Kỹ thuật môi trường

MỤC TIÊU, ĐẶC ĐIỂM VÀ NỘI DUNG MÔN HỌC Học phần “Thực tập chuyên đề Kỹ thuật môi trường” được xây dựng nhằm tạo điều kiện cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật môi trường thực hành các kiế

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC



Thực tập chuyên đề

Kỹ thuật Môi trường

Biên son

I MỤC TIÊU, ĐẶC ĐIỂM VÀ NỘI DUNG MÔN HỌC

Học phần “Thực tập chuyên đề Kỹ thuật môi trường” được xây dựng nhằm tạo điều kiện cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật môi trường thực hành các kiến thức đã học liên quan đến kỹ thuật môi trường trong phòng thí nghiệm Các nội dung trong học phần còn nhằm hỗ trợ thiết thực cho sinh viên trong nghiên cứu khoa học, trực tiếp là trong thời gian làm khóa luận tốt nghiệp ở học

kỳ tiếp theo, và phần nào trong thực hành nghề nghiệp sau này

Đây là học phần thực hành mang tính tổng hợp về cả kiến thức lý thuyết cùng như kỹ năng thí nghiệm Kiến thức liên quan đã được sinh viên tích lũy ở các năm trước, chủ yếu từ các học phần: Hóa học môi trường, Kỹ thuật xử lý nước thải 1 và 2, Công nghệ môi trường, Phân tích môi trường,

Các bài thí nghiệm trong học phần này được thiết kế theo hướng “mở”, không bị gò ép cứng nhắc về nội dung, quy trình thí nghiệm và thời lượng từng bài, đòi hỏi sinh viên phải lập kế hoạch

bố trí thời gian thích hợp Thời lượng các bài thí nghiệm có thể khác nhau nhiều, tùy vào nội dung của bài

Nội dung các bài thí nghiệm sẽ bao gồm các lĩnh vực: xử lý nước, xử lý nước thải, xử lý khí thải, xử lý chất thải rắn, phân tích môi trường, Trong thời gian đầu, phù hợp với điều kiện cơ sở vật chất sẵn có, các bài thí nghiệm sẽ tập trung vào xử lý nước, nước thải và phân tích nước-nước thải Các bài thí nghiệm gồm:

Bài 1 Khảo sát ảnh hưởng của liều keo tụ và pH lên quá trình keo tụ Bài 2 Đánh giá khả năng hấp phụ của than hoạt tính

Bài 3 Đánh giá khả năng phân hủy sinh học của nước thải Bài 4 Khởi động và thiết lập các thông số vận hành của hệ thống bùn hoạt tính Bài 5 Đánh giá vận hành của hệ thống bùn hoạt tính

Bài 6 Đánh giá khả năng nitrat hóa của bùn hoạt tính

II PHÂN BỐ THỜI GIAN HỌC PHẦN

Giới thiệu và hướng dẫn chung (1 buổi x 5 tiết = 5 tiết)

Bài 1 (1 buổi x 5 tiết = 5 tiết)

Bài 2 (1 buổi = 5 tiết)

Bài 3 .(1 buổi x 5 tiết + 5 buổi x 2 tiết = 15 tiết)

Bài 4 (2 buổi x 5 tiết = 10 tiết)

Bài 5 (2 buổi x 5 tiết = 10 tiết)

Bài 6 (2 buổi x 5 tiết = 10 tiết)

- Tổng cộng: 60 tiết

III.TỔ CHỨC THÍ NGHIỆM

Tùy theo số luợng sinh viên, sẽ chia thành các nhóm, mỗi nhóm không quá 5 người Mỗi nhóm làm một bài thí nghiệm, sau đó quay vòng đến hết các bài Lịch thời gian cụ thể của từng bài

sẽ được nhóm sinh viên tự lập, với sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn

Số liệu thực nghiệm thu được là chung cho cả nhóm, tuy nhiên mỗi sinh viên lập báo cáo thí nghiệm riêng, trong đó trình bày kiến thức, các đánh giá nhận xét theo hiểu biết và quan điểm của mình

IV YÊU CẦU ĐỐI VỚI SINH VIÊN

- Đọc thật kỹ các bài thí nghiệm, thảo luận nhóm về kế hoạch, phân công công việc trước khi vào làm

- Hoàn thành và nộp báo cáo thí nghiệm trong vòng 1 tuần sau khi kết thúc bài thí nghiệm (theo mẫu báo cáo ở trang cuối cùng)

- Tuân thủ các nội quy của Phòng thí nghiệm

(Thời lượng: 5 tiết thực hành)

