.2. Thực hiện: - Rửa điện cực bằng nước cất, lau khô điện cực, dùng dung dịch chuẩn để chỉnh máy. - Rửa lại điện cực bằng nước cất, lau khô, đổ khoảng 50 ml mẫu ra cốc thủy tinh. Nhúng đầu điện cực vào nước thải. Tiến hành đọc kết quả trên máy khi tín hiệu ổn định sau 30 giây. 3.5.2. Phƣơng pháp phân tích SS 3.5.2.1. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất - Giấy lọc - Phễu thủy tinh - Tủ sấy - Bình tam giác - Cân - Pipet,… 3.5.2.2. Thực hiện - Giấy lọc đem sấy ở 100 0 C/1 giờ, sau đó để vào máy hút ẩm trong 60 phút, đem cân được khối lượng A. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 36 - Pha loãng mẫu 10 lần, hút 10 ml để lọc. - Đem giấy lọc đi sấy ở 100 0 C/1 giờ; sau đó để vào máy hút ẩm trong 1 giờ, đem ra cân được khối lượng B. SS = Vmau fBA *1000*)(  Trong đó: + SS: hàm lượng cặn lơ lửng (mg/l) + A: khối lượng ban đầu của giấy lọc (mg) + B: khối lượng của giấy lọc sau khi lọc (mg) + f: hệ số pha loãng + Vmẫu: thể tích mẫu lấy (ml) 3.5.3. Phƣơng pháp phân tích BOD5 Dựa trên phương pháp đo hàm lượng oxy hòa tan. 3.5.3.1. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất - Tủ ủ BOD ở nhiệt độ 20 0 C ± 10C, Chai BOD, Ống đong, bình tam giác, buret, pipet, bình định mức, máy sục khí. - Dung dịch đệm phosphate: Hòa tan 8,5 g KH2PO4; 21,75 g K2HPO4; 33,4 g Na2HPO4.7H2O và 1,7 g NH4Cl trong 500 ml nước cất và định mức thành 1000 ml. - Dung dịch MgSO4: hòa tan 22,5 g MgSO4.7H2O trong nước cất, định mức thành 1000 ml. - Dung dịch CaCl2: hòa tan 27,5g CaCl2 trong nước cất, định mức thành 1000 ml. - Dung dịch FeCl3: hòa tan 0,225g FeCl3.6H2O trong nước cất, định mức thành 1000 ml. - Dung dịch H2SO4 1N và NaOH 1N để điều chỉnh pH. - Dung dịch Na2SO3 0,025M: hòa tan 1,575g Na2SO3 trong 1 lít nước cất. - Dung dịch MnSO4: hòa tan 280 g MnSO4. 4H2O trong nước cất và định mức thành 1000 ml. Để tan hết khoảng 3 giờ, dung dịch có màu hồng. - Dung dịch iodide-azide kiềm: hòa tan 500g NaOH và 135g NaI trong nước cất và định mức thành 1000 ml. Thêm 10g NaN3 đã được hòa tan trong 40 ml nước cất. - H2SO4 đậm đặc Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 37 - Chỉ thị hồ tinh bột: Hòa tan 2 g tinh bột và 0,2 g acid salisylic (chất bảo quản) trong 100 ml nước cất nóng. 3.5.3.2. Thực hiện - Nước cất pha loãng: Hút mỗi 1 ml dung dịch đệm phosphate, MgSO4, CaCl2, FeCl3 vào 1000 ml nước cất, đem sục khí từ 1,5 – 2 giờ. - Điều chỉnh pH về trung tính. - Chiết nước pha loãng vào 2 chai BOD. Hút 2 ml MnSO4 vào mỗi chai. Hút 3 ml mẫu vào mỗi chai bằng cách nhúng pipet vào đáy chai rồi thả từ từ. Nhanh chóng hút 2 ml iodide- azide kiềm và đậy nút kín. Đợi kết tủa hoàn toàn, hút 2 ml H2SO4 đậm đặc cho vào mỗi chai, đậy kín nút, tránh để bọt