ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC

ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 DO – BOD –COD - TOC

Giáo trình hóa kó thuật môi trường DO – BOD –COD - TOC Oxy hoøa tan (Dissolved oxygen, DO) Tất sinh vật sống phụ thuộc vào oxy dạng dạng khác để trì trình trao đổi chất; DO nước thiên nhiên nước thải phụ thuộc vào hoạt động sinh, hóa lý học thủy vực (water body); Oxy chất hòa tan nước không phản ứng hóa học với nước; Độ hòa tan phụ thuộc vào áp suất riêng phần, nhiệt độ, hàm lượng chất bẩn (SS, muối, etc); Độ hòa tan thấáp củûa oxy yếáu tốá làm giới hạn khả làm nguồn nước thiên nhiên Oxy hòa tan (Dissolved oxygen, DO) Độ hòa tan oxy giảm hàm lượng muối tăng nhiệt độ tăng Nhiệt độ, oC Nồng độ Chloride, mg/l 5.000 10.000 15.000 12.8 12.1 11.4 10.7 10 11.3 10.7 10.1 9.6 15 10.2 9.7 9.1 8.6 20 9.2 8.7 8.3 7.4 25 8.4 8.0 7.6 7.2 30 7.6 7.3 6.9 6.5 35 7.0 6.6 6.3 6.0 40 6.4 6.1 5.8 5.6 50 5.5 5.2 5.0 4.8 Tầm quan trọng DO MT DO sở cho xét nghiệm tiêu BOD (đánh giá cường độ ô nhiễm CHC NT); DO thông số chủ yếu kiểm soát trình xử lý chất thải ô nhiểåm nước; Trong trình xử lý sinh học hiếu khí, độ hòa tan oxy chi phối tốc độ hấp thụ oxy môi trường chi phí thổi khí DO thông số quan trọng ăn mòn kim loại (sắt thép) đặc biệ nồi mạng lưới ống dẩn Khử oxy hòa tan nồi thường áp dụng biện pháp hóa lý Các phương pháp phân tích DO Winkler/iodometric số phương pháp cải tiến pp (Azide, permanganate, keo tụ nhôm, keo tụ sulphate đồng-acid sulfamic) ; Electrometric (đo bằèng điện) sử dụng điện cực màng (membrane electrodes); Phương pháp iodometric phương pháp định phân dựa tính chất oxy hóa DO; Phương pháp electrometric dựa tốc độ khuếch tán oxy phân tử qua màng Phương pháp Winkler Nguyên lý: Oxygen oxy hóa Mn2+ thành Mn hóa trị cao (Mn(IV) môi trường kiềm Mn(IV) có khả oxy hóa I- thành I2 môi trường acid; Lượng I2 hình thành tương đương với lượng oxy diện mẫu; Iodine xác định dd sodium thiosulphate chuẩn Phương pháp Winkler (tt) Phản ứng: g Mn2+ + 2OH- Ỵ Mn(OH)2 (kết tủa trắng) thêm MnSO4 dd alkaline-iodine (NaOH+KI) Nếu oxy Ỵ kết tủa trắng, Có oxy, Mn(II) bị oxy hóa thành Mn(IV) Ỵ kết tủa MnO2 màu nâu: Mn(OH)2 + ẵ O2 ẻ MnO2 + H2O Khi theõm H2SO4, MnO2 oxy hóa I- thành I2: MnO2 + 2I- + 4H+ Ỵ Mn2+ + I2 + 2H2O Định phân I2 Na2S2O3: 2Na2S2O3.5H 5H2O + I2 Ỵ Na2S4O6 + 2NaI + 10 H2O Phương pháp Winkler cải tiến Azide: Khắc phục ảnh hưởng nitrite NO2- sodium azide (NaN2) NaN2 cho vào dung dịch kiềm-KI; Permanganate: Khắc phục ảnh hưởng chất khử Fe2+ , chat chất hữ hưu u va ke kể ca NO2Mẫu xử lý trước lượng dư potassium permanganate điều kiện acid; Permanganate oxy hóa chất khử sodium azide (NaN2) (cho vào dung dịch kiềm-KI); Lượng dư permanganate sau oxy hóa chất khử loại potassium oxalate: 5(COO-)2 + 2MnO4 + 16H+ Ỵ 10 CO2 + 2Mn2+ + 8H2O Keo tụ phèn nhôm: Khắc phục ảnh hưởng hàm lượng SS cao (SS cao tiêu thụ lượng iodine dd acid) Sử dụng phèn nhôm NH4OH đđ keo tụ tạo Ỵ để lắng, lấy lớp nước lắng xđ DO theo Winkler Phương pháp Winkler cải tiến (tt) Được sử dụng cho bùn sinh học hổn hợp bùn hoạt tính có tốc độ tiêu thụ oxy cao Dùng dd CuSO4 + NH2SO2OH cho vào mẫu Ỵ để lắng Ỵ lấy phần lắéng xđ DO theo phương pháp Winkler Phương pháp điện cực màng (Membrane electrode) Hạn chế phương pháp Winkler: Không thích hợp đo đạc