II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:Vận hành mô hình kỵ khí 2 bậc AD-W8 dùng để xử lý nước thải giết mổ gia súc.Vận hành mô hình với các tải trọng có và không có kết hợp với giá thể PVA-gel để đánh
TỔNG QUAN
Tổng quan về đơn vị lấy nước thải
Nước thải nghiên cứu được lấy từ Công ty TNHH Một Thành Viên Việt Nam Kỹ Nghệ Súc Sản (VISSAN) địa chỉ 420 Nơ Trang Long, phường 13, quận Bình Thạnh, Thành Phố Hồ Chí Minh Là công ty chuyên hoạt động trong lĩnh vực công nghệ giết mổ gia súc, đảm bảo các tiêu chuẩn vệ sinh, cung cấp thịt tươi sống cũng như thịt đóng hộp cho nhu cầu của người dân.
Công suất và quy trình sản xuất của công ty VISSAN
- Công nghệ giết mổ heo theo công nghệ của Đức với công suất 2.400 con/ca/6h - Quy trình giết mổ heo:
Thọc huyết Rửa Trụng nước nóng
Nước thải chứa huyết rơi vãi
Lông, móng, huyết dư , nước thải
Tiêu thụ thịt tươi Mổ bụng
Hình 1.1: Quy trình giết mổ heo
2.2.2 Công suất và quy trình giết mổ trâu bò
Công nghệ giết mổ trâu, bò theo công nghệ của Đức với công suất 300 con/ca/6h
Hình 1.2: Quy trình giết mổ trâu, bò
Nước thải, mỡ vụn, thịt vụn Xuất
Nước thải, phân,lòng vụn,huyết vụn
2.2.3 Quy trình sản xuất xúc xích tiệt trùng
Công suất thiết kế: 8000 tấn/ năm
Hình 1.3: Quy trình sản suất xúc xích tuyệt trùng Đóng gói Lưu kho Thanh trùng Nguyên liệu
2.2.4 Quy trình sản xuất thịt nguội
Công suất thiết kế 5000 tấn/ năm
Hình 1.4: Quy trình sản suất thịt nguội Đóng gói chân không Xắt lát Nguyên liệu
Nấu hấp Định hình Xay nhuyễn
2.2.5 Quy trình sản xuất đồ hộp
Công suất thiết kế 110 lon/ phút
Xay thô Xay nguyễn Đóng thùng
Hình 1.5: Quy trình sản suất đồ hộp Định hình
Đặc tính nước thải của nhà máy xử lý nước thải của công ty VISSAN
Với số lượng nhân viên khoảng 1800 người thì lượng nước thải sinh hoạt theo ước tình là khoảng 144 m 3 ngày đêm Nước thải phát sinh trong quá trình sinh hoạt của công nhân, nhân viên trong công ty Nước thải này chứa chủ yếu các chất cặn bã, các chất dinh dưỡng (N, P), các chất rắn lơ lửng (SS), các chất hữu cơ (BOD, COD và các vi khuẩn), khi thải ra ngoài môi trường nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm nặng với môi trường
Dựa vào số lượng nhân viên trong công ty trung bình khoảng 1800 người/ ngày và lượng nước sử dụng trung bình 143,2 m 3 /ngày.đêm có thể ước tính được tải lượng và nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt
Vì vậy, công ty có biện pháp xử lý nước thải trước khi xả trực tiếp ra nguồn tiếp nhận và hiện nay nước thải sinh hoạt tập trung vào hệ thống thu gom chung của nước thải sản xuất đưa về hệ thống xử lý nước thải tập trung để đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra nguồn tiếp nhận
Chủ yếu là các chất hữu cơ phát sinh từ quá trình lưu giữ, giết mổ gia súc, từ các thực phẩm hư hỏng… nên chỉ tiêu SS, BOD, COD cao nên cần phải được ưu tiên xử lý trước khi đưa ra trực tiếp nguồn tiếp nhận
Do hệ thống xử lý nước thải là hệ thống chung nên sẽ gom tất cả các loại nước thải nêu trên để xử lý nên có sự pha loãng nồng độ giữa nước thải sinh hoạt, sản xuất tính chất nước thải có phần thay đổi
2.3.3 Tính chất nước thải giết mổ và chế biến thịt động vật VISSAN
Tính chất nước thải của công ty VISSAN có kết quả phân tích mẫu nước nghiên cứu có kết quả như sau:
STT Chỉ tiêu Đơn vị Nồng độ
7 Chắc rắn lơ lửng (SS) mg/l 1000
Bảng1.1: Kết quả phân tích mẫu nước thải của công ty VISSAN.