kí và đem lắc dưới vòi nước cho đến khi kết tủa tan hoàn toàn. Định phân lượng oxy hòa tan bằng dung dịch Na2SO3 0,025M. Một chai định phân ngay cho kết quả DO0, 1 chai đem ủ và đọc kết quả DO5 sau 5 ngày. - Rót 50 ml mẫu cho vào erlen, định phân bằng dung dịch Na2SO3 0,025M cho đến khi xuất hiện màu vàng nhạt, thêm vài giọt chỉ thị hồ tinh bột và tiếp tục định phân đến khi mất màu xanh. - 1 ml Na2SO3 0,025M = 1 mg O2/l BOD5 = (DO0 – DO5)*f (đơn vị: mg O2/l) Trong đó: + DO0: lượng oxy hòa tan đo ngày đầu tiên + DO5: lượng oxy hòa tan đo sau 5 ngày ủ + f: độ pha loãng 3.5.4. Phƣơng pháp phân tích COD: phương pháp đun kín 3.5.4.1. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất - Ống nghiệm có nắp 16 x 100 mm, pipet, erlen, buret 25 ml - Tủ sấy 150 0 C - Dung dịch chuẩn K2CrO7 0,0167M: hòa tan 4,913g K2CrO7 (sấy 105 0 C trong 2 giờ) trong 500 ml nước cất, thêm 167 ml H2SO4, khuấy tan để nguội đến nhiệt độ phòng, định mức thành 1000 ml. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 38 - Acid sulfuric reagent: Cân 5,5 g Ag2SO4 trong 1 kg H2SO4 đậm đặc (1 lít = 1,84 kg), để 1 – 2 ngày cho hòa tan hoàn toàn Ag2SO4 - Dung dịch ferrous ammonium sulfate (FAS) 0,1M: hòa tan 9,8 g Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O trong một ít nước cất, thêm vào 20 ml H2SO4 đậm đặc, làm lạnh và định mức thành 1000 ml. - Chỉ thị màu feroin: hòa tan 1,485 g 1-10 phenantroline monohydrate và 0,695g FeSO4.7H2O trong nước cất và định mức thành 100 ml. Bảng 3.2 Tỉ lệ thể tích mẫu và hóa chất dùng trong phân tích COD Thể tích mẫu Dd KCr2O7 H2SO4 reagent Tổng thể tích 2,5 ml 1,5 ml 3,5 ml 7,5 ml 3.5.4.2. Thực hiện - Pha loãng mẫu: pha loãng 100 lần (1 ml mẫu + 99 ml nước cất) - Rửa sạch ống nghiệm có nút vặn kín với H2SO4 20% trước khi dùng. Cho thể tích mẫu và thể tích hóa chất dùng như bảng trên. - Cho mẫu vào ống nghiệm, thêm dung dịch K2CrO7 vào, cẩn thận cho từ từ H2SO4 reagent theo thành ống nghiệm. Đậy kín nút, lắc nhẹ và đặt lên máy COD ở 150 0 C/ 2 giờ. Để nguội đến nhiệt độ phòng, đổ vào erlen, tráng ống COD bằng nước cất và đổ vào erlen, sau đó nhỏ thêm vài giọt feroin và định phân bằng FAS 0,1N. Dứt điểm khi mẫu chuyển từ xanh lục sang nâu đỏ. Làm một mẫu thử không với nước cất (cũng bao gồm các hóa chất như mẫu thật nhưng thay mẫu bằng nước cất, ủ 150 0 C/ 2 giờ). COD (mgO2/l) = xf mlVmau xMxBA )( 8000)(  Trong đó: + A: thể tích FAS dùng trong ống thử không, ml + B: thể tích FAS dùng trong ống thử thật, ml + f: hệ số pha loãng + M: nguyên chuẩn độ của FAS + Vmẫu: thể tích mẫu đã dùng, ml Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 39 3.5.5. Phƣơng pháp phân tích Tổng Nitơ 3.5.5.1. Dụng cụ - Becher 100ml - Bình phá mẩu, phễu, bếp