Quá trình chạy thích nghi được thực hiện trước khi hoạt động với mô hình đề tài thực hiện với nước thải sinh hoạt trong bể có thể tích 26 lít và sục khí trong thời gian khoảng hai tuần trước khi bắt đầu thực nghiệm mô hình.
Hình 3. 16: Mô hình bể AEROTANK thu nhỏ
- Thiết kế bể AEROTANK có kích thước như sau: dài 0,5m; rộng 0,35m; cao 0.15m.
- Thể tích bể: V = dài × rông × cao = 0,5 × 0,35 × 0,15 = 0,026m3
- Thể tích hiệu dụng của bể: V = dài × rông × cao (mặt nước)= 0,5 × 0,15 × 0,30 = 0,022
Máy thổi khí:
Ở dưới cùng của bể phản ứng sinh học, bộ khuếch tán không khí đã được lắp đặt để giảm sự tắc nghẽn màng và tăng sự chuyển động của nước giúp VSV hoạt động hiệu quả hơn.
Nhằm cung cấp khí oxi để quá trình xử lý sinh học hiếu khí diễn ra, giúp cho VSV hiếu khí sinh trưởng và phát triển.
Tạo áp lực lên thành màng lọc, nhằm hạn chế sự bẩn màng.
Quy trình hoạt động:
Bể AEROTANK sau khi được thêm nước thải sẽ được cung cấp khí oxi thường xuyên và liên tục nhằm tăng cường lượng oxi trong nước thải cho VSV hiếu khí vi sinh vật này sử dụng các chất hữu cơ có trong nước thải và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng và đồng thời các chất hữu cơ này sẽ được phân giải thành hợp chất vô cơ đơn giản. Mục đích của quá trình này là khử BOD và COD.
Bể sẽ diễn ra 5 pha liên tục và lần lượt theo thứ tự: Pha làm đầy, phản ứng, lắng, rút nước và ngưng. Sau đó tiếp tục thực hiện chu kì mới.
Hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được sục khí làm thoáng với thời gian 24h Dừng sục khí, để lắng tĩnh trong 30 phút
Tháo phần nước trong ở phần trên lớp bùn lắng ra thùng chứa. Tháo bùn đến mức bùn đã đánh dấu (tại điểm đánh dấu có nồng độ bùn khoảng 4000 mg/l) để duy trì nồng độ bùn ở mức ổn định. 3.4.5. Thiết kết mô hình lọc màng MF Thông số của màng lọc: Chiều cao: H = 0.3m Đường kính: D = 0.003m Tiết diện màng lọc: A = π × D × H Diện tích 2 bó màng 𝐴𝐴2 = 2 × 12 × 3.14 × 0.03 × 0.3 = 0.67824 (𝑚𝑚2) Trong đó: A: Tiết diện màng lọc (𝑚𝑚2) r: Bán kính của màng lọc (m)
Tốc độ bám cặn trên màng lọc micro được đo thông qua giá trị thông lượng J:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Minh Quyền Giảngviên hướng dẫn:TS. Trần Minh Thảo 33
Trong đó:
Q: Lưu lượng nước đầu ra (L.ℎ−1) A: Tổng diện tích bề mặt của màng ( 𝑚𝑚2) Lưu lượng: Q = J ×𝐴𝐴2 = 1.88 × 0.67824 = 1.275 (l/h) = 21.25 (ml/min) Trong đó:
Q: Lưu lượng (ml/min) J: Thông lượng (LMH).
Bảng 3. 2: Kết quả đo tốc độ dòng chảy
(Nguồn: Đo thực tế khi thí nghiệm)
Nhận xét: Lưu lượng tăng dần khi tốc độ hút của bơm tăng. Lưu lượng cần thiết theo lý thuyết là 21.25(ml/min). Theo bảng kết quả (3), ta chọn tốc độ hút của bơm là 50%, ứng với lưu lượng 20 (ml/min).
