7. Cấu trúc luận văn
2.1.NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ, HÓA CHẤT
2.1.1. Nguyên liệu
Nƣớc thải đƣợc lấy từ quy trình sản xuất surimi tại công ty TNHH Bắc Đẩu. Nguyên liệu đƣợc bảo quản ở nhiệt độ 40C trong suốt thời gian nghiên cứu.
2.1.2. Thiết bị - dụng cụ và hóa chất
a. Thiết bị - dụng cụ
Cân phân tích, nhiệt kế, ống đong các loại, buret, cốc thủy tinh các loại, đũa thủy tinh, bình tam giác các loại, máy li tâm, bình hút ẩm, phễu, tủ sấy, bếp cách thủy, bếp điện, bộ lọc hút chân không, máy quang phổ UV-VIS, giấy lọc,…
b. Hóa chất
Hóa chất hữu cơ: ethanol, chitosan
Hóa chất vô cơ: PAC, CuSO4.5H2O, muối Seignet, KI, NaOH, HCl, H2SO4…
2.2. SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU
Hình 2.1. Sơ đồ nghiên cứu thí nghiệm
Nƣớc thải surimi
Dung dịch mẫu
- Xác định hiệu suất thu hồi protein - Xác định hiệu suất xử lý COD Lọc 3 lần bằng lƣới lọc
Dung dịch sau lọc (DDSL) Kết tủa
Xác định các thông số môi trƣờng Kết tủa bằng: Nhiệt độ, pH, ethanol,
chitosan, PAC
- Xác định khối lƣợng kết tủa - Kiểm tra đặc tính của kết tủa
2.3. CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 2.3.1. Xác định khối lƣợng chất khô 2.3.1. Xác định khối lƣợng chất khô
Dung dịch sau khi đã kết tủa sẽ đƣợc lọc qua giấy lọc, rồi sấy ở 800C đến khối lƣợng không đổi.
Khối lƣợng chất khô đƣợc tính theo công thức: m = ms - mt Trong đó:
mt: khối lƣợng giấy lọc ban đầu (g)
ms: khối lƣợng giấy sau khi lọc có chứa kết tủa (g)
2.3.2. Phƣơng pháp xử lý số liệu
Các kết quả tính toán dựa trên số liệu đƣợc lấy từ giá trị trung bình của 3 lần thí nghiệm.
Các tính toán đƣợc tính và trình bày trên bảng tính excel.
2.3.3. Xác định độ ẩm
- Chuẩn bị 5 ch n sứ (đƣợc đánh số thứ tự), rửa sạch và tráng bằng nƣớc cất, sấy khô sau đó cân xác định đƣợc khối lƣợng m1 (g);
- Cân ngay và ch n sứ đã chuẩn bị một lƣợng 2 g chất khô thu đƣợc ta có khối lƣợng m2 (g). Lƣợng chất khô cho vào đƣợc dàn mỏng thành lớp có độ dày không quá 5 mm;
- Cho ch n sứ trên vào tủ sấy ở nhiệt độ 800C. Cứ sau 2h lại lấy ra để trong bình hút ẩm có silicagel cho nguội rồi cân, làm nhƣ vậy cho đến khi khối lƣợng mẫu và cốc chênh nhau giữa mỗi lần không quá 0,005 g ta lấy kết quả m3 (g).
Công thức tính:
* Độ ẩm của mỗi mẫu: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
( ) ( 1 2) 3
2
TB( ) ∑ ( )
Trong đó:
m1: khối lƣợng ch n sứ và nắp (g) m2: khối lƣợng chất khô (g)
m3: khối lƣợng ch n sứ nắp và mẫu sau khi sấy (g) n: số lần xác định W (%)
2.3.4. Xác định hàm lƣợng protein trong nƣớc (Phƣơng pháp Biure:Xác định hàm lƣợng protein tổng số có trong dịch) Biure:Xác định hàm lƣợng protein tổng số có trong dịch)
a. Nguyên tắc
Liên kết peptit của protein sẽ tác dụng với thuốc thử Biure tạo phức màu xanh. Cƣờng độ màu của phức tƣơng ứng với nồng độ của protein.
b. Tiến hành
- Chuẩn bị thuốc thử Biure: Cân 1,5 g CuSO4.5H2O và 6 g muối Seignet cho vào bình định mức 1 lít, cho thêm 300 ml dung dịch NaOH 30%, 2 g KI và dẫn nƣớc đến vạch định mức.
