phƣơng pháp xử lý yếm khí
2.3.1. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của tải lƣợng dòng - Nghiên cứu ảnh hƣởng của pH đầu vào
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của nhiệt độ môi trƣờng - Ảnh hƣởng của chế độ tuần hoàn
Bảng 2.5. Các nguyên tố Đa lƣợng cần bổ sung cho quá trình sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật
TT Đa lƣợng Đơn vị Hàm lƣợng 1. NH4Cl g/l 0.28 2. KH2PO4 g/l 0.25 3. MgSO4.7H2O g/l 0.1 4. CaCl2.2H2O g/l 0.01 5. NaHCO3 g/l 0.4 6. Yeast extract g/l 0.1 7. Vi lƣợng g/l 1 mL/ 1gCOD
Bảng 2.6. Các nguyên tố Vi lƣợng cần bổ sung cho quá trình sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật
TT Vi lƣợng Đơn vị Hàm lƣợng 1. FeCl3.4H2O g/l 2.00 2. CoCl2.6H2O g/l 2.00 3. MnCl2.4H2O g/l 0.50 4. CuCl2.2H2O g/l 0.03 5. ZnCl2 g/l 0.05 6. H3BO3 g/l 0.05 7. (NH4)6Mo7O24.4H2O g/l 0.09
Lớp KTMT 2012B 34 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
8. NiCl2.6H2O g/l 0.10
9. EDTA g/l 0.05
10. HCl 36% ml 1.0
2.3.2. Phương pháp nghiên cứu
2.3.2.1. Thiết bị nghiên cứu
Hình 2.2. Hình ảnh thiết bị pilot thí nghiệm xử lý yếm khí
Cấu tạo thiết bị: Thiết bị đƣợc chế tạo bằng inox 201 dày 2mm, gồm 2 bộ phận chính: cột xử lý yếm khí thể tích 5 lít và cột lắng thể tích 2 lít.
Bơm tuần hoàn: Bluewhite, xuất xử G7, công xuất 1 – 3 l/h Thiết bị gia nhiệt: Julaba 27, xuất xử Nhật Bản.
Nguyên tắc hoạt động: Nƣớc thải vào từ phần dƣới của thiết bị, chảy ngƣợc
lên qua lớp các hạt chất mang và chảy tràn ra ngoài. Bơm tuần hoàn đƣợc trang bị nhằm tạo trạng thái chuyển động giả lỏng hay tầng sôi. Vận tốc bơm đƣợc khống chế sao cho các hạt bùn ở trạng thái lơ lửng không ảnh hƣởng tới màng sinh học, sự cuốn trôi của các hạt chất mang bị hạn chế do kết cấu đặc biệt của phần trên thiết bị.
2.3.2.2. Hóa chất, dụng cụ thí nghiệm a. Hóa chất
Lớp KTMT 2012B 35 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
- Dung dịch hỗn hợp làm COD: Axit H2SO4 (bổ sung Ag2SO4) và dung dịch K2Cr2O7 0,25N theo tỷ lệ 3:1.
- Dung dịch FAS: Muối sắt II Amôni Sunfat - NaOH 500 g/l - H3PO4 3%
- Hỗn hợp xúc tác: K2SO4 tinh thể: CuSO4 tinh thể: Se theo tỷ lệ: 100: 10: 1 - Chỉ thị Taxiro: 0,1% Methyl xanh + 0,1% Methyl đỏ pha trong cồn 90 độ theo tỷ lệ 1:1
- K2S2O8 5% - BaCl2 - H2C2O4. 2H2O - Chỉ thị phenolphthalein
b. Dụng cụ thí nghiệm
- Máy đo pH
- Thiết bị định lƣợng BOD5 bằng Oxitop - Máy phá mẫu và chƣng cất Nitơ - Thiết bị quang phổ
Quy trình thực nghiệm
Hình 2.3. Sơ đồ quy trình thực nghiệm nghiên cứu xử lý yếm khí nƣớc thải cao su
Điều chỉnh pH (nếu cần) Nƣớc thải (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thiết bị pilot yếm khí
Để lắng, lọc mẫu Bổ sung thêm các
nguyên tố đa lƣợng, vi lƣợng
Pha loãng (nếu cần)
Xác đinh COD sau xử lý Xác định hiệu suất xử lý Xác định thể
tích khí thu đƣợc
Lớp KTMT 2012B 36 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
2.4. Phương pháp phân tích
+ Phương pháp phân tích COD
Áp dụng quy trình phân tích SOP 03 (quy trình này hoàn toàn tƣơng ứng với TCVN 6491:1999). Quy trình này áp dụng cho các loại nƣớc có giá trị COD từ 5 mg/l đến 700 mg/l. Hàm lƣợng clorua không đƣợc vƣợt quá 500 mg/l. Mẫu nƣớc phù hợp đƣợc sử dụng trực tiếp cho phân tích. Nếu giá trị COD vƣợt quá 700 mg/l mẫu nƣớc cần đƣợc pha loãng trƣớc khi phân tích.
