Khóa luận Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp lọc qua màng sinh học

- Phân giải pectin. - Phân giải lipit và chất béo: (do vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc). - Phân giải các axit hưu cơ: các vi khuẩn kỵ khí lên men các axit thành khí me tan. - Phân giải protein: gồm các enzim peptidase. - Phân giải kitin: các sinh vật sinh ra kitinase phân huỷ kitin. 2.2.2. Phân huỷ hợp chất hữu cơ do các vi sinh vật kị khí. (CHO)nNS CO2 +H2O +Tế bào vi sinh+CH4 +H2+các chất trung gian Chất hữu cơ 20% 5% 5% 70% + NH4+ + H2S + các sản phẩm dự trữ + năng lượng Quá trình phân huỷ kỵ khí các hợp chất hữu cơ gồm hai giai đoạn: - Giai đoạn thuỷ phân: Dưới tác dụng của các enzim thuỷ phân do vi sinh vật tiết ra các chất hữu cơ sẽ bị thuỷ phân - Hydratcacbon (kể cả các chất không hoà tan) phức tạp sẽ thành các đường đơn giản; protein thành peptit, axit amin...; chất béo (lipit) thành glyxerin và các axit béo. - Giai đoạn tạo khí: Sản phẩm thuỷ phân sẽ tiếp tục bị phân giải và tạo thành sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp các khí chủ yếu là CO2 và CH4. Ngoài ra còn tạo ra một số khí khác như H2, N2, H2S và một ít muối khoáng. Các vi khuẩn tham gia quá trình này gồm: Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus candidus, Clostridium... Từ những phản ứng trên ta thấy ở điều kiện hiếu khí sản phẩm cuối cùng phần lớn là CO2 và H2O là những sản phẩm không độc hại đối với môi trường vì vậy có thể thải trực tiếp ra môi trường. Nhưng ở điều kiện kỵ khí thì 70% sản phẩm là những chất trung gian vì vậy không thể thải trực tiếp ra môi trường mà phải tốn thêm một khoảng thời gian nữa để vi sinh vật phân huỷ tiếp thành những chất đơn giản hơn. Đây cũng là một trong những lý do người ta thường chọn phương pháp xử lý ở điều kiện hiếu khí. Tuy nhiên với lực lượng đông đảo vi sinh vật về chủng loại thì khả năng làm sạch nước còn phụ thuộc vào đặc tính của chất nền. 2.3. Đặc tính của chất nền [11]. Chất nền là một tập hợp gồm toàn thể các vật phẩm chứa trong nước mà vi khuẩn có thể sử dụng chúng để phát triển. Các nguyên tố của chất nền gồm: Các nguyên tố chiếm đa số: C, H, O, N; Các nguyên tố chiếm thiểu số: P, K, S, Mg; Các vitamin và hoocmon; Các nguyên tố vết hoặc các nguyên tố vi lượng (Co, Fe, Ni,...). Trong một môi trường đặc biệt phức tạp thường có ở hầu hết nước thải, các nguyên tố vết, các vitamin và các hoocmon nói chung có nồng độ đủ để đảm bảo làm sạch hoàn toàn nước. Ngược lại nước cần xử lý có thể không có đủ photpho thậm chí cả nitơ. Như vậy phải bổ xung các nguyên tố này. Để một nguồn nước thải có thể xử lý sinh học được nó phải có các đặc tính thích hợp với sự tăng trưởng vi khuẩn như độ pH, nhiệt độ, các sản phẩm độc hại hoặc sản phẩm ức chế. 2.4. Ưu, nhược điểm của phương pháp [2]. Ưu điểm: Có thể xử lý nước thải có phổ nhiễm bẩn các chất hữu cơ tương đối rộng. Không sử dụng nhiều loại hoá chất vì vậy tránh ô nhiễm môi trường. Hệ thống có thể điều chỉnh theo phổ các chất nhiễm bẩn và nồng độ các chất nhiễm bẩn. Thiết kế và trang thiết bị đơn giản. Chi phí vận hành thấp. 6. Hiệu suất xử lý cao. Nhược điểm: Đầu tư cơ bản cho