đun - Bộ chưng cất Kjedalh - Dung dịch Sulfuric acid 98%, Sulfuric acid 0,1N, muối K2SO4, muối CuSO4 - Dung dịch NaOH 40%, dd NaOH 0,1N, giấy quỳ tím - Thuốc thử Tashiro 3.5.5.2. Tiến hành: - Lấy 100ml mẫu nước thải cho vào Becher, đun trên bếp điện tới khi còn 20ml, để nguội - Cho vào đó 0,15mg K2SO4 và 0,05 mg CuSO4 hòa tan, sau đó cho vào 5ml sulfuric acid đặc. Cho tất cả vào bình phá mẫu, đun phá mẫu đến khi nào mẫu chuyển sang trong đặc trưng. - Sau khi phá mẩu, cho tất cả hỗn hợp mẫu vào bình định mức, định mức tới 100ml bằng nước cất. - Bình cất đạm: cho vào 50ml mẫu + 50ml nước cất + 3 giọt tashiro  dung dịch chuyển sang màu tím + 15ml dd NaOH 40%  dung dịch chuyển sang màu xanh lá mạ. - Bình hứng: Cho 20ml dd sulfuric acid 0,1N + 3 giọt tashiro - Lắp bình cất đạm và bình hứng vào Bộ chưng cất Kjedalh, cất trong khoảng 30 phút. Đem bình hứng đi chuẩn độ bằng dd NaOH 0,1N - Lượng Nito trong nước thải tính bằng công thức: N (mg/l) = 1,42 * ( V1 – V2 ) * 2/ a Trong đó: + V1 = ml H2SO4 cho vào bình hứng + V2 = ml NaOH chuẩn độ + a = ml mẫu ban đầu = 100ml Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 40 3.6. Vận hành mô hình Nước thải được lấy tại cống xả của Công Ty TNHH Giấy AFC, xã Vĩnh Lộc B, huyện Bình Chánh, TP.HCM. Các mẫu nước thải được vận chuyển về phòng thí nghiệm khoa Môi Trường để xác định một số thông số như COD, SS, pH, Tổng Nitơ. Nhìn chung, nước thải này có hàm lượng hữu cơ, chất dinh dưỡng khá cao, hoàn toàn phù hợp cho việc xử lý bằng phương pháp sinh học mà không cần phải bổ sung bất kỳ chất dinh dưỡng nào. Hình 3.5 Quá trình lấy mẫu nước thải Bùn hoạt tính dùng cho việc xử lý được lấy tại trạm xử lý nước thải tập trung của Khu Công Nghiệp Tân Bình - TP.HCM. Bùn được lấy trực tiếp từ các bể sinh học hiếu khí của trạm, sau đó tiến hành xác định hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS – Suspended Solids), khả năng lắng của bùn thể hiện qua chỉ số thể tích bùn (SVI - Sludge Volume Index) nhằm kiểm tra chất lượng bùn. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 41 Hình 3.6 Bùn hoạt tính Cả 2 mô hình bùn hoạt tính truyền thống và mô hình bùn hoạt tính kết hợp giá thể đều được tiến hành tương tự nhau. Tuy nhiên, đối với mô hình bùn hoạt tính kết hợp với việc sử dụng thêm giá thể thì trong mỗi giai đoạn của quá trình chạy mô hình có bổ sung thêm thân lục bình vào bể sinh học (với thể tích ~ 1/3 thể tích bể). Xác định thông số của bùn: - Lấy thể tích V (ml) bùn, sấy ở 105 o C, xác định MLSS của bùn mss = 0,2134 g - Nồng độ bùn được xác định : V MLSS Cb  (mg/l) = )/(21340 10 102134,0 6 lmg  Giai đoạn chuẩn bị nước thải - Chọn lượng nước thải cần xử lý là 48 lít. Bùn nuôi cấy ban đầu được lấy từ công trình