Cách tiến hành: Chuyển 2.0 ml ± 0.01 ml mẫu (pha loãng nếu cần thiết) vào bình phản ứng, thêm 0,1 g thủy ngân (II) sunfat và lắc đều. Thêm 1.00 ml ± 0.01 ml dung dịch kali dicromat 0.25N lắc trộn đều. Thêm từ từ 3ml dung dịch axit sunfuric chứa bạc sunfat và nhanh chóng vặn chặt nắp ống phản ứng, lắc đều. Đun hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ 1480C ± 30C trong 120 phút. Làm nguội hỗn hợp phản ứng đến nhiệt độ phòng. Chuyển hỗn hợp phản ứng vào bình nón 100ml, tráng kĩ bằng nƣớc cất. Chuẩn độ lƣợng dƣ dicromat bằng sắt (II) amoni sunfat 0.025N sử dụng 1 giọt chỉ thị Feroin. Điểm cuối chuẩn độ là thời điểm chuyển màu rõ rệt từ xanh lục sang nâu đỏ.
Biểu thị kết quả: Nhu cầu oxy hóa học COD, tính bằng miligam oxy trên lít, đƣợc tính theo công thức:
COD = [(VT – Vm)*N*8*1000*K]/VM, mg/l
Trong đó: VT: thể tích dung dịch FAS tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu trắng, ml Vm: thể tích dung dịch FAS tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu thử, ml N: nồng độ của FAS dùng để chuẩn độ
8: hệ số đƣơng lƣợng phân tử gam của oxy, g/đlg VM: thê tích mẫu đem phân tích, ml
K: hệ số pha loãng
+ Phương pháp phân tích ammoni (NH4+-N)
Xác định amoniac (NH4+
) bằng phƣơng pháp lên màu trực tiếp với thuốc thử Nessler.
Lớp KTMT 2012B 37 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Nguyên tắc của phƣơng pháp: Amoniac trong môi trƣờng kiềm phản ứng với thuốc thử Nessler (K2HgI4) tạo phức màu vàng hay nâu sẫm phụ thuộc hàm lƣợng amoniac có trong nƣớc.
Các bƣớc tiến hành: - Lập đƣờng chuẩn
- Định tính: Lấy 10ml mẫu vào ống nghiệm hoặc bình định mức, thêm 3 giọt chỉ thị Nessler, nếu thấy kết tủa màu vàng hoặc nâu là có NH4+ trong mẫu, sau đó tiếp tục định lƣợng.
- Định lƣợng: Lấy 100ml mẫu, thêm 1ml Kẽm sulfat 5%, 0.5ml NaOH 6N, lắc đều, để yên 5 – 10 phút, ly tâm hoặc lọc mẫu để lấy phần nƣớc trong. Lấy Vml mẫu vào bình định mức 25ml (tùy thuộc vào phần phân tích định tính màu của phức càng đậm thì lƣợng mẫu cho vào càng ít) rồi lên định mức đến 25ml, thêm 0,5ml Kali Natritartrat, thêm 2 giọt thuốc thử Nessler, lắc đều, sau 10 phút đem so màu trên máy UV-VIS ở bƣớc sóng 385nm.
- Tính kết quả: Dựa vào đồ thị đƣờng chuẩn, tính ra hàm lƣợng NH4 +
có trong Vml mẫu lấy phân tích, tính nồng độ NH4
+
-N nhƣ sau: [NH4
+
-N] = (a*14)/(V*18) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong đó: a là hàm lƣợng amoniac (µg); V là thể tích mẫu phân tích (ml); 14 là khối lƣợng của N; 18 là khối lƣợng của NH4
+
.
