Luận văn Nghiên cứu vai trò của vi sinh vật trong quá trình xử lí nước thải trên mô hình hợp khối aeroten và lọc sinh học

của vi sinh vật Trong nước thải luôn có những hạt chất rắn lơ lửng và khó lắng, đây là những giá thể giúp cho vi sinh vật có thể bám vào phát triển thành những bông cặn có khả năng phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Người ta có thể ứng dụng sinh trưởng lơ lửng để xử lí nước thải kị khí hay hiếu khí, [5, 6, 11, 14]. Với những hạt bông bùn này nếu được thổi khí khuấy đảo sẽ lơ lửng trong nước và dần lớn lên do hấp phụ vi sinh vật, chất rắn, nguyên sinh động vật …trong nước thải. Thành phần của bùn chủ yếu là vi khuẩn, nấm mốc, xạ khuẩn, nguyên sinh động vật. Vi sinh vật mà chủ yếu là vi khuẩn hiếu khí sẽ sử dụng chất hữu cơ trong nước thải làm thức ăn tăng sinh khối, đồng thời chất keo trong khối nhầy của bùn hoạt tính sẽ kết dính các chất lơ lửng, làm sáng màu và khử mùi…vì vậy mà bùn hoạt tính to lên và lắng xuống đáy, nhờ vậy mà nước thải được làm sạch. Những công trình xử lí nước thải hiếu khí ứng dụng sinh trưởng lơ lửng với vi khuẩn hiếu khí như aeroten, mương oxy hóa, bể oxyten.… , [5, 6, 11, 14]. Những công trình xử lí nước thải kị khí ứng dụng sinh trưởng lơ lửng với vi khuẩn kị khí bắt buộc như xử lí bằng tiếp xúc kị khí ANALIFT, xử lí nước thải ở lớp bùn kị khí và dòng nước hướng lên UASB hay còn gọi là lên men ở lớp bùn ANAPULSE. Phương pháp này có thể loại bỏ BOD5 80 – 95%, COD từ 65 – 90% với những nước thải bị ô nhiễm nặng, [5, 6, 11, 14]. 1.5.3.4. Xử lí nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám của vi sinh vật Trong dòng nước thải có những vật rắn làm giá mang, giá mang là nơi các vi sinh vật dính bám. Trong số những vi sinh vật thì có những loài có khả năng sinh ra chất dẻo hay polymer sinh học, chất này có khả năng dính nhờ vậy có càng nhiều vi khuẩn và ngày càng dày lên gọi là màng sinh học. Màng này có khả năng oxy hóa chất hữu cơ trong nước khi chảy qua hay tiếp xúc với màng. Bên cạnh các chất hữu cơ thì màng này còn có khả năng kết dính những động vật nguyên sinh, trứng giun sán…. làm cho nước thải giảm chất hữu cơ, cũng như giảm đi những chất lơ lửng trong nước thải nhờ vậy mà nước thải được làm sạch, [5, 6, 11, 14]. Những công trình hiếu khí xử lí nước thải ứng dụng màng sinh học như lọc sinh học, đĩa quay sinh học, BIOFOR, NITRAZUR, OXIZUR, BIODROP…., [5, 6, 11, 14]. Những công trình kị khí xử lí nước thải ứng dụng màng sinh học như : lọc kị khí với sinh trưởng gắn kết trên giá mang hữu cơ ( ANAFIZ), lọc kị khí với vật liệu giả lỏng trương nở ( ANAFLUX ), [5, 6, 11, 14]. 1.5.3.5. Xử lí bằng quá trình hợp khối Quá trình hợp khối trong xử lí nước thải là quá trình kết hợp các phương pháp hiếu khí, kị khí và thiếu khí nhằm xử lí nước thải một cách triệt để, [33]. Quá trình hợp khối này thường ứng dụng để khử N và P trong nước. Trong quá trình hiếu khí thì nitơ ở dạng amoni sẻ được chuyển hóa thành nitrat nhờ những vi khuẩn Notrosomonas và Nitrobacter. Trong điều kiện thiếu khí thì nitrat lại được các vi khuẩn khử nitrat chuyển hóa thành nitơ phân tử bằng cách