Nước thải nói chung có chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau, đòi hỏi phải xử lý bằng những phương pháp thích hợp khác nhau. Một cách tổng quát, các phương pháp xử lý nước thải được chia thành các loại sau:
• Phương pháp xử lý cơ học.
• Phương pháp xử lý hóa lý.
GVHD: Nguyễn Hữu Thanh
• Phương pháp xử lý sinh học.
Phương pháp cơ học
Quá trình xử lý cơ học (tiền xử lý) thường áp dụng ở các giai đoạn đầu của công trình. Tùy vào tính chất, hàm lượng, lưu lượng nước thải, mức độ
làm sạch mà ta áp dụng các quá trình:
- Chắn rác: loại bỏ các thành phần có kích thước lớn như giẻ, rác, vỏđồ
hộp, lá cây, bao nilon, ...
- Lắng: lắng các chất lơ lững và bông cặn được loại bỏ do trọng lực. - Tuyển nổi: khử các chất lơ lửng.
- Loc: để tách các tạp chất có kích thước nhỏ khi không thể loại được bằng phương pháp lắng.
- Điều hòa: điều hòa lưu lượng và nồng độ chất thải.
Phương pháp hóa lý
Phương pháp hóa lý sử dụng các phản ứng hóa học để xử lý nước thải. Các công trình xử lý hóa học thường kết hợp với các công trình xử lý lý học. Mặc dù có hiệu quả cao, nhưng phương pháp xử lý hóa học thường đắt tiền và
đặc biệt thường tạo thành các sản phẩm phụ độc hại. Các phương pháp hóa lý gồm có:
- Trung hòa. - Oxy hóa khử.
- Đông tụ và keo tụ tạo bông. - Hấp phụ.
- Trao đổi ion.
- Các quá trình tách bằng màng. - Các phương pháp điện hoá.
Phương pháp sinh học
Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như một số chất vô cơ như H2S, sunfit, ammonia, nitơ, … dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để
sinh trưởng và phát triển. Do vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học nên căn cứ vào tính chất, hoạt động và môi trường sống, có thể
chia phương pháp sinh học thành 2 loại:
GVHD: Nguyễn Hữu Thanh
- Phương pháp yếm khí: sử dụng nhóm vi sinh vật yếm khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy.
Quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Sản phẩm chính của quá trình phân hủy yếm khí là khí metan, cacbonic. Phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện yếm khí có thể biểu diễn đơn giản như sau: Vi sinh vật, chất hữu cơ ⎯→ CH4 + CO2 +H2O + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới
Quá trình phân hủy yếm khí xảy ra theo 4 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Thủy phân cắt mạch các chợp chất cao phân tử. - Giai đoạn 2: Acid hóa.
- Giai đoạn 3: Acetale hóa. - Giai đoạn 4: Methane hóa.
Các chất thải hữu cơ chứa nhiều các chất hữu cơ cao phân tử như
proteins, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin… trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino acid, carbohydrate thành đường đơn, và các chất béo thành acid béo. Trong giai
đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2. Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid, propionic acid và lactic acid. Bên cạnh đó, CO2 và H2, methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrat. Vi sinh vật chuyển hóa methane chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như
CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamins và CO. * Ưu điểm :
- Nhu cầu về năng lượng không nhiều.
- Bùn hoạt tính được làm tác nhân biến đổi thành phần nước thải. - Tạo ra lượng bùn thấp.
- Thích hợp cho chất thải có độ ô nhiễm cao. - Có khả năng tăng công suất của hồ phản ứng. - Thiết bị khá đơn giản.
GVHD: Nguyễn Hữu Thanh
GVHD: Nguyễn Hữu Thanh
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Diễm 9
* Khuyết điểm:
- Quá trình này xảy ra chậm hơn quá trình hiếu khí. - Nhạy cảm với các chất độc hại.
- Xử lý nước thải chưa triệt để cần phải xử ký hiếu khí sau đó. - Đòi hỏi nồng độ chất nền ban đầu cao.
- Thời gian dài.
- Nước sau xử lý có mùi thối.
- Phương pháp hiếu khí: sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20 – 40oC.
Quá trình xử lý sinh học hiếu khí chất thải gồm 3 giai đoạn: - Oxy hóa các chất hữu cơ CxHyOz + O2 CO2 + H2O + ΔH - Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + NH3 + O2 tế bào vi khuẩn + CO2 + H2O + C5H7NO2 - ΔH - Phân hủy nội bào: C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3±ΔH
Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Phương pháp hiếu khí chỉ xử lý được nước thải có mức độ ô nhiễm thấp, chi phí vận hành cao và tạo ra nhiều bùn thải (Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga, 2002).