+ Phân tích TS
- Sấy chén cân trƣớc khi sử dụng ở 105oC đến khối lƣợng không đổi (ít nhất trong 1h). Để nguội trong bình hút ẩm và cân khối lƣợng chén (m1).
- Lấy thể tích mẫu sao cho hàm lƣợng cặn khô trong chén nằm trong khoảng 50 - 200 mg.
- Đun cho bay hơi nhẹ đến cạn.
- Sấy sấy khô mẫu ở nhiệt độ 105oC đến trọng lƣợng không đổi, để nguội trong bình hút ẩm và cân khối lƣợng chén có mẫu (m2). Lặp lại thao tác sấy, để nguội trong bình hút ẩm và cân cho tới khi sai số giữa hai lần cân không vƣợt quá 4% hoặc 0,5mg.
Lớp KTMT 2012B 38 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường Tính toán kết quả: g/l V 1000 ) m (m TS 2 1 Trong đó: m2: Khối lƣợng chén cân có cặn, g m1: Khối lƣợng chén chƣa có cặn, g V: Thể tích mẫu đã lấy để lọc, ml
+ Xác định BOD5 của mẫu nước thải đầu vào và đầu ra theo phương pháp Oxitop
Nguyên lý hoạt động của sensor BOD: Quá trình ủ mẫu đƣợc tiến hành trong hệ kín. Khí CO2 tạo thành trong quá trình ủ bị hấp thụ vào chất kiềm mạnh làm áp suất bên trong chai giảm dần. Sự giảm đƣợc chuyển qua một bộ vi xử lý trong sensor và chuyển thành giá trị BOD tƣơng ứng.
- Chọn thể tích mẫu: Thể tích mẫu lấy phụ thuộc vào khoảng giá trị BOD của mẫu (Bảng 3.5). Giá trị BOD của mẫu đƣợc có thể ƣớc đoán qua giá trị COD.
- Dựa vào giá trị này lấy thể tích mẫu tƣơng ứng bằng các bình định mức sẵn có.
Bảng 2.7. Bảng lựa chọn thể tích mẫu
Thể tích mẫu (ml) Khoảng BOD (mg/l) Hệ số
432 0 – 40 1 365 0 – 80 2 250 0 – 200 5 164 0 – 400 10 97 0 – 800 20 43,5 0 – 2000 50
- Đổ mẫu nƣớc vào chai ủ mẫu. - Cho con khuấy từ vào. - Đặt ống cao su lên miệng chai.
- Cho vào ống cao su 2 viên NaOH. Chú ý không đƣợc để NaOH rơi vào mẫu. - Vặn chặt sensor vào chai.
Lớp KTMT 2012B 39 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
- Bấm đồng thời phím S và M trên sensor, khoảng 2 giây thì màn hình xuất hiện 00. Điều này nghĩa là các giá trị nhớ trƣớc đó đã bị xoá sạch.
- Giữ chai trên thiết bị khuấy từ trong tủ 20oC, không có ánh sáng trong 5 ngày. - Muốn xem giá trị BOD của từng ngày, bấm phím S (bên trái). Bấm phím M để xem giá trị BOD tức thời.
Ghi chú: làm mẫu trắng bằng nƣớc pha loãng cấy vi sinh vật theo trình tự tƣơng ứng. Tính kết quả
- Đối với mẫu không pha loãng
BOD5 = (D - D’) x f
Trong đó: BOD5 là giá trị BOD của mẫu cần xác định sau 5 ngày.
D là giá trị hiện trên sensor BOD sau 5 ngày của mẫu cần xác định. D’ là giá trị hiện trên sensor BOD sau 5 ngày của mẫu trắng. f là hệ số phụ thuộc vào thể tích mẫu (bảng 1)
- Đối với mẫu pha loãng
BOD5 = (D - D’) x f x k
Trong đó: BOD5 là giá trị BOD của mẫu cần xác định sau 5 ngày.
