Tách Protein trong nước thải giết mổ bằng phương pháp kết tủa và keo tụ.
71Tạp chí Hóa học, T. 43 (1), Tr. 71 - 75, 2005 Tách protein trong nớc thải giết mổ bằng phơng pháp kết tủa và keo tụ Đến Tòa soạn 12-3-2004 Trần Mai Phơng, Lê Văn Cát Viện Hóa học, Viện Khoa học v$ Công nghệ Việt Nam Summary Slaughter house wastewater containes a high content of COD and protein, which contributes a main contaminants in wastewate. Before biological treatment, the reduction of COD and protein would improve and make the treatment process easily. Protein and COD removal is carried out by precipitation-coagulation method by using cationic polymer or by PAC and ferric salt with anionic polymer as flocculant. I - Đặt vấn đề Giết mổ gia súc l loại hình dịch vụ cung cấp thực phẩm hng ngy cho x! hội song hoạt động ny cũng gây ô nhiêm môi tr)ờng nghiêm trọng do mùi, n)ớc thải. N)ớc thải lò mổ có mu nâu đó, rất giu các chất hữu cơ (proteinn, lipit, các axit amin, các axit hữu cơ, peptit .) vmột l)ợng chất rắn đáng kể không tan [4]. Để tách protein ra khỏi n)ớc thải, ng)ời ta th)ờngsử dụng các ph)ơng pháp nh) trao đổi ion, kết tủa, keo tụ hay ph)ơng pháp vi sinh [1 - 3]. Trong bi báo ny chúng tôi trình by một số kết quả nghiên cứu tách protein bằng ph)ơngpháp kết tủa v keo tụ với mục đích thu hồi vgiảm nhẹ cho khâu xử lý sau đó. II - Thực nghiệm Keo tụ v kết tủa protein trong n)ớc thải đ)ợc thực hiện với polyme C310H (keo tụ d)ơng) hoặc với FeCl3hoặc poly nhôm clorua (PAC) với chất trợ keo tụ dạng âm A 101. Hiệu quả tách protein đ)ợc đánh giá thông qua COD v hm l)ợng protein tr)ớc v sau khi xử lý. - pH đ)ợc đo trên máy đo pH metler Toledo MP220. - COD đ)ợc xác định bằng ph)ơng pháp đo quang sau khi cho chất hữu cơ phản ứng với K2Cr2O7trong môi tr)ờng axit, ở 150oC với xúc tác l AgSO4v các chất loại trừ ảnh h)ởng của clo v HgSO4, thời gian phản ứng 2 giờ. B)ớc phá mẫu ny thực hiện trên máy COD-Reactor [5]. - Protein đ)ợc xác định thông qua phân tích N có trong protein (protein = 6,25 ì N-protein). Tr)ớc khi phân tích N-protein, mẫu đ)ợc cho thêm dung dịch đệm photphat vo v ch)ng cất để tách hết NH3có trong mẫu, tiếp đó dùng dung dịch KMnO4trong môi tr)ờng kiềm để phá protein thnh NH3rồi ch)ng cất NH3tạo thnh. NH3thu đ)ợc xác định bằng ph)ơng pháp đo quang với thuốc thử Nessler [5]. Liều l)ợng polyme C310H sử dụng để keo tụ nằm trong khoảng từ 2 đến 40 mg/l. Liều l)ợng PAC v FeCl3cao nhất tới 400 mg/l. Trong tr)ờng hợp sử dụng FeCl3, do quá trình thủy phân mạnh nên pH của n)ớc giảm, vì vậy tr)ớc khi kết tủa v keo tụ có đ! điều chỉnh pH (đến 8-9) sao cho pH cuối cùng có giá trị lớn hơn 6. Khi sử dụng PAC v FeCl3có bổ sung thêm một l)ợng chất ổn định trợ keo tụ A 101 l4 mg/l nhằm thúc đẩy quá trình keo tụ. 72III - Kết quả v) thảo luận 1. Đánh giá ảnh hởng của nồng độ polyme C 310H lên hiệu quả xử lý COD v' protein của nớc thải giết mổ ảnh h)ởng của nồng độ polyme C310H lên hiệu quả xử lý COD v protein của n)ớc thải giết mổ đ)ợc biểu diễn qua các thông số COD, protein tr)ớc v sau keo tụ đ)ợc trình by ởbảng 1 v đồ thị 1. Bảng 1: N)ớc thải giết mổ tr)ớc v sau keo tụ Nồng độ polyme, mg/l 0 4 8 10 20 40 COD, mgO2/l 3795,0 3650,0 3590,0 3565,0 3360,0 3154,0 Protein, mg/l 1729,7 1711,3 1674,3 1651,9 1591,9 1520,4 0 10 20 30 40 Nồng độ polyme, mg/l Đồ thị 1: Sự biến thiên COD v protein của n)ớc thải giết mổ tr)ớc vosau keo tụ với các nồng độ polyme khác nhau Từ bảng 1 v đồ thị 1 cho thấy, hiệu quả loại bỏ COD v protein khi keo tụ bằng polyme C310H rất thấp, ở nồng độ polyme l 2 mg/l đ! xuất hiện keo tụ nh)ng với nồng độ polyme 40 mg/l thì hiệu suất xử lí COD v protein cũng mới chỉ đạt t)ơng ứng l 16,9% v 12,1%. Kết quả trình byở bảng 2. Bảng 2: ảnh h)ởng của nồng độ polyme lên hiệu suất xử lý COD v protein của n)ớc thải giết mổ Nồng độ polyme, mg/l 4 8 10 20 40 Hiệu suất xử lý COD, % 3,8 5,4 6,1 11,5 16,9 Hiệu suất xử lý protein, % 1,1 3,2 4,5 8,0 12,1 2. Đánh giá ảnh hởng của nồng độ v' khả năng kết tủa PAC v' phèn sắt khi sử dụng kết hợp PAC với A101 v' phèn sắt kết hợp với A101 để kết tủa v' keo tụ ảnh h)ởng của nồng độ PAC v phèn sắt lên hiệu quả xử lý COD v protein của n)ớc thải giết mổ đ)ợc thể hiện qua thông số COD, protein tr)ớc v sau keo tụ. Kết quả trình by ở40003500300025002000150010005000COD, mgO2/l; protein, mg/l 73bảng 3 v đồ thị 2. Trong các thí nghiệm, nồng độ polyme A 101 đều bằng 4 mg/l. Bảng 3: N)ớc thải giết mổ r)ớc v sau keo tụ khi sử dụng phèn sắt v PAC kết hợp với polyme A101 PAC kết hợp với A101 Phèn sắt kết hợp với A101 Nồng độ PAC, mg/l COD, mgO2/l Protein, mg/l Nồng độ phèn sắt, mg/l COD, mgO2/l Protein, mg/l 0 2155 583,8 0 2155 583,8 100 1890 526,1 100 1575 446,0 150 1730 474,4 150 1140 304,3 200 1555 436,9 200 845 240,7 300 1275 361,7 300 405 123,1 400 1075 312,4 400 585 - 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Nồng độ phèn sắt hoặc PAC, mg/l Đồ thị 2: Sự biến thiên COD v protein của n)ớc thải giết mổ tr)ớc v sau keo tụ ở các nồng PAC v phèn sắt khác nhau Từ bảng 3 v đồ thị 2 cho thấy, dùng phèn sắt kết hợp với polyme A101 cho hiệu quả xử lý COD v protein tốt hơn gấp 2,5 lần so với sử dụng PAC kết hợp với polyme A101 (xem bảng 4). Tuy nhiên, khi sử dụng phèn sắt với liều l)ợng cao (nồng độ phèn sắt l 300 mg/l v 400mg/l) thì pH giảm mạnh gây hiện t)ợng khó keo tụ. Nh) vậy, ở nồng độ muối sắt lớn, pH của hệ phải đ)ợc điều chỉnh. 3. Đánh giá ảnh hởng của pH khi sử dụng phèn ở nồng độ 300, 400 mg/l kết hợp với polyme A101 ở nồng độ 4 mg/l ảnh h)ởng của pH lên hiệu quả xử lý COD v protein của n)ớc thải giết mổ đ)ợc thể hiện qua các thông số COD, protein tr)ớc v sau khi keo tụ đ)ợc trình by ở bảng 5 v 6.Kết quả ở bảng 5 v 6 cho thấy, hiệu quả tách COD v đặc biệt đối với protein tăng đáng kể khi liều l)ợng muốn sắt tăng. Tuy nhiên hiệu quả giảm khi pH tăng, ví dụ với cùng liều l)ợng muối sắt l 300 mg/l, pH sau kết tủa l 6,51 v7,60 còn hiệu quả tách protein l 83,1% v44,0%. Đối với protein, để tạo thnh dạng hợp chất kết tủa đ)ợc với ion sắt(III), cần phải tồn 25002000150010005000 COD (PAC) protein (PAC) COD (phèn sắt) protein (phèn sắt) COD, mgO2/l; protein, mg/l 74tại ở dạng tích điện âm v phức sắt (Fe3+,Fe(OH)2+, Fe(OH)2+ .) cần