3 – NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN: Tỷ Lệ %
3.1.1.1 Dụng cụ thí nghiệm
- Các hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm được sử dụng tại phòng thí nghiệm Kỹ thuật môi trường và phòng thí nghiệm Hóa - môi trường, Khoa Môi trường – Đại học Thủy Lợi.
- Máy sủi khí, ống dẫn khí được sử dụng làm hệ thống sục khí cho các mô hình nuôi tảo Spirulina.
Hình 3-1: Máy sủi khí Hình 3-2: Ống dẫn khí và củ sục khí
- Hệ thống đèn Led chiếu sang phục vụ cho quá trình quang hợp của tảo. Kính hiển vi và buồng đếm vi sinh vật qua ô lưới sử dụng cho mục đích quan sát hình dạng, kích thước, độ xoắn và sự phát triển số lượng của tảo Spirulina platensis qua từng ngày nuôi cấy.
Sinh viên: Phan Thị Hoài Cẩm Lớp: 52MT
Hình 3-3: Kính hiển vi quang học Hình 3-4: Buồng đếm hồng cầu
- Thiết bị lọc tảo sử dụng bình hút chân không và giấy lọc vi sinh vật có kích thước 47 mm trở lên. Hình 3-5: Thiết bị lọc sử dụng hút chân không Hình 3-6: Cấu tạo thiết bị lọc Hình 3-7: Giấy lọc vi sinh vật kích thước > 47mm
- Thiết bị kiểm soát các yếu tố môi trường như pH, độ đục, độ dẫn điện, hàm lượng DO….
Sinh viên: Phan Thị Hoài Cẩm Lớp: 52MT
Hình 3-8: Thiết bị Troll 9500
- Mô hình thí nghiệm: 4 bể nhựa, mỗi bể có thể tích 7L, dung tích làm việc là 5L.
Hình 3-9: Mô hình thí nghiệm
- Máy HACH DR5000 đo giá trị các thông số có trong nước thải bao gồm NH4+, NO2-, NO3-, PO43-, Fe, mật độ quang.
Sinh viên: Phan Thị Hoài Cẩm Lớp: 52MT - Các dụng cụ được sử dụng cho thực nghiệm
Bảng 3- 1: Dụng cụ thí nghiệm
STT Tên dụng cụ Loại/ dung tích Ghi chú
1 Buret chuẩn độ 25ml Có giá kẹp
2 Pipet 2ml, 5ml, 10ml 3 Bình tam giác 250ml 4 Ống đong 10ml, 1000ml 5 Bình định mức loại 50ml, 100ml, 200ml, 500ml,1000ml 6 Quả bóp cao su
7 Bình tia nước cất Có nước cất 2 lần
8 Giá để ống nghiệm
9 Cốc thủy tinh 100ml, 250ml
10 Phễu thủy tinh
11 Giấy lọc Đường kính
12 Cân các loại Cân điện tử Cân 2 số, 4 số
13 Đũa thủy tinh
14 Ống COD
15 Bếp đun COD
16 Máy đo pH Đo nhanh
17 Tủ sấy Sấy tảo đến khối
lượng không đổi 3.1.1.2 Hóa chất thí nghiệm
Axit Sunfuric: Thêm 5,5g Ag2SO4 vào 4 lit H2SO4 đậm đặc dung đũa khuấy đều đến khi tan hết.
Dung dịch chuẩn Bicromatkali 0,25N: Cân 12,259 g K2Cr2O7 đã sấy khô ở 1050C trong vòng 2 giờ. Dùng nước cất 2 lần định mức thành 1000ml.
Sinh viên: Phan Thị Hoài Cẩm Lớp: 52MT Pha dung dịch phân tích COD : Lấy 166,67 ml K2Cr2O7 vào cốc thủy tinh. Đặt cốc thủy tinh vào trong chậu nước lạnh. Đặt chậu vào trong tủ hút. Sau đó, rót H2SO4 từ từ vào cốc thủy tinh chứa K2Cr2O7 (đảm bảo an toàn), vừa rót vừa dùng đũa thủy tinh khuấy đều cho tới khi hết 500ml.