việc xây dựng khá tốn kém. Phải có chế độ công nghệ làm sạch đồng bộ và hoàn chỉnh. Các chất hữu cơ khó phân huỷ cũng như các chất có độc tính ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả làm sạch. Có thể phải pha loãng nước thải có nông độ chất bẩn cao dẫn đến lượng nước thải cần xử lý tăng. Tuy vẫn còn nhiều nhược điểm nhưng phương pháp sinh học vẫn được ưu tiên sử dụng vì nó phù hợp với điều kiện cơ sở ở nước ta và đây là một công nghệ sạch không ảnh hưởng nhiều đến môi trường. Chương 3 màng sinh học Khi đặt những vật liệu rắn trong dòng nước thải vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) sẽ dính bám lên đó. Trong số các vi sinh vật có những loài sinh ra các polysacarit có tính chất như là các chất dẻo (gọi là polyme sinh học-chất polyme ngoại bào-EPS), tạo thành màng (màng sinh học). Màng này cứ dầy dần thêm và thực chất đây là sinh khối vi sinh vật dính bám hay cố định trên vật liệu (chất mang). Màng này có khả năng oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước khi chẩy qua hoặc tiếp xúc, ngoài ra màng này còn có khả năng hấp phụ các chất bẩn lơ lửng hoặc trứng giun sán v.v... Màng sinh học phát triển ở bề mặt các hạt vật liệu lọc có dạng nhầy, dầy từ 1 á3 mm và hơn nữa. Màu của nó thay đổi theo thành phần của nước thải, từ vàng xám đến màu nâu tối. 3.1. Thành phần và cấu trúc của màng sinh học [6, 11, 12, 13]. Màng sinh học được tạo nên do những tập hợp vi sinh vật khác nhau (vi khuẩn, nấm mốc...), những chất polyme ngoại bào (EPS), các cation đa hoá trị, những hợp chất dạng keo, những hợp chất có thành phần vô cơ, hữu cơ. Thành phần quan trọng trong màng sinh học là những chất polyme ngoại bào (EPS), chúng chiếm 50á90% tổng lượng chất hữu cơ trong màng và tạo thành mạng lưới không gian ba chiều bao lấy xung quanh vi sinh vật. Qua nghiên cứu nhiều phương pháp phân tích Nielsen et. al. (1999) đã đưa ra kết luận về thành phần của EPS gồm: polysacarit chiếm khoảng 50%, ngoài ra còn có các chất khác như: protein, axit nucleic, lipit... Chức năng của EPS là tạo ra khả năng liên kết giữa các vi sinh vật và dính bám lên bề mặt vật liệu. Một thành phần nữa cũng quan trọng không kém trong màng sinh học là các cation hoá trị II mà đáng chú ý nhất là Ca2+ có chức năng gắn kết các nhóm tích điện âm trên EPS của vi sinh vật với các chất vô cơ để làm bền hoá màng sinh học. Người ta đã thực hiện nhiều thí nghiệm thử tách Ca2+ ra khỏi màng sinh học bằng cách thế cation hoá trị I hoặc cho Ca2+ tạo phức với EDTA hay EGTA kết quả đều làm cho màng sinh học mất khả năng bền hoá vì nó làm yếu cấu trúc tổng thể của màng sinh học do tạo ra nhiều phân tử nhỏ rời rạc, không dính kết. Theo DIGNAC et. al. (1998) thì các EPS đóng vai trò là cấu trúc cơ sở, các cation hoá trị II gắn kết các nhóm chức tích điện âm trên phân tử EPS. Liên kết giữa EPS và cation dẫn đến sự bền hoá mạng polyme sinh học và giữ cố định các vi sinh vật trong màng. Qua nhiều phương pháp nghiên cứu đã cho thấy rằng màng sinh học có cấu trúc không đồng nhất, nó được quy định bởi nồng độ chất dinh dưỡng, các loại vi sinh vật... 3.2. Sự phát triển của màng sinh học [11]. 