tách đi oxi của nitrat và nitrit. Với muối chứa photpho như polyphotphat, orthophotphat người ta ứng dụng quá trình photphoryl hóa của vi khuẩn kị khí tùy tiện Acinetobacter sp để khử photpho, [33]. Dùa trªn c¸c nguyªn lý nμy, ng−êi ta ®· thiÕt lËp mét qui tr×nh xö lÝ n−íc th¶i theo ph−¬ng ph¸p bïn ho¹t tÝnh ®Ó khö BOD, N, P trong hÖ thèng Bardenpho (gåm hÖ thèng c¸c bÓ kÞ khÝ, bÓ thiÕu khÝ, bÓ hiÕu khÝ...). Xö lÝ n−íc th¶i b»ng hÖ thèng nμy sÏ t¸ch ®−îc mét l−îng lín photpho ra khái n−íc th¶i d−íi d¹ng polyphotphat trong bïn d−, vμ khö ®−îc nitrat trong c¸c bÓ thiÕu khÝ, [33]. 1.6. Quá trình hợp khối và kĩ thuật kết hợp aeroten với lọc sinh học. Với nước thải đô thị là nước thải bao gồm nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp người ta có thể xử lí nước thải này qua hai giai đoạn: giai đoạn thứ nhất qua aeroten với bùn hoạt tính và giai đoạn hai là lọc sinh học với vật liệu lọc là hạt xốp làm bằng chất dẻo. Giải pháp này cho phép: - Có lợi về mặt năng lượng cho xử lí nước. - Có lợi về vị trí do những chất thải có khả năng lọc trên lớp vi sinh vật ( hiệu suất khoảng 5 kg BOD5/ngày ). - Có khả năng làm việc tốt hơn khi thay đổi tải đột ngột. Nước thải khi qua aeroten, các vi khuẩn trong bùn hoạt tính hoạt động chúng sử dụng chất hữu cơ trong nước thải và làm sạch nước một phần lớn chất hữu cơ. Nước thải tiếp tục chuyển sang lọc sinh học, tại đây những vi khuẩn của màng sinh học cùng nới những vi khuẩn trong bùn có thể sang bám vào màng tiếp tục làm sạch nước triệt để hơn. Trong thực tế để xử lí nước thải ô nhiễm nặng ( BOD5 từ 300 – 1000 mg/l) người ta thường sử dụng hệ thống xử lí hợp khối gồm: bể kị khí + aeroten + lọc sinh học, [14]. 1.6.1. Aeroten Nước thải luôn chứa những chất lơ lửng là những chất rắn hay là những chất hữu cơ chưa hòa tan. Chất lơ lửng này là nơi vi khuẩn bám vào, những vi khuẩn này tiết ra enzyme ngoại bào và phân hủy những chất hữu cơ dễ phân hủy cũng như những chất hữu cơ khó phân hủy thành những dạng đơn giản. Sau đó những chất hữu cơ đã được phân hủy ngoại bào này sẽ được thẩm thấu qua màng tế bào và được oxi hóa tiếp thành sản phẩm cung cấp vật liệu cho tế bào cùng sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O. Nhờ quá trình này mà sinh khối vi sinh vật ngày càng tăng, tạo thành những hạt bông lơ lửng trong nước với kích thước khoảng 3 đến 150µm. có màu vàng nâu dễ lắng còn gọi là bùn hoạt tính, [3, 5, 6,11, 14, 15, 19, 24, 31, 32, 33]. Thành phần sinh học của bùn hoạt tính bào gồm nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh nhưng chủ yếu là vi khuẩn chiếm đa số, số lượng khoảng 108 – 1012 trên 1mg chất khô với những giống như: Pseudomonas, Achromobacter, Alcaligen, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium…. Vi khuẩn trong bùn hoạt tính cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. .