Chất chỉ thị Feroin : Cân chính xác 0,75g C12H8N2.H2O và 0,35g FeSO4.7H2O rồi cho vào cốc thủy tinh. Dùng đũa khuấy cho đến khi tan hết. Định mức thành 50ml. Rót dung dịch vào chai và bọc bằng túi nilon đen để tránh ánh sáng khi đó dung dịch này bền trong vài tháng.
Dung dịch chuẩn độ: (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O ( FAS) 0,025N. Hòa tan 9,8g (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O trong nước cất. Thêm 2 ml H2SO4 đặc làm lạnh dung dịch và pha loãng thành 1 lít.
Hóa chất phân tích nito và photpho :
- Phân tích N: NO3-, NO2-. Sử dụng thuốc thử Nitra Ver 5 và Nitra Ver 3
Hình 3-12: Thuốc thử
Nitra Ver 5
Hình 3-13: Thuốc thử
Nitra Ver 3
Sinh viên: Phan Thị Hoài Cẩm Lớp: 52MT
Hình 3-14: Các hóa chất pha hỗn hợp thuốc thử xác định hàm lượng P
- Phân tích hàm lượng sắt : sử dụng thuốc thử Ferrover Iron
Hình 3-15: Thuốc thử Ferrover Iron
- Hóa chất phân tích COD
Sinh viên: Phan Thị Hoài Cẩm Lớp: 52MT
3.2 Phƣơng pháp xác đinh các thông số nghiên cứu
3.2.1 Xác định pH và nhiệt độ
- Sử dụng giấy quỳ chỉ thị, nhúng trực tiếp giấy quỳ vào mẫu nước phân tích sao cho ngập 1 phần giấy, so sánh màu trên thang đo để xác định giá trị pH và tính chất của mẫu nước phân tích.
- Sử dụng thiết bị Troll 9500 cảm biến áp suất và nhiệt độ khí quyển giám sát liên tục thông số pH và nhiệt độ môi trường nước thải.
Hình 3-17: Thiết bị Troll 9500
Cách kiểm soát pH, nhiệt độ của môi trường với thiết bị Troll 9500 như sau: Sau khi lắp ráp chính xác và đầy đủ các bộ phận của thiết bị chúng ta bắt đầu kết nối thiết bị với máy tính đã cài đặt phần mềm chạy chương trình tương ứng qua cổng usb trên dây dẫn của thiết bị đồng thời tiến hành cắm các đầu đo kiểm tra các thông số bao gồm đo DO, độ dẫn điện, độ đục, áp suất khí quyển, nhiệt độ, pH,…Kết quả sẽ hiển thị trên màn hình máy tính, đọc và lưu kết quả để giám sát và điều chỉnh các thông số sao cho phù hợp với yêu cầu đặt ra về khoảng tối ưu của các yếu tố môi trường.
3.2.2 Xác định COD (nhu cầu oxy hóa học)
Phương pháp xác định theo TCVN 6491-1999. Nhu cầu oxy hóa học (COD) là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ có trong nước bằng các chất oxy hóa mạnh. COD được xác định bằng phương pháp hồi lưu đóng. Mẫu được đun hồi lưu với lượng dư kali dicromat K2Cr2O7 và H2SO4 đặc trong 2 giờ. Quá trình này sẽ oxy hóa hầu hết chất hữu cơ trong mẫu. Bạc sunfat được cho vào mẫu để làm chất xúc tác cho quá trình oxy hóa.
Sinh viên: Phan Thị Hoài Cẩm Lớp: 52MT Sau khi phá mẫu, kali dicromat còn lại sẽ được chuẩn độ bằng dung dịch sắt (II) amonisunfat (NH4)Fe(SO4)2.6H2O (FAS) 0,025N:
Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ 2Cr3+ +6Fe3+ + 7H2O
Lượng dicromat tiêu tốn được tính toán và chất hữu cơ bị oxy hóa được báo cáo dưới dạng oxy tương đương. COD được tính toán như sau:
K V N V V COD m ( 1 2) 8 1000 Trong đó:
V1 - Thể tích dung dịch FAS tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu trắng, ml V2 - Thể tích dung dịch FAS tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu thử, ml N - Nồng độ của FAS dùng để chuẩn độ
8 - Đương lượng phân tử gam của oxy Vm- Thể tích mẫu đem phân tích, ml K - Hệ số pha loãng
Khoảng xác định của phương pháp : COD từ 30 – 700 mg/L.