Tổng quan về PVA-gel
PVA – gel là một polymer tổng hợp và không độc hại được sử dụng rộng rãi cho việc cố định vi sinh vật trong xử lý nước thải các hạt PVA-gel có đường kính 4mm (hình 1.6a) với thể tích khoảng 10% và trọng lượng riêng là 1,025g các hạt này có tính thấm nước và có cấu trúc lỗ rỗng (Kuraray Co Osaka, Japan)
Bởi vì PVA-gel có nhiều đặc tính hấp dẫn như là : có khả năng hút nước, phản ứng hình thành màng, và khả năng chống oxy hóa cao, nên nó là một chất tiềm năng trong việc mang sinh khối mà có thể áp dụng trong các ngành công nghiệp như lên men thuốc, thực phẩm hóa học và các kỹ thuật sinh thái (Bai et al., 2010)
Hiện nay trên thế giới thì hạt PVA-gel được sử dụng trong xử lý nước thải công nghiệp và nước thải hộ gia đình thông qua việc làm giá thể cho vi sinh vật phát triển
Nó cũng được áp dụng cho xử lý nước thải với nồng độ cao của các mô hình kỵ khí trong phòng thí nghiệm (Tran ct al., 2006: Quan et al., 2010; Li et al., 2011)
Hình 1.6a: các hạt PVA-gel (vạch kẻ ngang chỉ 2mm)
Hình 1.6b: cấu trúc lỗ rỗng hạt PVA-gel (vạch kẻ ngang chỉ 10 )
Phương pháp xử lý kỵ khí
Từ ngày xưa, con người đã biết sử dụng VSV trong đời sống hằng ngày Các quá trình làm rượu, làm dấm, muối chua Đều ứng dụng đặc tính sinh học của các nhóm VSV Khi khoa học phát triển, biết rõ vai trò của VSV thì việc ứng dụng trong sản xuất và đời sống hằng ngày càng rộng rãi và có hiệu quả lớn
Trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, con người đã sử dụng VSV làm sạch môi trường, xử lý các chất độc hại, sử dụng VSV trong việc chế tạo phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật không gây độc đến môi trường và bảo vệ sự cân bằng sinh thái
Các hợp chất hữu cơ có thể tồn tại dưới các dạng hòa tan, keo, không tan, bay hơi, không bay hơi, dễ phân hủy, khó phân hủy Phần lớn các chất hữu cơ trong nước đóng vai trò là cơ chất đối với vi sinh vật Nó tham gia vào quá trình dinh dưỡng và tạo năng lượng cho vi sinh vật Vì thế, công nghệ xử lý nước thải bằng sinh học thường được áp dụng vì dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải, các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm chất dinh dưỡng và tạo năng lượng Chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng, sinh sản nên sinh khối của chúng tăng lên Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa, nhưng do trong môi trường có các vi khuẩn giúp cho quá trình chuyển hóa, phân hủy chất hữu cơ nên khi xử lý nước thải cần xem xét nước thải có các vi sinh vật hay không để lợi dụng sự có mặt của nó và nếu có thì tạo điều kiện tốt nhất cho các vi sinh vật phát triển
Phương pháp xử lý sinh học chia làm hai loại:
- Phương pháp kỵ khí: sử dụng vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong môi trường không có oxy
- Phương pháp hiếu khí: sử dụng vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện môi trường cung cấp oxy liên tục
Mà trong đó thì quá trình kỵ khí là quá trình hiện nay được quan tâm nhiều hơn vì ưu điểm của quá trình này là có thể thu hồi lại năng lượng từ chất thải xem như một
12 nguồn năng lượng thay thế, giải quyết vấn đề một phần về vấn đề năng lượng, cũng như việc sinh ra lượng bùn ít hơn quá trình hiếu khí
Hiện nay thì phương pháp phân hủy kỵ khí có thể được áp dụng để xử lý nhiều loại nước thải khác nhau để thu hồi biogas như một nguồn năng lượng sạch
2.5.2 Các giai đoạn của xử lý kỵ khí
Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình sử dụng các vi sinh vật để phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ có trong nước thải ở điều kiện không có oxy trong không khí với trạng thái nhiệt độ và pH thích hợp để thu được sản phẩm khí cuối cùng là
CH 4 , CO 2 , N 2 , H 2 ,… , và trong đó thì khí metan (CH 4 ) chí tỷ lệ cao nhất khoảng 50 đến 70% Quá trình phân hủy kỵ khí được tổng quát bằng sơ đồ sau:
Chất hữu cơ CH 4 + CO 2 + H 2 S + H 2 + NH 3 + tế bào vi sinh vật
Quá trình phân hủy kỵ khí có thể tổng hợp bằng ba giai đoạn chính sau:
Giai đoạn 1 (Thuỷ phân và lên men axit): Giai đoạn này được thực hiện trong các điều kiện rất khác nhau: ôn hoà (30 - 40 0 C) hay nóng (45 0 C) Dưới tác dụng của các loại men khác nhau do nhiều loài vi sinh vật tiết ra các chất hữu cơ phức tạp như
Hidrat cacbon, Protein, Lipit dễ dàng bị phân huỷ thành các chất hữu cơ đơn giản, dễ bay hơi như Etanol, các Axit béo như Axit Axetic, Axit Butyric, Axit Propionic, Axit Lactic… và các khí gas, CO 2 , H 2 và NH 3 pH của dung dịch giảm xuống tới 5 và có thể thấp hơn nữa nên được gọi là giai đoạn thuỷ phân và lên men axit Giai đoạn này có mùi thối
* Giai đoạn acid hóa, acetat hóa
Giai đoạn 2 (Chấm dứt lên men axit): Các axit béo hữu cơ và các hợp chất hữu cơ tan chứa nitơ tiếp tục bị phân huỷ thành hợp chất Amon, Amin, Cacbonat và một ít CO 2 , N 2 , CH 4 , H 2 … Bùn được tạo ra có màu đen, nhớt rồi tạo bọt nổi lên thành màng
Sản phẩm lên men tạo mùi khó chịu hôi thối do H 2 S, Indol, Scatol, Mecaptan… được sinh ra và pH của môi trường tăng dần lên
Giai đoạn 3 (Lên men Metan hay lên men kiềm): Các sản phẩm như Axit béo các hợp chất chứa nitơ tiếp tục bị phân huỷ bởi các vi khuẩn Metan tạo ra nhiều CO2, CH 4 , pH của môi trường tăng lên và chuyển sang môi trường kiềm Quá trình lên men Metan có thể xảy ra ở hệ sinh thái “lạnh” (10 - 15 0 C), ôn hoà (30 - 40 0 C) và thậm chí ở hệ sinh thái nóng (45 0 C) Về hoá sinh trong giai đoạn lên men Metan tất cả các hợp chất hữu cơ phức tạp đều chuyển về sản phẩm cuối cùng là CO 2 , H 2 và CH 4
2.5.3 Các sản phẩm của quá trình kỵ khí
Kết quả của quá trình sinh học kỵ khí là hỗn hợp khí biogas có chứa metan – một chất khí có nhiệt trị cao và cũng có khả năng gây hiệu ứng nhà kính cao Trung bình cứ 100 năm mỗi kg metan làm ấm Trái Đất gấp 25 lần 1 kg CO 2 Do đó, việc thu hồi khí biogas từ bể phân hủy sinh học kỵ khí là cần thiết, mục đích đốt bỏ hoặc sử dụng như một nguyên liệu thay thế Khí biogas được thu hồi nhằm giảm tác động đến môi trường cũng như tìm kiếm một nguồn năng lượng thay thế Thành phần các chất khí có trong biogas:
Hình 1.7: Các giai đoạn của quá trình phân hủy kỵ khí
14 Bảng 1.2 : Thành phần các chất trong khí biogas
Sunfua hydro 200 – 400 ppm (theo thể tích)
2.5.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kỵ khí
Yếu tố cần lưu ý đầu tiên là nhiệt độ Vùng nhiệt độ để quá trình phân hủy kỵ khí khá rộng và mỗi vùng nhiệt độ sẽ thích hợp cho từng nhóm vi sinh vật kỵ khí khác nhau Vùng nhiệt độ ấm - trung bình: 20 – 45 0 C và vùng nhiệt độ cao - nóng: 45 – 65 0 C sẽ thích hợp cho sự hoạt động của nhóm vi sinh vật lên men metan Một số nhóm vi sinh vật kỵ khí có khả năng hoạt động ở vùng nhiệt độ thấp - lạnh: 10 – 15 0 C
Khi nhiệt độ < 10 0 C thì vi khuẩn tạo metan hầu như không hoạt động Nhiệt độ tối ưu là 35 0 C pH là yếu tố thứ hai có ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình phân huỷ kỵ khí Trong quá trình xử lý kỵ khí các giai đoạn phân hủy có ảnh hưởng trực tiếp qua lại lẫn nhau, làm thay đổi tốc độ quá trình phân hủy chung Nước thải mới nạp vào công trình thì nhóm vi sinh vật axit hóa thích nghi hơn nhóm vi sinh vật metan hóa Khi pH giảm mạnh (pH < 6) sẽ làm cho khí metan sinh ra giảm đi Khoảng pH tối ưu dao động trong một khoảng hẹp từ 6,5 - 8,5
Các chất có mặt trong môi trường ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng và phát triển của Vi sinh vật kỵ khí Oxy được coi là độc tố của quá trình này Một số dẫn xuất của Metan như CCl 4 , CHCl 3 , CH 2 Cl 2 và một số kim loại nặng (Cu, Ni, Zn …), các chất như HCHO, SO2, H 2 S cũng gây độc cho vi sinh vật kỵ khí NH4 + gây ức chế cho quá
15 trình kỵ khí và S 2 - được coi là chất gây ức chế cho quá trình metan hóa Các chất có tính oxi hoá mạnh như thuốc tím, các halogen và các muối có oxi của nó, ozone… được coi là chất diệt khuẩn hữu hiệu hiện nay Quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra thuận lợi khi nước thải có đầy đủ nguồn cacbon, nitơ, photpho và một số nguyên tố vi lượng với một tỷ lệ thích hợp tức là thành phần nước thải hay bùn cặn có ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men.
