Đề xuất phương pháp phân tíchthông số tổng nitơ, tổng photphotrong nước thải tại một nhà máy cụ thể

Với sự phát triển không ngừng của côngnghiệp và sản xuất, lượng nước thải sinh ra từ các nhà máy đã tăng lên đáng kể,tạo ra một loạt các vấn đề môi trường và sức kháng cho hệ sinh thái t

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-BÁO CÁO HOẠT ĐỘNG NHÓM

ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THÔNG SỐ TỔNG NITƠ, TỔNG PHOTPHO TRONG NƯỚC THẢI TẠI MỘT NHÀ MÁY CỤ THỂ

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Anh Thư – 2020606249

Nguyễn Đức Thiệu - 2020606759 Nhâm Đức Thịnh - 2020608451 Trần Vũ Luân - 2019601000

MỤC LỤC

Lời mở đầu 3

1 Tổng quan về đối tượng phân tích 4

1.1 Tổng nito trong nước thải [2] 4

1.1.1 Tổng nitơ trong nước thải là gì? 4

1.1.2 Những tác hại của nitơ trong nước thải 4

1.1.3 Làm sao để xác định hàm lượng nitơ? 4

1.1.4 Cách xử lý tổng nitơ trong nước thải 5

1.2 Tổng photpho trong nước thải [4] 5

1.2.1 Tổng photpho trong nước thải là gì? 5

1.2.2 Tổng photpho trong nước thải có nguy hiểm không? 6

1.2.3 Cách xử lý photpho trong nước thải 6

1.2.4 Phương pháp xử lý photpho trong nước thải bằng hóa lý 6

1.2.5 Xử lý photpho trong nước thải bằng phương pháp sinh học 7

2 Đề xuất phương pháp phân tích 7

2.1 Xác định nitơ tổng số theo phương pháp vô cơ hoá xúc tác sau khi khử bằng hợp kim Devarda [6] 8

2.1.1 Nguyên tắc 8

2.1.2 Hóa chất & dụng cụ 9

2.1.3 Lấy mẫu và bảo quản mẫu 9

2.1.4 Cách tiến hành 9

2.1.5 Tính toán 10

2.2 Xác định photpho tổng số bằng phương pháp đo phổ dùng amoni molipdat (TCVN 6202 : 2008) [7] 10

2.2.1 Nguyên tắc 10

2.2.2 Dụng cụ & hóa chất 11

2.2.3 Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu 11

2.2.4 Cách tiến hành 11

2.2.5 Tính toán 13

KẾT LUẬN 15

TÀI LIỆU THAM KHẢO 16

Lời mở đầu

Nước thải tại các nhà máy là một vấn đề quan trọng đang ngày càng trở nên cấp thiết trong thế giới ngày nay Với sự phát triển không ngừng của công nghiệp và sản xuất, lượng nước thải sinh ra từ các nhà máy đã tăng lên đáng kể, tạo ra một loạt các vấn đề môi trường và sức kháng cho hệ sinh thái trái đất

Nước thải từ các nhà máy thường chứa nhiều hợp chất hóa học, vi khuẩn,

và các chất độc hại khác, có thể gây hại cho môi trường tự nhiên và sức kháng của cơ địa Đặc biệt, nước thải có thể gây ô nhiễm cho nguồn nước ngầm và mặt nước, ảnh hưởng đến cuộc sống của cả con người và động, thực vật

Trong ngành công nghiệp, các nhà máy tổng nito và tổng photpho đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất các hợp chất này, có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành như nông nghiệp, chế biến thực phẩm, và công nghiệp hóa chất Tuy nhiên, quá trình sản xuất này thường đi kèm với việc tạo ra lượng lớn nước thải độc hại, gây ra những thách thức môi trường đáng kể

