3.6.1. Phương pháp lấy mẫu
Mẫu nước được thu vào buổi sáng. Tráng thùng thu mẫu bằng nước tại hiện trường, dùng ca múc nước thải cho vào đến khi đầy, đậy nắp lại sau đó đem về phòng thí nghiệm Khoa kỹ thuật – Công nghệ Môi trường để phân tích.
3.6.2. Phương pháp phân tích các thông số ô nhiễm: a. Phương pháp xác định pH:
Xác định pH bằng giấy pH.
b. Phương pháp xác định N-NH4+:
Xác định N-NH4+bằng phương pháp Indophenol blue Thiết lập đường chuẩn
Dãy đường chuẩn được tạo thành với các nồng độ 0,0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 mg/l từ dung dịch chuẩn N-NH4+ 5 mg/l.
Tiến hành trên mẫu phân tích như sau:
Đong 25 ml mẫu nước cần phân tích cho vào bình tam giác 50 ml và lần lượt cho các hoá chất vào như sau:
1 ml thuốc thử A 1 ml thuốc thử B 1 ml thuốc thử C
Chờ 20 – 25 phút xuất hiện màu xanh (nếu có N-NH4+), sau đó đem so màu ở bước sóng 630 nm.
Ghi kết quảđo mật độ quang của mẫu
Từ kết quả so màu dãy đường chuẩn có thể thiết lập phương trình tương quan giữa nồng độ N-NH với kết quả mật độ quang dưới dạng y = ax + b
Trong đó: y: nồng độ của mẫu
x: mức hấp thu của mẫu ở bước sóng càn thiết
Sau khi có phương trình trên, áp dụng kết quả so màu của các mẫu vào phương trình trên để tìm ra nồng độ N-NH4+ của mẫu cần phân tích, đơn vị mg/l.
c. Phương pháp xác định P-PO43-:
Xác định P-PO43- bằng phương pháp Molibden blue
Dãy đường chuẩn được thiết lập với các nồng độ PO43-: 0,0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 từ dung dịch chuẩn 5 mg/l.
Dùng ống hút, hút 20ml mẫu nước
Lần lượt cho thuốc thử vào: 1 ml thuốc thử A và 1 ml thuốc thử B. Chờ 10 phút, màu xanh xuất hiện, đem so màu ở bước sóng 750 nm. Ghi kết quả.
Lập phương trình đường chuẩn và tính toán nồng độ P-PO43-.
d.Phương pháp xác định H2S:
Xác định H2S bằng phương pháp Iodine Phương pháp Iodine Thu mẫu nước vào lọ nút mài 125 ml, sau đó tiến hành như sau
Mở nắp lọ ra cho vào 1ml dung dịch CdCl2 2%, đậy nắp lại lắc đều, để 5 phút, sau đó lắc đều một lần nữa, để yên trong 24 giờ (nếu có H2S sẽ có kết tủa màu vàng dưới đáy bình).
Mở nắp lọ ra, dùng ống cao su loại bỏ phần nước trong của lọ, lượng nước còn lại trong lọ khoảng 30 ml.
Hoà tan kết tủa bằng 5 ml dung dịch I2 0,01N và 5 ml dung dịch HCl 4M, lắc đều cho kết tủa tan hoà toàn, chuyển dung dịch từ chai nút mài sang bình tam giác 100 ml, tráng chai nút mài bằng 30 ml nước cất (nước tráng này cũng cho vào bình tam giác).
Dùng dung dich Na2S2O3 0,01N chuẩn độ cho đến khi dung dịch trở nên màu vàng nhạt, cho vào 3 giọt chỉ thị hồ tinh bột lắc đều, dung dich có màu xanh. Sau đó, tiếp tục chuẩn độ từ từ cho đến khi dung dịch chuyển từ màu xanh sang không màu thì dừng lại, ghi thể tích dung dịch Na2S2O30,01N đã sử dụng.
Dùng lọ chứa 125 ml nước cất làm mẫu trắng và tiến hành tương tự nhe tiến hành ở mẫu trên hoặc đong 30ml nước cất làm mẫu trắng (không cần cho CdCl2). Tính kết quả 0 2 ( ) ( ) 17 1000 125 tb V V N H S ppm − × = × × Trong đó: V0: thể tích dung dịch Na2S2O3 sử dụng để chuẩn độ mẫu trắng Vtb: thể tích trung bình dung dich Na2S2O3
N: nồng độđương lượng dung dịch Na2S2O3
17: đương lượng gam của H2S
1000: hệ số quy đổi từ gam sang mg
e. Phương pháp xác định COD:
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.
- 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.
- 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) =
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 độđương lượng của FAS; N = 3 x 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).