Tình hình nghiên cứu
Năm 2012, Lê Thị Cẩm Chi, Lê Hoàng Nghiêm, Võ Huỳnh Kim Long đã nghiên cứu ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dòng chảy ngược với chất mang hạt PVA gel để xử lý nước thải chế biến thủy sản Nghiên cứu cần các hạt PVA gel đã có vi sinh bám dính (cần 44 ngày chạy mô hình với nước thải cao su), và sau 129 ngày chạy mô hình chỉ ra rằng hiệu suất loại bỏ COD dao động khoảng từ 86,7% đến 91,8% ở tải trọng 20kg COD/m 3 ngày
Năm 2017, Đặng Vũ Bích Hạnh, Nguyễn Thị Diệu Hạnh, Nguyễn Phước An nghiên cứu mô hình AD-W8 để xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp với 80% là nước thải từ thủy sản Nghiên cứu này đã cho thấy mô hình kỵ khí hai bậc AD- W8 cho kết quả xử lý COD đạt từ 85% đến 90% với các tải trọng COD khác nhau cao nhất là 90% với tải trọng 4kg COD/m 3 ngày
2.6.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
2007, Zhang Wenjie, Wang Dunqiu, Koga Yasunori, Yamamoto Taichi, Zhang Li, Fukurawa Kenji nghiên cứu sự hình thành bùn trong bể phản ứng UASB khi cho PVA gel Nghiên cứu này với mục đích là dùng PVA gel làm giá thể để cho vi sinh vật tăng sinh và phát triển sau 117 ngày chạy mô hình nghiên cứu thì tải trọng COD tăng lên đến 22,5 kg COD/m 3 ngày với hiệu suất xử lý đạt đến hơn 87%
2011, Đỗ Phương Khanh, Lại Minh Quân, Wenjie Zhang, Daisuke Hira, Kenji Furukawa nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đối với xử lý COD với PVA gel là chất mang trong bể phản ứng UASB Nghiên cứu chỉ ra rằng khi nhiệt độ giảm thì tỷ lệ loại
16 bỏ COD cũng giảm theo COD bị loại bỏ đạt 28kg COD/m 3 ngày ở 35 o C, 16 kg COD/m 3 ngày ở 25 o C và 6kg COD/m 3 ngày ở 15 o C
2014, Supawat Chaikasem, Paul Jacob, Chettiapan Visvanathan nghiên cứu sử dụng PVA gel làm giá thể sinh học để cải thiện hiệu suất trong bể phản ứng màng kỵ khí hai giai đoạn hiệu suất của bể phản ứng được giám sát bằng việc loại bỏ COD và tốc độ sinh khí sinh học (metan), với việc loại bỏ được khoảng 89% đến 92% COD và tốc độ tạo metan 1,5 đến 1,9 Lmetan/Lreactor.ngày ở tải trọng 6 kg COD/m 3 ngày nhưng hạn chế là việc dễ bị bẩn màng
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Tổng quan về mô hình kỵ khí AD-W8
Cơ chế hoạt động của thiết bị AD-W8
Thiết bị phân hủy kỵ khí AD – W8 (hình 8) gồm 2 bể phản ứng chính (1) và (2) ký hiệu R1, R2 giống hệt nhau, có thể tích 5 lít với cơ chế vận hành dòng chảy ngược hướng lên có trang bị bộ kiểm soát nhiệt độ và lưu lượng nước thải cho phép vận hành ở điều kiện ổn định Nước thải được bơm bằng bơm cấp liệu (6) và (7) theo ống dẫn có đường kính 8mm đến đầu bể R1, R2
Tiếp đó, nước thải theo ống dẫn có đường kính 4mm xuống đáy bể, dòng chảy ngược hướng lên qua lớp bùn phân hủy kỵ khí Tại đây, nước thải tiếp xúc với lớp bùn có chứa các vi sinh vật kỵ khí có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ Bên trong bể kỵ khí (1) và (2) có một đầu dò nhiệt độ nhằm điều chỉnh nhiệt độ trong bể luôn ở trạng thái ổn định nhờ vào 2 tấm gia nhiệt 200W bao quanh bể Hai tấm gia nhiệt này được kích hoạt bằng bộ điều khiển nhiệt độ (8), (9) Điểm cài đặt nhiệt độ trong phạm vi môi trường xung quanh đến 55 o C Khí được sinh ra trong quá trình phân hủy kỵ khí trong 2 bể phản ứng (1), (2) theo ống dẫn đường kính 8mm vào 2 bể thu khí tướng ứng (3) và (4) theo cơ chế chiếm chỗ của nước Phần nước bị đẩy ra ngoài chính là phần thể tích khí sinh ra Khí này chủ yếu là CO 2 , CH 4 , và một phẩn nhỏ các khí khác
Lượng khí CO 2 phản ứng với H 2 O tạo thành H 2 CO 3 Tuy nhiên acid này là một acid yếu, làm cho quỳ tím hóa hồng do đó nhanh chóng phân ly thành CO 2 và H 2 O trong
19 một khoảng thời gian rất ngắn Chính vì vậy, để tránh trường hợp khí CO 2 bị hòa tan vào trong nước ta có thể dùng nước muối với nồng độ NaCl là 3% Điểm lấy mẫu khí
(GS) và mẫu nước (LS) được ký hiệu trên hình Bể trung gian (5) được dùng để chứa nước thải từ bể phản ứng (1) và đảm bảo lượng nước đi vào bể phản ứng (2) không bị thiếu hụt.