Enzyme
Enzyme
GVHD: Nguyễn Hữu Thanh
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Diễm 10
ª Các loại hình công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Hình 2.2: Các phương pháp làm sạch nước thải
(Nguồn: Hoàng Kim Cơ, 2001)
2.4. Hiện trạng nước kênh Đào phường Mỹ Phước, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang
Qua quá trình khảo sát kênh Đào cho thấy nước ở đây đang ô nhiễm nghiêm trọng do bị thu hẹp dòng chảy. Đa số các hộ dân sinh sống hai bên bờ
kênh thải trực tiếp rác sinh hoạt, nước chưa qua xử lý xuống kênh làm cho nước có màu đen và bốc mùi hôi thối.
Hình 2.3: Nước kênh Đào
Các phương pháp sinh học làm sạch nước thải
Hiếu khí Thiếu khí Yếm khí Bùn hoạt tính Đĩa quay sinh học Màng lọc sinh học Ao ổn định nước thải Khử nitrat Bể kỵ khí Bể lọc kỵ khí UASB
GVHD: Nguyễn Hữu Thanh
SVTH: Nguyễn Thị Thúy Diễm 11
Chương 3
PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tượng nghiên cứu
Thử nghiệm ứng dụng vi khuẩn Bacillus subtilis xử lý nước kênh Đào phường Mỹ Phước, thành phố Long xuyên, tỉnh An Giang.
3.2. Thời gian nghiên cứu
Từ 12/2010 đến 05/2011.
3.3. Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá khả năng xử lý nước kênh Đào bằng vi khuẩn Bacillus subtilis.
3.4. Nội dung nghiên cứu
• Thu mẫu nước kênh Đào tại đầu nguồn, giữa nguồn và cuối nguồn.
• Nghiên cứu khả năng sử dụng vi khuẩn Bacillus subtilis xử lý nước kênh.
Bố trí thí nghiệm : Xử lý nước kênh bằng vi khuẩn Bacillus subtilis.
Hình 3.4: Quy trình xử lý nước kênh Đào
Ghi chú:
A: Độ pha loãng
A1: 100% nước kênh
A2: 75% nước kênh + 25% nước cất A3: 50% nước kênh + 50% nước cất
Xử lý Nước kênh Đào
B3 B2 B1 A1 A2 B1 B2 B3 B1 B2 B3 A3
B: Mật số vi khuẩn B1: 106 cfu /ml B2: 107 cfu /ml B3: 108 cfu /ml
* Giải thích quy trình
- Nước thu tại kênh Đào, xử lý theo các độ pha loãng khác nhau, bằng 3 mật số vi khuẩn và trong điều kiện môi trường tự nhiên. Theo dõi quá trình xử
lý bằng cách phân tích mẫu nước qua các thông số như: pH, BOD5, COD, NH4+ sau 0, 3, 6, 9, 12 ngày sau xử lý với số lần lặp lại là 2 lần.
Hình 3.5: Bố trí thí nghiệm
- 100% nước kênh và được tiến hành thí nghiệm với 4 nghiệm thức sau: + DC-1: Đối chứng được tiến hành như mẫu thật nhưng không cho vi khuẩn vào. + NT1: 500ml mẫu nước + 106 cfu/ml + NT2: 500ml mẫu nước + 107 cfu /ml. + NT3: 500ml mẫu nước + 108 cfu /ml. GVHD: Nguyễn Hữu Thanh SVTH: Nguyễn Thị Thúy Diễm 12
- 75% nước kênh + 25% nước cất và được tiến hành thí nghiệm với 4 nghiệm thức sau:
+ DC-2: Đối chứng được tiến hành như mẫu thật nhưng không cho vi khuẩn vào.
+ NT4: 500ml mẫu nước + 106 cfu /ml. + NT5: 500ml mẫu nước + 107 cfu /ml. + NT6: 500ml mẫu nước + 108 cfu /ml.
- 50% nước kênh + 50% nước cất và được tiến hành thí nghiệm với 4 nghiệm thức sau:
+ DC-3: Đối chứng được tiến hành như mẫu thật nhưng không cho vi khuẩn vào.
+ NT7: 500ml mẫu nước + 106 cfu /ml. + NT8: 500ml mẫu nước + 107 cfu /ml. + NT9: 500ml mẫu nước + 108 cfu /ml.
• Nhận xét và đánh giá khả năng xử lý nước kênh Đào bằng vi khuẩn
Bacillus subtilis.
3.5. Phương tiện và vật liệu nghiên cứu
• Nước được lấy từ kênh Đào.
• Các dụng cụ làm thí nghiệm.