3.6.3. Phương pháp xử lý số liệu:
Sử dụng phần mềm Microsoft Excel 2007 để tính toán, tổng hợp số liệu và vẽđồ thị. So sánh hiệu suất xử lý của các nghiệm thức với nhau bằng cách sử dụng kiểm định Duncan. 1 ( o ) N 8 1000 m V V C V − × × ×
Chương 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN
4.1. Kết quả phân tích các chỉ tiêu khi các thí nghiệm được bố trí trong điều kiện cấp khí tự nhiên trong điều kiện cấp khí tự nhiên
Chúng tôi tiến hành phân tích, đánh giá sự thay đổi các thông số: pH, COD, NH4+, PO43-, H2S, sau 12 ngày thí nghiệm của 5 nghiệm thức với 3 nồng độ ban đầu khác nhau và trong 2 điều kiện môi trường khác nhau nhằm mục đích so sánh và tìm ra nghiệm thức nào, trong môi trường nào có khả năng xử lý nước thải chăn nuôi heo cao nhất.
4.1.1. Kết quả đo pH a. Thí nghiệm 1
Kết quả pH được đo lần lượt trên tất cả các nghiệm thức. Kết quả được thể hiện qua đồ thị sau:
Hình 4.1: Sự biến động pH của 5 nghiệm thức qua 12 ngày thí nghiệm ở thí nghiệm 1
Kết quả hình 4.1 cho thấy, giá trị pH của các nghiệm thức thay đổi qua 12 ngày thí nghiệm. Giá trị pH ở tất cả các nghiệm thức đều giảm theo thời gian và thấp hơn giá trị pH của nghiệm thức đối chứng (NT1-1). Có thể giải thích hiện tượng trên là do trong quá trình thí nghiệm có xảy ra hiện tượng
6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 N0 N2 N4 N6 N8 N10 N12 Giá tr ị pH Thời gian (ngày) Thí nghiệm 1 NT1-1(ĐC1) NT1-2 NT1-3 NT1-4 NT1-5
nitrat hóa, tạo ra H+ làm giảm pH của môi trường. Các phản ứng xảy ra như sau:
Đồng thời xảy ra hiện tượng amon hóa và khử nitrat với sự tham gia của vi khuẩn Bacillus sp.. Trong đó:
* Quá trình amon hóa xảy ra qua 2 giai đoạn:
- Giai đoạn thứ nhất: protein như một chất cảm ứng, kích thích tế bào vi sinh vật tổng hợp ra protease để thủy phân protein tạo ra các sản phẩm có trọng lượng nhỏ hơn, trong đó axit amin được xem là sản phẩm cuối cùng.
Protein pecton polypeptit axit amin - Giai đoạn thứ hai:
Một phần axit amin được sử dụng như một vật liệu tham gia tổng hợp protein, phần còn lại sẽđược deamin hóa để tạo ra năng lượng và giải phóng NH3.
Quá trình khử amin trong tế bào vi sinh vật có thể xảy ra theo nhiều con đường khác nhau.
- Khử amin bằng cách thủy phân có kèm decarbonyl hóa hoặc không:
R-CHNH2-COOH + H2O Æ R-CHOH-COOH + NH3
R-CHNH2-COOH + H2O Æ R-CH2OH + CO2 + NH3
- Khử amin bằng do oxy hóa có kèm decarbonyl hóa hoặc không: R-CHNH2-COOH + 0,5 O2 Æ R-CO-COOH + NH3 (NH4)2CO3 2NH3 + CO2 + H2O NH3 + 1,5 O2 NO2- + 2H+ + H2O NO2- + 0,5 O2 NO3- Nitrosomonas Nitrobacter H2O H2O H2O
R-CHNH2-COOH + O 2 Æ R-COOH + CO2 + NH3
- Khử amin do mất NH3 trực tiếp
R-CHNH2-COOH + 2 H Æ R-CH2-COOH + NH3
* NH3 tạo ra sẽ tham gia vào quá trình nitrat hóa như trên.
* Quá trình khử nitrat Các phản ứng có thể xảy ra:
HNO3 + 2H Æ HNO2 + H2O
R-CHNH2-COOH Æ R-COOH + N2 + H2O
R-CO-NH2 + O2 Æ N-OH Æ R-COOH + N2 + H2O
Từ ngày thí nghiệm thứ 8 đến ngày 12 pH có giảm nhưng không đáng kể. Là do lượng cơ chất lúc này đã giảm nhiều, khả năng sống của các vi khuẩn bịức chế, kìm hãm các quá trình chuyển hóa.