bùn hoạt tính hiếu khí ở của trạm xử lý nước thải tập trung tại khu công nghiệp Tân bình- TP.HCM. Pha bùn với nước thải đã pha loãng sao cho hỗn hợp bùn và nước thải có nồng độ chất rắn lơ lửng (MLSS - Mixed Liquor Suspended Solids) = 2000 – 3500 mg/l (ở đây chọn MLSS = 2500 mg/l)theo hệ phương trình sau:      buønnöôùchh hhhhbuønbuønnöôùcnöôùc VVV xSSVxSSVxSSV Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 42 Trong đó: + Vnước, Vbùn, Vhh: Thể tích của nước thải (lít) đã pha loãng, thể tích bùn, thể tích hỗn hợp gồm bùn và nước thải. + SSnước, SSbùn, SShh: Hàm lượng chất rắn lơ lửng (mg/l) của nước thải, bùn và hỗn hợp nước thải và bùn. Sau khi tính toán thì lượng bùn cần cho vào là 4 lít và lượng nước thải cho vào là 44 lít. Ta đánh dấu mức bùn trong bể để thuận tiện cho việc duy trì thể tích bùn đã được xác định. - Xác định hệ số pha loãng để nồng độ COD đầu vào của mô hình là 300mg/l: Lượng nước thải cần cho vào mô hình là 44 lít với nồng độ COD chưa pha loãng là 4800 mg/l. Vậy hệ số pha loãng để COD đầu vào của mô hình là 300 mg/l là 16, nghĩa là trong 44 lít nước cần cho vào mô hình thì có 2.75 lít nước thải (chưa pha loãng) và 41.25 lít nước sạch. Quá trình thích nghi Ở giai đoạn này tiến hành làm các bước sau: - Giai đoạn thích nghi bắt đầu ở tải trọng 0,6 kg/m 3 .ngđ tương ứng với COD vào khoảng 300 mg/l và thời gian lưu nước là 24 giờ. - Cho hỗn hợp bùn và nước thải vào bể sinh học, xác định các thông số COD, pH, MLSS đầu vào và tiến hành sục khí liên tục trong 24 giờ. Trong quá trình sục khí, cần theo dõi chỉ số nồng độ oxy hòa tan trong nước thải (DO – Dissolved Oxygen) để kịp thời điều chỉnh lượng khí cần cung cấp vào bể (DO = 3 – 5 mg/l). - Sau 24 giờ, lấy nước thải để xác định các thông số: pH, SS, COD. - Tiếp tục tiến hành việc thích nghi cho đến khi hiệu quả khử COD dần ổn định. - Giai đoạn thích nghi kết thúc khi COD ổn định theo thời gian lưu nước, khi đó bùn kết cụm thành dạng bông màu nâu sẫm, dễ lắng. - Vẽ đồ thị biểu diễn hiệu quả khử COD theo thời gian đối với thí nghiệm thích nghi và nhận xét. Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Th.S Lâm Vĩnh Sơn SVTH: Mã Thị Kim Phượng Trang 43 Quá trình tăng tải trọng Cuối giai đoạn thích nghi, xác định các thông số COD, MLSS, pH sau 24 giờ. Đánh dấu mức bùn lắng sau 30 phút (mức bùn lắng này ứng với SS khoảng 2500 mg/l). Xác định khả năng lắng của bùn bằng chỉ tiêu SVI. - Cách xác định SVI: + Lấy 1 lít mẫu được lấy từ bình phản ứng (sau khi thích nghi bùn) + Khả năng lắng của bùn được đo bằng cách đổ hỗn hợp đến vạch 1 lít, để lắng trong 30 phút, sau đó được thể tích bị chiếm bởi bùn lắng. + SS được xác định bằng cách lọc, sấy khô và cân trọng lượng. + SVI là thể tích bằ