3.2.1. Các giai đoạn phát triển của màng sinh học. 3.2.1.1. Cơ chế hoạt động của màng sinh học. Màng lọc sinh học được tạo thanh chủ yếu là do các vi khuẩn hiếu khí và các màng lọc sinh học, các vi khuẩn kỵ khí, các vi khuẩn tuỳ tiện. Lớp ngoài cùng của màng là lớp hiếu khí, có loài trực khuẩn Bacillus. Lớp trung gian là các vi khuẩn tuỳ tiện như alcaligenes, Flavolacterium... và cả Bacilluss. Lớp sâu bên trong màng có vi khuẩn kỵ khí khử lưu huỳnh, nitrat. Quá trình oxy hoá xảy ra trên lớp màng sinh học: Khi dòng nước thải chảy trùm lên lớp màng sinh học, các chất hưu cơ sẽ bị hấp thụ vào màng sinh học và xẽ bị phân huỷ bởi các vi sinh vật hiếu khí thành CO2 và H2O, O2 và các thức ăn đồng hoá được vận chuyển và khuếch tán qua bề dày lớp màng sinh học cho tới chừng nào mà các đám tế bào ở sâu nhất không tiếp xúc với oxy và thức ăn đồng hoá trực tiếp nữa. Sau một thời gian nhất định sẽ xuất hiện sự phân tầng giữa lớp ưa khí chồng lên lớp kỵ khí. ở lớp ưa khí có sự khuếch tán oxy, lớp kỵ khí ở sâu hơn và không có oxy. Trong quá trình xử lý chất bị hấp thụ chuyên hoá thành sản phẩm của quá trình trao đổi chất là CO2 sẽ được thoát ra qua màng chất lỏng. Oxy hoà tan được bổ sung bằng cách hấp thụ từ không khí. Nước thải ra ngoài thiết bị đã được làm sạch. Khi không có nguồn hưu cơ cacbon từ bên ngoài thì những vi sinh vật ngay sát bề mặt chất mang bắt đầu bước vào giai đoạn hô hấp nội bào (quá trình tự oxy hoá) và mất khả năng bám chặt vào bề mặtvật chất mang. Khi đó nước lại rửa xói lớp màng nhầy rời khỏi chất mang và một lớp màng mới lại bắt đầu sinh trưởng. Cứ như thế hết lớp màng này tróc ra lại có lớp màng mới xuất hiện. Nước thải qua thiết bị và được xử lý liên tục đảm bảo nước đầu ra qua hệ thống xử lý đạt tiêu chuẩn thải.Hệ thống này đạt hiệu quả tốt nhất khi lớp màng nhầy vi sinh vật có độ dày đồng đều trên b ề mặt lớp chất mang. Yếu tố này phụ thuộc vào tại trọng chât hữu cơ có trong nước thải, tốc độ nước thải đầu vào hệ thống, thời gian lưu của nước thải và lượng oxy hoà tan. Các chất dinh dưỡng có thể đồng hoá cùng oxy trong nước cần xử lý sẽ vận chuyển và khuếch tán qua bề dày lớp màng sinh cho đến chừng nào mà các đám tế bào ở vùng sâu nhất không tiếp xúc được vơí chất dinh dưỡng và oxy nữa. Sau một thời gian sẽ xuất hiện sự phân tầng vi sinh vật: - Ngoài cùng là các lớp ưu khí: ở đây có có sự khuyếch tán oxy - vi sinh vật hiếu khí hoạt động. - Lớp sau là lớp kỵ khí: ở đây không có sự khuyếch tán oxy - vi sinh vật kỵ khí hoạt động. - Sự hình thành và mức độ tồn tại các lớp này thay đổi theo loại chất phản ứng (dinh dưỡng) đưa vào. Các chất có trong nước thải chứa: Cacbon, oxy, Hidro, Nitơ và Photpho cũng như các chất vô cơ và hưu cơ khác, ban đầu sẽ được vận chuyển đến lớp lọc ở dạngdung dịch. Tỷ lệ dung dịch hoặc việc chuyển khối trong lớp lọc có thể làm hạn chế mức độ của các phản ứng trên. Các chất nhận Hidro có thể là các vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy cho mục đích này, còn các vi sinh vật yếm khí sẽ sử dụng các nguồn Sulphat, Nitrat, Cacbon dioxit hoặc các hợp chất hữu cơ. Năng lượng chỉ được các vi sinh vật cung cấp ở dạng năng nượng có trong