6. Nội dung ch nh của luận văn
2.2. Đánh giá kết quả nghiên cứu
Kết quả nghiên cứu được đánh giá bởi các quá trình như sau:
- Khảo sát các chỉ số tối ưu của 02 hệ Fenton và Catazon; qua đó đánh giá t nh ưu việc để lựa chọn xây dựng quy trình xử lý thải trong PTN và quy trình công nghệ xử lý nước thải của Hệ thống xử lý nước thải tại trung tâm th nghiệm thực hành, trường Đại học Phú Yên.
- Phân t ch mẫu đầu vào và đầu ra trong quá trình khảo sát 02 hệ Fenton và Catazon.
- Phân t ch mẫu đầu vào và đầu ra của Hệ thống xử lý nước thải (bởi Trung tâm kiểm nghiệm độc lập) để so sánh hiệu suất xử lý.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp thí nghiệm thực nghiệm
Đề tài thực hiện nghiên cứu thực nghiệm tại Trường Đại học Xây dựng Miền Trung có đủ dụng cụ, thiết bị, hóa chất cần thiết. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu, phương pháp phân t ch mẫu nước thải dưa trên tiêu chuẩn
đánh giá QCVN 40:2011/BTNMT (B) [18], [23]. Tiến hành th nghiệm, được lặp lại nhiều lần để lấy kết quả tin cậy.
- Xác định các thông số đầu vào ban đầu của nước thải.
- Lựa chọn hệ oxi hóa nâng cao, khảo sát các chỉ số tối ưu (pH, COD, BOD, thời gian sục kh , hiệu quả xử lý, …) [2], [8], [18], [24].
- Đề xuất quy trình công nghệ.
- Thiết kế, thi công và lắp đặt hệ thống xử lý nước thải [6], [15], [17]. - Vận hành và đánh giá hiệu quả xử lý.
2.3.2. Phương pháp xử lý số liệu
Kết quả th nghiệm và khảo sát được nhập vào phần mềm Microsoft word, Excel, để xử lý đưa ra bảng biểu, đồ thị, bản vẽ tìm các kết quả nghiên cứu tin cậy và tối ưu [24].
- Việc t nh toán, xử lý số liệu và vẽ biểu đồ dựa trên phần mềm Microsoft Office Excel, phiên bản 2010. Trị số trung bình Xvà độ lệch chuẩn S được t nh theo công thức bên dưới:
n i i=1 X X= n ; n 2 i i=1 (X -X) S= n-1 Trong đó: X = Giá trị trung bình S = Độ lệch chuẩn
Xi = Giá trị của từng mẫu, với i từ 1 đến n mẫu n = Tổng số mẫu
- T nh hiệu suất xử lý cho các chỉ tiêu
Giá trị đầu vào – Giá trị đầu ra
H = --- x 100% Giá trị đầu vào
Trong đó:
H: Hiệu suất xử lý (%)
- T nh SS: T nh toán theo công thức M2 –M1
SS = ---106 V
Trong đó:
M1 = Khối lượng giấy lọc ban đầu (đã sấy khô đến khối lượng không đổi), (g) M2 = Khối lượng giấy lọc đã lọc mẫu được sấy khô ở 1050C trong 1 giờ, (g) V = Thể t ch mẫu đem phân t ch, mL
- Tính COD
(Vođ – Vm) 8 1000 CN
COD = --- Vmẫu
Vo: Thể t ch FAS chuẩn độ mẫu nước cất, không đun; mL Vođ : Thể t ch FAS chuẩn độ mẫu nước cất, có đun; mL Vm: Thể t ch FAS chuẩn độ mẫu nước cần phân t ch; mL CN:Nồng độ đương lượng của FAS; CN = 1,50,1/Vo
Vmẫu: Thể t ch dung dịch mẫu, mL - Tính BOD5 = (C1 – C2)/P
C1: Nồng độ oxy hòa tan (DO) sau khi pha loãng ở thời điểm ban đầu phân tích, mgO2/L.
C2: Nồng độ oxy hòa tan sau năm ngày, ủ ở 200
C, mgO2/l. P: Hệ số pha loãng.