D là giá trị hiện trên sensor BOD sau 5 ngày của mẫu cần xác định. D’ là giá trị hiện trên sensor BOD sau 5 ngày của mẫu trắng. f là hệ số phụ thuộc vào thể tích mẫu (bảng 1) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
k là hệ số pha loãng mẫu
+ Xác định hàm lượng cácbon dioxyt (CO2)
Biogas thu đƣợc chứa chủ yếu là khí CH4 và CO2. Các tạp chất khác nhƣ N2, H2S, NH3, H2...chỉ chiếm khoảng 1 - 2%.
- Nguyên tắc
Cacbon dioxyt tác dụng với Ba(OH)2 tạo thành kết tủa BaCO3 CO2 + Ba(OH)2 = Ba(CO)3 + H2O
Chuẩn Ba(OH)2 dƣ bằng axit oxalic với chất chỉ thị fenolphtalein. Từ lƣợng Ba(OH)2 tiêu tốn tính đƣợc lƣợng tính đƣợc lƣợng khí CO2 có trong mẫu.
Lớp KTMT 2012B 40 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường Cách tiến hành
Mang dụng cụ đến nơi lấy mẫu(dùng túi chứa khí chuyên dụng), lấy mẫu vào túi, đƣa về phòng thí nghiệm để phân tích.
Bình phản ứng thể tích 500 ml (sạch, khô).
Dùng pipet lấy 50 ml (v) dung dịch Baryt cho vào chai. Đem chai hút chân không (loại hết không khí). Sau đó đƣẫu cần phân tích vào chai. Thực hiện quá trình hấp thụ trong thời gian 4h.
Chú ý: Trong thời gian hấp thụ mẫu cần đƣợc lắc thƣờng xuyên (15phút/lần) để
đảm bảo CO2 đƣợc hấp phụ hoàn toàn.
Sau 4 giờ lấy ra 10 ml (a) cho vào bình nón, nhỏ vào 4 giọt phênolphtalêin và chuẩn lại bằng dung dịch axit oxalic đến mất màu hồng. Ghi lƣợng axit oxalic đã dùng.
Để chuẩn mẫu trắng lấy10 ml (a) dung dịch Baryt. Thêm 4 giọt phênolphtalêin và chuẩn lại với dung dịch axit oxalic, ghi thể tích dung dịch axít oxalic đã dùng chuẩn mẫu trắng.
Tính kết quả
Nống độ khí CO2 trong không khí đƣợc tính bằng %0 (ml/l) theo công thức sau:
CO N n v a V v 2 0 01 1000 ( ). , . . ( )
Trong đó: V0: thể tích khí đã lấy ở điều kiện tiêu chuẩn (ml) v: thể tích dung dịch Baryt cho vào chai (50ml) a: thể tích dung dịch đã hấp thụ lấy ra phân tích (10ml) N: Thể tích dung dịch axit Oxalic chuẩn mẫu trắng (ml) n: Thể tích dung dịch axit Oxalic đã chuẩn mẫu phân tích (ml).
Lớp KTMT 2012B 41 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường d. Đánh giá hiệu quả hệ thống
Tải trọng dòng vào: ( ) 1 2 R TB R TB v V COD V COD Q V QCOD T (kg/m3.ngày) Hiệu quả xử lý: (%) x100% COD COD COD v R v COD Hiệu suất thu Biogas:
) ( . v TB R1 R2 Biogas Biogas COD COD V COD Q V (l/gCOD ch)
Trong đó: Q: Lƣu lƣợng nƣớc thải vào (l/ ngày)
CODv: COD trong nƣớc thải vào (g/l)
CODR1, R2: COD trong nƣớc thải ra 2 ngày liên tiếp (g/l) VTB: Dung tích làm việc của thiết bị (l)
Lớp KTMT 2012B 42 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
CHƢƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát hiệu quả xử lí COD và NH4+-N bằng phƣơng pháp kết tủa MAP khi sử dụng hỗn hợp hóa chất MgSO4.7H2O và Na3PO4.12H2O [12]
3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH tới hiệu quả xử lí COD và NH4+-N
Điều kiện thí nghiệm