Nước thải từ các nhà máy tổng nito thường chứa nồng độ cao ammonia và nitrat, gây ra tình trạng ô nhiễm nước, đặc biệt là trong các dòng sông và hệ thống nước ngầm Nitrat có thể gây ra hiện tượng tăng lượng tảo và khuếch tán oxy trong nước, dẫn đến việc hủy hoại đời sống dưới nước và sự đa dạng sinh học Trong khi đó, nước thải từ nhà máy tổng photpho thường chứa orthophosphate, một loại phospho-organic độc hại có thể gây hiện tượng "tảo phát triển quá mức" trong các hồ, ao, và dòng nước

Vấn đề này đặt ra một loạt các thách thức về việc xử lý và quản lý nước thải từ các nhà máy Các doanh nghiệp trong ngành phải thực hiện các biện pháp

xử lý nước thải hiệu quả để giảm bớt tác động của họ đối với môi trường Điều này có thể bao gồm việc sử dụng công nghệ tiên tiến để giảm thiểu sự thoát ra của các hợp chất này và tuân thủ các quy định nghiêm ngặt về môi trường [1]

1 Tổng quan về đối tượng phân tích

1.1 Tổng nito trong nước thải [2]

1.1.1 Tổng nitơ trong nước thải là gì?

Nitơ trong nước thải thường tồn tại ở hai dạng là vô cơ và hữu cơ

Ở dạng vô cơ, nitơ chủ yếu có trong amoni (NH4+.NH2), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-) hay phức tạp hơn là Ure Ở dạng hữu cơ, nitơ trong nước thải thường là những hợp chất khá phức tạp như amin bậc thấp, axit amin và protein

Như vậy, tổng hàm lượng của nitơ ở tất cả các thành phần phía trên sẽ được gọi là tổng nitơ trong nước thải

1.1.2 Những tác hại của nitơ trong nước thải

Nếu tổng nitơ trong nước thải cao nhưng lại không được xử lý đúng cách

và chảy ra sông hồ sẽ gây ra nhiều hệ lụy nguy hiểm Lượng nitơ này làm tăng hàm lượng dinh dưỡng cho một số thực vật thủy sinh như rêu, tảo và khiến nồng

độ oxy trong nước bị suy giảm Điều này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước, các vi sinh vật có ích sẽ mất dần đi Phần lớn các sông ngòi chịu ảnh hưởng của nitơ từ nước thải sẽ có những màu đen, xanh đen khác thường, gây mất thẩm mỹ Chúng còn tỏa ra những mùi hôi thối, can thiệp đến chất lượng cuộc sống của người dân xung quanh

Lượng nitơ trong nước nếu xâm nhập vào trong sinh hoạt sẽ gây ra nhiều nguy hiểm cho người dân Đặc biệt, nếu trẻ nhỏ tiếp xúc với chúng sẽ bị thiếu oxy máu cực kỳ nghiêm trọng

1.1.3 Làm sao để xác định hàm lượng nitơ?

Chúng ta có thể xác định hàm lượng nitơ trong nước thải nhờ vào việc thực thực hiện oxy hóa các dạng nitơ sang nitrat và tiến hành định lượng nitrat Một phương pháp phổ biến để có thể xác định tổng nitơ chính là xử lý lưu huỳnh/UV (4500 – NB) và lưu huỳnh 4500 – NC

Trong quá trình này, các ion clorua sẽ giúp tăng tốc độ khử nitrat thành nitrit mà không làm oxy hóa lưu huỳnh Các ion amoni và nitrat hấp phụ trên đất sét hay bùn sẽ giúp định lượng nitơ

Các chất lơ lửng nếu không hòa tan hết sẽ khiến cho kết quả định lượng không được chính xác Chính vì thế, nếu các hợp chất lơ lửng vẫn còn sau khi xử

lý thì cần phải được loại bỏ trước khi khử

Việc xác định hàm lượng nitơ đối với các doanh nghiệp là vô cùng quan trọng Các nhà máy xí nghiệp phải xác định để có thể đảm bảo được các chỉ tiêu nitơ ở nước thải trước khi thải trường Tùy thuộc vào mỗi ngày nghề mà tiêu chuẩn xả thải của các chỉ tiêu nitơ trong nước thải được quy định khác nhau

