VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Nguyên vật liệu
Nước thải DPNR đã được li tâm tại phòng thí nghiệm và lưu trữ trong các can 5 lít Thời gian bảo quản diễn ra ở nhiệt độ phòng từ tháng 11 năm 2021 đến tháng 4 năm 2022.
Bùn giống: Bùn giống được lấy từ hệ thống UASB của phòng thí nghiệm Trung tâm Cao su D2A - Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Bùn giống được thu thập từ hệ thống UASB tại Trung tâm cao su D2A để khảo sát các thông số MLSS, MLVSS và SMA Hạt bùn có màu đen, hình tròn hoặc oval, với đường kính phổ biến từ 0,5mm đến 2mm và có tính chất cơ học ổn định, tỷ trọng từ 1,033 đến 1,065 g/cm³ Mặc dù bùn giống có thể được bảo quản lâu dài mà không làm giảm số lượng vi sinh vật, cấu trúc của hạt bùn có thể bị thay đổi Kích thước hạt bùn là một thông số quan trọng trong việc đánh giá chất lượng bùn.
Bảng 2.2 Các thông số của bùn hoạt tính trong hệ thống UASB
Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả Nghiên cứu khác Tham khảo
- Hóa chất tiền xử lý: Phèn nhôm (KAl(SO4)2.12H2O), PAC vàng ([Al2(OH)nCl6-n]m, 26–30% Al2O3), PAC nâu ([Al2(OH)nCl6-n]m, 24– 28% Al2O3…), CaCl2.
- Hóa chất phân tích N-NH4 +: Thuốc thử Nessler: KI (Trung Quốc), HgI2
(Trung Quốc), NaOH (Trung Quốc).
- Hóa chất phân tích N-NO2 -: Thuốc thử Griess: C6H7NO3S (Trung Quốc),
C10H9N (Trung Quốc), CH3COOH (Trung Quốc).
- Hóa chất phân tích N-NO3 -: Bộ kit đo N-NO3 - của Hach.
Bộ kit đo COD của Hach, Mỹ, bao gồm hai loại với khoảng đo khác nhau: một loại đo từ 100 – 1500 mg/L và loại còn lại đo từ 0 – 150 mg/L.
Trong phân tích hóa học, các hóa chất thường được sử dụng bao gồm: CH3COONa, NH4Cl, CaCl2.2H2O, MgCl2.6H2O, MgSO4.7H2O, KH2PO4, K2HPO4.3H2O, Na2HPO4.7H2O, FeCl3.6H2O, CoCl2.6H2O, ZnCl2, H3BO3, MnCl2.2H2O, NiCl2.6H2O, CuCl2.2H2O, Na2MoO4.2H2O, EDTA, NaOH, C3H6O và CH3COOH (Trung Quốc) Những hóa chất này đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích và xác định thành phần của các mẫu vật liệu.
- Môi trường khảo sát khả năng xử lý sinh học
Bảng 2.3 Môi trường khảo sát ảnh hưởng của Acetone đến khả năng xử lý sinh học
Bảng 2.4 Môi trường khảo sát ảnh hưởng của SDS đến khả năng xử lý sinh học
- Cân phân tích AUW 220 (Nhật Bản);
- Cân điện tử AU – W220 (Nhật Bản);
- Thiết bị phá mẫu DRB 200 (Hach, Mỹ);
- pH meter Sartorius (Jica – Nhật Bản);
- Máy lắc ổn nhiệt BR - 43 FL (Nhật Bản);
- Máy bơm hút chân không A-1000S (EYELA, Nhật Bản);
- Máy ly tâm lạnh Tomy MX 305 (Nhật Bản);
- Nồi hấp thanh trùng ES – 315 (Nhật Bản);
- Tủ cấy vi sinh MCV – B91FT – PK (Nhật Bản)
- Tủ nuôi vi sinh LTI – 601SD (Nhật Bản);
- Tủ sấy ETTAS-540S (Nhật Bản);
- Máy khuấy từ (Nhật Bản);
- Tủ lạnh (Fukushima, Nhật Bản).
- Máy sắc ký GC-8A (Shimazu, Nhật Bản);
- Thiết bị phân tích đa chỉ tiêu môi trường DR 2800 (Hach, Mỹ).