Sinh viên: Phan Thị Hoài Cẩm Lớp: 52MT
Hình 3-19: Chuẩn độ mẫu
3.2.3 Xác định mật độ vi tảo Spirulina platensis trong thời gian nuôi cấy
Trong bất kỳ mỗi loại mẫu vật nào, muốn biết số lượng chung của các nhóm vi sinh vật cũng như số lượng riêng của mỗi nhóm thành phần, đều cần phải đếm số lượng tế bào của chúng.
Phương pháp xác định trực tiếp số lượng tế bào bằng phiến kính có khung đếm Goriaep cho phép đếm số lượng vi sinh vật có kích thước lớn như tảo Spirulina platensis, đếm số lượng tế bào trực tiếp trên kính hiển vi nhờ buồng đếm hồng cầu.
Hình 3-20: Buồng đếm hồng cầu
Sinh viên: Phan Thị Hoài Cẩm Lớp: 52MT
Hình 3-21: Cấu tạo buồng đếm Hình 3-22: Quy tắc đếm
vi sinh vật trên lưới
Nguyên tắc cấu tạo của phòng đếm: đó là một phiến kính dày hình chữ nhật, chia thành 3 khoảng, khoảng giữa chia thành 2 khoảng nhỏ. Trên mỗi khoảng này có kẻ một lưới đếm, gồm rất nhiều ô vuông. Mỗi ô vuông lại được chia ra thành 16 ô vuông nhỏ, mỗi ô nhỏ có diện tích là 1/400 m2, và chiều dày là 1/10 mm, như vậy thể tích 1 ô vuông nhỏ là 1/4000 mm3 hay 1/4000.000 ml. Phòng đếm có 1 lá kính dày để đậy.
Cách thực hiện:
Bước 1: Pha loãng mẫu đảm bảo không lớn hơn 10 tế bào và không nhỏ hơn 2,5 tế bào.
Bước 2: Lắc đều ống nghiệm pha loãng mẫu
Bước 3: Nhỏ 1 giọt dung dịch mẫu vào giữa phòng đếm và đậy lại bằng lá kính, chú ý không để tạo bọt khí.
Bước 4: Di chuyển nhẹ nhàng phòng đếm để dung dịch mẫu tràn đầu các khoang. Bước 5: Đặt phòng đếm lên bàn kính hiển vi, để yên 3 - 5 phút, sau đó tiến hành đếm số lượng tế bào trong 5 ô lớn chéo nhau (chọn 4 ô ở 4 góc và một ô ở chính giữa).
Sinh viên: Phan Thị Hoài Cẩm Lớp: 52MT
Hình 3-23: Cách nhỏ dung dịch chứa tảo vào phòng đếm
Sau đó cho lên kính hiển vi và đếm số lượng tảo quan sát được:
Hình 3-24: Quan sát tảo
dưới kính hiển vi quang học
Hình 3-25: Hình dạng tảo thu
được dưới kính hiển vi
Cách đếm số lượng vi tảo Spirulina:
- Đếm số tế bào tảo trong mỗi ô lớn: mỗi ô nhỏ có 4 cạnh giới hạn, đếm số lượng tế bào nằm trọn trong ô và những tế bào nằm trên 2 cạnh liên tiếp cùng chiều.
- Ví dụ: Đếm cạnh bên dưới và cạnh bên phải. Đếm các ô từ trái sang phải, từ hàng trên xuống hàng dưới rồi đổi chiều. Cứ đếm như vậy cho đến ô cuối cùng của 16 ô con.