Các thông số kỹ thuật
Bể phản ứng: gồm 2 bể giống hệt nhau Thể tích danh nghĩa 5 lít, thể tích sử dụng 4 lit, đường kính bể là 150mm, cao 250mm
Bộ điều khiển nhiệt độ: gồm 2 tấm gia nhiệt 200W quấn quanh 2 bể phản ứng với bộ điều khiển PID từ một bộ cảm biến nhiệt độ được đặt bên trong bể phản ứng, thiết lập trong phạm vi xung quanh 55 o C, tấm gia nhiệt được bảo vệ bằng bộ cắt nhiệt 85 o C
Bơm nạp liệu: gồm 2 máy bơm nhu động giống hệt nhau: tốc độ thay đổi sử dụng công tắc 10 vòng quay tới 4 vòng/phút với ba đường kính ống: 1,6; 3,2 và 4,0mm, tốc độ dòng chảy từ 0,2 đến 5,8 l/ngày
Bộ thu khí: gồm 2 bể thu khí giống hệt nhau Sức chứa khí có thể từ 0 – 5l/ngày
3.2 Nguyên vật liệu đƣa vào mô hình
Chuẩn bị bùn kỵ khí
Bùn kỵ khí được sử dụng cho nghiên cứu được lấy từ hệ thống sinh học kỵ khí của nhà máy xử lý nước thải VISSAN, Bình Thạnh
Đặc tính của bùn kỵ khí:
Bùn kỵ khí là lớp bùn hoạt tính chứa các VSV kỵ khí có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước thải Với MLSS ≈ 15000 mg/l Đặc điểm để nhận biết nhất của kỵ khí là khi chúng ta cho bùn kỵ khí vào dụng cụ chứa (chai, can,…) thì sau 1-2 ngày thì các chai, can đựng mẫu phồng lên, do khí
20 mêtan từ bùn kỵ khí tạo thành, khi đốt khí tạo ra từ bùn kỵ sẽ có ngọn lửa màu xanh đặc trưng
Chuẩn bị nước thải vận hành mô hình
Nước thải được sử dụng để vận hành mô hình kỵ khí 2 bậc AD – W8 được lấy từ nhà máy xử lý nước thải VISSAN với những đặc tính như sau:
Nồng độ BOD, COD, N, P cao
Nước thải có đặc tính dễ phân hủy sinh học do BOD/COD ~ 0,75
Nồng độ COD của nước thải từ 1300 đến 1500
Nước thải được lấy từ bể điều hòa của hệ thống xử lý nước thải
PVA gel sử dụng trong nghiên cứu này được mua từ công ty KURAKAY AQUA của Nhật
3.3 Các chỉ tiêu phân tích 3.3.1 Nhu cầu oxy hóa học COD
Chỉ tiêu COD được dùng để xác định toàn bộ hàm lượng chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt cũng như nước thải công nghiệp Trong khi đó, chỉ tiêu BOD không đánh giá được lượng chất hữu cơ đầy đủ có mặt trong nước thải vì chưa tính đến lượng chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và cũng chưa tính một phần chất hữu cơ tiêu hao để tạo nên tế bào vi khuẩn mới
Nhu cầu oxy hoá học (COD) được định nghĩa là lượng oxy cần thiết để quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ có trong nước thải thành CO 2 và nước Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa được xác định khi dùng một tác nhân oxy hóa mạnh trong môi trường acid Nhu cầu oxy hóa học sử dụng chất oxy hoá là kali dichromat (K 2 Cr 2 O 7 ) được sử dụng kết hợp với axit sulfuric đậm đặc (H2SO 4 )
Sử dụng phương pháp oxy hóa các chất hữu cơ bằng kali dicromat (K 2 Cr 2 O 7 )
Phần lớn các chất hữu cơ đều bị oxy hóa bởi K 2 Cr 2 O 7 trong môi trường acid ở nhiệt độ cao Các phản ứng diễn ra theo phương trình như sau:
Vì nước thải chạy trong hệ thống kỵ khí 2 bậc của mô hình đang nghiên cứu phần lớn là nước thải giết mổ nên hàm lượng chất hữu cơ cũng tương đối cao vì vậy chọn hàm lượng chất oxy hóa (K2Cr 2 O 7 ) là 0,1N Các hợp chất béo mạch thẳng, hợp chất nhân thơm và piridin không bị oxy hóa nên để gia tăng thêm vận tốc phản ứng ta dùng thêm Ag 2 SO 4 làm chất xúc tác Tuy nhiên bạc lại dễ dàng tạo kết tủa với ion thuộc họ halogen (Cl - ) Chính vì để tránh trường hợp tạo tủa với các halogen có trong mẫu ta sử dụng HgSO 4 cho vào dung dịch K 2 Cr 2 O 7 để tạo phức bền HgCl 4 2- Lượng HgSO 4 cho vào dung dịch theo tỷ lệ HgSO 4 :Cl = 10:1 Sau khi phản ứng oxy hóa diễn ra hoàn toàn, ta định phân lượng dicromat bằng Fe(NH4) 2 SO 4 theo phương trình:
Trị số COD chính là lượng oxy tính từ hàm lượng K 2 Cr 2 O 7 tham gia phản ứng như sau:
V đ - thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước cất, có đun, ml V ođ - thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước cất, không đun, ml V m - thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước cần phân tích, ml V mẫu - thể tích dung dịch mẫu, ml