Phương pháp nghiên cứu
Hình 2.10 Sơ đồ nghiên cứu
2.2.1.1 Tiền xử lý nước thải DPNR bằng hóa chất
Chuẩn bị thí nghiệm với 50 mL môi trường nước thải DPNR trong cốc có mỏ 250 mL Cân các hóa chất PAC nâu, PAC vàng, CaCl2, phèn nhôm với hàm lượng 5, 10, 15, 20 mg/L Thêm từng loại hóa chất vào cốc nước thải DPNR, khuấy trong 5 phút, sau đó đậy kín và để yên trong 12 giờ Sau thời gian này, lọc các mẫu bằng giấy lọc, sấy khô phần bã đến khối lượng không đổi, và phân tích các chỉ số pH, COD, N-NH4 + của nước thải đã qua tiền xử lý.
, NO2 -, SO4 2- Các hóa chất có khả năng xử lý cao tiếp tục được khảo sát thời gian phản ứng.
2.2.1.2 Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải ở quy mô phòng thí nghiệm
Trong bình yếm khí thể tích 120 mL
Khả năng xử lý sinh học nước thải DPNR bằng bùn hoạt tính được nghiên cứu thông qua việc nuôi cấy trong bình kỵ khí 120 mL, với 25 mL bùn (MLSS 1000 mg/L) và 25 mL nước thải DPNR Bùn được rửa hai lần bằng đệm photphat 25mM để loại bỏ cơ chất dư Các bình được điều chỉnh pH về 7,0 và nạp khí N2 trong khoảng trống (1atm), sau đó nuôi lắc ở 120 vòng/phút tại nhiệt độ 35°C Hàm lượng khí metan sinh ra sau 24 giờ được xác định thông qua thể tích và thành phần khí bằng máy sắc ký GC – 8A.
2.2.2 Các phương pháp phân tích
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6981:2001, chất lượng nước thải công nghiệp trước khi thải vào các nguồn nước hồ phải đảm bảo các yêu cầu nghiêm ngặt để phục vụ cho mục đích cấp nước sinh hoạt Tiêu chuẩn này quy định các chỉ tiêu về chất lượng nước nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường.
2.2.2.2 Xác định độ ẩm của chất rắn
Sấy đĩa petri trong 30 phút ở nhiệt độ 105°C, sau đó để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng trước khi cân để xác định khối lượng Tiếp theo, cân lượng bã cao su và dàn mỏng thành lớp không quá 5 mm, sau đó sấy ở 105°C cho đến khi đạt khối lượng không đổi Độ ẩm của chất rắn được xác định theo công thức.
G1: khối lượng của mẫu ban đầu (kg)
G2: Khối lượng của mẫu sau khi sấy ở 105℃ đến khối lượng không đổi (kg) W: độ ẩm (%)
Xác định theo TCVN 6492-2011 (ISO 10523:2008) [32].
Dùng điện cực thủy tinh dựa trên sự thay đổi một đơn vị pH bằng sự thay đổi điện thế 55, 1 mV ở 25℃.
2.2.2.4 Xác định nhu cầu oxi hóa hóa học (COD)
Hàm lượng COD trong nước thải được xác định bằng kit Digestion solution for COD (HR và LR) của Hach, theo quy trình chuẩn (Method 8000 – DOC316.53.01099) Quy trình này sử dụng máy phá mẫu DRB200 và máy so màu DR2800.
2.2.2.5 Xác định Amon (NH 4 + ) trong nước – Phương pháp lên màu trực tiếp với thuốc thử Nessler
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc amon trong môi trường kiềm phản ứng với thuốc thử Nessler (K2HgI4), tạo thành phức hợp có màu vàng hoặc vàng nâu sẫm, tùy thuộc vào hàm lượng amon trong nước.
2K2HgI4 + NH3 + 3KOH → Hg(HgIONH2) + 7KI + 2H2O
2K2HgI4 + NH3 + KOH → Hg(HgI3NH2) + 5KI + H2O
Cường độ màu tương ứng với hàm lượng NH4+ trong mẫu được đo bằng độ hấp phụ màu tại bước sóng 430 nm Đường chuẩn được thiết lập để thể hiện mối quan hệ giữa độ hấp thụ màu và nồng độ NH4+ trong khoảng từ 0,02 đến 5,00 mg/L.
Để tiến hành phân tích, lấy 5 ml mẫu cho vào bình tam giác và thêm 0,1 ml thuốc thử Nessler Sau khi lắc đều, để mẫu ổn định trong 10 phút Cuối cùng, đo mật độ quang ở bước sóng 430 nm, đồng thời thực hiện với mẫu trắng là nước deion.