- T nh toán nồng độ photphat trong mẫu nước được t nh theo công thức: (Dx - b).n
Cx = --- a
Trong đó: Cx: nồng độ photphat, n: hệ số pha loãng. a, b: hệ số trong phương trình đường chuẩn
- Tính toán nồng độ nitrat trong mẫu nước được t nh theo công thức: (Dx - b).n
Cx = --- a
Trong đó: Cx: nồng độ nitrat, n: hệ số pha loãng. a, b: hệ số trong phương trình đường chuẩn
2.4. Lấy mẫu, bảo quản mẫu và phân t ch mẫu
2.4.1. Lấy mẫu
- Dụng cụ chứa mẫu nước thải: ưu tiên chứa đựng vào bình thủy tinh hoặc bình poly etilen.
Phân t ch mẫu càng sớm càng tốt và không để quá 5 ngày sau khi lấy mẫu. Nếu mẫu cần phải được bảo quản trước khi phân t ch, thêm 10 mL axit sunfuric cho 1L mẫu, giữ mẫu ở 00C đến 50C. Lắc các lọ mẫu bảo quản và phải đảm bảo chắc chắn rằng mẫu trong các lọ được đồng nhất khi lấy một phần mẫu đem phân t ch [2], [18], [23].
- Vị tr lấy mẫu:
+ Đối với nước thải trước khi xử lý lấy tại đầu vào của hệ thống xử lý nước thải hố ga thu gom nước thải (1A).
+ Đối với nước thải sau xử lý lấy tại hố ga nước thải đầu ra.
+ Với các chỉ số pH, DO cần đo mẫu ngay tại hiện trường. Quá trình lấy mẫu và bảo quản mẫu theo QCVN hiện hành (Thông tư: Số: 24/2017/TT- BTNMT, ngày 01 tháng 09 năm 2017 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về
Quy định kỹ thuật quan trắc môi trường và TCVN 5999:1995 – Chất lượng nước; Lấy mẫu; Hướng dẫn lấy mẫu nước thải).
- Khảo sát các chỉ tiêu ban đầu của nước thải như: pH, TSS, TDS, BOD5, COD, Nitrat (NO3
-
), Photphat (PO4
3-), Tổng Coliforms (theo các chỉ tiêu của QCVN 40:2011/BTNMT, cột A).
- Quy chuẩn so sánh: QCVN 40:2011/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp và QCVN 14:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt.
2.4.2. Bảo quản mẫu
Dưới sự tác động lý, hóa, sinh, ... các loại nước thường bị biến đổi ở những mức độ khác nhau xảy ra trong thời gian lấy mẫu đến khi phân t ch. Bản chất và tốc độ của những tác động này thường làm cho nồng độ các chất cần xác định sai khác với lúc lấy mẫu. Hạn chế vận chuyển đường xa và thường lưu giữ mẫu ở phòng th nghiệm trước khi phân t ch.
Rửa kỹ các bình để giảm khả năng gây nhiễm bẩn mẫu, cách rửa và chất liệu bình chứa phụ thuộc vào thành phần cần phân t ch.
Các chỉ tiêu phân t ch th nghiệm trong đề tài nghiên cứu được thực hiện theo một số tiêu chuẩn của Việt Nam (bảng sau) [2], [8], [23]. Việc lấy mẫu và bảo quản mẫu tuân theo QCVN hiện hành.
Bảng 2.1. Các phương pháp phân tích [23], [24].
STT Chỉ tiêu Phƣơng pháp Thiết bị
1. pH Điện cực Hana Bút đo pH
2. DO - Máy đo nhanh
3. COD
Đun hoàn lưu k n với chất oxy hóa K2Cr2O7, chuẩn độ bằng dung dịch FAS
Ống COD Máy nung COD
4. SS TCVN 6625:2000
Tủ sấy
Máy hút chân không Cân phân tích
5. N-NO3
- So màu với thuốc thử axit
phenoldisulfonic Máy đo mật độ quang 6. P-PO43- So màu với thuốc thử amoni
2.4.3. Phân tích mẫu
2.4.3.1. Xác định pH
Độ pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+
có trong dung dịch, thường được dùng để biểu thị t nh axit và t nh kiềm của nước.