Dung dịch này đƣợc cất giữ trong lọ sẫm màu, đậy bằng nút cao su. - Đƣờng chuẩn và mẫu phân tích đƣợc chuẩn bị ở cùng điều kiện: Lấy 2 ml mỗi loại các mẫu chuẩn và mẫu phân tích cho vào các ống nghiệm đã đƣợc đánh số theo thứ tự. Thêm 8 ml thuốc thử Biure. Lắc đều. Sau 30 phút đo mật độ quang ở bƣớc sóng 750 nm.
- Chuẩn bị mẫu trống bằng cách thay 2 ml mẫu bằng 2 ml nƣớc cất.
c. Tính kết quả
- Dựng đƣờng chuẩn protein. Đƣờng chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc giữa hàm lƣợng phần trăm của protein và mật độ quang tƣơng ứng.
- Tuy nhiên, phƣơng pháp Biure không tính theo định luật Lambert-Beer đến nồng độ protein 10% mà có thể thay bằng cách tính hệ số tƣơng quan, hệ
số này nằm trong giá trị % protein đƣợc chia ra bởi phƣơng pháp xác định Kjeldahl qua giá trị hấp phụ (A) cho dung dịch chuẩn của thí nghiệm này.
- Hệ số này xác định đƣợc giá trị là 31.40.Hàm lƣợng protein toàn phần: % Protein = 31,40 x A
2.3.5. Xác định hàm lƣợng COD
a. Phạm vi áp dụng
Đối với nƣớc có hàm lƣợng COD cao từ 30 - 700 mg/l, nếu giá trị COD vƣợt quá 700 mg/l mẫu nƣớc cần pha loãng. Giá trị COD nằm trong khoảng 300 - 600 mg/l đạt đƣợc độ chính xác cao nhất, hàm lƣợng Cl- < 1.000 mg/l.
b. Nguyên tắc
- Trong môi trƣờng axit sunfuric đặc, với sự có mặt của xúc tác Ag2SO4 thì khi đun nóng K2Cr2O7 oxi hoá các hợp chất hữu cơ. Chuẩn độ lƣợng dƣ K2Cr2O7 bằng dung dịch muối Morh với chỉ thị feroin, tại điểm cuối chuẩn độ, màu của dung dịch chuyển từ màu xanh lục sang màu nâu đỏ.
- Loại bỏ ảnh hƣởng của ion Cl- bằng HgSO4.
CxHyOz + Cr2O72- + H+ Ag2SO4/HgSO4 CO2 + H2O + Cr3+ Cr2O72- dƣ + Fe2+ + H+ Cr3+ + Fe3+ + H2O
c. Hoá chất, dụng cụ
* Hoá chất
- 250 ml muối Morh [(NH4)2.6H2O] 0,12 N -> mmuối = 0,06.0,25.392 = 5,88 (g)
- Dung dịch K2Cr2O7 0,04 M. Pha 1l (chứa muối thuỷ ngân) -> mK2Cr2O7 = 0,04 x 1 x 294 = 11,76 (g)
Hoà tan 80 (g) HgSO4 trong 800 ml nƣớc cất. Thêm vào một cách cẩn thận 100 ml H2SO4 đặc. Để nguội và hoà tan 11,76 (g) K2Cr2O7 đã sấy khô ở 105°C (trong 2h) vào dung dịch. Chuyển toàn bộ vào bình định mức và định mức bằng nƣớc cất đến 1000 ml. (Dung dịch bền ít nhất 1 tháng ). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Dung dịch Ag2SO4 - H2SO4: cho 10 (g) Ag2SO4 vào 35 ml nƣớc. Cho từ từ 965 ml axit H2SO4 đặc. Để 1 hoặc 2 ngày cho tan hết. Khuấy dung dịch để tăng nhanh sự hoà tan.
- Chỉ thị feroin: Hoà tan 0,7 (g) FeSO4.7H2O hoặc 1 (g) (NH4)2(FeSO4)2.6H2O trong một ít nƣớc cất. Thêm 1,5 (g) 1-10 phenaltrolin ngậm 1 phân tử nƣớc C12H8N2.H2O và lắc cho đến khi tan hết. Định mức bằng nƣớc cất đến 100 ml. Dung dịch này bền trong vài tháng nếu đƣợc bảo quản tối.