trường; Không dể dàng đòi hỏi giám sát liên tục; Không khả thi việc đo DO nước thải có độ màu cao Phương pháp điện cực màng khắc phục hạn chế pp Winkler; Dể dàng kiểm soát tốc độ làm thoáng (thổi khí) trình sinh học; Nguyên tắéc: điện cực màng gồàm hai điện cực kim loại tiếp xúc với chất điện phân; Màng chọn lọc (selective membrane) phân cách chất điện phân với dd cần đo đạc 10 Phương pháp điện cực màng (tt) Cực cathode làm kim loại trơ (vàng, platinum); Cực anode làm bạc; Các cực nối điện với dd chất điện ly KCl; Khi điện khoảng 0,5-0,8 Volt đưa vào hai cực, oxy qua màng bị khử cathode thành H2O, tạo thành dòng điện Cường độ dòng sinh tỉ lệ với lượng oxy mẫu Bất lợi: Electrode chuẩn cách đo đạc DO mẫu nước theo phương pháp Winkler Ỵ phương pháp winkler sai số lớn kéo theo pp điện cực sai Điện cực nhạy với nhiệt độ Ỵ đòi hỏi đo nhiệt độ lúc để hiệu chỉnh; Phải chuyển động điện cực đủ để tránh số đọc thấp oxy màng bị khử cathode 11 Thành phần chất hữu Hợp chất HC thông thường kết hợp carbon, hydro &ø oxy kết hợp với nitơ, photpho & nguyên tố khác; CHC nước thải sinh hoạt có 40-60% protein, 25-50% carbohydrate 8-12% dầu mỡ; Urea thành phần nước tiểu, phân hủy nhanh, hợp chất hữu quan trọng nước thải tươi; 12 Phân tích tổng chất hữu Dựa vào hàm lượng, việc phân tích tổng CHC chia làm hai nhóm: Hàm lượng cao: > mg/L Hàm lượng vết (10-12 – 10-3 mg/L) Các phương pháp phân tích cho hàm lượng CHC cao: BOD (Biochemical oxygen demand) COD (Chemical oxygen demand) TOC (total organic carbon) Các phương pháp phân tích cho hàm lượng CHC vết: Sắc kí khí GC (Gas chromotography) Quang phổ khối (Mass spectroscopy) TOC (total organic carbon) 13 BOD Đo đạc lượng DO sử dụng vi sinh trình oxy hóa CHC; phản ứng sinh hóa xảy BOD test: Oxi hóa/hô hấp: COHNS + O2 Ỵ CO2 + H2O +NH3 + sản phẩm cuối + lượng Tông hợp: COHNS + O2 + lượng Ỵ C5H7NO2 Hô hấp nội bào: C5H7NO2 + 5O2 Ỵ CO2 + NH3 + 2H2O BOD ngaøy = 60-70% oxi hóa hoàn toàn CHC BOD 20 ngày = 95-95% tổng lượng CHC 14 Mô hình hóa phản ứng BOD Mô hình hóa dựa lượng CHC lại thời gian t biến đổi theo hàm bậc nhất: dBODr = − k1 × BODr dt Trong đó: BODr = UBOD × e − k1t BODr = Lượng CHC lại thời gian t (ngày) tính theo lượng oxy tương đương, mg/L k1 = số tốc độ phản ứng bậc nhất, ngày-1 UBOD = Tổng BOD hay BOD cuối (ultimate), mg/L t = Thời gian (ngày) Như BOD sử dụng thời gian t: BODt = UBOD − BODr = UBOD ∗ (1 − e − k1t ) 15 Mô hình hóa phản ứng BOD Giá trị Kt nhiệt độ khác: k1T = k120 × θ T − 20 Giá trị Kt nước thải sinh hoạt 20o (ngày -1) Th Thôâng sốá D Dãõy Gi Giáù ttrịị ttrung bì bình h Nước thài thô 0,12 – 0,46 0,23 NT sau xử lý 0,12 – 0,23 0,18 Giá trị Kt nhiệt độ khác θ =1.056 20 1.135 30oC 16 Hạn chế BOD test Đòi hỏi vi khuẩn nuôi cấy thích nghi ban đầu; Yêu cầu khử độc chất mẫu; Khư hoa; Khử anh ảnh hương hưởng cua VK nitrate hó a; Chỉ có chất dể phân hủy đo (không đo chất khó phân hủy sinh học) Test giá trị đẳng lượng sau CHC dể phân hủy tiêu thụ hết Thời gian test tương đố Thơi đoii dai dài 17 Nitrate hóa BOD test Nhu cầu oxy liên quan đến oxi hóa ammonia thành nitrate: Nhu cầu oxy sinh hóa nitơ (Nitrogenous BOD); Ammonia la san sản phẩ pham m thuy thuỷ phan phân proteins VK chuyển hoá ammonia thành nitrite nitrate: Chuyển hóa ammonia thành nitrate (VK Nitrosomonas) NH3 + 3/2 O2 Ỵ HNO2 + H2O Chuyển hóa nitrite thành nitrate (nitrobacter) HNO2 + O2 Ỵ HNO3 + H2O Nhu cầu oxy liên quan đến oxi hoá ammonia thànn nitrate gọi NBOD; Tốc độ oxi hóa vi khuẩn nitrate chậm, thường xảy ngày thứ – ngày thứ 10 18 Nitrate hoùa BOD test (tt) Nitrate hoá BOD test dẩn đến sai số (Ex: BOD NT sau xử lý SH 20 mg/L nitrate hoá 40 mg/L nitrate hoá xảy ra); 19 Sinh khối BOD test (tt) 20 10 X.