1.1.4 Cách xử lý tổng nitơ trong nước thải

 Một vấn đề khiến nhiều người đau đầu, đặc biệt là khi các tiêu chuẩn nước thải ngày càng khắt khe là tình trạng vượt ngưỡng tổng nitơ cho phép Khi

đó, người ta bắt đầu đẩy mạnh xử lý nitơ trong nước thải, một số phương pháp thông dụng có thể kể đến là:

 Phương pháp hóa lý gồm hai cách phổ biến là trao đổi ion và stripping Với phương pháp hoá học, nhiều doanh nghiệp lựa chọn cách oxy hóa amoni, phương pháp điện hóa hay kết tủa amoni Đặc biệt được ưa chuộng hiện nay chính là phương pháp sinh học với quá trình anammox, quá trình nitrat hóa và khử nitrat, …

 Có khá đa dạng các phương pháp để có thể xử lý tổng nitơ trong nước thải; phương pháp sắc ký lỏng, sắc ký ion, phương pháp cực phổ, trắc quang, Kjeldahl [3] Tùy thuộc vào tình trạng, đặc điểm của hệ thống mà các cơ sở sẽ tìm ra cách xử lý phù hợp cho mình

 Một số doanh nghiệp vốn đã có hệ thống xử lý nước thải nhưng việc xử lý nitơ lại không được hiệu quả dẫn tới quá trình xả nước ra ngoài nguồn tiếp nhận không được diễn ra do không đạt tiêu chuẩn Điều này đòi hỏi bạn phải tìm ra các phương án xử lý mới cho phù hợp hơn Đồng thời, nếu chưa có hệ thống xử lý thì cần phải khẩn trương xây dựng để đảm bảo hoạt động được thuận tiện

 Khâu xử lý nitơ nói riêng và xử lý nước thải nói chung là một tiến trình không thể bỏ qua cho mỗi doanh nghiệp, cơ sở có xả thải Chính vì thế mà việc xác định hàm lượng nitơ cũng như xử lý tổng nitơ là một giai đoạn cực kì quan trọng, quyết định hiệu quả xử lý cũng như đảm bảo các quy trình về xả thải

1.2 Tổng photpho trong nước thải [4]

1.2.1 Tổng photpho trong nước thải là gì?

Tổng lượng photpho gồm có ortho photphat, poly-photphat và hợp chất photpho hữu cơ Trong đó ortho photphat luôn chiếm tỉ lệ cao nhất Chất này có thể ở dạng hòa tan, keo hay rắn

Trong nước thải tồn tại nhiều hóa chất, trong đó có tổng photpho (P) tồn tại dưới dạng phốt phát Chúng sinh ra từ chất thải của con người, động vật,

những loại chất tẩy rửa còn dư hoặc trong thực phẩm thối rữa, hư hỏng Đặc biệt, tổng photpho được tìm thấy nhiều nhất ở nước thải của các nhà máy chế biến đồ

ăn, đồ uống, bệnh viện, trung tâm y tế…

1.2.2 Tổng photpho trong nước thải có nguy hiểm không?

Nhiều người băn khoăn liệu tổng photpho xuất hiện trong nước thải có nguy hiểm không? Chúng sẽ ảnh hưởng đến môi trường và con người như thế nào?