các hợp chất hoá học hoăc nhờ gradient nhiệt do ánh sáng. Phần năng lượng này được sử dụng cho phản ứng để tổng hợp sinh khối, phần còn lại do tiêu tán do phát nhiệt. Hiệu ứng nhiệt trong thiết bị thường có thể bỏ qua khi nồng độ chất hữu cơ trong nước thải là nhỏ. 3.2.1..2. Quá trình phát triển của màng sinh học có thể chia làm 3 giai đoạn: Hình 1: Quá trình phát triển của màng sinh học (phụ lục) - Giai đoạn tiềm phát: ở giai đoạn này vi sinh vật chưa thích nghi với môi trường. Ban đầu chúng vận chuyển những đại phân tử tiến đến bề mặt vật liệu bằng tính linh động của chúng hoặc bằng chuyển động Brown để thiết lập những liên kết thuận nghịch của tế bào vi sinh với bề mặt vật liệu tạo sự dính bám ban đầu nhờ những tương tác hoá lý yếu như lực tương tác tĩnh điện, tương tác phân tán và liên kết hydro. Cuối giai đoạn này những tế bào vi sinh mới bắt đầu sinh trưởng và trong suốt thời gian này không có sự tái tạo tế bào. Thực tế trong quá trình xử lý nước thải để thời gian của giai đoạn tiềm phát nhanh hơn người ta thường không chỉ dựa vào những chất dinh dưỡng sẵn có của chất nền và vi sinh vật tự nhiên trong nước thải mà phải cho thêm chất dinh dưỡng và đưa thêm nhiều loại vi sinh vật vào cùng tham gia. - Giai đoạn phát triển theo hàm số mũ: Trong giai đoạn này do đã thích nghi được với môi trường và đã có nền tảng ban đầu nên vi sinh vật chỉ cần tiếp nhận chất dinh dưỡng trong môi trường nước thải làm nguồn thức ăn để sinh trưởng và phát triển. Giai đoạn này tỷ lệ tái tạo tế bào giữ ở mức cao nhất và không đổi với nồng độ không hạn chế của chất nền. - Giai đoạn ổn định: Giai đoạn này màng sinh học đã hình thành với độ dầy nhất định để những vi sinh vật ở lớp trong cùng vẫn có thể nhận được chất dinh dưỡng từ môi trường. Nếu quá trình hình thành màng vẫn tiếp tục, độ dầy màng tăng lên thì các vi sinh vật lớp trong cùng không nhận được chất hữu cơ từ môi trường, chúng sẽ bước vào giai đoạn hô hấp nội bào (tự oxy hoá) và do đó mất khả năng dính bám dẫn đến lớp màng ở đó sẽ bong ra và được dòng nước rửa trôi, tại đó bề mặt vật liệu được giải phóng để lớp màng sinh học mới lại bắt đầu sinh trưởng. 3.2.2. Những yếu tố ảnh hưởng đến màng sinh học. Các nhân tố chính tác động lên quá trình phát triển, thành phần và cấu trúc màng sinh học. Tính chất bề ngoài của vật liệu (bề mặt ráp, xù xì, tính thấm ướt). Tính chất, hình thái học của vi sinh vật. Tính chất hoá lý của pha lỏng (nhiệt độ, pH, ion, chất hữu cơ...). Nồng độ những chất hữu cơ trong chất nền: lượng cacbon hữu cơ có thể đồng hoá được (AOC), lượng cacbon hữu cơ hoà tan dễ bị phân huỷ (BDOC), nhu cầu oxy sinh học (BOD). Khả năng hút dính vật liệu ngoại sinh từ pha lỏng. Các chế độ về dòng chẩy (tốc độ dòng...). Sự có mặt của các tác nhân ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của vi sinh vật (kim loại nặng...). 