3.4.6. Các Phương pháp phân tích mẫu trong nghiên cứu Chỉ tiêu pH Chỉ tiêu pH
Đo trực tiếp bằng máy đo pH.
Phân tích nitơ theo phương pháp Kjeldahl
Nguyên lý: Vô cơ hóa mẫu bằng 𝑁𝑁2𝑆𝑆𝑂𝑂4đậm đặc và chất xúc tác. Sau đó dùng kiềm mạnh NaOH để đẩy 𝑁𝑁𝑁𝑁3 từ muối (𝑁𝑁𝑁𝑁4)2𝑆𝑆𝑂𝑂4 hình thành ra thể tự do. Định lượng
𝑁𝑁𝑁𝑁3 bằng HCl 0.1N
Tốc độ dòng chảy (%) Lưu lượng (ml/min)
30 17.5
40 18,2
50 20
65 30
- Thiết bịvà dụng cụ
+ Thiết bị hóa khí mẫu.
+ Bình Kjeldahl dung tích 100 – 250 ml + Ống sinh hàn + Bình tam giác + Buret 25ml + Pipet 10ml + Ống đong 100ml - Hóa chất
Chỉ dùng các thuốc thử tinh khiết phân tích và nước cất không amoni. + Axit clohidric 0.1N
+ Axit sunfuríc = 1,84 g/ml:
Hình 3. 17: Hòa tan, pha loãng NaOH
Axit sunfuric cần có độ tinh khiết cao nhất. Cần chú ý đến các qui định kỹ thuật của hãng sản xuất về hàm lượng nitơ tạp chất, và đảm bảo rằng hàm lượng này càng nhỏ càng tốt.
+ Natri hydroxyt, 40% Hoà tan 400g natri hydroxit trong 1 ít nước vào cốc thủy tinh. Để nguội đến nhiệt độ phòng sau đó cho vào bình định mức 1000ml. Tráng cốc nhiều lần bằng nước cất và định mức dung dịch đến 1000ml đồng sunfat, (Cu𝑆𝑆𝑂𝑂4).
+ Dung dịch axit boric:
Hoà tan 300 gam axit boric (𝑁𝑁3𝐵𝐵𝑂𝑂3) trong 1000ml nước ấm. Làm nguội đến nhiệt độ phòng.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Minh Quyền Giảngviên hướng dẫn:TS. Trần Minh Thảo 35
Hình 3. 18: Cân axit boric Hình 3. 19: Đun nóng nước
- Chỉ thị:
Hòa tan 0.1 gam bromocresol xanh và 0.02 gam metyl đỏ trong khoảng 80ml etanol và pha loãng bằng etanol đến 100ml trong bình định mức.
+ Dung dịch chuẩn axit clohydric, c(HCl) = 0,1 mol/l:
+ Dùng pipet hút chính xác 8.5ml HCl (36%) sau đó định mức lên 500ml. - Cách tiến hành
+ Dùng ống đong lấy 10ml mẫu đã pha loãng sau đó cho vào bình Kjeldahl. Thêm 20 ml axit sunfuric, 1g đồng sunfat.
+ Sau đó cho các bình Kjeldahl vào máy hóa khí mẫu để phá hủy tất cả các hợp chất của nitơ trong mẫu về dạng 𝑁𝑁𝑁𝑁4+. Để dễ dàng kết hợp với gốc 𝑆𝑆𝑂𝑂42− (trong 𝑁𝑁2𝑆𝑆𝑂𝑂4) tạo ra (𝑁𝑁𝑁𝑁4)2𝑆𝑆𝑂𝑂4. Duy trì nhiệt độ ở 370℃.
+ Sau khi hết bốc khói thì quan sát định kỳ sự vô cơ hoá, sau khi chất lỏng trở thành xanh nhẹ, tiếp tục đun 60 min ± 5 min nữa.
+ Sau đó để bình nguội đến nhiệt độ phòng.