[3, 5, 6, 11, 14, 15, 19, 24, 31, 32, 33] Bảng 1.3. Một số giống chính trong quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính. Vi khuẩn Chức năng Pseudomonas Phân hủy hidratcacbon, protein, các hợp chất hữu cơ khác và phản nitrat hóa Athrobacter Phân hủy hidratcacbon Bacillus Phân hủy hidratcacbon, protein Cytophaga Phân hủy các polymer Zooglea Tạo chất nhầy (polisaccarit), hình thành chất keo tụ. Acinetobacter Tích lũy polyphotphat, phản nitrat Nitrosomonas Nitrit hóa Nitrobacter Nitrat hóa Sphaerotilus Sinh nhiều tiên mao, phân hủy các chất hữu cơ Alcaligen Phân hủy protein, phản nitrat hóa Flavobacterium Phân hủy protein Nitrococcus denitrificans Phản nitrat hóa (khử nitrat thành N2) Thiobacillus denitrificans Acinetobacter Hyphomicrobium Vi khuẩn Chức năng Desulfovibrio Khử sulfat, khử nitrat Quá trình oxi hóa hợp chất hữu cơ trong nước thải qua ba giai đoạn: - Giai đoạn 1: tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi. Ở giai đoạn này thì bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Sinh khối trong giai đoạn này ít, tuy nhiên sau khi vi sinh vật thích nghi với môi trường thì chúng sinh trưởng theo cấp số nhân và lượng oxi tiêu thụ cũng tăng dần, [14]. - Giai đoạn 2 : vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi cũng ở mức gần như ít thay đổi. Giai đoạn này thì chất hữu cơ đựơc phân hủy nhiều nhất, [14]. - Giai đoạn 3 : sau một thời gian khá dài tốc độ oxi hóa cầm chừng và có chiều hướng giảm thì lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên. Đây chính là giai đoạn nitrat hóa các muối amon. Sau giai đoạn này bùn lắng xuống đáy, nếu không tách bùn cặn thì bùn sẽ tự phân gây ô nhiễm thứ cấp nguồn nước, [ 14]. 1.6.2. Lọc sinh học Phương pháp lọc sinh học dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxi hóa các chất bẩn hữu cơ có trong nước. Vật liệu lọc dùng trong lọc sinh học thường là gỗ, đá, hay polymer. Màng sinh học là tập hợp nhiều loài vi sinh vật hiếu khí, kị khí và tùy tiện xuất hiện theo bề dày từ ngoài vào trong của màng sinh học. Lớp ngoài cùng: là lớp tập trung chủ yếu là vi khuẩn hiếu khí mà điển hình là Bacillus. Lớp giữa: là nơi xuất hiện các vi khuẩn tùy tiện Pseudomonas, Alcaligens, Flavobacterium, Micrococcus và cả Bacillus. Lớp trong cùng: là lớp kị khí với sự xuất hiện của vi khuẩn khử nitrat và khử lưu huỳnh Desulfovibrio. Bên cạnh những vi khuẩn kị khí thì tại vùng này còn xuất hiện những động vật nguyên sinh, chúng ăn một phần màng và tạo thành những lỗ nhỏ trên màng, [5, 6, 8, 11, 14, 19, 24, 36]. Chất hữu cơ trong nước thải sẽ bị oxy hóa một phần bởi những vi sinh vật hiếu khí bên ngoài. Sau khi thấm sâu vào bên trong màng nước sẽ hết oxy hòa tan và tiếp tục được làm sạch bởi những vi khuẩn kị khí và tùy tiện. Cùng với quá trình làm sạch thì màng ngày càng dày lên 1 – 4 mm, khi nước đã cạn kiệt chất hữu cơ thì vi khuẩn trên màng sẽ chuyển sang hô hấp nội bào và xảy ra hiện tượng tróc màng, sau đó lớp màng sẽ được tái lập lại. Lọc sinh học thường áp dụng cho các công trình xử lí nước thải ô nhiễm tương đối nhẹ ( BOD5 từ 100 – 300mg/l) và SS trong nước thấp khoảng vài chục mg/l. Do vậy trong hệ thống hợp khối thường đặt ở vị trí sau kị khí và aeroten làm công việc xử lí bổ trợ hay xử lí những công đoạn cuối, [5, 6, 8, 11, 14, 19, 24, 36]. 