Độ pH là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nước cấp và nước thải. Chỉ số này cho thấy sự cần thiết phải trung hòa hay không và t nh lượng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý đông keo tụ, khử khuẩn.
Sự thay đổi trị số pH làm thay đổi quá trình hòa tan hoặc keo tụ, tốc độ phản ứng hóa sinh xảy ra trong nước.
pH là một trong những thông số quan trọng và được sử dụng thường xuyên nhất trong hóa nước, dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước, chất lượng của nước thải, đánh giá độ cứng của nước, sự keo tụ, khả năng ăn mòn, ... và trong nhiều t nh toán cân bằng axit - bazơ.
* Phương pháp xác định pH: có 2 cách thường sử dụng là đo trực tiếp và sử dụng máy do pH để bàn [2], [23], [24].
Máy đo DO
Các bước tiến hành như sau:
- Hiệu chỉnh máy với dung dịch pH chuẩn. - Đo mẫu nước, đọc kết quả trên máy.
- Sau khi đo pH của nước thải chứa dầu mỡ và các hợp chất hóa học, cần phải ngâm điện cực của máy đo trong dung dịch HCl 12% trong khoảng thời gian hai giờ và sau đó rửa lại điện cực bằng nước cất hai lần để phục hồi độ nhạy của điện cực.
Tuy nhiên, với mẫu nước thải được xác định giá trị pH tại hiện trường và so sánh với kết quả đo bởi máy đo pH để bàn.
2.4.3.2. Xác định Oxy hòa tan
Tất cả các sinh vật sống bị phụ thuộc vào oxy ở dạng này hay dạng khác để duy trì quá trình trao đổi chất nhằm sản sinh ra năng lượng cho sự sinh trưởng hoặc sinh sản. Quá trình hiếu kh là vấn đề được quan tâm nhất khi chúng cần oxy tự do.
Oxy hoà tan trong nước cần thiết cho những sinh vật hiếu kh . Bình thường oxy tự do trong nước nằm trong khoảng 8 - 10 mg/L, chiếm 70 – 85%
khi oxy bão hòa. Các chất gây ô nhiễm có trong nước thường làm giảm khả năng hòa tan của oxy trong nước. DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nước của nước thải.
Giá trị DO được đo bằng thiết bị đo nhanh 6 chỉ tiêu [2], [23], [24].
2.4.3.3. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD)
BOD là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu kh . Đơn vị t nh là (mg/L).
Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O
Vi sinh vật Tế bào mới (tăng sinh khối).
Lượng oxy sử dụng trong quá trình này là oxy hòa tan trong nước, oxy do quá trình quang hợp.
Chỉ tiêu BOD được xác định bằng cách đo đạc lượng oxy mà vi sinh vật tiêu thụ trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ. Chỉ tiêu BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học ô nhiễm càng lớn.
Nước thải sinh hoạt có BOD 80-240 mg/L
Nước thải công nghiệp có BOD 200-30000 mg/L
Quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nước có thể xảy ra theo hai giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Chủ yếu oxy hóa các hợp chất hydrocacbon, quá trình này xảy ra ở 20o
C.
CnHm + (n+m/4)O2 Vi khuẩn nCO2 + m/2 H2O
- Giai đoạn 2: Oxy hóa các hợp chất nitơ. 2NH3 + 3O2 Vi khuẩn 2NO2 - + 2H+ + 2H2O 2NO2 - + O2 Vi khuẩn 2NO3 -
Phương pháp xác định BOD5
Mẫu nước trong lọ đầy, nút k n. Trước khi phân t ch cần trung hòa về pH = 7 bằng H2SO4 1N hoặc NaOH 1N. Có thể pha loãng dựa vào chỉ số BOD. Hệ số pha loãng: dựa vào độ pha loãng được khuyến nghị trong TCVN 6001-1995 và dựa vào giá trị COD, lựa chọn hệ số pha loãng th ch hợp [2], [23], [24].