* Dụng cụ: Bình tam giác, bình định mức, pipet, buret, bình tia, quả bóp, ống nghiệm.
d. Tiến hành
- Phá mẫu
+ Hút 2 ml mẫu môi trƣờng cho vào ống nghiệm, thêm 1 ml K2Cr2O7/HgSO4. Đậy chặt nắp ống nghiệm, lắc đều dung dịch, tiến hành phá mẫu trong lò khoảng 2h và ở nhiệt độ 150°C.
+ Tiến hành làm tƣơng tự với một mẫu trắng. Thay 2 ml mẫu môi trƣờng bằng nƣớc cất.
- Chuẩn độ
+ Mẫu sau khi phá để nguội và chuyển vào bình tam giác 100 ml. Tráng ống nghiệm và thêm nƣớc cất đến khoảng 30 ml
+ Thêm 2 giọt chỉ thị feroin, lắc đều, dung dịch có màu xanh lục
+ Tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch muối Morh đến khi dung dịch chuyển sang màu nâu đỏ thì dừng chuẩn độ. Ghi V1 ml muối Morh tiêu tốn.
+ Với mẫu trắng tiến hành làm tƣơng tự. Ghi V2 ml muối Morh tiêu tốn [5].
e. Tính kết quả
COD = (V2 V1). .1000.8 N C muôi Vmâu (mgO2/l)
2.3.6. Xác định hiệu suất thu hồi protein trong nƣớc thải
đ - s
đ
Trong đó:
H: hiệu suất thu hồi protein (%)
ps: protein còn trong nƣớc sau khi đã lọc kết tủa (%) pđ: protein trong nƣớc thải ban đầu (%)
2.3.7. Xác định hiệu suất xử lý COD
0 -
0
Trong đó:
H: hiệu suất xử lý COD (%) C0: COD ban đầu (mg/l)
C: COD của nƣớc thải sau quá trình lọc kết tủa (mg/l)
2.4. PHƢƠNG PHÁP VÀ KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN KẾT TỦA PROTEIN TỪ NƢỚC THẢI THỦY SẢN PROTEIN TỪ NƢỚC THẢI THỦY SẢN
2.4.1. Khảo sát tính chất nƣớc thải surimi
Nƣớc thải surimi đƣợc lọc sạch tạp chất (cặn, mỡ…) sau đó tiến hành phân tích.
- Xác đinh: pH. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Xác định hàm lƣợng protein có trong nƣớc thải.
- Xác định nồng độ ban đầu của các chất ô nhiễm trong nƣớc thải COD, chất rắn lơ lững (SS), BOD5, nitơ tổng.
2.4.2. Phƣơng pháp thu hồi protein
Chọn phƣơng pháp thu hồi protein là phƣơng pháp kết tủa. Khảo sát dựa trên quá trình kết tủa trên các chỉ tiêu:
- Hiệu suất thu hồi protein trong nƣớc thải. - Hiệu suất xử lý COD.
a. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Mục đích: tìm ra nhiệt độ thích hợp cho quá trình kết tủa protein cho hiệu suất thu hồi kết tủa cao nhất.
Tiến hành thí nghiệm với các thống số cố định nhƣ sau:
- Thể tích mẫu thí nghiệm là 200 ml dung dịch nƣớc thải surimi. - Nhiệt độ thí nghiệm: 40, 50, 60, 70, 80 (0C).
- Thời gian thí nghiệm: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 (phút).
Mẫu nƣớc thải surimi đƣợc cho vào các bình tam giác 250 ml, điều chỉnh nhiệt độ thích hợp.Nhiệt độ khảo sát là nhiệt độ tại tâm của bình chứa dung dich nƣớc thải.
Thời gian kết tủa protein bằng nhiệt độ đƣợc tính từ lúc nhiệt độ tại tâm của bình chứa đạt giá trị nhiệt độ cần khảo sát.
b. Ảnh hưởng của pH
Mục đích: tìm ra khoảng pH thích hợp nhất cho quá trình kết tủa protein Thông số cố định thí nghiệm nhƣ sau:
- Nhiệt độ phòng.
- Thể tích mẫu thí nghiệm: 200 ml dung dịch nƣớc thải surimi.
Trƣớc khi tiến hành lắng và lọc kết tủa protein, ta dùng dung dịch HCl 2% và NaOH 2% để điều chỉnh pH lần 1 của nƣớc thải về các pH khác nhau nhƣ từ 3 đến 9 với bƣớc nhảy là ± 1. pH ban đầu của nƣớc thải là 7,1.