Bảng 4.1: Kết quả kiểm định Duncan giá trị pH trung bình của 5 nghiệm thức ở thí nghiệm 1 STT Nghiệm thức Trị trung bình pH 1. NT1-1 (ĐC1) 8,86a 2. NT1-2 7,58b 3. NT1-3 7,53b 4. NT1-4 7,48b 5. NT1-5 7,45b CV% 0,91%
Dùng phép thử Duncan kiểm định giá trị trung bình pH của 5 nghiệm thức. Kết quả cho thấy, các nghiệm thức NT1-2, NT1-3, NT1-4 và NT1-5 có các giá trị pH trung bình thấp hơn so với nghiệm thức đối chứng (NT1-1) và có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức độ tin cậy 95%. Có thể nói rằng chế phẩm CATA 222 đã làm thay đổi giá trị pH do xảy ra các quá trình chuyển hóa các chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi heo. Tuy nhiên, nếu so sánh giữa 4 nghiệm thức trên với nhau, kết quả không có sự khác biệt thống kê. Chúng ta có thể kết luận rằng lượng chế phẩm sinh học cho vào trong các nghiệm thức chưa đủ lớn để làm thay đổi giá trị pH của 4 nghiệm thức.
b. Thí nghiệm 2
Hình 4.2: Sự biến động pH của 5 nghiệm thức qua 12 ngày thí nghiệm ở thí nghiệm 2
Kết quả ở hình 4.2 cho thấy, hầu hết giá trị pH ở các nghiệm thức đều giảm so với nghiệm thức đối chứng và xu hướng dao động của các đường cong giống nhưở thí nghiệm 1 (giải thích tương tự mục a).
6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 N0 N2 N4 N6 N8 N10 N12 Giá tr ị pH Thời gian (ngày) Thí nghiệm 2 NT2-1(ĐC2) NT2-2 NT2-3 NT2-4 NT2-5
Bảng 4.2: Kết quả kiểm định Duncan giá trị pH trung bình của 5 nghiệm thức ở thí nghiệm 2. STT Nghiệm thức Trị trung bình pH 1. NT2-1(ĐC2) 8,79a 2. NT2-2 7,74b 3. NT2-3 7,65b 4. NT2-4 7,60b 5. NT2-5 7,58b CV% 1,45%
Ghi chú: Các chữ cái giống nhau không khác biệt nhau
Dùng phép thử Duncan để kiểm định giá trị pH, kết quả cho thấy tất cả các nghiệm thức không khác biệt nhau nhưng khác biệt so với nghiệm thức đối chứng và sự khác biệt này có ý nghĩa thống kê ở mức tin cậy 95%.
c. Thí nghiệm 3
Hình 4.3: Sự biến động pH của 5 nghiệm thức qua 12 ngày thí nghiệm ở thí nghiệm 3.
Hình 4.3 cho thấy, qua 12 ngày thí nghiệm, giá trị pH của tất cả các nghiệm thức đều giảm so với nghiệm thức đối chứng. Giá trị pH giảm mạnh đến ngày thứ 6, sau đó tiếp tục giảm nhẹ, là do lượng cơ chất vẫn còn đủ cho sự sống của các vi khuẩn. Do đó, các quá trình chuyển hóa vẫn tiếp tục diễn ra, tuy nhiên đã có sự cạnh tranh thức ăn làm giảm số lượng vi khuẩn nên quá trình chuyển hóa diễn ra chậm hơn. 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 N0 N2 N4 N6 N8 N10 N12 Giá tr ị pH Thời gian (ngày) Thí nghiệm 3 NT3-1(ĐC3) NT3-2 NT3-3 NT3-4 NT3-5
Bảng 4.3: Kết quả kiểm định Duncan giá trị pH trung bình của 5 nghiệm thức ở thí nghiệm 3. STT Nghiệm thức Trị trung bình pH 1. NT3-1 (ĐC3) 8,85a 2. NT3-2 7,97b 3. NT3-3 7,93b 4. NT3-4 7,90b 5. NT3-5 7,83b CV% 0,96%
Ghi chú: Các chữ cái giống nhau không khác biệt nhau
Bảng kiểm định Duncan cho thấy, tất cả các nghiệm thức không khác biệt nhau nhưng có khác biệt so với nghiệm thức đối chứng có ý nghĩa thống kê ở mức độ tin cậy 95%. Điều này cho thấy, các vi khuẩn làm ảnh hưởng đến giá trị pH.
* Nhận xét:
Qua 3 thí nghiệm cho thấy, ở thí nghiệm 1, pH dao động ở khoảng 7,45 đến 7,58; ở thí nghiệm 2, pH dao động ở khoảng 7,58 đến 7,74; còn ở thí nghiệm 3, pH dao động ở khoảng 7,83 đến 7,97. Như vậy, càng pha loãng thì giá trị pH càng giảm.