1.7.Tình hình áp dụng mô hình hợp khối ở Việt Nam và trên thế giới 1.7.1. Thế giới Xử lí nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp bằng biện pháp sinh học đã được các quốc gia phát triển trên thế giới nghiên cứu và đưa vào ứng dụng. Hiện nay, để xử lí đạt hiệu quả cao những nước thải ô nhiễm nặng thì phương pháp chủ yếu được chọn là phương pháp hợp khối kết hợp kị khí và hiếu khí hay kết hợp lọc sinh học và aeroten. Đây là công nghệ xử lý nước thải được ứng dụng ở những nước phát triển như: Mỹ, Nhật, Đức, Israel…. Ảnh 1.1. Mô hình J Một trong những giải pháp cải thiện môi trường được áp dụng tại Nhật Bản là sử dụng rộng rãi trong toàn xã hội hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt tại nguồn J (1982). J là hệ thống xử lí chất thải và nước sinh hoạt đạt được những chỉ tiêu tiên tiến, đáp ứng những yêu cầu khắt khe nhất về bảo vệ môi trường hiện nay của các nước phát triển. Thiết bị J gồm phần vỏ được chế tạo bằng vật liệu Dicyclopentadiene – Polymer hoặc nhựa Composite kết hợp sợi hóa học, một máy bơm và 5 bể lọc kị khí, 2 bể lọc màng sinh học – vi sinh hiếu khí và một bể trữ nước đã qua xử lí, có khoang khử trùng bằng clo…Hệ thống thiết bị này được thiết kế gọn nhẹ, tối ưu nhằm đem lại cho chúng ta sự đơn giản trong lắp đặt và sử dụng, [47]. Aqwise là công ty chuyên nghiên cứu trong lĩnh vực xử lí nước thải vừa qua đã phối hợp với WESTT Development BV một công ty của Hà Lan để phát triển hệ thống xử lí nước thải kết hợp kị khí và hiếu khí xử lí nước thải của công nghiệp chế biến giấy, công nghiệp dược và đồ hộp khả năng xử lí của hệ thống này có thể lên đến 3 - 10 tấn COD/ngày. Mức kinh phí cho dự án này là 1 triệu đô la và hoàn thành trong năm 2010.[45] Với những ưu điểm vượt trội của mình thì công nghệ hợp khối ngày càng được ứng dụng rộng rãi ở rất nhiều quốc gia trên thế giới. 1.7.2. Việt Nam Ở nước ta cùng với sự phát triển, mọc lên của hàng loạt những khu công nghiệp thì vấn đề xử lí nước thải công nghiệp bằng công nghệ hợp khối ngày càng ứng dụng rộng rãi. Công ty Bia ong Thái Bình sản xuất chủ yếu là bia hơi, công suất hiện nay là 5 triệu lít/năm. Đến năm 2003, công suất dự kiến sẽ tăng lên 8 triệu lít/năm. Công nghệ sản xuất bia là công nghệ truyền thống theo tiêu chuẩn Việt Nam do công ty POLICO chuyển giao. Lượng nước cần cho quá trình sản xuất bia là 500 m3/ngày, trong tương lai sẽ tăng lên 700 m3/ngày. Nước chủ yếu dùng trong các khâu: nấu, rửa tang bốc, rửa nồi, rửa chai, vệ sinh công nghiệp ... Nước nấu bia khoảng 30 đến 50 m3/ngày (ngày cao điểm đến 60 m3). Nước thải chủ yếu là nước rửa nồi, rửa chai, tang bốc, nước cấn men... khoảng 300 m3/ngày hiện nay sẽ tăng lên 400 m3/ngày khi sản lượng 8 triệu lít bia/năm. Kể cả nước thải sinh hoạt sẽ là 450 m3/ngày. Nước thải Công ty Bia ong Thái Bình có hàm lượng BOD5 trên 900 mg/l, COD trên 1200 mg/l và hàm lượng cặn lơ lửng trên 300 mg/l. Nước thải được xử lí theo dây chuyền công nghệ UAFB và SBR hiệu quả xử lí nước thải theo BOD5 đạt tới 95%, đáp ứng yêu cầu xả vào nguồn nước mặt loại B theo quy định của TCVN 5945-1995.