22 CN - nồng độ đương lượng của FAS;
Phospho tồn tại trong nước tự nhiên cũng như nước thải thường ở dạng phosphat Được chia thành các dạng phosphat đơn giản và thường tồn tại ở 3 dạng: ortho (PO 4 3- , HPO 4 2- , H 2 PO 4 - ), phosphat kép (meta hoặc poly phosphat) và phosphat hữu cơ
Nguyên tắc phân tích Phân tích Phospho gồm 2 bước
- Chuyển hóa P từ các dạng về dạng tan của phosphat đơn (ortho phosphat)
- Phân tích dạng tan này dựa vào phương pháp so màu Lọc qua giấy lọc 0,45m để tách 2 dạng tan và dạng huyền phù lơ lững của P Cho thêm 0,25g K 2 S 2 O 8 và 0,5 ml acid phá mẫu rồi đem nung ở 120 o C đến khi còn 10ml Sau đó cho thêm 1 giọt chỉ thị phenophtalein rồi trung hòa bằng NaOH 6N (chuyển sang màu hồng) và strong acid (mất màu hồng) Định mức hỗn hợp bằng nước cất đến 25ml Tiếp theo cho 1ml molydate và 3 giọt ZnCl 2 đợi 10p rồi đem so màu ở bước sóng 690 nm của máy DR- 5000 Ở nhiệt độ cao, trong môi trường acid Photpho được chuyển về dạng orthophosphat và sẽ phản ứng với amonium molybdate để phóng thích acid molybdate sau đó acid này sẽ bị khử bởi ZnCl 2 cho molybdenum có màu xanh dương
PO 4 3- + 12 (NH 4 ) 2 MoO 4 +24 H + (NH 4 ) 3 PO 4 12MoO 3 + 21NH 4 + +12H 2 O
(NH 4 ) 3 PO 4 12MoO 3 + Sn 2 + Molybdenum (xanh dương) + Sn 4 + Xác định TP bằng phương trình đường chuẩn như sau:
3.3.3 Hàm lƣợng MLSS và MLVSS
Mục đích của việc phân tích MLSS nhằm xác định nồng độ bùn hoạt tính có trong bể sinh học kỵ khí Xác định hàm lượng MLSS được thực hiện tương tự như xác định hàm lượng chất rắn TSS Hàm lượng MLSS được xác định bằng cách làm bay hơi hơi nước bằng tủ sấy ở nhiệt độ 105 o C và cân phần khô còn lại Nếu tiếp tục nung phần chất rắn khô còn lại ở 550 50 o C và cân phần còn lại để xác định hàm lượng MLVSS
Sấy cốc ở tủ sấy 105 o C, đem hút ẩm 15 phút, cân cốc, ghi lại kết quả m o Trộn đều bùn với nước thải, rút 25ml bùn + nước, sấy ở tủ sấy 105 o C 24h, sau đó đem hút ẩm 15 phút, cân khối lượng m1 Hàm lượng MLSS:
Cách xác định MLVSS Đem m1 nung tiếp ở tủ nung 550 50 o C 20 phút, sau đó đi hút ẩm 15 phút, cân khối lượng m 2 Hàm lượng MLVSS:
3.3.4 Giá trị Total Kjeldahl Nito (TKN)
Total Kjeldahl Nitơ (TKN) là tổng của nitơ hữu cơ, ammonia (NH3) và ammonium (NH 4 + ) trong phân tích hóa học của đất, nước và nước thải
Nguyên tắc xác định: (TCVN 5987:1995)
Chuyển các hợp chất nitơ trong mẫu thử thành amoni sunfat bằng cách vô cơ hóa với acid sunfuric có chứa lượng lớn kali sunfat để tăng điểm sôi của hỗn hợp và có
CuSO 4 làm xúc tác Các phân tử chứ nitơ dưới tác dụng của H 2 SO 4 tạo thành NH 3 Lượng N-NH3 được kết hợp với lượng H 2 SO 4 dư tạo thành (NH 4 ) 2 SO 4 tan trong dung dịch:
Giải phóng amoni sunfat bằng cách thêm kiềm Na 2 S 2 O 3 và chưng cất vào hỗn hợp dung dịch axit boric và chỉ thị
(NH 4 ) 2 SO 4 + 2NaOH Na 2 SO 4 + H 2 O + NH 3 NH 3 bay ra cùng với nước sang bình hứng chứa H 3 BO 3 :
NH 4 OH + 4H 3 BO3 (NH 4 ) 2 B 4 O 7 + H 2 O Công thức tính toán:
V t : Thể tích H 2 SO 4 0,02N sử dụng định phân mẫu (ml) V 0 : Thể tích H 2 SO 4 0,02N sử dụng định phân mẫu trắng (ml) V m : Thể tích mẫu lấy phân tích (ml)
CN: Nồng độ H 2 SO 4 chuẩn (N)
Trong nước tự nhiên, N-NH4 rất cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật, do vậy không cần thiết phải loại bỏ chúng hoàn toàn khỏi nguồn nước Tuy nhiên độc tính NH 4 sẽ ảnh hưởng đến động vật, con người ở một số nồng độ nhất định với khoảng pH tương ứng nên cần phải duy trì hàm lượng nitơ dưới ngưỡng cho phép nhằm đảm bảo an toàn
25ml mẫu + 25ml dd đệm borat
25ml axit boric + chỉ thị màu
Ráp vào máy chưng cất
Chuẩn độ bằng dd H 2 SO 4 0,02N
Vt: Thể tích H 2 SO 4 0,02N sử dụng định phân mẫu (ml) V0: Thể tích H 2 SO 4 0,02N sử dụng định phân mẫu trắng (ml) Vm: Thể tích mẫu lấy phân tích (ml)
CN: Nồng độ H 2 SO 4 chuẩn (N)
3.3.6 Đặc tính của hạt PVA-gel
Các chỉ tiêu phân tích