điện tích d)ơng, ở vùng pH cao tỷ lệ protein tích điện tích âm tăng (pKAcủa nhóm axit trong cấu trúc của protein xấp xỉ 5), nh)ng phức sắt dạng hiđroxo dịch chuyển về dạng trung hòa hoặc điện tích âm. Vì vậy khi pH cao, quá trình kết tủa xảy ra không thuận lợi m chỉ thúc đẩy quá trình keo tụ. Hiệu quả của quá trình keo tụ có thể trực tiếp quan sát tại các vùng pH khác nhau. Bảng 4: ảnh h)ởng của nồng độ PAC v phèn sắt lên hiệu suất xử lý COD v protein của n)ớc thải giết mổ PAC kết hợp với A101 Phèn sắt kết hợp với A101 Nồng độ PAC, mg/l Hiệu suất xử lý COD, % Hiệu suất xử lý protein, % Nồng độ phèn sắt, mg/l Hiệu suất xử lý COD, % Hiệu suất xử lý protein, % 100 12,3 9,9 100 26,9 23,6 150 19,7 18,8 150 48,5 47,9 200 27,8 25,2 200 60,8 58,8 300 40,8 38,1 300 81,2 78,9 400 50,1 46,5 400 72,9 - Bảng 5: Hiệu quả xử lý của phèn sắt với A101 khi điều chỉnh pH Nồng độ phèn sắt, mg/l pH tr)ớc keo tụ pH sau keo tụ COD, mgO2/l Protein, mg/l 0 6,88 2365 632,9200 6,88 6,49 897 270,6 7,53 6,42 719 106,9 8,01 6,51 913 179,6 300 8,98 7,60 1079 354,4 8,01 6,15 420 48,1 400 9,03 6,55 613 55,4 Bảng 6: ảnh h)ởng của pH lên hiệu suất xử lý COD v protein của n)ớc thải giết mổ khi sử dụng phèn sắt kết hợp với A101 Nồng độ phèn sắt, mg/l pH tr)ớc keo tụ pH sau keo tụ Hiệu suất xử lý COD, % Hiệu suất xử lý protein, % 200 6,88 6,49 62,1 57,2 7,53 6,42 69,6 83,1 8,01 6,51 61,4 71,6 300 8,98 7,60 54,4 44,0 8,01 6,15 82,2 92,4 400 9,03 6,55 74,1 91,2 75IV - Kết luận Từ những kết quả khảo sát về tách protein trong n)ớc thải giết mổ bằng ph)ơng pháp kết tủa, keo tụ chúng tôi có thể đ)a ra một số kết luận nh) sau: 1. Polyme loại C có khả năng kết tủa protein. Với liều l)ợng 2 mg/l hiện t)ợng kết tủa bắt đầu xuất hiện, tuy nhiên không hiệu quả khi tăng liều l)ợng tới 40 mg/l. Điều đó chứng tỏ polyme loại C chỉ có khả năng kết tủa các thnhphần không tan trong n)ớc thải. 2. Sử dụng kết hợp muối sắt v PAC với polyme cho kết quả xử lý tốt hơn, trong đó tổ hợp giữa muối sắt với A101 cho kết quả tốt hơn khoảng 2,5 lần so với PAC khi kết hợp với A101. 3. Khi tăng liều l)ợng muối sắt cần điều chỉnh pH ở mức sao cho pH vừa đủ để xảy ra quá trình keo tụ, khi đó hiệu quả tách loại COD v protein đạt khoảng t)ơng ứng l 82% v90%. T)i liệu tham khảo 1. L)ơng Đức Phẩm. Công nghệ xử lý n)ớcthải bằng biện pháp sinh học. Nxb. Giáo dục (2002). 2. Lê Văn Cát. Hấp phụ v trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý n)ớc v n)ớc thải. Nxb. Thống kê H Nội (2002). 3. B. A. Bolto, L. Pawlowski. Wastewater treatment by ion exchange. J. London, NewYork (1987). 4. N. L. Nemerov. Theories and practices of Industrial waste treatment. Publ. Comp., London (1961). 5. APHA. Standard methods for the examination of water and wastewater, 14th Ed. Washington D.C. (1970). . 75IV - Kết luận Từ những kết quả khảo sát về tách protein trong n)ớc thải giết mổ bằng ph)ơng pháp kết tủa, keo tụ chúng tôi có thể đ)a ra một số kết luận. số kết quả nghiên cứu tách protein bằng ph)ơngpháp kết tủa v keo tụ với mục đích thu hồi vgiảm nhẹ cho khâu xử lý sau đó. II - Thực nghiệm Keo tụ v kết tủa