• Vi khuẩn Bacillus subtilis (giống từ Bộ môn Công nghệ sinh học – Trường Đại học An Giang).
• Hóa chất: Dung dịch FAS 0,01N, dung dịch K2Cr2O7 0,1N, axit H2SO4 đặc, chỉ thị ferroin, dung dịch MnSO4, dung dịch Na2S2O3 0,01N, chỉ thị hồ
tinh bột 1%...
3.6. Phương pháp nghiên cứu
3.6.1. Phương pháp thu mẫu nước
Lựa chọn vị trí thu mẫu
Tiến hành khảo sát và chọn 3 vị trí: đầu kênh, giữa kênh và cuối kênh để
thu mẫu nước, sau đó trộn chung với nhau lấy mẫu đại diện làm thí nghiệm.
Cách thu mẫu
GVHD: Nguyễn Hữu Thanh
Mẫu nước được thu vào buổi sáng. Tráng chai, lọ thu mẫu bằng nước tại hiện trường, ấn chai xuống dưới mặt nước từ 20-30 cm cho nước chảy vào từ
từ, nhấc chai lên đậy nắp lại trữ lạnh ở 4oC sau đó đem về phòng thí nghiệm Khoa kỹ thuật – Công nghệ Môi trường để phân tích.
3.6.2. Phương pháp phân tích mẫu
a. Phương pháp chuẩn bị vi khuẩn Bacillus subtilis
Cấy giống vi khuẩn Bacillus subtilis từ Bộ môn Công nghệ sinh học – Trường Đại học An Giang vào hộp Petri. Úp ngược các hộp Petri rồi đặt vào tủ ấm ở nhiệt độ 35 - 400C trong 24 - 48h. Sau thời gian trên ở bề mặt thạch
đĩa sẽ mọc các khuẩn lạc riêng biệt mắt thường quan sát được. Sau đó vi khuẩn Bacillus subtilis được tăng sinh khối trong môi trường dinh dưỡng tối thiểu. Dung dịch vi khuẩn để trong môi trường tự nhiên sau 2 -3 ngày có thể
sử dụng.
Thành phần môi trường vi khuẩnBacillus subtilis ( 0,5 lít) :
+ K2HPO4 : 15g + KH2PO4 : 5g + NH4NO3 : 0,5g + NH4Cl : 2,5g +Na2SO4 : 0,5g + MgSO4.7H2O : 0,05g + MnSO4.4H2O : 0,005g + FeSO4.7H2O : 0,005g + CaCl2 : 0,0025g + Glucose : 5g + L.Glutamic acid: 0,735g + Agar: 9g b. Phương pháp đo pH Xác định pH bằng máy đo pH.
c. Phương pháp xác định BOD5 (Theo SMEWW 5210B-1995 & TCVN 6001-1995)
GVHD: Nguyễn Hữu Thanh
* Hóa chất
- Dung dịch đệm phosphat: hòa tan 8,5g KH2PO4; 21,75g K2HPO4 ; 33g Na2HPO4.7H2O và 17g NH4Cl trong nước cất và pha loãng thành 1 lít.
- Dung dịch MgSO4 22,5g/l: hòa tan 22,5g MgSO4.7H2O trong nước cất và pha loãng thành 1 lít.
- Dung dịch CaCl2 27,5g/L: hòa tan 27,5g CaCl2.2H2O trong nước cất và pha loãng thành 1 lít.
- Dung dịch FeCl3 0,25g/L: hòa tan 0,25g FeCl3.6 H2O trong nước cất và pha loãng thành 1 lít.
- Dung dịch Mangan (II) MnSO4: hòa tan 425g MnCl2.4H2O hoặc 480g MnSO4.4H2O (hoặc 400g MnSO4.2H2O hoặc 364g MnSO4.H2O) trong nước cất và pha loãng thành 1 lít.
- Dung dịch kiềm iodua: hòa tan 75g KI trong 150ml nước cất. Hòa tan 250g NaOH trong 250ml nước cất. Trộn 2 dung dịch lại với nhau và thêm 5g NaN3, rồi pha loãng thành 500ml.
- H2SO4đậm đặc d = 1,84g/ml.
- Dung dịch Na2S2O3 tiêu chuẩn 0,1N: Hòa tan 24,8g Na2S2O3.5H2O và 1g Na2CO3 trong 1 ít nước cất, sau đó pha loãng thành 1 lít.
- Dung dịch Na2S2O3 0,01N: Lấy 50ml dung dịch Na2S2O3 0,1N pha loãng với nước cất thành 500ml.
- Chỉ thị hồ tinh bột 1%: hòa tan 1g hồ tinh bột trong 100mL nước ấm (80o – 90o) khuấy cho đến khi dung dịch trong suốt, cho vào 0,5ml formaline nguyên chất để sử dụng được lâu.