Chỉ tiêu COD được dùng để xác định toàn bộ hàm lượng chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt cũng như nước thải công nghiệp Trong khi đó, chỉ tiêu BOD không đánh giá được lượng chất hữu cơ đầy đủ có mặt trong nước thải vì chưa tính đến lượng chất hữu cơ khó phân hủy sinh học và cũng chưa tính một phần chất hữu cơ tiêu hao để tạo nên tế bào vi khuẩn mới
Nhu cầu oxy hoá học (COD) được định nghĩa là lượng oxy cần thiết để quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ có trong nước thải thành CO 2 và nước Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa được xác định khi dùng một tác nhân oxy hóa mạnh trong môi trường acid Nhu cầu oxy hóa học sử dụng chất oxy hoá là kali dichromat (K 2 Cr 2 O 7 ) được sử dụng kết hợp với axit sulfuric đậm đặc (H2SO 4 )
Sử dụng phương pháp oxy hóa các chất hữu cơ bằng kali dicromat (K 2 Cr 2 O 7 )
Phần lớn các chất hữu cơ đều bị oxy hóa bởi K 2 Cr 2 O 7 trong môi trường acid ở nhiệt độ cao Các phản ứng diễn ra theo phương trình như sau:
Vì nước thải chạy trong hệ thống kỵ khí 2 bậc của mô hình đang nghiên cứu phần lớn là nước thải giết mổ nên hàm lượng chất hữu cơ cũng tương đối cao vì vậy chọn hàm lượng chất oxy hóa (K2Cr 2 O 7 ) là 0,1N Các hợp chất béo mạch thẳng, hợp chất nhân thơm và piridin không bị oxy hóa nên để gia tăng thêm vận tốc phản ứng ta dùng thêm Ag 2 SO 4 làm chất xúc tác Tuy nhiên bạc lại dễ dàng tạo kết tủa với ion thuộc họ halogen (Cl - ) Chính vì để tránh trường hợp tạo tủa với các halogen có trong mẫu ta sử dụng HgSO 4 cho vào dung dịch K 2 Cr 2 O 7 để tạo phức bền HgCl 4 2- Lượng HgSO 4 cho vào dung dịch theo tỷ lệ HgSO 4 :Cl = 10:1 Sau khi phản ứng oxy hóa diễn ra hoàn toàn, ta định phân lượng dicromat bằng Fe(NH4) 2 SO 4 theo phương trình:
Trị số COD chính là lượng oxy tính từ hàm lượng K 2 Cr 2 O 7 tham gia phản ứng như sau:
V đ - thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước cất, có đun, ml V ođ - thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước cất, không đun, ml V m - thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước cần phân tích, ml V mẫu - thể tích dung dịch mẫu, ml
22 CN - nồng độ đương lượng của FAS;
Phospho tồn tại trong nước tự nhiên cũng như nước thải thường ở dạng phosphat Được chia thành các dạng phosphat đơn giản và thường tồn tại ở 3 dạng: ortho (PO 4 3- , HPO 4 2- , H 2 PO 4 - ), phosphat kép (meta hoặc poly phosphat) và phosphat hữu cơ
Nguyên tắc phân tích Phân tích Phospho gồm 2 bước
- Chuyển hóa P từ các dạng về dạng tan của phosphat đơn (ortho phosphat)
- Phân tích dạng tan này dựa vào phương pháp so màu Lọc qua giấy lọc 0,45m để tách 2 dạng tan và dạng huyền phù lơ lững của P Cho thêm 0,25g K 2 S 2 O 8 và 0,5 ml acid phá mẫu rồi đem nung ở 120 o C đến khi còn 10ml Sau đó cho thêm 1 giọt chỉ thị phenophtalein rồi trung hòa bằng NaOH 6N (chuyển sang màu hồng) và strong acid (mất màu hồng) Định mức hỗn hợp bằng nước cất đến 25ml Tiếp theo cho 1ml molydate và 3 giọt ZnCl 2 đợi 10p rồi đem so màu ở bước sóng 690 nm của máy DR- 5000 Ở nhiệt độ cao, trong môi trường acid Photpho được chuyển về dạng orthophosphat và sẽ phản ứng với amonium molybdate để phóng thích acid molybdate sau đó acid này sẽ bị khử bởi ZnCl 2 cho molybdenum có màu xanh dương
PO 4 3- + 12 (NH 4 ) 2 MoO 4 +24 H + (NH 4 ) 3 PO 4 12MoO 3 + 21NH 4 + +12H 2 O
(NH 4 ) 3 PO 4 12MoO 3 + Sn 2 + Molybdenum (xanh dương) + Sn 4 + Xác định TP bằng phương trình đường chuẩn như sau:
3.3.3 Hàm lƣợng MLSS và MLVSS
Mục đích của việc phân tích MLSS nhằm xác định nồng độ bùn hoạt tính có trong bể sinh học kỵ khí Xác định hàm lượng MLSS được thực hiện tương tự như xác định hàm lượng chất rắn TSS Hàm lượng MLSS được xác định bằng cách làm bay hơi hơi nước bằng tủ sấy ở nhiệt độ 105 o C và cân phần khô còn lại Nếu tiếp tục nung phần chất rắn khô còn lại ở 550 50 o C và cân phần còn lại để xác định hàm lượng MLVSS