Trong tự nhiên, nếu nồng độ P cao sẽ khiến thực vật như tảo phát triển mạnh Gây ra hiện tượng phú dưỡng, làm thảm tảo dày đặc chiếm bề mặt nước

Bề mặt tảo này sẽ ngăn chặn ánh mặt trời chiếu vào nước Khiến nồng độ oxy hòa tan trong nước bị giảm sút Tình huống này xảy ra sẽ làm các vi sinh vật thủy sinh trong nước chết hàng loạt

Việc để nước ngọt nhiễm quá nhiều P sẽ gây ra hiện tượng ô nhiễm

photpho Ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của các sinh vật có trong nước Làm biến đổi môi trường sinh thái và làm mất cân bằng của hệ sinh thái Vậy nên, cần phải thắt chặt các tiêu chuẩn trong việc xả photpho ra ngoài môi trường

1.2.3 Cách xử lý photpho trong nước thải

Sau khi biết tổng photpho trong nước thải là gì, chúng ta cùng tìm hiểu cách xử lý photpho trong nước thải nhé Theo các chuyên gia, việc loại bỏ P trong nước thải khá phức tạp Nó khó hơn việc xử lý nito và photpho trong nước thải ở dạng khí

Người ta thường chuyển P sang dạng rắn và loại bỏ nó bằng cách lắng lọc hoặc tách trực tiếp bằng màng lọc Ngoài ra, người ta còn sử dụng các biện pháp hóa lý, sinh học để loại bỏ P khỏi nước thải

1.2.4 Phương pháp xử lý photpho trong nước thải bằng hóa lý

Đây là phương pháp loại bỏ P được dùng trong nhiều năm trước Hiện nay, cách này vẫn được một số nơi thực hiện Phương pháp hóa lý gồm có những cách làm như kết tủa, hấp thụ và trao đổi ion

Kết tủa photpho

Người ta dùng muối kim loại để tạo phản ứng với photpho tại bể phản ứng Các loại muối thường dùng là muối kim loại hóa trị III, clorua sắt Kết quả của phản ứng này sẽ làm photpho kết tủa và tạo thành chất rắn, lắng xuống đáy Sau đó, người ta sẽ loại bỏ P bằng lắng trọng lực hoặc lọc Cách này có tính chủ động và dễ kiểm soát

Tuy nhiên, cách này khiến hợp chất kết tủa khó tách và thu hồi P để tái sử dụng Ngoài ra, để loại bỏ P, cần thêm hóa chất Dẫn đến việc phát sinh thêm nhiều chi phí, không mang lại lợi ích về kinh tế

Hấp thụ loại bỏ photpho

Người ta dùng các loại hóa chất có thể hấp thụ photphat để xử lý P trong nước thải Gồm các sản phẩm tự nhiên như apatit, bauxite hoặc đá vôi Hoặc các chất thải công nghiệp như tro, đất nung, xỉ thép,… Ngoài ra còn có chất polonite

có thế loại bỏ 91% photphat Việc hấp thụ loại bỏ P phụ thuộc vào hàm lượng hóa chất sử dụng

Công nghệ trao đổi ion

Người ta áp dụng quá trình khử muối và ion hóa nước để khử photphat P trong nước thải có dạng aion, các hạt cố định của kim loại là cation Tạo thành cơ

sở để trao đổi polymer, trong đó các hạt nano chọn lọc photpho Người ta thường dùng oxit sắt hoặc nhôm hydroxit để làm tăng tính chọn lọc cho các ion P Giúp

tỷ lệ khử P là 90%

1.2.5 Xử lý photpho trong nước thải bằng phương pháp sinh học

Với phương pháp sinh học, người ta thường xả nước thải vào các ao lắng

có sục khí Phân hủy chất thải hữu cơ bằng vi khuẩn hiếu khí Tuy nhiên, lượng P

bị loại bỏ khá ít Vậy nên, người ta còn dùng thêm bùn than hoạt tính để tạo ra một quần thể vi sinh vật lưu trữ P nội bào dưới dạng pholyphosphate

Khi các vi sinh vật này có số lượng đủ lớn theo yêu cầu Photpho sẽ được loại bỏ cùng với bùn thải

Ngoài ra, người ta còn dùng các công nghệ hiện đại để khử photphat trong nước thải Chủ yếu là các công nghệ sau: Công nghệ xử lý A/O, công nghệ xử lý Phostrip, công nghệ xử lý SBR