+ Cho một ít nước cất vào bình Kjeldahl để tráng rồi cho vào bình định mức 500ml, tráng rửa bình Kjeldahl và phễu vài lần rồi cho vào bình định mức và cho khoảng 40ml NaOH 40% và vài giọt phenoltalein vào bình định mức, sau đó thêm nước cất vừa đủ 500ml.
+ Lấy 30 ml dung dịch axit boric cho vào bình tam giác, nhỏ vài giọt chỉ thị đến khi có màu đỏ. Cho dung dịch vào bình hứng của đầu hứng ống sinh hàn. Đảm bảo rằng đầu mút của sinh hàn nhúng sâu vào dung dịch chỉ thị.
+ Sau khi vô cơ hóa mẫu hoàn toàn, cho một ít nước cất vào bình Kjeldahl để tráng rồi cho vào bình định mức 500ml, tráng rửa bình Kjeldahl và phễu vài lần rồi cho vào bình định mức và cho khoảng 40ml NaOH 40% và vài giọt phenoltalein vào bình định mức, sau đó thêm nước cất vừa đủ 500ml. Sau đó chuyển dung dịch vào bình cầu rồi đem chưng cất.
+ Kết thúc quá trình trên, đem dung dịch đi chuẩn độ bằng axit clohydric 0,1 mol/l đến khi dung dịch chuyển sang màu đỏ, ghi thể tích đã dùng.
+ Làm tương tự đối với các mẫu nước thải.
Lưu ý: Phải đánh số ghi trên bình Kjeldahl và bình tam giác để axít boric và chỉ thị để tránh nhầm lẫn.
+ Đốt đạm: Cho 1g mẫu, 5g chất xúc tác (𝐾𝐾2𝑆𝑆𝑂𝑂4 và Cu𝑆𝑆𝑂𝑂4) và 10ml 𝑁𝑁2𝑆𝑆𝑂𝑂4 đậm đặc vào bình Kjeldahl và đun trên bếp từ từ cho đến khi thu được dung dịch trong suốt không màu hoặc có màu xanh lơ của Cu𝑆𝑆𝑂𝑂4 để nguội.
Chú ý: Quá trình vô cơ hóa mẫu trong bình Kjelhdahl giải phóng khí 𝑆𝑆𝑂𝑂2 nên phải tiến hành trong tử hút. Trong quá trình đốt nên đặt bình nằm hơi nghiêng trên bếp.
+ Cất đạm: Sau khi vô cơ hóa mẫu hoàn toàn, cho một ít nước cất vào bình Kjeldahl để tráng rồi cho vào bình định mức 500ml, tráng rửa bình Kjeldahl và phễu vài lần rồi cho vào bình định mức và cho khoảng 40ml NaOH 40% và vài giọt phenoltalein vào bình định mức, sau đó thêm nước cất vừa đủ 500ml.
+ Chuẩn bị dung dịch ở bình hứng 𝑁𝑁𝑁𝑁3: dùng pipet cho vào bình hứng khoảng 30ml acid Boric, sau đó lắp vào hệ thống sao cho đầu ống sinh hàn ngập trong dung dịch acid Boric. Bắt đầu quá trình cất đạm cho đến khi dung dịch trong bình hứng đạt khoảng 150ml.
+ Chuẩn độ: Lấy bình hứng ra và đem đi chuẩn độ bằng HCl 0.1N.
• Tính toán kết quả:
mN=𝑉𝑉1−𝑉𝑉2
𝑉𝑉0 x N x 14.01 x 1000 x k (mg/l)
𝑉𝑉0là thể tích của phần mẫu thử, tính bằng mililit.
𝑉𝑉1là thể tích dung dịch tiêu chuẩn axit clohydric đã dùng để chuẩn độ, tính bằng mililit.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Minh Quyền Giảngviên hướng dẫn:TS. Trần Minh Thảo 37 𝑉𝑉2là thể tích dung dịch tiêu chuẩn axit clohydric đã dùng để chuẩn độ mẫu trắng, tính bằng mililit.
N là nồng độ chính xác của dung dịch HCl đã dùng để chuẩn độ, tính bằng mol trên lít.