4.1.2. Kết quả đo COD a. Thí nghiệm 1
Hình 4.4: Sự biến động COD của 5 nghiệm thức qua 12 ngày thí nghiệm ở thí
nghiệm 1
Qua 12 ngày thí nghiệm, tất cả các nghiệm thức đều làm giảm nồng độ COD (mg/l) rất lớn so với nghiệm thức đối chứng (NT1-1), trong đó nồng độ COD giảm nhiều nhất là ở nghiệm thức NT1-5; kế đến là NT1-4; còn NT1-2 và NT1-3 giảm COD ít. Nồng độ COD giảm mạnh từ ngày 1 đến ngày 6, từ ngày thứ 6 đến 12 COD giảm nhưng không đáng kểở tất cả các nghiệm thức.
Nồng độ COD giảm là do trong quá trình sinh trưởng, các vi khuẩn đã tiêu thụ chất hữu cơ có trong môi trường để tạo sinh khối mới.
Chất hữu cơ tế bào vi khuẩn + CO2 + H2O + ∆ 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 N0 N2 N4 N6 N8 N10 N12 Giá tr ị COD (mg/l) Thời gian (ngày) Thí nghiệm 1 NT1-1(ĐC1) NT1-2 NT1-3 NT1-4 NT1-5 enzym
Bảng 4.4: Kết quả kiểm định Duncan giá trị COD (mg/l) trung bình của 5 nghiệm thức ở thí nghiệm 1 STT Nghiệm thức Trị trung bình COD (mg/l) Hiệu suất (%) 1. NT1-1 (ĐC1) 239,48a - 2. NT1-2 185,70b 22,51 3. NT1-3 179,73b 25,02 4. NT1-4 122,50c 48,87 5. NT1-5 107,70d 55,08 CV% 2,77%
Ghi chú: Các chữ cái giống nhau không khác biệt nhau
Từ bảng 4.4 cho thấy, hiệu suất xử lý COD trung bình ở nghiệm thức NT1-2, NT1-3 đạt từ 22,51 đến 25,02 % và kếđến kếđến là NT1-4 hiệu suất xử lý là 48,87 %, cao nhất là ở NT1-5 đạt 55,08 %.
Dùng phép thử Duncan để kiểm định giá trị COD trung bình của các nghiệm thức, kết quả cho thấy: tất cả các nghiệm thức đều có khác biệt có ý nghĩa so với đối chứng. Điều này cho thấy, chế phẩm CATA 222 xử lý được COD. Nếu so sánh các nghiệm thức với nhau ta thấy NT1-2 và NT1-3 không khác biệt nhau nhưng khác biệt rất có ý nghĩa so với NT1-4 và NT1-5 ở mức độ tin cậy là 95%. Điều đó chứng tỏ, lượng chế phẩm cho vào các nghiệm thức càng tăng thì hiệu suất xử lý COD càng tăng.
b. Thí nghiệm 2
Hình 4.5: Sự biến động COD của 5 NT qua 12 ngày thí nghiệm ở thí nghiệm 2
Qua hình 4.5 ta thấy, nồng độ COD (mg/l) của các nghiệm thức sau 12 ngày thí nghiệm đều giảm so với nghiệm thức đối chứng. Tất cả các nghiệm thức giảm mạnh nhất ở ngày thứ 6 và ổn định ở những ngày tiếp theo. Nghiệm thức NT2-5 có hiệu suất xử lý cao nhất.
Bảng 4.5:Kết quả kiểm định Duncan giá trị COD (mg/l) trung bình của 5 nghiệm thức ở thí nghiệm 2 STT Nghiệm thức Trị trung bình COD (mg/l) Hiệu suất (%) 1. NT2-1 (ĐC2) 365,09a - 2. NT2-2 298,91b 18,15 3. NT2-3 283,71b 22,31 4. NT2-4 237,28c 35,03 5. NT2-5 210,27d 42,42 CV% 3,28 %
Ghi chú: Các chữ cái giống nhau không khác biệt nhau
0 50 100 150 200 250 300 350 400 N0 N2 N4 N6 N8 N10 N12 COD (mg/l) Thời gian (ngày) Thí nghiệm 2 NT 2-1 (ĐC2) NT2-2 NT2-3 NT2-4 NT2-5
Qua bảng 4.5 ta thấy, hiệu suất xử lý COD của các nghiệm thức cũng tăng dần, thấp nhất là NT2-2 đạt 18,15%; NT2-3 đạt 22,31%; kếđến là NT2-4