[48] Dự án xây dựng công trình xử lí rác Gò Cát do Công ty Xử lí chất thảI TP. HCM (hiện nay đã sáp nhập vào Công ty Môi trường đô thị) và công ty VERMEER (Hà Lan) lập với tên gọi “Dự án đầu tư nâng cấp chất lượng công trình xử lí rác Gò Cát”. Tổng mức đầu tư: khoảng 242 tỷ đồng, trong đó: Vốn viện trợ không hoàn lại của Chính phủ Vương quốc Hà Lan: 176,9 tỷ (theo Hiệp định tài trợ giữa chính phủ Hà Lan và Chính phủ Việt Nam được ký kết vào ngày 24/5/2000). Vốn đối ứng trong nước bằng ngân sách địa phương 65,1 tỷ đồng. Nước rỉ rác được bơm về hồ chứa. Từ đây, nước rác được bơm vào bể khuấy trộn → Tháp khử Caxi → Bể sinh học kị khí UASB → Bể tiền khử Nitơ → Bể thoáng khí Aerotank → Bể hậu khử Nitơ → Bể lắng → Thiết bị xử lí hóa lý PCTU (keo tụ - tạo bông - tạo lắng) → Lọc cát → Lọc 130 µm → Lọc 5 µm → Lọc Nano → Xả ra nguồn tiếp nhận. cùng với xử lí nước rỉ rác thì hệ thống này còn cho phép thu gas và điện.[49] Theo tạp chí Phát Triển KH&CN, tập 12, số 02 – 2009, các tác giả Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thanh Phượng, Lê Thị Thu đã nghiên cứu và hoàn thành đề tài “ Xử lí nước thải tinh bột mì bằng công nghệ Hybrid – Lọc sinh học và Aeroten”. Bằng phương pháp này nước thải nhà máy tinh bột mì với hàm lượng chất hữu cơ và chất độc cao đã được xử lí với khả năng làm sạch lên tới 95% COD, 95% N – NH3 ở tải trọng tối ưu 1kg COD/ m3/ ngđ, thời gian lưu nước 1 ngày. Hàm lượng vi sinh vật trong hệ thống có thể đạt đến 10.000mg/l. Nước sau xử lí đạt tiêu chuẩn loại B theo TCVN 5945 – 2005. Ở Hà Nội đã đưa vào sử dụng hai trạm xử lí nước thải đô thị là trạm Trúc Bạch với hệ thống hợp khối là bể kị khí UASB và aeroten, trạm Kim Liên là bể kị khí + aeroten + lọc sinh học. Hai trạm này hoạt động rất tốt, nước sau xử lí đạt tiêu chuẩn loại B theo TCVN. Nhà máy bia Hà Nội với hệ thống hợp khối là bể kị khí UASB + aeroten đã xử lí được toàn bộ nước thải của xí nghiệp với mức ô nhiễm trên 1000 mg/l với công suất 500 m3/ ngày đêm. Nhà máy bia Tiger cũng áp dụng xử lí nước thải trên hệ thống hợp khối đạt hiệu quả cao và tự động hóa gần như hoàn toàn hệ thống xử lí. Ngày nay, Kỹ thuật xử lí hợp khối đang được nhiều nghành công nghiệp quan tâm, vì hệ thống này chứng tỏ hiệu quả xử lí cao và có thể áp dụng cho xử lí nhiều loại nước thải đặc biệt là các loại nước thải ô nhiễm nặng nếu như được kết hợp với xử lí hóa lý như : kết tủa, keo tụ….và cuối cùng là khử khuẩn. Chương 2: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu 2.1. Địa điểm nghiên cứu 2.1.1. Địa điểm lấy mẫu nước thải Cầu Hòa Bình bắc ngang kênh Tân Hóa quận 11 Thành Phố Hồ Chí Minh. 2.1.2. Nơi tiến hành thí nghiệm - Phòng thí nghiệm Vi sinh, Sinh hóa Trường ĐHSP Tp. HCM. - Vườn trường Khoa sinh, nơi đặt mô hình thí nghiệm. 2.2. Các dụng cụ và thiết bị hóa chất cần dùng trong nghiên cứu. 2.2.1. Dụng cụ, thiết bị + Thiết bị - Kính hiển vi quang học Olympus ( Nhật Bản). - Máy đo pH WTW (Đức). - Cân phân tích SATURIUS (Đức). - Bình tối xác định BOD (Mỹ, Thụy Điển). - Tủ ấm, tủ sấy vô trùng MEMERT (Đức) - Tủ cấy vô trùng ( Trung tâm nhiệt đới Việt Nga). - Nồi hấp vô trùng HUXLEY (Đài Loan). + Dụng cụ - Pipet, pipetman - Đĩa Petri, ống nghiệm - Bình cầu 500l - Ống sinh hàn - Bình tam giác, các loại que cấy 2.2.2. Hóa chất - Cồn đốt, K2HPO4, KH2PO4, CaCl2, KOH, Na2SO3. ( Việt Nam) - Tinh bột tan, CMC, Casein, KI, I2, HgSO4, Glucose, Gentian violet. (Trung Quốc) - FeCl3. 