định BOD p.pháp đo tốc độ hô hấp (respirometer) Xác định giá trị BOD số tốc độ k1 p.p respirometer g g Nguyê n lý: đo trực tiếp oxygen tiêu thụ vi sinh từ không khí môi trường giàu oxy trong thể tích đóng kín nhiệt độ khuấy trộn không đổi, Respirometry đo lượng oxy tiêu thụ theo thời gian 21 Áp dụng p.pháp đo tốc độ hô hấp (respirometer) Đánh giá: Mức độ phân huỷ sinh học củánươc thải/thành phần hoá chất; Khả xử lý sinh học chất thải công nghiệp hữu cơ; Ảnh hưởng độc chất đến phản ứng tiêu thụ oxy nước thải thử nghiệm; Ổn định bùn; Hàm lượng chất bẩn gây ức chế trình phân huỷ sinh hoc; huy học; Ảnh hưởng công đoạn xử lý khác (khử trùng, thêm chất dinh dưỡng pH) đến tốc độ tiêu thụ oxy; Nhu cầu oxy để oxy hoàn toàn CHC dể phân huỷ SH 22 11 X.định BOD p.pháp đo tốc độ hô hấp (respirometer) Xác định giá trị BOD số tốc độ k1 p.p respirometer Nguyen ly:: đo trự c tiep tư Nguyên lý trưc tiếp oxygen tieu tiêu thụ thu vi sinh từ không khí môi trường giàu oxy trong thể tích đóng kín nhiệt độ khuấy trộn không đổi Respirometric cell DO meter Water jacket Magnetic mixer Recorder 23 Các loại respirometers Hiện có loại thị trường: Manometric respirometer: tiêu thụ oxy làm thay đổi áp suất oxy tiêu thụ giữ thể tích không đổi Volumetric respirometer: đo lượng oxy tiêu thụ thay đổåi bước thể tích khí trì áp suất không đổi theo thời gian Electrolytic respirometer: theo dõi lượng oxy sản sinh cách điện giản nước để trì áp suất oxy không đổi mẫu phản ứng Direct-input respirometer: đưa oxy vào mẫu cách đưa oxy nguyê g y n chất thông q qua đo đac ï nhu cầu chênh lệäch áp suất nhỏ 24 12 COD COD test đo tương đượng lượng oxy chất hữu mẫu nước oxy hóa hóa học sử dụng dichromate dung dịch acid: Trong vài trường hợp giá trị UCBOD xấp xỉ COD, Do: Nhiều CHC không phân hủy sinh học (lignin) Nhiều chất vơ bị oxy hóa hóa học dichromate Một vài CHC độc tố vi khuẩn Trong XLNT sử dụng khái niệm: COD hòa tan dể phân hủy sinh học (readily bsCOD), COD hạt keo khó phân hủy sinh học (Slowly colloidal & particulate biodegradabe COD); nbsCOD nbc&pCOD) rbsCOD g NT thường g VFA/VFA mạch ngắn g 25 TOC Total organic carbon: Lượng carbon hữu tổng cộng; Carbon hữu nước bao gồm nhiều hơp chất hữu ỏ dạng oxy hóa khác Một số hợp chất hữu C bị oxy hóa trình sinh học (BOD) q trình hóa học (COD) TOC thông số biểu thị trực tiếp thuận lợi COD BOD, khơng có thơng tin Ỉ TOC khơng thể thay BOD COD Nếu có mối liên quan thực nghiệm TOC BOD COD cho loại nước riêng, TOC sử dụng để đánh giá BOD COD tương ứng Khác với BOD COD, TOC không phụ thuộc trạng thái oxy hóa CHC khơng đo nguyên tố thành phần khác CHC N H chất vơ đóng góp vào nhu cầu oxy (BOD COD) 26 13 TOC Hàm lượng TOC nước uống nhỏ 100 µg/L – 25.000 µg/L; TOC nước thải > 100 mg/L Nguyên tắc đo TOC: Các phân tử hữu phá hủy thành dạng phân tử đơn giản định lượng Các phương pháp đo TOC sử dụng nhiệt độ cao, chất xúc tác oxygen nhiệt độ thấp (