* Chuẩn bị nước pha loãng: Cho vào lần lượt 1ml các dung dịch đệm phosphate; MgSO4;CaCl2; FeCl3 cho mỗi lít nước cất, sục khí liên tục khoảng 2 – 3 giờ (giá trị oxy hòa tan ít nhất phải đạt 7 – 8mg/l). Dung dịch này sử
dụng trong 24 giờ. * Cách tiến hành
Lấy 2 chai nút mài, cho vào mỗi chai 20ml mẫu và nước pha loãng (Vchai = 300ml).
+ Chai 1 đậy thật kín, miệng chai được niêm phong bằng 1 màng nước,
đem ủ 5 ngày ở 200C (DO5) (tủủ BOD), sau đó phân tích như chai 2.
GVHD: Nguyễn Hữu Thanh
+ Chai 2 đem định phân ngay hàm lượng oxy hòa tan ngày đầu tiên (DO0). Xác định hàm lượng oxy hòa tan như sau:
Thêm vào chai 1ml dung dịch MnSO4 và 1ml dung dịch kiềm iodua.
Đậy nắp kín, lắc đều, để kết tủa lắng ổn định. Thêm từ từ 2ml H2SO4 đậm
đặc, lắc cho tan kết tủa. Sau đó lấy 50ml mẫu đem chuẩn độ bằng dung dịch Na2S2O3 0,01N với chỉ thị hồ tinh bột 1%.
Công thức tính hàm lượng oxy hòa tan: X (mg/L) = ) 2 300 ( 8000 300 1 − × × × × V N V Trong đó: V1: thể tích Na2S2O3 0,01N đã dùng , ml N: nồng độ Na2S2O3 0,01N V: thể tích mẫu đem chuẩn độ, ml 2: tổng thể tích dung dịch Mn2+ và iodua kiềm. * Tính toán: BOD5 = (DO0 – DO5) * K
Trong đó: DO0: hàm lượng oxy hòa tan đo được ngày đầu tiên, mg/l. DO5: hàm lượng oxy hòa tan đo được sau 5 ngày ủ, mg/l. K: hệ số pha loãng.
d. Phương pháp xác định COD (Theo Nguyễn Văn Phước và cộng tác viên, 2005)
Xác định COD bằng phương pháp bicromat.
- Cho vào ống nghiệm: 5ml mẫu nước, 3ml dung dịch K2Cr2O7 0,1N và 7ml H2SO4. Lưu ý phản ứng xảy ra mạnh nên cần cho acid cẩn thận, chảy dọc theo ống nghiệm. Sau đó, lắc mẫu thật đều.
- Làm tương tự 2 mẫu trắng (thay mẫu bằng nước cất).
- Cho ống nghiệm vào tủ sấy, nung ở nhiệt độ 150oC trong vòng 2 giờ
(nung kèm theo 1 ống mẫu trắng ở nhiệt độ 150oC).
- Sau thời gian phản ứng 2 giờ lấy ống nghiệm ra để nguội đến nhiệt độ
phòng, chuyển toàn bộ dung dịch qua erlen và tráng kỹống nghiệm bằng nước cất và gọp nước cất vào erlen.
GVHD: Nguyễn Hữu Thanh
- Thêm 2 -3 giọt chỉ thị ferroin và định phân bằng dung dịch FAS 0,01N. Kết thúc phản ứng khi dung dịch chuyển từ xanh lục sang màu nâu đỏ thì dừng lại và ghi kết quả thể tích dung dịch FAS đã dùng. Tương tự, định phân mẫu trắng đun và không đun. Công thức tính nồng độ của COD: COD(mg/l) = ( o 1) N 8 1000 m V V C V − × × × Trong đó:
Vođ: thể tích dung dịch FAS dùng chuẩn độ mẫu trắng, không đun (ml).
Vo: thể tích dung dịch FAS dùng chuẩn độ mẫu trắng, có đun (ml).
V1: thể tích dung dịch FAS dùng chuẩn độ mẫu nước cần phân tích (ml).
CN: nồng độ đương lượng của FAS; N = 3x 0,1/ Vođ 8: Đương lượng gam của oxy.
1000: hệ số chuyển đổi thể tích từ mililit sang lít.
Vm: thể tích mẫu đã được sử dụng (ml).
e. Phương pháp xác định NH4+
Xác định NH4+bằng phương pháp indophenol blue. * Thuốc thử
Dung dịch PRE 1: nước cất không đạm
Dung dịch PRE 2: phenole stock solution: hoà tan 312,5g phenol trong