H1 = m 11−m12 m 11 ×100 ( % ) m11: Hàm lượng N-NH4 + ban đầu (mg/L) m12: Hàm lượng N-NH4 + còn lại sau thời gian nuôi cấy (mg/L)
2.2.2.6 Xác định hàm lượng sulfat trong nước
Nguyên tắc: SO4 2- kết tủa với BaCl2 trong môi trường axit tạo thành BaSO4 kết tủa vô định hình Ta có phản ứng:
Cường độ màu tương ứng với hàm lượng BaSO4 trong mẫu được xác định thông qua việc đo độ hấp phụ màu ở bước sóng 420 nm Để thực hiện, chúng tôi đã lập đường chuẩn thể hiện mối quan hệ giữa độ hấp thụ màu và nồng độ BaSO4 trong khoảng từ 0,00 đến 40,00 mg/L.
Để tiến hành phân tích, lấy 10mL mẫu đã được lọc qua giấy lọc cho vào bỡnh tam giỏc Tiếp theo, thêm vào 4mL đệm và 20µL dung dịch BaCl2 30%, sau đó lắc đều trong 10 phút Cuối cùng, đo mật độ quang ở bước sóng 420 nm, đồng thời thực hiện song song với mẫu trắng là nước deion.
Hàm lượng sulfat được tạo thành xác định theo công thức:
∑C1: Tổng hàm lượng SO4 2- trong môi trường (SSM+S 2- ) sau thời gian nuôi cấy (mg/L)
∑C2: Tổng hàm lượng SO4 2- trong môi trường SSM sau thời gian nuôi cấy (mg/L)
Hiệu suất tạo thành sulfat được xác định theo công thức:
H1 = m m 21 22 × 100(% ) m21: Hàm lượng SO4 2- được tạo ra sau thời gian nuôi cấy (mg/L) m22: Hàm lượng SO4 2- được chuyển hóa từ S 2- theo lý thuyết (mg/L)
2.2.2.7 Xác định Nitrit (NO2 - ) trong nước – Phương pháp đo màu với thuốc thửGriess Ở pH 2 – 2,5 nitrit (NO2 -) tác dụng với axit sunfanilic và α-Naphtylamin cho màu hồng Ta có các phản ứng màu như sau:
Cường độ màu trong nước tỷ lệ thuận với hàm lượng nitrit, được đo bằng độ hấp thụ màu tại bước sóng 520nm Đồng thời, cần thiết lập đường chuẩn để xác định mối quan hệ giữa cường độ màu và nồng độ nitrit.
Để tiến hành phân tích, lấy 5 ml mẫu cho vào bình tam giác, sau đó thêm 1 ml dung dịch Griess A và 0,1 ml dung dịch Griess B Lắc đều và để ổn định trong 10 phút Tiến hành đo độ hấp thụ màu ở bước sóng 520 nm, đồng thời thực hiện với mẫu trắng Hiệu suất chuyển hóa nitrit được xác định theo công thức.
H1 = m 21− m 21 m22 × 100 ( % ) m21: Hàm lượng N-NO2 - ban đầu (mg/L) m22: Hàm lượng N-NO2 - còn lại sau thời gian nuôi cấy (mg/L)
2.2.2.8 Chỉ số hỗn hợp chất rắn lơ lửng (MLSS)
Sấy chén sứ ở nhiệt độ 105 o C trong 30 phút và sau đó đặt trong bình hút ẩm trong 15 phút Tiến hành cân chén sứ đã được mo Ly tâm 50 ml (V) hỗn hợp bùn ở tốc độ 10.000 vòng/phút trong 10 phút tại nhiệt độ thường, loại bỏ phần nước và chuyển toàn bộ bùn vào chén sứ Tiếp tục sấy ở 105 o C trong 24 giờ, sau đó đặt mẫu sấy trong bình hút ẩm trong 15 phút và cân chén sứ cùng mẫu bùn được m1 Kết quả sẽ được tính toán theo công thức đã được quy định.
Để xác định chỉ số hỗn hợp chất rắn lơ lửng dễ bay hơi của bùn MLVSS, đầu tiên, đặt chén bùn đã xác định MLSS vào tủ nung Tăng dần nhiệt độ tủ đến 600 o C và bắt đầu tính thời gian khi đạt nhiệt độ này Nung ở 600 o C trong 40 phút, sau đó tắt tủ và chờ nhiệt độ giảm xuống khoảng 100 o C trước khi lấy mẫu Đặt mẫu vào bình hút trong 15 phút và cân mẫu được m2 Kết quả sẽ được tính theo công thức đã quy định.
V 1000 , mg l 2.2.2.10 Xác định hoạt tính sinh metan riêng