3.3. Các loại màng sinh học [6]. Màng sinh học là tập hợp của rất nhiều loài vi sinh vật, với mỗi một môi trường thì có những tính chất nhất định và tồn tại những nhóm vi sinh vật nhất định vì vậy cũng tạo thành những loại màng sinh học khác nhau. Trong tự nhiên thường tồn tại 3 loại màng sinh học: Hình 2: Màng sinh học của những vi khuẩn tuỳ nghi (phụ lục) Màng sinh học loại này thường được hình thành trong môi trường thiếu chất dinh dưỡng. Được mô tả gồm hai lớp: Lớp thứ nhất xuất hiện khi những vi sinh vật đầu tiên tạo được sự dính bám lên bề mặt vật liệu hình thành một lớp mỏng (~5mm) được gọi là lớp cơ sở. Lớp thứ hai hình thành ngay trên lớp thứ nhất lại bao gồm những tụ hợp vi sinh vật (động vật nguyên sinh, các loài tảo...) dính kết lại với nhau theo chiều dọc nhờ những hợp chất dạng keo bao xung quanh chúng. Khi dòng nước thải chảy qua lớp màng này thì các chất hữu cơ được các vi sinh vật hấp thụ để sinh trưởng và sinh sản tăng sinh khối. Vì vậy, nước đi qua đã được làm sạch. Lớp này cứ tiếp tục phát triển đến khi mà nguồn dinh dưỡng không còn nữa (dầy khoảng 100mm) đồng nghĩa với việc nước thải đã được làm sạch. Quá trình hình thành màng và xử lý nước thải cũng tương tự như trên. Hình3 : Màng sinh học dạng nấm (phụ lục). Hình 4 : Màng sinh học nhiều lớp (phụ lục). Trong mô hình này, khi dòng nước thải chảy trên bề mặt vật liệu sẽ hình thành một màng sinh học, theo thời gian vi sinh vật phát triển làm cho độ dầy của màng tăng lên và phân chia thành 3 lớp. Lớp trong cùng tiếp giáp với bề mặt vật liệu, tại đây lớp màng phát triển dầy lên oxy từ không khí không đến được. Vì vậy chỉ tồn tại những vi sinh vật phân huỷ chất hữu cơ không cần oxy gọi là vi sinh vật kỵ khí. Lớp kế tiếp là vùng vi sinh vật tuỳ nghi hoạt động do chúng có thể duy trì sự sống trong điều kiện có oxy hoặc không có oxy. Lớp trên cùng được cung cấp lượng oxy nhiều nhất do chúng tiếp xúc trực tiếp với không khí và nước thải nên chỉ tồn tại những vi sinh vật hiếu khí. Do đó nước thải qua màng sinh học được các loại vi sinh vật làm sạch. 3.4. Vật liệu tạo màng. Màng sinh học phát triển ở mọi bề mặt phân cách rắn-lỏng, lỏng-khí, rắn-khí. Trong tự nhiên ta bắt gặp màng sinh học ở nhiều nơi, trên nhiều loại vật liệu nhưng để ứng dụng nó vào trong công nghệ xử lý nước thải thì ta cần phải xem xét đến rất nhiều yếu tố mà đặc biệt là lựa chọn vật liệu lọc sao cho: Diện tích bề mặt lớn. Có các đặc tính thích hợp cho các vi sinh vật cư trú và phát triển. Có độ bền cơ học và độ ổn định tương đối. Nhẹ, có thể sử dụng ở độ cao lớn, chỉ số chân không cao để dễ lắng đọng. Có sẵn trên thị trường, dễ sử dụng, dễ tìm, không quá đắt. Để lựa chọn được loại vật liệu phù hợp cho quá trình xử lý, ta tiến hành xem xét một số loại vật liệu sau: - Hạt PE-Polyetylen: là nhựa tổng hợp có công thức: (- CH2- CH2- )n. PE có độ thẩm thấu nước và khí tương đối nhỏ, là nơi cư trú và sinh trưởng tốt của vi sinh vật. Không bị vi sinh vật phân huỷ. - Đá dăm, cát sỏi và than đá: Đây là loại vật liệu được dùng khá phổ biến từ rất lâu ở nước ta vì nó có sẵn trong tự nhiên, dễ kiếm và giá thành rẻ. Nhưng khả năng tạo màng của vi sinh vật trên bề mặt lại không phải là hiệu quả nhất. - Nhựa PVC - Polyvinylclorua: là vật liệu polyme tổng hợp có công thức hoá học: (-CH2- CHCl-)n. PVC bền với các loại axit không có khả năng oxy hoá, kiềm và các dung môi không phân cực. Các loại dung môi phân cực làm trương phồng và hoà tan PVC. Độ thấm