Cách dùng công nghệ mang lại hiệu quả cao nên được dùng khá phổ biến

2 Đề xuất phương pháp phân tích

Sau quá trình xem xét và phân tích, chúng em chọn nhà máy Xử Lý Nước

Thải Miền Bắc là lựa chọn tốt để đưa ra phương pháp xử lý tổng nitơ và

photpho [5] Quyết định này được đưa ra dựa trên các yếu tố sau:

Quy mô xử lý: Nhà máy có khả năng xử lý một lượng lớn nước thải, đáp

ứng nhu cầu của dự án của chúng ta Điều này đặc biệt quan trọng khi xử

lý tổng nitơ và phospho, vì yêu cầu về quy mô có thể tăng lên nếu khả năng xử lý không đủ lớn

Hiệu suất xử lý: Nhà máy sử dụng công nghệ và quy trình xử lý nước thải

hiện đại, giúp đạt được hiệu suất xử lý cao và tuân thủ tiêu chuẩn môi trường

Tiêu chuẩn môi trường: Tuân thủ tất cả các tiêu chuẩn môi trường liên

quan đối với xử lý tổng nitơ và phospho Các kết quả thử nghiệm và giấy

tờ pháp lý xác nhận tuân thủ tiêu chuẩn này

Khả năng mở rộng: Có khả năng mở rộng nếu cần thiết trong tương lai

để đáp ứng các yêu cầu tăng cường xử lý nitơ và phospho

Vị trí và tiện ích vận chuyển: Thuận lợi cho việc thu thập nước thải và

có tiện ích vận chuyển tiếp cận

Quản lý và Sử dụng tài nguyên: Có kế hoạch quản lý và sử dụng tài

nguyên như nước tái sử dụng và năng lượng tái tạo, đồng thời đảm bảo tính bền vững của hoạt động

Dựa trên các yếu tố trên, nhóm em tin rằng nhà máy Xử Lý Nước Thải Miền Bắc sẽ đáp ứng được yêu cầu của dự án và sẽ là lựa chọn tốt để triển khai

phương pháp xử lý tổng nitơ và phospho Chúng em đề xuất tiến hành các bước tiếp theo để xây dựng và triển khai phương pháp xử lý nước thải tại nhà máy theo các tiêu chuẩn và quy định liên quan

2.1 Xác định nitơ tổng số theo phương pháp vô cơ hoá xúc tác sau khi khử bằng hợp kim Devarda [6]

Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6638:2000 về chất lượng nước - Xác định nitơ - Vô cơ hoá xúc tác sau khi khử bằng hợp kim Devarda

2.1.1 Nguyên tắc

Dùng hợp kim Devarda để khử các hợp chất nitơ về amoni Sau khi làm bay hơi đến gần khô thì chuyển nitơ thành amoni sunfat khi có mặt axit sunfuric đậm đặc chứa kali sunfat ở nồng độ cao để làm tăng nhiệt độ sôi của hỗn hợp, đồng thời có mặt đồng để làm xúc tác

Giải phóng amoniac khỏi hỗn hợp bằng cách thêm kiềm và cất vào dung dịch axit boric / chỉ thị Xác định lượng amoni trong phần cất ra bằng cách chuẩn

độ với axit hoặc đo phổ ở bước sóng 655 nm

2.1.2 Hóa chất & dụng cụ

Axit clohidric HCl Bình Kjeldahl100 - 250 ml Axit sunfuric H2SO4 Máy chưng cất Natri hydroxyt NaOH

Hợp kim Devarda dạng bột (khoảng 45%, Al 50% Cu và 5%

Zn) Kali sunfat K2SO4 Dung dịch axit boric / chỉ thị Dung dịch glycin H2NCH2COOH

Kali nitrat (KNO3)

2.1.3 Lấy mẫu và bảo quản mẫu

Lấy mẫu vào bình polyetylen Phân tích ngay nếu có thể, hoặc lưu giữ ở

2oC - 5oC cho đến khi phân tích

Axit hoá bằng axit sunfuric đến Ph = 2 để lưu giữ mẫu Cần bảo đảm mẫu không hấp thụ amoniac từ không khí