Nƣớc thải đầu vào: CODđầu vào = 9850 mg/l; NH4+-Nđầu vào = 425 mg/l. Khoảng thời gian và tốc độ phản ứng đƣợc thực hiện nhƣ trong quá trình keo tụ thông thƣờng tức gồm hai quá trình khuấy trộn nhanh ở tốc độ 200-300 vòng/phút trong 30-40s và quá trình khuấy trộn chậm ở tốc độ 50 vòng/phút trong 3-5 phút. Tỉ lệ mol phân tử Mg2+:NH4+:PO43- = 0,8:1:1.Các giá trị pH khảo sát từ 6,0 đến 11,5. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả nghiên cứu được thể hiện trên đồ thị hình 3.1:
Hình 3.1. Ảnh hƣởng của pH đến hiệu quả xử lí COD và NH4+-N của quá trình kết tủa MAP sử dụng hỗn hợp hóa chất MgSO4.7H2O và Na3PO4.12H2O
Nhìn vào đồ thị hình 3.1 ta thấy trong khoảng pH = 6-9, xu hƣớng loại bỏ COD và NH4
+
đều tăng. Đối với ammoni, tại pH = 6 gần nhƣ hiệu quả loại bỏ NH4 +
là không đáng kể cũng nhƣ là không có hoặc có rất ít kết tủa đƣợc hình thành. Khi tăng pH từ 6 – 9 thì hiệu suất loại bỏ ammoni cũng tăng theo và đạt cực đại 60% tại pH = 9. Đối với hiệu quả xử lí COD, dự đoán cơ chế loại bỏ COD ở đây chủ yếu do quá trình hấp phụ các hợp chất hữu cơ lên bề mặt của các hạt kết tủa struvite do đó mà hiệu quả khử COD cũng có cùng xu hƣớng với hiệu quả xử lí NH4+, điều đó có
Lớp KTMT 2012B 43 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
nghĩa là khi lƣợng kết tủa tạo ra càng nhiều thì hiệu quả xử lí COD càng cao và ngƣợc lại.
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi tỉ lệ phân tử Mg2+:NH4 +
: PO4 3-
tới hiệu quả xử lý COD và NH4+-N
Ảnh hƣởng của tỉ lệ Mg2+
:NH4+:PO43- đến khả năng loại bỏ ammoni và COD đã đƣợc nghiên cứu ở các tỉ lệ khác nhau. Trong các thí nghiệm này đã tiến hành thay đổi nồng độ của của một trong hai ion Mg2+
và PO43- và giữ nguyên nồng độ ion còn lại so với NH4
+
theo tỉ lệ mol là 1:1.
a. Ảnh hưởng của việc thay đổi nồng độ ion Mg2+ tới hiệu quả xử lí
Điều kiện thí nghiệm
Nƣớc thải đầu vào: CODđầu vào = 9805 mg/l; NH4 +
-Nđầu vào = 430 mg/l. Khoảng thời gian và tốc độ phản ứng đƣợc thực hiện nhƣ trong quá trình keo tụ thông thƣờng tức gồm hai quá trình khuấy trộn nhanh ở tốc độ 200-300 vòng/phút trong 30-40s và quá trình khuấy trộn chậm ở tốc độ 50 vòng/phút trong 3-5 phút. pH thí nghiệm tại pH = 9. Tỉ lệ mol phân tử khảo sát tƣơng ứng Mg2+:NH4
+
:PO4 3-
= (0,3–2):1:1.
Kết quả nghiên cứu được thể hiện trên đồ thị hình 3.2 sau:
Hình 3.2. Ảnh hƣởng của việc thay đổi nồng độ ion Mg2+
tới hiệu quả xử lí NH4+-N và COD khi sử dụng hỗn hợp hóa chất MgSO4.7H2O vàNa3PO4.12H2O
Lớp KTMT 2012B 44 Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường
Từ đồ thị hình 3.2 ta thấy, khi tăng nồng độ ion Mg2+ thì hiệu quả loại bỏ ammoni cũng tăng và đạt hiệu quả cao nhất là 72% tại tỉ lệ Mg2+
:NH4+:PO43- = 1,1:1:1.
Hiệu quả xử lí COD cũng có xu hƣớng tăng theo hiệu quả xử lí ammoni. Trong khi, kể từ tỉ lệ mol Mg2+:NH4 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+
:PO4 3-
= 1,1:1:1 thì hiệu quả xử lí ammoni không tăng và