khí và nước rất thấp, không bị vi sinh vật phân huỷ, và tạo khả năng bám dính tốt cho vi sinh vật. - Gốm: là hợp kim giữa kim loại và á kim, cũng gần giống với vật liệu polyme, có độ rắn cao nhưng rất dòn. - Xốp Polystyren: là một loại polyme tổng hợp có công thức hoá học là: (- CH2- C6H5CH -)n. Polystyren có tính chất giống như PE, có độ thấm nước và khí tương đối nhỏ, là vật liệu có bề mặt bám dính tốt đối với vi sinh vật vì trong quá trình gia công có thể tạo ra được bề mặt riêng lớn. Không bị phân huỷ bởi vi sinh vật. Qua quá trình tìm hiểu một số loại vật liệu và qua kiểm nghiệm thực tế chúng tôi thấy rằng vật liệu xốp là đáp ứng được tốt nhất những yêu cầu đã đề ra và hiệu quả xử lý là chấp nhận được. Vì vậy, trong khoá luận này chúng tôi tiến hành nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt lọc qua màng sinh học trên vật liệu xốp (phụ lục 2). Phần II: Thực nghiệm Chương 4 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 4.1. Đối tượng. Chúng tôi sử dụng nước thải sinh hoạt của thành phố Hà Nội, khu vực đổ ra sông Kim Ngưu làm mẫu nghiên cứu. Đây là một trong những hệ thống sông dẫn nước quan trọng của thành phố Hà Nội đang trong tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng. 4.2. Phương pháp nghiên cứu. 4.2.1. Lựa chọn phương pháp. Như đã trình bày ở trên, trong khoá luận này chúng tôi tiến hành nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt. Đặc điểm của loại nước thải này là nồng độ các chất ô nhiễm không quá cao, gồm nhiều loại chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học. Mặt khác mục đích của nghiên cứu này là nhằm làm sạch nước thải trước khi xả ra nguồn, cung cấp cho tưới tiêu... Nên lựa chọn có tính hợp lý hơn cả là phương pháp sinh học. Các phương pháp sinh học đều dựa vào hoạt động của vi sinh vật có sẵn trong môi trường. Vì thế có những loại vi sinh vật nào thì cũng có những phương pháp sinh học tương ứng. Đó là: - Phương pháp hiếu khí (aerobic). - Phương pháp thiếu khí (anoxic). - Phương pháp kỵ khí (anaerobic). Trong thực tế người ta không đi theo hướng xử lý nước thải bằng phương pháp thiếu khí một cách độc lập, mà thường sử dụng phương pháp này kết hợp với phương pháp xử lý hiếu khí hoặc kỵ khí. Vì thế ở đây ta chỉ xét đến phương pháp hiếu khí. So sánh hai phương pháp: Phương pháp kị khí Phương pháp hiếu khí Năng lượng Không cần cấp năng lượng, ngược lại còn tạo ra năng lượng là khí metan. Tốn năng lượng vì cần thông khí. Nguồn nước thải Thích hợp cho các loại nước thải ô nhiễm nặng, COD, BOD cao nhưng nồng độ kim loại cần phải thấp vì vi sinh vật kỵ khí rất mẫn cảm với các ion kim loại. Thích hợp với các loại nước thải ô nhiễm trung bình hoặc nhẹ, nếu nồng độ nước thải cao thì phải pha loãng. Hiệu quả -Khử BOD kém hơn. -Thời gian xử lý dài hơn. -Loại bỏ BOD tốt hơn. -Thời gian xử lý ngắn hơn. -Có thể loại bỏ được nitơ, phospho. Khả năng bị ức chế Vi sinh vật kỵ khí nhạy cảm với các chất có tác dụng ức chế. Vi sinh vật hiếu khí có khả năng chống đỡ tốt hơn. Mùi hôi thối Sinh ra nhiều khí có mùi hôi thối: H2S... ít mùi hơn. Tạo bùn Khoảng 50 – 300 gam bùn/1kg BOD Khoảng 500-700 gam bùn/1kg BOD. Khả