I MỤC ĐÍCH

Quá trình keo tụ được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước và nước thải, đặc biệt để làm trong nước Bài thực hành này giúp sinh viên làm quen với thí nghiệm xác định các thông số cho quá trình keo

tụ (JAR TEST) Trong bài, chỉ giới hạn ở xác định liều keo tụ và pH thích hợp cho quá trình keo tụ

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Xem lý thuyết keo tụ ở học phần Hóa lý-Hóa keo, Hóa môi trường, KT xử lý nước thải 2 và các tài liệu tham khảo khác

III HÓA CHẤT-VẬT LIỆU

1 Dung dịch chất keo tụ

Dung dịch Al2(SO4)3 7,5 g/L: Hòa tan 14,6 g Al2(SO4)3.18H2O và định mức đến 1 L bằng nước cất

2 Mẫu nước đục: Huyền phù đất sét trong nước

3 Dung dịch NaOH 1N: Hòa tan 20 g NaOH và thêm nước cất đến 500 mL

4 Dung dịch H2SO4 5N: Thêm từ từ 70 mL H2SO4 đ.đ vào 400 mL nước cất; để nguội, định mức đến 0,5 L

IV DỤNG CỤ-THIẾT BỊ

1 Bộ JAR TEST với 5 cốc thủy tinh 1 L

2 Máy đo pH (hay giấy chỉ thị pH)

3 Máy đo độ đục

4 Pipet

5 Ống đong

V TIẾN HÀNH

1 Khảo sát ảnh hưởng của liều keo tụ lên quá trình keo tụ

- Khuấy đều mẫu, đo pH và độ đục ban đầu Dùng ống đong lấy mẫu vào 5 cốc, mỗi cốc 0.75 L mẫu

- Dùng pipet, cho dung dịch chất keo tụ vào các cốc chứa mẫu theo bảng sau:

- Khuấy nhanh (60-80 rpm) trong 1 phút

- Giảm tốc độ khuấy xuống còn 20-30 rpm và duy trì trong 15 phút

- Dừng khuấy, theo dõi quá trình lắng bông cặn trong các cốc, ghi chú thời gian lắng hoàn toàn của từng cốc

- Sau 20 phút, gạn lấy phần nước lắng và đo độ đục Ghi kết quả đo độ đục nước lắng từ các cốc

2 Khảo sát ảnh hưởng của pH lên quá trình keo tụ

- Khuấy trộn đều mẫu, đo pH và độ đục ban đầu Dùng ống đong lấy mẫu vào 5 cốc, mỗi cốc 0,75 L mẫu

- Dùng các dung dịch H2SO4 5N và NaOH 1N điều chỉnh pH của từng cốc: cốc 1 – pH 5, cốc 2 –

pH 6, cốc 3 – pH 7, cốc 4 – pH 8, cốc 5 – pH 9

- Dùng pipet, cho dung dịch chất keo tụ vào các cốc với liều keo tụ cho hiệu quả tốt nhất ở phần trên

- Tiến hành khuấy nhanh (60-80 rpm) trong 1 phút và khuấy chậm (20-30 rpm) trong 15 phút

- Ngừng khuấy, theo dõi quá trình lắng bông cặn trong các cốc, ghi chú thời gian lắng hoàn toàn của từng cốc

- Sau 20 phút, gạn lấy phần nước lắng và đo độ đục Ghi kết quả đo độ đục nước lắng từ các cốc

3 Tính toán

- Biểu diễn trên đồ thị sự thay đổi của độ đục theo liều keo tụ (bao gồm độ đục của mẫu ban đầu, ứng với liều keo tụ = 0 mg/L)

- Biểu diễn đồ thị thay đổi độ đục theo pH (bao gồm độ đục của mẫu ban đầu, ứng với pH của mẫu)

VI BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Lập báo cáo thí nghiệm theo mẫu, trong đó:

- Phần Tóm tắt lý thuyết - nêu khái niệm keo tụ, bản chất quá trình keo tụ, các chất keo tụ thường dùng, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ

- Phần Kết quả thí nghiệm - tường trình các số liệu thu được ở dạng bảng và đồ thị như nêu ở phần tính toán

- Phần Nhận xét, nêu các nhận xét kết quả của 2 phần thí nghiệm, có nêu rõ liều keo tụ tốt nhất

và pH thích hợp nhất

(Thời lượng: 5 tiết thực hành)