Mẫu nƣớc thải surimi đƣợc cho vào các bình tam giác 250 ml, điều chỉnh pH thích hợp rồi tiến hành khuấy trong 2 phút, sau thời gian 60 phút, quan sát hiện tƣợng kết tủa và sự thay đổi màu sắc mẫu trong suốt thời gian thí nghiệm. Tiến hành lọc, sấy và cân giấy lọc, xác định lƣợng chất khô thu đƣợc. Sau đó tiến hành điều chỉnh pH lần 2 tại các giá trị pH cho thấy lƣợng kết tủa là cao
nhất với bƣớc nhảy là ± 0,5. Tiếp tục tiến hành lọc, sấy và cân giấy lọc. Xác định lƣợng chất khô thu đƣợc và COD trong nƣớc thải sau khi lọc. Từ đó tính toán hiệu suất thu hồi protein và hiệu suất xử lý COD.
c. Ảnh hưởng của ethanol, chitosan và PAC
Mục đích: tìm ra đƣợc khoảng tối ƣu nhất của nồng độ (%) và thể tích (V) của các chất cho quá trình kết tủa protein.
Thông số cố định thí nghiệm nhƣ sau: - Nhiệt độ phòng
- Thể tích mẫu thí nghiệm: 200 ml dung dịch nƣớc thải surimi. - Thể tích: 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 (ml).
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. ĐẶC TRƢNG CỦA NƢỚC THẢI SURIMI
Để đáp ứng vấn đề nghiên cứu của đề tài, mẫu nƣớc thải trƣớc khi tiến hành các thí nghiệm đƣợc đem đi phân tích hàm lƣợng các đặc trƣng hóa lý và nồng độ của nó. Kết quả phân tích đƣợc thể hiện ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Nồng độ ban đầu của các chất ô nhiễm trong nước thải surimi
Các chỉ tiêu Đơn vị Kết quả
pH - 7,1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
TSS mg/l 1550
COD mg/l 4730
BOD5 mg/l 3560
% protein/nƣớc % 87,845
Nhận xét: Với lƣu lƣợng nƣớc thải tại công đoạn surimi là 380 m3/ngày.đêm chiếm 36% lƣu lƣợng nƣớc thải toàn công ty nhƣng chỉ số BOD5, COD trong đó là khá cao chứng tỏ đây là một trong những nguyên nhân chính làm nồng độ chất ô nhiễm trong nƣớc thải của hệ thống xử lý nƣớc thải chung của công ty tăng cao, làm ảnh hƣởng đến hoạt động của trạm xử lý nƣớc thải tập trung của công ty.
3.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.2.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ 3.2.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ
Lấy 200 ml nƣớc thải surimi phân phối vào bình tam giác 250 ml. Nƣớc thải đƣợc bảo quản lạnh ở 4oC; bắt đầu nâng nhiệt độ nƣớc thải đến nhiệt độ phòng và không thấy xuất hiện kết tủa. Vì vậy tiến hành làm 5 đợt thí nghiệm về ảnh hƣởng của nhiệt độ với bƣớc nhảy ± 100C, bắt đầu khảo sát tại nhiệt độ 400C với thời gian thay đổi từ 10 - 80 phút. Số lƣợng mẫu để tiến hành mỗi
đợt là 08 mẫu.
Kết quả khối lƣợng chất khô thu đƣợc đƣợc trình bày ở Bảng 3.2 và Hình 3.1
Bảng 3.2. Khối lượng chất khô thu được theo nhiệt độ và thời gian (g)
Thời gian (phút) Nhiệt độ (0C) 400C 500C 600C 700C 800C 10 0,225 0,272 0,315 0,396 0,415 20 0,229 0,276 0,323 0,417 0,42 30 0,242 0,333 0,364 0,426 0,431 40 0,27 0,344 0,371 0,458 0,466 50 0,285 0,381 0,386 0,522 0,533 60 0,316 0,394 0,422 0,53 0,544 70 0,328 0,44 0,441 0,539 0,579 80 0,347 0,454 0,459 0,551 0,611
Hình 3.1. Khối lượng chất khô thu được theo nhiệt độ và thời gian (g)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 10 20 30 40 50 60 70 80 Kh ố i lượn g (g) Thời gian (phút)
KHỐI LƯỢNG CHẤT KHÔ THU ĐƯỢC
Nhiệt độ 40
Nhiệt độ 50
Nhiệt độ 60
Nhiệt độ 70
Nhận xét:
- Theo Hình 3.1, khối lƣợng chất khô thu đƣợc tại mỗi nhiệt độ sẽ tăng theo thời gian, tại nhiệt độ 40oC khối lƣợng chất khô thu đƣợc là thấp nhất. Ở thời điểm 50 phút, khối lƣợng chất khô thu đƣợc của 40o
C, 50oC và 60oC vẫn dƣới 0.4g, trong khi đó khối lƣợng chất khô thu đƣợc của 70o
C và 80oC đã vƣợt qua 0.5g và xấp xỉ bằng nhau, giá trị chính xác lần lƣợt là 0,522g và 0,533g. Sau 80 phút, khối lƣợng chất khô thu đƣợc ở 50oC và 60oC gần bằng nhau và lần lƣợt là 0,454g và 0,459g, khối lƣợng chất khô thu đƣợc của 70o
C tăng không đáng kể lên 0,551g, còn khối lƣợng thu đƣợc ở 80oC là cao nhất với 0,611g.