6H2O, K2Cr2O7, cao nấm men, cao thịt (Đức). 2.3. M«i tr−êng nu«i cÊy 2.3.1.M«i tr−êng MPA dùng nuôi cấy vi khuẩn Cao thÞt 3g Peptone 5g NaCl 5g Agar 20g N−íc cÊt 1000ml 2.3.2. M«i tr−êng Czapek – Dox dùng nuôi cấy nấm mốc NaNO3 3.5g K2HPO4 1.5g MgSO4 0.5g KCl 0.5g FeSO4.7H2O 0.01g Glucose 20g Agar 10g N−íc cÊt 1000ml pH = 7 khö trïng 30 phót ë 1 atm. 2.3.3. M«i tr−êng Hansen dùng nuôi cấy nấm men Glucose 50g Peptone 10g Cao men 3g KH2PO4 3g MgSO4.7H2O 3g Agar 15g N−íc cÊt 1000ml pH = 7 khö trïng 30 phót ë 1 atm 2.3.4. M«i tr−êng thö ho¹t tÝnh amylase, protease, cellulase cña vi khuÈn M«i tr−êng c¬ së Peptone 5 g Cao men 2,5 g Glucose 1 g N−íc cÊt 1000 ml pH 5,5 - 7,8 Enzyme cÇn thö Thμnh phÇn m«i tr−êng Amylase M«i tr−êng c¬ së + thay Glucose b»ng 1% tinh bét tan. Protease M«i tr−êng c¬ së + thay Glucose b»ng 1% casein hoÆc 20 ml s÷a ®Æc. Cellulase M«i tr−êng c¬ së + thay Glucose b»ng 0,3 - 0,5% CMC. 2.3.5. M«i tr−êng thö ho¹t tÝnh enzyme amylase, protease, cellulase cña bïn ho¹t tÝnh và màng sinh học Enzyme cÇn thö Thμnh phÇn m«i tr−êng Amylase M«i tr−êng MPA + 1% tinh bét tan. Protease M«i tr−êng MPA+ 1% casein. Cellulase M«i tr−êng MPA + 1% CMC. 2.4. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu 2.4.1. Ph−¬ng ph¸p lÊy mÉu n−íc 2.4.1.1. LÊy mÉu n−íc th¶i ph©n tÝch c¸c chØ tiªu « nhiÔm Theo ph−¬ng ph¸p lÊy mÉu n−íc th¶i theo TCVN 5999:1995, ISO 5667 - 10:1992, ISO 5667-1. LÊy mÉu tæ hîp theo dßng ch¶y b»ng c¸ch lÊy c¸c mÉu ®¬n cã thÓ tÝch tõ 200 - 300 ml ë nh÷ng thêi ®iÓm cã dßng ch¶y kh¸c nhau, c¸c mÉu ®¬n ®−îc b¶o qu¶n ë 0 - 40C. 2.4.1.2. LlÊy mÉu ®Ó xö lý trong m« h×nh hợp khối LÊy mÉu víi sè l−îng lín nªn kh«ng cÇn b¶o qu¶n nh− trªn. Tr−íc khi ®−a vμo xö lí sÏ ph©n tÝch c¸c chØ sè tõ mÉu n−íc th¶i lÊy tõ thïng chøa. 2.4.2. Ph−¬ng ph¸p hãa m«i tr−êng 2.4.2.1. X¸c ®Þnh chÊt r¾n tæng sè (TS) [13] Tæng l−îng chÊt r¾n lμ chÊt r¾n cßn l¹i trong b×nh sau khi sÊy mÉu trong tñ sÊy. Tæng l−îng chÊt r¾n bao gåm: chÊt r¾n huyÒn phï vμ chÊt r¾n hßa tan. a. C¸ch tiÕn hμnh - ChuÈn bÞ b¸t sø: sÊy b¸t sø ë 1050C trong 1 giê. Gi÷ b¸t trong b×nh hót Èm tr−íc khi dïng, c©n ngay tr−íc khi sö dông. - ChuÈn bÞ mÉu: chän thÓ tÝch mÉu thÝch hîp ®Ó l−îng cÆn cßn l¹i kho¶ng 2,5 - 200 mg. Cho l−îng mÉu thÝch hîp vμo b¸t sø, sÊy kh« trong tñ sÊy ®Õn khèi l−îng kh«ng ®æi, sau ®ã ®em c©n. b. TÝnh to¸n kÕt qu¶ TS = V ba 1000).(  (mg/l) Trong ®ã: a: khèi l−îng cÆn vμ b¸t sø sau khi sÊy (mg) b: khèi l−îng b¸t sø (mg) V: thÓ tÝch mÉu ph©n tÝch (ml) 2.4.2.2. X¸c ®Þnh chÊt r¾n huyÒn phï (SS)[14] MÉu ®−îc trén ®Òu ®em läc qua giÊy läc ®· biÕt tr−íc khèi l−îng. CÆn cßn l¹i trªn giÊy läc ®−îc sÊy kh« ®Õn khèi l−îng kh«ng ®æi ë 1030C - 1050C. a. C¸ch tiÕn hμnh §Æt giÊy läc ®· biÕt khèi l−îng vμo phÔu thñy tinh, chän thÓ tÝch mÉu ®Ó l−îng cÆn cßn l¹i kh«ng nhá h¬n 2,5 mg. Nhá vμi giät n−íc ®Ó giÊy läc dÝnh s¸t phÔu, sau ®ã läc l−îng mÉu ®· trén ®Òu qua giÊy läc. Röa cÆn b»ng n−íc cÊt vμ tiÕp tôc hót ch©n kh«ng. T¸ch giÊy läc khái phÔu ®em ®i sÊy tíi khèi l−îng kh«ng ®æi ë nhiÖt ®é 103 - 1050C, sau ®ã ®em c©n. b. TÝnh to¸n kÕt qu¶ SS = V ba 1000).