I MỤC ĐÍCH

Than hoạt tính là một trong các chất hấp phụ sử dụng trong xử lý nước, nước thải để loại màu, các chất độc lượng nhỏ… Bài thí nghiệm này giúp sinh viên thực hành đánh giá hoạt tính hấp phụ của than hoạt tính qua khả năng hấp phụ màu dung dịch xanh metylen Từ kết quả thí nghiệm, tính toán các thông số quá trình hấp phụ

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Xem lý thuyết hấp phụ ở các học phần Hóa môi trường, KT xử lý nước thải 2 và các tài liệu tham khảo khác

III HÓA CHẤT-VẬT LIỆU

1 Xây dựng đường chuẩn xanh metylen

- Pha dãy các dung dịch chuẩn xanh metylen có nồng độ 0 - 150 mg/L từ dung dịch 150 mg/L vào các ống nghiệm theo bảng sau:

2 Xác định khả năng hấp phụ ở các liều hấp phụ khác nhau

- Lấy vào 5 bình tam giác mỗi bình 50 mL dung dịch xanh metylen 150 mg/L Thêm các lượng cân than hoạt tính khác nhau vào các bình theo bảng sau:

Liều hấp phụ tương ứng, mg/L 1000 2000 4000 6000 8000

- Đậy nút bình, lắc đều các bình

- Sau đó, cứ mỗi 15 phút lại lắc đều các bình, trong thời gian 120 phút

- Lọc các mẫu qua giấy lọc, thu dịch lọc và đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 724 nm

- Tính nồng độ xanh metylen còn lại (nồng độ cân bằng) trong các bình theo đường chuẩn xây dựng ở trên

3 Tính toán

Từ số liệu thí nghiệm có được, tính:

a Hiệu suất xử lý màu (loại màu) ở từng bình thí nghiệm:

100(%)

E

0

=C

Trong đó:

- C0: nồng độ xanh metylen ban đầu = 150 mg/L

- Ce: nồng độ xanh metylen sau hấp phụ, mg/L

- mC: Khối lượng than cho vào, mg

c Các hệ số trong phương trình hấp phụ Freundlich

Cách tính như sau:

+ Tuyến tính hóa phương trình Freundlich được

f e

C

KC

nm

x

lnln

VI BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

Lập báo cáo thí nghiệm theo mẫu, trong đó:

- Phần Tóm tắt cơ sở lý thuyết - nêu khái niệm hấp phụ, vắn tắt về bản chất quá trình hấp phụ (vật lý, hóa học), các chất hấp phụ thường dùng, phương trình đẳng nhiệt hấp phụ,

- Phần Kết quả thí nghiệm - tường trình các số liệu thu được ở các mục nêu trong phần tiến hành Vẽ đồ thị biến thiên E và AC theo liều hấp phụ

- Phần Nhận xét, nêu các nhận xét kết quả thí nghiệm

(Thời lượng: 15 tiết thực hành)

I MỤC ĐÍCH

Đánh giá khả năng phân hủy sinh học (PHSH) của của mẫu nước thải đô thị thông qua xác định thực nghiệm hằng số tốc độ phản ứng BOD và giá trị BOD toàn phần

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Quá trình PHSH các hợp chất hữu cơ trong nước thải xảy ra theo động học bậc 1:

Biến đổi toán học (1) sẽ cho biểu thức tính BOD của mẫu sau thời gian t (ngày):

BODt = Lo - Lt = Lo - Loe-kt = Lo (1 - e-kt ) (2) Trong đó Lo là giá trị BOD toàn phần, là lượng oxy tiêu thụ lớn nhất khi các chất hữu cơ trong nước thải bị PHSH hoàn toàn Hằng số k phản ánh tốc độ PHSH chất hữu cơ trong nước thải xảy ra nhanh hay chậm Giá trị L0 (hay BODu) thể hiện tổng nồng độ các chất hữu cơ dễ bị PHSH có trong nước thải

Giá trị k và Lo được xác định từ dãy số liệu thực nghiệm BOD sau các thời gian t khác nhau Có nhiều phương pháp được sử dụng để tính k và Lo Các phương pháp này chỉ khác nhau về thủ thuật toán học khi giải k và L0 từ phương trình (2)

1)t(k0,51t)(k

1 ) t (k 0,5 1 t) (k

2/3 k 1/3 ) o L k ( 1 1/3

t BOD

B = Từ đây tính được k: k = 6B/A và tính được Lo: L0 = 1/(6A2B)

Như vậy các bước xác định k, Lo theo phương pháp Thomas như sau:

(1) Từ các kết qủa thực nghiệm của BODt, tính (t/BODt)1/3

(2) Biểu diễn hàm tuyến tính (t/BODt)1/3 theo t

- Dung dịch MgSO4: hòa tan 22,5 g MgSO4.7H2O trong nước cất và pha loãng đến 1 lít

- Dung dịch CaCl2: hòa tan 27,5 g CaCl2 trong nước cất và pha loãng đến 1 lít

- Dung dịch FeCl3: hòa tan 0,25 g FeCl3.6H2O trong nước cất và pha loãng đến 1 lít

2 Các hóa chất xác định COD (xem Phương pháp xác định COD ở phụ lục 3-A kèm theo)

3 Mẫu: Nước thải đô thị (nước cống)

1 Chuẩn bị nước pha loãng

- Để có 1 L nước pha loãng, thêm 1 mL mỗi dung dịch muối và đệm ở III.1 vào nước cất, thêm 1

mL bùn hoạt tính (khuấy đều xô nuôi khi hút) rồi pha loãng đến 1 lít Khuấy trộn đều và sục không khí trong 20-30 phút

2 Chuẩn bị mẫu

- Mẫu nước thải được lấy từ nguồn thải ngay trước khi thí nghiệm hay được giữ trong tủ lạnh không quá 24 giờ Khuấy trộn đều trước khi lấy phần mẫu cho thí nghiệm

- Tính toán mức pha loãng thích hợp (trong khoảng 20-50 lần)

- Tiến hành pha loãng mẫu để được thể tích cuối cùng là 2 L Khuấy trộn đều trong 5 phút và đo

DO của mẫu pha loãng ban đầu

- Cho mẫu đã pha loãng vào 5 chai Winkler Dùng ống nhựa để nạp mẫu vào chai, cho đầu ống sát gần đáy chai để tránh xáo trộn Lấy mẫu đến dư trên phần miệng chai, dùng nút đậy nhanh

và tránh tạo bọt khí bên trong chai

- Đặt 5 chai vào tủ ủ BOD ở 20oC

3 Xác đinh COD

Tiến hành xác định COD của mẫu nước thải ban đầu, dùng phương pháp đo độ hấp thụ quang ở 420

nm (xem quy trình phân tích COD kèm theo) Pha loãng mẫu ở 2 mức: 2 và 4 lần và phân hủy cùng mẫu trắng Sử dụng đường chuẩn có sẵn để tính COD Nếu một trong 2 mức pha loãng ngoài đường chuẩn thì chọn giá trị còn lại Nếu cả 2 cùng trong đường chuẩn thì lấy giá trị trung bình

4 Đo DO sau các thời gian khác nhau

- Tiến hành đo DO sau 1 ngày, 2 ngày, 3 ngày, 4 ngày, 5 ngày; mỗi lần đo trên mỗi chai Khi đo

DO, đặt chai Winkler trên máy khuấy từ, thả que khuấy vào, khuấy nhẹ trong suốt thời gian đo với điện cực của máy đo DO

5 Tính toán

- Tính BODt với t = 1, 2, 3, 4, 5 ngày

- Tính giá trị k và Lo của mẫu nước thải theo phương pháp Thomas, theo các bước từ (1) đến (4) như ở phần I Sử dụng bảng tính MS Excel

- Tính các tỷ lệ BOD5/COD, BODu/COD

VI BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Lập báo cáo thí nghiệm theo mẫu, trong đó:

- Phần Tóm tắt lý thuyết – trình bày nguyên tắc phương pháp tính k và L0

- Phần Kết quả thí nghiệm - tường trình các số liệu thu được như nêu ở phần V.3., V.4 và V.5

- Phần Nhận xét, nêu các nhận xét kết quả thu được

Phụ lục 3-A: XÁC ĐỊNH COD – PHƯƠNG PHÁP HỒI LƯU KÍN-TRẮC QUANG

(Theo: U.S Standard methods, 1999)

I NGUYÊN TẮC

- Khi phân hủy mẫu, ion dicromat (Cr2O72- ) oxy hóa chất hữu cơ và bị khử về cromic (Cr +3 ) Cả hai dạng Cr này đều hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến Ở vùng 400 nm, ion dicromat (màu vàng) hấp thụ mạnh, ion cromic (màu xanh) hấp thụ rất yếu Ion cromic hấp thụ mạnh ở vùng 600 nm trong khi ion dicromat không hấp thụ

- Với mẫu có COD cao (100-900 mg/L) – đo độ hấp thụ quang dung dịch sau phân hủy ở 600 nm (đo Cr3+ gia tăng) Với mẫu có COD ≤ 90 mg/L – đo hấp thụ quang dung dịch sau phân hủy ở 420 nm (đo Cr 2 O 72- giảm)

II THIẾT BI – DỤNG CỤ

- Ống nghiệm phân hủy mẫu: Dùng ống thủy tinh borosilicat, có nắp nhựa vặn chặt và lớp đệm TFE, 20 mL

- Bộ đun nhiều chỗ kiểm soát được nhiệt độ (150 ± 2oC)

- Spectrophotometer đo được ở 420 nm hay 600 nm

III HÓA CHẤT

1 Dung dịch phân hủy – cho khoảng COD cao: Hòa tan 10,216 g K2Cr 2 O 7 (độ tinh khiết cao) đã được sấy khô ở

150oC trong 2 giờ trong 500 mL nước cất Thêm 167 mL H 2 SO 4 đ.đ và 33.3 g HgSO 4 Khuấy tan, làm nguội đến nhiệt

độ phòng và pha loãng đến 1 L

2 Dung dịch phân hủy - cho khoảng COD thấp: Tương tự như trên, nhưng chỉ sử dụng 1,022 g K2Cr2O7

3 Dung dịch H2SO4/Ag + : Thêm 5,5 g Ag2SO 4 vào 1 kg H 2 SO 4 , để qua đêm cho tan hết

4 Dung dịch chuẩn kali hydrophtalat (KHP) (COD 500 mg/L): Nghiền nhẹ và sấy khô KHP đến khối luợng không đổi ở 110oC Hòa tan 425 mg trong nước cất và pha loãng đến 1 L Dung dịch này bền khi giữ trong tủ lạnh, nhưng tốt nhất là không sử dụng khi phát hiện dấu hiệu sinh trưởng của VSV bằng mắt thường

IV QUY TRÌNH PHÂN TÍCH

1 Chuẩn bị các dung dịch làm việc: tùy khoảng COD trong mẫu

Khoảng COD thấp (<100 mg/L) Khoảng COD cao (>100 mg/L) S1

2 Chuẩn bị mẫu: Nếu COD cao (>500 mg/L), pha loãng mẫu để có nồng độ COD trong khoảng đường chuẩn

Thể tích mẫu, dung dịch phân hủy và

H 2 SO 4 thay đổi tùy thuộc vào kích thước ống nghiệm

2,5 mL dung dịch chuẩn/mẫu (*) (trong ống nghiệm 20 mL)

Thêm 1,5 mL dung dịch phân hủy

Cho vào bộ đun (đã gia nhiệt trước đến 150 o C) và đun trong 2 giờ

Đo độ hấp thụ quang ở 420 nm hay 600 nm(**)

Làm nguội từ từ đến nhiệt độ phòng

Thêm cẩn thận 3,5 mL H2SO4/Ag + (cho chảy dọc thành ống

nghiệm) Vặn chặt nắp, đảo vài lần để trộn

(**) Khi đo ở 600 nm – dùng mẫu trắng để thiết lập giá trị zero

Khi đo ở 420 nm – dùng nước cất thiết lập giá trị zero

(Thời lượng: 10 tiết thực hành)

I MỤC ĐÍCH

Bùn hoạt tính là hệ thống xử lý sinh học cơ bản và phổ biến, sử dụng trong xử lý nước thải để lọai các chất hữu cơ Bài thực hành này giúp sinh viên hiểu được nguyên tắc vận hành của hệ thống bùn hoạt tính, thực hành thao tác khởi động và thiết lập một số thông số vận hành của hệ thống

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Xem lý thuyết quá trình bùn hoạt tính ở học phần KT Xử lý nước thải 1 và các tài liệu tham khảo khác

III HÓA CHẤT-VẬT LIỆU

1 Bùn hoạt tính: được nuôi lâu dài ở phòng thí nghiệm với môi trường gồm nước chiết thịt bò, pepton, các muối khoáng và đã được làm thích nghi với môi trường nước thải tổng hợp của bài thí nghiệm

2 Nước thải tổng hợp, có thành phần như sau:

Thành phần Nồng độ, mg/L (1) Glucose 150 (2) CH 3 COONH 4 100 (3) NaHCO 3 500 (4) KH 2 PO 4 18 (5) NaCl 1,0 (6) KCl 1,4 (7) CaCl 2 2H 2 O 1,9 (8) MgSO 4 7H 2 O 2,0

Các thành phần trên được pha dưới dạng dung dịch gốc và NT tổng hợp đựợc chuẩn bị bằng cách pha loãng với nước máy mỗi khi sử dụng (pha 10 hay 20 L)