2.1.4 Cách tiến hành

 Dùng pipet hút 50 ml mẫu vào bình Kjeldahl Thêm 4,0 ml ± 0,1 ml axit sunfuric, 0,20 g ± 0,01 g hợp kim Devarda và 2,00 g ± 0,05 g kali sunfat

 Sau ít nhất 60 phút Thêm vài hạt đá bọt và đun sôi lượng trong bình dưới

tủ hút Thể tích lượng trong bình giảm dần do nước bay đi

 Khi khói trắng bắt đầu xuất hiện thì đậy phễu nhỏ vào cổ bình Kjeldahl để giảm sự bay hơi Không đun đến cạn khô Nhiệt độ của chất lỏng trong giai đoạn này không được vượt quá 370oC

 Sau khi hết bốc khói thì quan sát định kỳ sự vô cơ hoá, sau khi chất lỏng trở thành không màu hoặc xanh nhẹ, tiếp tục đun 60 min ± 5 min nữa

 Để bình nguội đến nhiệt độ phòng Trong khi đó lấy 20 ml ± 2 ml dung dịch axit boric vào bình hứng của máy chưng cất Đảm bảo rằng đầu mút của sinh hàn nhúng sâu vào dung dịch chỉ thị

 Thêm cẩn thận 10 ml ± 1 ml nước vào bình đã vô cơ hoá Sau đó thêm 25

ml dung dịch natri hydroxit và lập tức nối bình vào máy chưng cất

 Đun bình sao cho tốc độ cất khoảng 5 ml/min Dừng cất khi đã thu được khoảng 30 ml Chuẩn độ phần cất được bằng axit clohydric 0,02 mol/l đến màu đỏ của chỉ thị đã sẵn có trong bình hứng, ghi thể tích tiêu tốn

Chú thích

- Mẫu cần chứa không quá 200 mg nitơ trên lít Nếu hàm lượng nitơ cao hơn thì pha loãng mẫu bằng nước trước khi hút 50 ml phần mẫu thử

- Đối với mẫu trắng thì tiến hành như trên nhưng dùng 50 ml nước thay cho mẫu Ghi số thể tích V2 của axit clohidric HCl đã thêm vào

2.1.5 Tính toán

Nồng độ nitơ tổng số pN, tính bằngmiligam trên lít, được tính theo công thức :

Trong đó

V0: là thể tích của phần mẫu thử, tính bằng mililit

V1: là thể tích dung dịch tiêu chuẩn axit clohyric đã dùng để chuẩn độ

V2: là thể tích dung dịch tiêu chuẩn axit clohydric đã dùng để chuẩn độ mẫu trắng

c(HCl): là nồng độ chính xác của dung dịch HCl đã dùng để chuẩn độ,tính bằng mol trên lít ;

14,01: là khối lượng nguyên tử tương đối của nitơ

2.2 Xác định photpho tổng số bằng phương pháp đo phổ dùng amoni

molipdat ( TCVN 6202 : 2008) [7]

2.2.1 Nguyên tắc

Phản ứng giữa ion octophosphat và một dung dịch axit chứa molipdat và ion antimon tạo ra phức chất antimon phosphomolipdat

Khử phức chất bằng axit ascorbic tạo thành phức chất molipden màu xanh đậm Đo độ hấp thụ của phức chất để xác định nồng độ octophosphat

Xác định polyphosphat và một số hợp chất phospho hữu cơ bằng cách thủy phân chúng với axit sulfuric để chuyển sang dạng octophosphat phản ứng với moliopdat

Một số hợp chất phospho hữu cơ được chuyển thành octophosphat bằng

vô cơ hóa với pesulfat Nếu cần xử lý cẩn thận thì vô cơ hóa với axit nitric – axit sulfuric