Cách tính toán số lượng tế bào vi tảo Spirulina như sau: - Gọi A là số lượng tế bào tảo đếm được trong 80 ô nhỏ
- Số lượng tế bào tảo trong 1mm3 được tính theo công thức sau: Số tế bào trong 1mm3 = 16 5 4000 APL A
Sinh viên: Phan Thị Hoài Cẩm Lớp: 52MT Trong đó: - 4000 = 400 x 10 ( 1/400 mm2 : diện tích một ô nhỏ; 1/10 mm: chiều cao từ mặt buồng đếm tới lammelle).
-APL: độ pha loãng.
Ưu điểm của phương pháp này là cho phép xác định nhanh chóng mật độ vi sinh vật chứa trong mẫu.
Nhược điểm: không phân biệt được tế bào sống và chết, dễ nhầm lẫn tế bào vi sinh vật với các vật thể khác trong mẫu, khó đạt được độ chính xác cao, không thích hợp với huyền phù vi sinh vật có mật độ thấp.
3.2.4 Xác định khối lượng vi tảo Spirulina platensis qua từng đợt
Phương pháp xác định khối lượng tảo bằng thiết bị lọc sử dụng kết hợp bình hút chân không, giấy lọc chứa tảo được sấy đến khối lượng không đổi và thu được kết quả sau khi cân.
Hình 3-26: Thiết bị lọc
sử dụng hút chân không
Hình 3-27: Giấy lọc vi tảo
kích thước 47mm trở lên
Sinh viên: Phan Thị Hoài Cẩm Lớp: 52MT Các bước thực hiện:
Bước 1: Chuẩn bị giấy lọc vi sinh vật có kích thước lỗ lọc 0,47 µm, đường kính màng lọc 45mm với số lượng tương ứng với các bể nuôi tảo cần xác định khối lượng tảo có trong bể theo từng chu kỳ giám sát các thông số nước thải mẫu. Giấy lọc được cho vào từng đĩa petri đánh dấu tương ứng với từng bể và sấy ở 1050C đến khối lượng không đổi sau đó cân để xác định khối lượng ban đầu.
Hình 3-30: Giấy lọc
sau sấy (chưa có tảo)
Hình 3-31: Sấy giấy lọc
tảo
Hình 3-32: Cân giấy
lọc sau sấy
Bước 2: Dùng pipet hút 10ml nước thải mẫu trong từng bể nuôi cấy tảo vào cốc đong 10ml chuẩn bị cho quá trình lọc (đánh dấu trên mỗi bình để tránh nhầm kết quả).
Hình 3-33: Cốc đong chứa 10ml tảo (có đánh số)
Bước 3: Đặt các giấy lọc đã chuẩn bị vào thiết bị lọc sau đó cho từ từ 10ml nước thải mẫu của mỗi bình đi qua giấy lọc. Nước lọc thu được giữ trong các cốc có đánh số tương ứng để sử dụng tiếp cho quá trình đo đạc và kiểm tra biến động của các thông số trong nước thải gồm NH4, NO2-, NO3-, PO43-, Fe.
Sinh viên: Phan Thị Hoài Cẩm Lớp: 52MT
Hình 3-34: Lọc tảo
Bước 4: Giấy sau quá trình lọc được đặt trong đĩa petri ban đầu tiếp tục sấy ở 1050 C và cân để xác định khối lượng sau lọc.
Hình 3-35: Đĩa petri đựng giấy lọc tảo sau lọc
Chú ý: sau mỗi lần sấy cần phải để nguội giấy lọc rồi mới mang cân.
Hình 3-36: Hút ẩm giấy lọc tảo trước khi cân
Cách tính khối lượng vi tảo lam Spirulina platensis:
Mtảo = (mgiấy lọc ban đầu - mgiấy lọc sau lọc) x 105 (mg/l)
3.2.5 Xác định hàm lượng amoni, nitrat, nitrit, photphat
3.2.5.1 Xác định hàm lượng amoni a) Phương pháp xác định a) Phương pháp xác định
Sinh viên: Phan Thị Hoài Cẩm Lớp: 52MT Xác định hàm lượng Nito-amoni theo phương pháp số 8038 của HACH, sử dụng máy đo quang DR5000-HACH với các thuốc thử Mineral Stabilizer, Polyvinyl Alcohol, Nessler. Dựa theo phương pháp này phức khoáng ổn đinh độ cứng trong mẫu. Polyvinyl alcohol phân tán sự hình thành màu sắc trong phản ứng của thuốc thử Nessler với ion amoni. Màu vàng hình thành tỷ lệ thuận với nồng độ ammoniac. Kết quả thử nghiệm được đo ở 425 nm.