Nếu BOD5 không vượt quá 7mg/L thì không pha loãng, thực hiện đo giá trị BOD trực tiếp: Mẫu được lấy vào t nhất hai bình BOD 200 - 300 mL. Đo giá trị DO ngay đối với bình thứ nhất và các bình còn lại để ủ sau năm ngày ở 200
C: BOD5 = DOo - DO5
* Kết quả được tính như sau:
BOD5 = (C1 – C2)/P
C1: Nồng độ oxy hòa tan (DO) sau khi pha loãng ở thời điểm ban đầu phân tích, mgO2/L.
C2: Nồng độ oxy hòa tan sau năm ngày, ủ ở 200
C, mgO2/l. P: Hệ số pha loãng.
Thể t ch nước đem phân t ch
Hệ số pha loãng P = --- Thể t ch mẫu nước đem phân t ch + thể t ch dung dịch pha loãng
Trường hợp phải bổ sung vi sinh vật vào mẫu thử (có thể là nguồn nước cống) để đảm bảo cho quá trình phân hủy các chất hữu cơ. BOD5 sẽ t nh theo công thức:
(C1 – C2) – (B1 – B2). F BOD5 (mg/L) = ---
P
B1, B2: Chỉ số DO trước và sau khi ủ (mg/L) của mẫu nước pha loãng có cấy thêm nguồn vi sinh vật.
F: Tỷ số giữa thể t ch dịch bổ sung vi sinh vật trong mẫu và trong đối chứng.
% (hay mL) dung dịch bổ sung vi sinh vật C1
F = --- % (hay mL) dung dịch bổ sung vi sinh vật trong B1
2.4.3.4. Phân tích nhu cầu oxy hóa hóa học (COD)
COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ thành CO2 và H2O dưới tác dụng của các chất oxy hóa mạnh. Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa được xác định khi sử dụng một tác nhân oxy hóa học mạnh trong môi trường axit.
COD là chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm của nước (nước thải, nước mặt, nước sinh hoạt) kể cả chất hữu cơ dễ phân hủy và khó phân hủy sinh học. Khi phân t ch COD, các chất hữu cơ sẽ chuyển thành CO2 và H2O, ví dụ cả glucozơ và lignin đều bị oxy hóa hoàn toàn. Do đó giá trị COD lớn hơn BOD và có thể COD lớn rất nhiều lần so với BOD khi mẫu nước đa phần những chất khó phân hủy sinh học, v dụ nước thải giấy có COD >>BOD do hàm lượng lignin cao.
Một trong những hạn chế chủ yếu của phân t ch COD là không thể xác định phần chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học và không có khả năng phân hủy sinh học. Thêm vào đó phân t ch COD không cho biết tốc độ phân hủy sinh học của các chất hữu cơ trong nước thải ở điều kiện tự nhiên.
Phương pháp xác định: xác định COD là phương pháp bicromat [23]. Phần lớn các chất hữu cơ đều bị oxy hóa bởi K2Cr2O7 trong môi trường axit, ở nhiệt độ 1500
C.
Chất hữu cơ + K2Cr2O7 + H+ CO2 + H2O + 2Cr3+ + 2K+ Bạc sunfat để làm chất xúc tác cho phản ứng oxy hoá các hợp chất mạch thẳng, hidrocacbon thơm và pyridin. Trong khi đó clo gây cản trở do quá trình phản ứng với đicromat gây sai số dư:
Cr2O7 2-
+ 6Cl- + 14H+ 3Cl2 + 7H2O + 2Cr3+ Hàm lượng Cl-
trong mẫu phải nhỏ hơn 1000mg/L. Có thể thay Cl- bằng thủy ngân sunfat:
2Cl- + Hg2+ HgCl2 Hằng số bền 13 10 . 7 , 1
Lượng đicromat dư được chuẩn độ bằng dung dịch Mohr Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O và sử dụng dung dịch ferroin làm chất chỉ thị để nhận biết phản ứng kết thúc. Khi đó màu xanh của Cr3+
sinh ra sẽ chuyển thành đỏ nhạt. Phương trình phản ứng được biểu diễn như sau:
Cr2O7 2-
+ 6Fe2+ + 14H+ 6Fe3+
+ 7H2O +2Cr3+
Trị số COD ch nh là lượng oxy t nh từ hàm lượng K2Cr2O7 tham gia