năng tách chất rắn Khó lắng cặn nên nước sau khi xử lý còn nhiều chất lơ lửng. Dễ lắng cặn. Từ những so sánh ở bảng trên, đối chiếu với những mục đích, điều kiện nghiên cứu trong khoá luận thấy rằng: Đối tượng xử lý nước thải sinh hoạt độ ô nhiễm vừa phải và hơi nhẹ (COD khoảng từ 100 - 300 mg/l). Thiết bị xử lý đơn giản. Diện tích thiết bị nhỏ. Thời gian xử lý ngắn. Vì vậy chúng tôi lựa chọn phương pháp xử lý hiếu khí lọc qua màng sinh học. Đây là phương pháp sử dụng sự hoạt động của vi khuẩn hiếu khí nhưng thực tế phương pháp này bao gồm các loại vi khuẩn từ hiếu khí, tuỳ nghi đến kỵ khí với sự phân chia rành rọt vi khuẩn hiếu khí ở lớp ngoài cùng của màng, vi khuẩn tuỳ nghi hoạt động ở lớp giữa, vi khuẩn kỵ khí nằm sâu ở lớp trong cùng. Như đã xác định, đối tượng xử lý là nước thải sinh hoạt và mục đích của thực nghiệm này là làm sạch nước thải để xả ra nguồn vì vậy nó chỉ là giai đoạn xử lý cấp hai không đòi hỏi các chỉ số phân tích nước qúa khắt khe. 4.2.2. Hoá chất và dụng cụ. Hoá chất: K2Cr2O7 khan Fe(NH4)2 (SO4)2 .6H2O H2SO4 đặc HgSO4 tinh thể Ag2SO4 tinh thể FeSO4.7H2O a-naphtylamin KI, HgCl2, NaOH, KNaC4H4O6 - Kali natritactrat. C6H4(NH2)(HSO3) - Axit sulfanilic. Ferroin Đá bọt Xe nhiết Nessler GrissA GrissB axitphenoldisunforic Dung dịch NH4OH 25% Dụng cụ: Máy thổi khí Máy bơm nước các loại. Máy đo độ đục 2100p. Turbidimeter. Máy đo quang NovaspecII Máy đo độ dẫn: Metkohm / 644 conductometer. Máy đo pH: universan pH- Meter type 5102 Sinh hàn, bếp điện, bình nón, pipet, buret, bình cầu ba cổ, các loại cốc chịu nhiệt, ống nghiệm, ống đong vv... 4.3. Một số phương pháp phân tích. Để xác định được thành phần và mức độ ô nhiễm của nước thải có rất nhiều chỉ tiêu để đánh giá như: các chỉ tiêu vật lý (độ đục, pH, nhiệt độ...), các chỉ tiêu sinh hoá (DO, COD, BOD, vi sinh vật...), các chỉ tiêu hoá học (nitơ, nitrit, nitrat, phospho, các kim loại nặng...). Do điều kiện về thời gian, thiết bị chúng tôi không xác định được hết các thông số mà chỉ tiến hành phân tích những chỉ tiêu quan trọng qua đó để xác định tình trạng ô nhiễm của nước thải và khả năng xử lý của phương pháp lựa chọn. 4.3.1. Xác định chỉ số COD. 4.3.1.1. Nguyên tắc. Dùng dung dịch kalibicromat (K2Cr2O7) là chất oxy hoá mạnh để oxy hoá các hợp chất hữu cơ. Lượng K2Cr2O7 dư được chuẩn độ bằng dung dịch muối Morh - Fe(NH4)2 (SO4)2 .6H2O với chỉ thị ferroin. Cho thêm Ag2SO4 làm xúc tác để oxy hoá hoàn toàn các hợp chất hữu cơ. HgSO4 để loại ion Cl- tránh sai số khi phân tích do Hg2+ kết hợp với Cl- tạo thành phức [HgCl4]2- ít phân ly. 4.3.1.2. Chuẩn bị hoá chất. - Chuẩn bị dung dịch K2Cr2O7 0,25N: Sấy khô K2Cr2O7 loại PA ở 1050C trong 2 giờ, để nguội trong buồng kính có hút ẩm. Cân chính xác 12,258 g K2Cr2O7 hoà tan bằng nước cất hai lần trong bình định mức 1000 ml. - Chuẩn bị dung dịch muối Morh 0,1N: Hoà tan 39,2g Fe(NH4)2(SO4)2 .6H2O loại PA trong 20 ml H2SO4 đặc, cho vào bình định mức 1000 ml, thêm nước cất đến vạch mức. Dung dịch muối Morh không bền (do có ion Fe2+) dễ bị oxy không khí oxy hoá, nên trước khi sử dụng ta phải chuẩn độ lại bằng dung dịch K2Cr2O7 0,25N với chỉ thị ferroin để xác định nồng