Sấy cốc ở tủ sấy 105 o C, đem hút ẩm 15 phút, cân cốc, ghi lại kết quả m o Trộn đều bùn với nước thải, rút 25ml bùn + nước, sấy ở tủ sấy 105 o C 24h, sau đó đem hút ẩm 15 phút, cân khối lượng m1 Hàm lượng MLSS:
Cách xác định MLVSS Đem m1 nung tiếp ở tủ nung 550 50 o C 20 phút, sau đó đi hút ẩm 15 phút, cân khối lượng m 2 Hàm lượng MLVSS:
3.3.4 Giá trị Total Kjeldahl Nito (TKN)
Total Kjeldahl Nitơ (TKN) là tổng của nitơ hữu cơ, ammonia (NH3) và ammonium (NH 4 + ) trong phân tích hóa học của đất, nước và nước thải
Nguyên tắc xác định: (TCVN 5987:1995)
Chuyển các hợp chất nitơ trong mẫu thử thành amoni sunfat bằng cách vô cơ hóa với acid sunfuric có chứa lượng lớn kali sunfat để tăng điểm sôi của hỗn hợp và có
CuSO 4 làm xúc tác Các phân tử chứ nitơ dưới tác dụng của H 2 SO 4 tạo thành NH 3 Lượng N-NH3 được kết hợp với lượng H 2 SO 4 dư tạo thành (NH 4 ) 2 SO 4 tan trong dung dịch:
Giải phóng amoni sunfat bằng cách thêm kiềm Na 2 S 2 O 3 và chưng cất vào hỗn hợp dung dịch axit boric và chỉ thị
(NH 4 ) 2 SO 4 + 2NaOH Na 2 SO 4 + H 2 O + NH 3 NH 3 bay ra cùng với nước sang bình hứng chứa H 3 BO 3 :
NH 4 OH + 4H 3 BO3 (NH 4 ) 2 B 4 O 7 + H 2 O Công thức tính toán:
V t : Thể tích H 2 SO 4 0,02N sử dụng định phân mẫu (ml) V 0 : Thể tích H 2 SO 4 0,02N sử dụng định phân mẫu trắng (ml) V m : Thể tích mẫu lấy phân tích (ml)
CN: Nồng độ H 2 SO 4 chuẩn (N)
Trong nước tự nhiên, N-NH4 rất cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật, do vậy không cần thiết phải loại bỏ chúng hoàn toàn khỏi nguồn nước Tuy nhiên độc tính NH 4 sẽ ảnh hưởng đến động vật, con người ở một số nồng độ nhất định với khoảng pH tương ứng nên cần phải duy trì hàm lượng nitơ dưới ngưỡng cho phép nhằm đảm bảo an toàn
25ml mẫu + 25ml dd đệm borat
25ml axit boric + chỉ thị màu
Ráp vào máy chưng cất
Chuẩn độ bằng dd H 2 SO 4 0,02N
Vt: Thể tích H 2 SO 4 0,02N sử dụng định phân mẫu (ml) V0: Thể tích H 2 SO 4 0,02N sử dụng định phân mẫu trắng (ml) Vm: Thể tích mẫu lấy phân tích (ml)
CN: Nồng độ H 2 SO 4 chuẩn (N)
3.3.6 Đặc tính của hạt PVA-gel
Tính toán khối lượng vi sinh vật bám trên các hạt PVA-gel bằng cách tính toán trọng lượng ướt trung bình của 50 hạt PVA-gel trước và sau khi sử dụng
Hình thái hạt PVA-gel bằng hình chụp kính hiển vi điện tử quét SEM (Scanning electron microscopy)
3.3.7 Sản lƣợng khí sinh học (biogas)
Sản lượng khí sinh học được đo bằng thước trên cột nước (3) (4) của hình số 2.1
Khí được sinh ra trong quá trình phân hủy kỵ khí trong 2 bể phản ứng (1), (2) theo ống dẫn đường kính 8mm vào 2 bể thu khí tướng ứng (3) và (4) theo cơ chế chiếm chỗ của nước Phần nước bị đẩy ra ngoài chính là phần thể tích khí sinh ra Khí này chủ yếu là CO 2 , CH 4 , và một phẩn nhỏ các khí khác Lượng khí CO 2 phản ứng với H 2 O tạo thành H 2 CO 3 Tuy nhiên acid này là một acid yếu, làm cho quỳ tím hóa hồng do đó nhanh chóng phân ly thành CO 2 và H 2 O trong một khoảng thời gian rất ngắn Chính vì vậy, để tránh trường hợp khí CO2 bị hòa tan vào trong nước ta có thể dùng nước muối với nồng độ NaCl là 3%
Các giai đoạn nghiên cứu
Mục đích của giai đoạn này là tạo điều kiện cho vi sinh vật thích ứng được với sự thay đổi của môi trường để tạo điều kiện tốt cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển từ đó dẫn đến hiệu quả tốt trong việc sử lý nước thải sau này
Nồng độ MLSS ở hai bể phản ứng của mô hình AD-W8 được duy trì với nồng độ khoảng 1500mg/l Nhiệt độ hai bể phản ứng giữ ở khoảng 35 đến 37 0 C do được điều chỉnh bằng 2 tấm gia nhiệt bao quanh hai bể phản ứng Và giá trị pH đầu vào khoảng 6.8 đến 7.5 tải trọng của quá trình này là 4kg COD/m 3 ngày
Mô hình được theo dõi trong 21 ngày
STT Chỉ tiêu Tần suất lấy mẫu
Tải trọng 2: 6kg COD/m 3 ngày
Tải trọng 3: 8kg COD/m 3 ngày Tải trọng 4: 10kg COD/m 3 ngày Tải trọng 5: 8kg COD/m 3 ngày kết hợp với giá thể PVA (10% thể tích bể phản ứng) Tải trọng 6: 10kg COD/m 3 ngày kết hợp với giá thể PVA (10% thể tích bể phản ứng)