(  (mg/l) Trong ®ã: a: khèi l−îng cÆn vμ giÊy läc sau khi sÊy (mg) b: khèi l−îng giÊy läc (mg) V: thÓ tÝch mÉu (ml) 2.4.2.3. X¸c ®Þnh nång ®é bïn MLSS [19] MLSS gåm bïn ho¹t tÝnh vμ chÊt r¾n l¬ löng cßn l¹i ch−a ®−îc vi sinh vËt kÕt b«ng. Thùc chÊt ®©y lμ hμm l−îng bïn cÆn (cã c¶ bïn ho¹t tÝnh vμ chÊt r¾n v« c¬ d¹ng l¬ löng ch−a ®−îc t¹o thμnh bïn ho¹t tÝnh). LÊy mét l−îng x¸c ®Þnh (ml) bïn ho¹t tÝnh cho vμo b¸t sø råi x¸c ®Þnh theo ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh chÊt r¾n bay h¬i (®· tr×nh bμy ë trªn). §¬n vÞ cña MLSS lÊy theo mg/l. §©y lμ th«ng sè quan träng trong xö lÝ n−íc th¶i b»ng ph−¬ng ph¸p bïn ho¹t tÝnh. 2.4.2.4. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh chỉ số SVI bùn[19] B»ng c¸ch x¸c ®Þnh chØ sè thÓ tÝch cña bïn ho¹t tÝnh SVI: ChØ sè thÓ tÝch SVI ®−îc ®Þnh nghÜa lμ sè ml n−íc th¶i ®ang xö lí l¾ng ®−îc 1 gam bïn ( theo chÊt kh« kh«ng tro) trong 30 phót vμ ®−îc tÝnh nh− sau: Cho 1000 ml hçn hîp SVI = MLSS V 1000. (ml/g) SVI : chØ sè thÓ tÝch bïn ho¹t tÝnh. MLSS: khèi l−îng hçn hîp láng - r¾n thu ®−îc sau khi l¾ng trong (mg/l). V: thÓ tÝch mÉu thö (n−íc th¶i ®ang xö lÝ ®em l¾ng) ®Ó l¾ng trong èng ®ong 1 lÝt trong 30 phót (ml/l). M: sè gam bïn kh« ( kh«ng tro). 1000: hÖ sè qui ®æi mg ra gam. Gi¸ trÞ SVI ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng kÕt l¾ng cña bïn ho¹t tÝnh. Gi¸ trÞ ®iÓn h×nh cña SVI ®èi víi hÖ thèng bïn ho¹t tÝnh lμm viÖc ë nång ®é MLSS tõ 2000 ®Õn 3500mg/l th−êng n»m trong kho¶ng 80 – 150mg/l. 2.4.2.5. Ph−¬ng ph¸p ho¹t hãa bïn Cho bïn gièng vμo n−íc th¶i theo tØ lÖ 1 : 5, bæ sung c¸c chÊt dinh d−ìng cÇn thiÕt vμo hçn hîp bïn - n−íc th¶i theo tØ lÖ BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1. Sôc khÝ kho¶ng 4 - 5 giê, sau ®ã cho l¹i vμo aeroten ®Ó dïng cho mÎ tiÕp theo. 2.4.2.6. Phương pháp xác định độ dày của màng sinh học. -Dùng thước đo có mức độ chính xác đến mm để đo đường kính của các hạt xốp dùng làm giá thể trước và sau khi tạo thành màng sinh học. Sau đó, lấy hiệu số giữa hai chỉ số trên ta thu được chỉ số về độ dày của màng sinh học. 2.4.2.7. X¸c ®Þnh hμm l−îng Nit¬ tæng sè [28] a. Hãa chÊt - H2SO4 ®Æc, CuSO4, K2SO4, H2SO4 0,1N, H2SO4 0,02N. - NaOH 40%, H3BO3 3 %, HCl lo·ng, H2O2 30%. - ChØ thÞ Taxiro: hçn hîp 2:1 cña dung dÞch metyl ®á 0,1% trong r−îu vμ metylen xanh 0,1% trong r−îu etylic. b. Ph−¬ng ph¸p tiÕn hμnh - Ph¸ mÉu theo ph−¬ng ph¸p Kendal: Hót 10 ml mÉu cho vμo b×nh Kendal. Chó ý ®Ó mÉu vËt kh«ng dÝnh b¸m lªn thμnh cæ b×nh. Cho tiÕp vμo b×nh Kendal 5 ml H2SO4 ®Æc. Thªm 0,5 g hçn hîp xóc t¸c CuSO4 vμ K2SO4 theo t× lÖ 1:3, l¾c ®Òu. §Ëy b×nh b»ng mét chiÕc phÔu nhá råi ®Æt lªn bÕp ®un. §un nhÑ 15 phót, sau ®ã míi ®un m¹nh ®Õn s«i. Khi dung dÞch cã mμu xanh nhạt trong suốt th× ®un tiÕp 15 phót n÷a. LÊy ra ®Ó nguéi, chuyÓn toμn bé dung dÞch vμo b×nh ®Þnh møc 100 ml, dïng n−íc cÊt tr¸ng b×nh ®èt vμ lªn thÓ tÝch ®Õn v¹ch ®Þnh møc. Nit¬ trong n−íc th¶i ®−îc chuyÓn vÒ d¹ng amonisunphat. §Ó x¸c ®Þnh Nit¬ ë d¹ng nμy ta dïng ph−¬ng ph¸p chuÈn ®é. - CÊt vμ chuÈn ®é x¸c ®Þnh ammoniac: Dïng kiÒm ®Æc NaOH 40% cho vμo b×nh n−íc cÊt chøa dung dÞch sau khi ph¸ mÉu, khi ®ã x¶y ra ph¶n øng: (NH4)2SO4 + 2 NaOH 2NH3 + H2O + Na2SO4 Dïng axit boric 3 % ®Ó hÊp phô NH3, sö dông chØ thÞ mμu taxiro: NH3 + H3BO3 (NH4)3BO3 Dïng dung dÞch axit H2SO4 0,02 N ®Ó chuÈn l¹i l−îng s¶n phÈm t¹o thμnh (NH4)3BO3 + H2SO4 H3BO3 + (NH4)2SO4 c. TÝnh to¸n kÕt qu¶ NTS (g/l) = Vm ba . 100.28.0).(  a: sè ml H2SO4 0,02 N dïng ®Ó chuÈn ®é mÉu ph©n tÝch b: sè ml H2SO4 0,02 N dïng ®Ó chuÈn ®é mÉu tr¾ng. 0,28: sè mg Nit¬ øng víi 1 ml H2SO4 0,02 N. m: sè ml mÉu ®em ®i ph¸ mÉu. V: sè ml mÉu lÊy ®Ó ph©n tÝch tõ b×nh ®Þnh møc 100 ml. 100: thÓ tÝch b×nh ®Þnh møc. 2.4.2.8. X¸c ®Þnh pH §Ó x¸c ®Þnh pH cña mÉu n−íc, chóng t«i kiÓm tra b»ng m¸y ®o pH. 2.4.2.9. X¸c ®Þnh COD (TCVN 6491:1999, ISO 6060: 1989- ChÊt l−îng n−íc - X¸c ®Þnh nhu cÇu oxi hãa häc) a. Hãa chÊt - B¹c sunfat - axit sunfuric (Ag2SO4 - H2SO4) Cho 10g b¹c sunfat (Ag2SO4) vμ 35ml n−íc. Cho tõ tõ 965 ml axit sunfuric ®Æc (ρ = 1.84g/ml), ®Ó 1 hoÆc 2 ngμy cho tan hÕt. KhuÊy dung dÞch ®Ó t¨ng thªm nhanh sù ®iÒu hßa. - Dung dÞch kali bicromat C©n 12,259 g kali bicromat ®· sÊy kh« ë 1050C trong 2 giê, hßa tan vμo n−íc cÊt vμ ®Þnh møc ®Õn 1000ml. - Dung dÞch muèi Mohr: S¾t (II) amoni sunfat, dung dÞch chuÈn cã nång ®é, c[(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O]  0.12mol/l Hßa tan 47.0g s¾t (II) amoni sunfat ngËm 6 ph©n tö n−íc (Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O) vμo n−íc cÊt. Thªm 20ml axit sunfuric ®Æc (ρ = 1.84g/ml). §Ó nguéi vμ thªm n−íc cÊt cho ®ñ 1000ml (ChuÈn l¹i dung dÞch muèi Mohr b»ng dung dÞch K2Cr2O7 tr−íc khi dïng). Dung dÞch nμy ph¶i chuÈn l¹i hμng ngμy theo c¸ch nh− sau: Pha lo·ng 10.0ml dung dÞch kali dicromat ®Õn kho¶ng 100ml víi axit sunfuric. ChuÈn ®é dung dÞch nμy b»ng dung dÞch s¾t (II) amoni sunfat nãi trªn sö dông 2 hoÆc 3 giät chØ thÞ feroin Nång ®é cña s¾t (II) amoni sunfat (mol/l) ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: V c = V dung dÞch K2Cr2O7 × 0,25 Trong ®ã: V lμ thÓ tÝch dung dÞch s¾t (II) amoni sunfat tiªu (ml) - Thñy ng©n sunfat (HgSO4): lo¹i tinh dïng cho ph©n tÝch hãa häc. - ChØ thÞ ferroin Hßa tan 0,7 g FeSO4.7H2O cïng víi 1,5 g chÊt 1, 10 - phenantrolindihidrat trong n−íc, l¾c cho ®Õn khi tan hÕt. Pha lo·ng thμnh 100 ml. b. ThiÕt bÞ, dông cô - Bé ch−ng cÊt håi l−u gåm cã 1 b×nh cÇu chÞu nhiÖt cã cæ nh¸m nèi víi 1 èng sinh hμn. - BÕp ®un - Buret chÝnh x¸c - H¹t thñy tinh th« ®−êng kÝnh 2mm ®Õn 3mm. c. C¸ch tiÕn hμnh Cho 10 ml mÉu vμo b×nh cÇu, thªm 5 ml dung dÞch kali bicromat, thªm 0,4 g thñy ng©n sunfat. Thªm vμi h¹t thñy tinh vμo mÉu thö vμ l¾c trén ®Òu. Thªm tõ tõ 15 ml dung dÞch b¹c sunfat trong axit sunfuric vμ nhanh chãng l¾p b×nh vμo èng sinh hμn. §−a hçn hîp ph¶n øng tíi s«i trong 10 phót vμ tiÕp tôc ®un 110 phót n÷a. NhiÖt ®é cña hçn hîp ph¶n øng cÇn ph¶i ®¹t lμ 1480C. Lμm nguéi ngay b×nh cÇu b»ng n−íc l¹nh cho ®Õn kho¶ng 600C vμ röa èng sinh hμn b»ng n−íc cÊt. Pha lo·ng hçn hîp ph¶n ø