độ thực. V K2Cr2O7´ N K2Cr2O7 Nmorh = Vmorh - Chuẩn bị dung dịch chỉ thị ferroin: Hoà tan 1,48g 1.10 octophenanthrolinmonohydrat với 0,695g FeSO4.7H2O trong nước cất hai lần, định mức đến 100ml. 4.3.1.3. Quá trình phân tích. Lấy Vm (ml) mẫu cho vào bình cầu 3 cổ, thêm V1(ml) dung dịch K2Cr2O7 0,25N và một ít HgSO4 tinh thể lắc đều. Cho 2 viên đá bọt, lắp ống sinh hàn hồi lưu. Hoà tan một ít Ag2SO4 tinh thể trong H2SO4 đặc. Đổ từ từ hỗn hợp trên vào bình cầu. Đun hồi lưu 2 giờ, để nguội. Chuyển toàn bộ dung dịch từ bình cầu sang bình nón, tráng bình cầu bằng nước cất hai lần. Thêm 1-2 giọt chỉ thị ferroin, lắc đều. Chuẩn K2Cr2O7dư bằng dung dịch muối Morh 0,1N. Khi dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu đỏ nâu thì kết thúc phép chuẩn độ. Chỉ số COD được xác định theo công thức: (V1´ N1 – V2´ N2) ´ 8 ´ 1000 COD = ; mg/l Vm Vm: Thể tích mẫu phân tích. V1 : Thể tích dung dịch K2Cr2O7. V2 : Thể tích dung dịch muối Morh. N1 : Nồng độ đương lượng của K2Cr2O7. N2 : Nồng độ đương lượng của muối Morh. 8 : Đương lượng gam của oxy. 1000: Hệ số chuyển đổi kết quả sang lít. 4.3.2. Xác định amoni. 4.3.2.1. Nguyên tắc: Dựa vào phản ứng lên màu trực tiếp của NH4+ với thuốc thử Nessler (NH4+ + OH- + K2HgI4: màu vàng). Đo quang ở bước sóng 420 nm . Cho thêm xenhiet để làm trong. 4.3.2.2. Chuẩn bị hoá chất. - Thuốc thử Nessler: + Nessler A (K2HgI4): Hoà 3,6g KI trong 10ml và 13,55g HgCl2 trong 1000ml nước cất hai lần. Tổng thể tích Nessler A thu được là 1100ml. + Nessler B: Hoà 50g NaOH hoặc 57,5g KOH trong 100ml nước cất hai lần. +Thuốc thử Nessler: 100ml Nessler A hoà với 30ml Nessler B. - Dung dịch xenhiet: Hoà 50g Kali natri tactrat (KNaC4H4O6) trong 100ml nước cất hai lần. 4.3.2.3. Quy trình phân tích. - Pha loãng mẫu bằng nước cất sao cho nồng độ nằm trong khoảng đường chuẩn (<1mg/l), nếu cần. - Lấy 5ml mẫu cho vào ống nghiệm khô. Thêm 0,2ml xenhiét và 0,3ml Nessler , lắc đều. - Pha mẫu trắng: Lấy 5ml nước cất hai lần thêm hoá chất như trên. Đo quang để xác định lượng amoni trong nước pha loãng, hạn chế ảnh hưởng đến kết quả. - Đo quang ở bước sóng 420 nm. - Dùng đường chuẩn: y = 0,027x + 0,0059 y - 0,0059 Hàm lượng amoni: x = ;mg/5ml mẫu 0,0275 4.3.3. Xác định nitrit (NO2-). 4.3.3.1. Nguyên tắc. Dựa vào phản ứng lên màu của nitrit (NO2-) với thuốc thử Griess A và Griess B. 4.3.3.2. Chuẩn bị hoá chất. - Pha dung dịch Griess A: Hoà 0,5g axit sulfanilic - C6H4(NH4)(HSO3) vào 150ml axit axêtic 10%. - Pha dung dịch Griess B: Cho 0,1g a- naphtylamin và 20ml nước cất hai lần, đun nóng cho tan hết, để lắng, gạn phần trong, bỏ cặn. Thêm vào phần dung dịch trong 150ml axit axetic 10%. 4.3.3.3. Quy trình phân tích. - Pha loãng mẫu bằng nước cất sao cho nồng độ nằm trong khoảng đường chuẩn (<1mg/l), nếu cần. - Lấy 5ml mẫu đã pha loãng vào ống nghiệm. - Thêm 0,5ml Griess A và 0,5ml Griess B. - Lắc đều, để yên khoảng 5 phút vì phản ứng này lên màu hơi chậm. - Đo quang ở bước sóng 543 nm. - Dựa vào phương trình đường chuẩn: y = 0,0711x + 0,0242 y- 0,0242 Hàm lượng nitrit (x) = ;mg/5ml mẫu 0,0711 4.3.4. Xác định nitrat(NO3-). 4.3.4.1. Nguyên tắc. Dựa vào phản ứng lên màu của nitr