- Tuy nhiên nếu x t thêm về mặt hao tổn năng lƣợng để duy trì nhiệt độ, tại 50 phút của nhiệt độ 700C là thời điểm thu hồi khối lƣợng chất khô tốt nhất với khối lƣợng đạt đƣợc là 0,522 g và chất khô có màu trắng sữa.
Hình 3.2. Mẫu thí nghiệm tiến hành tại nhiệt độ 700C
Tiếp tục tiến hành thí nghiệm, lấy 2 ml dung dịch đã đƣợc lọc kết tủa cho vào bình định mức 10 ml, thêm 8 ml thuốc thử Biure, lắc đều. Sau 30 phút đem dung dịch đo mật độ quang ở bƣớc sóng 750 nm. Kết quả hàm lƣợng protein có trong nƣớc thải sau khi thu hồi chất khô và hiệu suất thu hồi chất khô đƣợc trình bày ở Bảng 3.3 và Bảng 3.4, Hình 3.3.
Bảng 3.3. Hàm lượng protein có trong nước thải sau khi thu hồi chất khô (%) Thời gian (phút) Nhiệt độ (0C) 400C 500C 600C 700C 800C 10 38,711 34,11 32,11 25,605 22,399 20 37,412 32,919 30,62 24,304 22,214 30 36,02 26,906 25,51 23,794 20,616 40 34,409 26,304 24,12 20,696 18,303 50 32,008 23,607 21,36 15,932 15,722 60 29,707 22,905 20,69 14 13,891 70 27,106 21,604 19,55 13,398 12,2 80 26,226 20,518 18,25 13,041 11,88
Bảng 3.4. Hiệu suất thu hồi protein theo nhiệt và thời gian (%)
Thời gian (phút) Nhiệt độ (0C) 400C 500C 600C 700C 800C 10 55,93 61,17 63,45 70,85 74,5 20 57,41 62,53 65,14 72,33 74,71 30 59 69,37 70,96 72,91 76,53 40 60,83 70,06 72,54 76,44 79,16 50 63,56 73,13 75,68 81,86 82,1 60 66,18 73,93 76,45 82.2 82.56 70 69,14 75,41 77,74 82.38 82.63 80 70,15 76,64 79,22 82.53 82.77
Hình 3.3. Hiệu suất thu hồi protein khảo sát tại nhiệt độ và thời gian khác nhau (%) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhận xét:
- Biểu đồ Hình 3.3 biểu diễn sự thay đổi của hiệu suất thu hồi protein theo nhiệt độ và thời gian, sau 10 phút đầu, hiệu suất thu hồi ở nhiệt độ 40o
C là 55,93%, thấp nhất trong các khoảng nhiệt độ xử lý, hiệu suất tăng dần khi tăng nhiệt độ xử lý và đạt cao nhất tại 80oC với 74,5%, từ phút thứ 10 đến phút thứ 50, hiệu suất tại các vùng nhiệt độ đều tăng theo thời gian, nhƣng hiệu suất tại phút 50 ở 40oC vẫn là thấp nhất, tiếp theo là hiệu suất tại 50o
C và 60oC, cao nhất là hiệu suất tại 70o
C và 80oC, đặc biệt, hiệu suất tại hai vùng nhiệt độ này gần nhƣ bằng nhau với lần lƣợt là 81,86% và 82,1%, sau phút