b) Các bước tiến hành xác định hàm lượng amoni
Bước 1: Chọn chương trình đo chỉ tiêu nitrat số 380 trên máy đo quang. Bước 2: Chuẩn bị 1 bình định mức chứa 25 ml mẫu đã pha trộn.
Bước 3: Chuẩn bị 1 bình định mức chứa 25 ml nước cất hai lần.
Bước 4: Nhỏ 3 giọt phức khoáng ổn định mẫu. Tiến hành đảo trộn ở mỗi mẫu trong ít phút.
Bước 5: Thêm 3 giọt thuốc thử Polyvinyl Alcohol vào mỗi bình định mức. Tiến hành đảo trộn ở mỗi mẫu trong ít phút.
Bước 6: Dùng pipet hút 1ml thuốc thử Nessler Reagent vào mỗi bình định mức. Tiến hành đảo trộn ở mỗi mẫu trong ít phút.
Bước 7: Bật thời gian 1 phút cho giai đoạn phản ứng. Bước 8: Đổ 10 ml mỗi mẫu đã chuẩn bị vào mỗi cuvet.
Bước 9: Trong vòng 2 phút sau khi thời gian phản ứng kết thúc, lau sạch cuvet chứa mẫu và chuyển vào máy đo.
Bước 10: Khi thời gian kết thúc, cho mẫu trắng vào ô chứa sao cho dòng chữ đối diện với người sử dụng. Nhấn Zero màn hình sẽ hiển thị 0.00 mg/l NH3-N.
Bước 11: Lau mẫu đã chuẩn bị và chèn nó vào ô chứa sao cho dòng chữ đối diện với người sử dụng. Đọc kết quả mg/l NH3-N.
3.2.5.2 Nitrat
a) Phương pháp xác định
Xác định hàm lượng nitrat theo phương pháp số 8171 của HACH, sử dụng máy đo quang DR5000-HACH với bột thuốc thử Nitrat Ver 5. Dựa theo phương pháp này kim loại cadimi có trong thuốc thử sẽ khử nitrat trong mẫu nước thành nitrit, sau đó ion nitrit sẽ phản ứng với một axit tạo trung bình là axit sulfanic tạo muối
Sinh viên: Phan Thị Hoài Cẩm Lớp: 52MT diazonium. Hai muối trong mẫu kết hợp với axit tạo ra dung dịch có mầu hổ phách. Mật độ quang của dung dịch được đo ở bước sóng 400 nm. Phương pháp này dung để xác định hàm lượng nitrat trong nước máy, nước thải và nước biển với hàm lượng NO3-
- N từ 0,1 – 10,0 mg/l. Trong quá trình đo, các yếu tố có thể gây ảnh hưởng tới kết quả phép đo hàm lượng nitrat của mẫu đó là clorua, ion sắt, nitrit, các chất khử và oxi hóa.
b) Các bước tiến hành xác định hàm lượng nitrat
Bước 1: Chọn chương trình đo chỉ tiêu nitrat số 355 trên máy đo quang. Bước 2: Chuyển 10 ml nước mẫu vào cuvet đo.
Bước 3: Đổ 1 gói bột thuốc thử Nitra Ver 5 vào cuvet chứa mẫu, đậy nắp và lắc đều. Bước 4: Đặt thời gian phản ứng trên máy là 1 phút. Lắc mạnh cuvet chứa mẫu trong thời gian là 1 phút. Chú ý: Lượng chất rắn trong thuốc thử thêm vào có thể không phản ứng hết.
Bước 5: Đặt tiếp thời gian phản ứng là 5 phút. Để yên cuvet chứa mẫu, không lắc.