14.01: Đương lượng gam của nitơ (g); k: hệ số pha loãng (k = 10)
Xác định photpho tổng
Xác định hàm lượng polyphotphat 𝑃𝑃𝑂𝑂43− theo phương pháp so màu bằng máy đo quang phổ UV – VIS ở bước sóng 620nm. Từ đó, đánh giá mức độ ô nhiễm của các nguồn nước này. Độ nhạy của phương pháp 0,01 mg/l.
• Dụng cụ:
+ Bếp cách thủy
+ Cốc thủy tinh các loại + Ống hút các loại + Máy so màu
• Hóa chất:
+ Dung dịch sunfo molypdic: Hòa tan 10g amoni molipdat trong 100ml nước cất nóng, để nguội. Cho từ từ và vừa cho vừa lắc đều đến 100ml 𝑁𝑁2𝑆𝑆𝑂𝑂4đđ. Bảo quản dung dịch trong chai màu. Sau 1 thời gian nếu thấy thuốc thử có màu xanh thì thêm 1 ít KMn𝑂𝑂4 loãng vừa đủ làm mất màu.
+ Thuốc thử sunfo molipdic A: Lấy 50ml đ sunfo molipdic và thêm nước cất vừa đủ 200ml
+ Thuốc thử sunfo molipdic B: Gồm thuốc thử sunfo molipdic A (100ml) và đồng kim loại (5g). Thuốc thử có màu nâu bảo quản trong chai màu.
+ Dung dịch gốc photphat chuẩn: Cân thật chính xác 0,7165g𝐾𝐾𝑁𝑁2𝑃𝑃𝑂𝑂412.𝑁𝑁2O. Hòa tan vào nước cất rồi định mức đến 500ml (dung dịch có nồng độ 𝑃𝑃𝑂𝑂43−là: 0.5mg/l). Sau đó lấy 1ml dung dịch gốc đã pha định mức lên 500ml ta được dung dịch gốc có nồng độ 𝑃𝑃𝑂𝑂43−là: 0.001mg/l.
Bảng 3. 3: Lập đường chuẩn chuẩn bị thang mẫu: Dung dịch (ml) Số thứ tự cốc thủy tinh 1 2 3 4 5 trắng Mẫu Dung dịch photphat (1ml dd này chứa 10-6 g PO43-) 1 2 3 4 5 0 Nước cất 4 3 2 1 0 5
Thuốc thử sunfo molipdic A 6 giọt 6 giọt 6 giọt 6 giọt 6 giọt 6 giọt
Thuốc thử sunfo molipdic B 3 giọt 3 giọt 3 giọt 3 giọt 3 giọt 3 giọt
Lượng PO43- (10-6 g) 1 2 3 4 5 0
Mật độ quang D
+ Đậy nút các ống nghiệm và đun ở nồi cách thủy trong 5 phút, lắc đều và để nguội. So với thang màu dung dịch ở bước sóng 620nm để xác định mật độ quang D.
• Tính toán kết quả:
Dựa vào đường chuẩn và mật độ quang (D) của mẫu ta tính được nồng độ phophat có trong mẫu phân tích:
[𝑃𝑃𝑂𝑂43− ]= 𝑎𝑎𝑉𝑉1000 (10-6 g/l) Trong đó:
a: Hàm lượng 𝑃𝑃𝑂𝑂43− tìm được theo đồ thị chuẩn, tính bằng (10-6 g) V: Thể tích mẫu nước thử đem thử, tính bằng (ml)
Phương pháp đo COD
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Minh Quyền Giảngviên hướng dẫn:TS. Trần Minh Thảo 39
COD là từ viết tắt của Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy hóa học. Đây là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. COD là lượng oxy cần để oxy hoá toàn bộ các chất hoá học trong nước, trong khi đó BOD là lượng oxy cần thiết để oxy hoá một phần các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ bởi vi sinh vật. Toàn bộ lượng oxy sử dụng cho các phản ứng trên được lấy từ oxy hoà tan trong nước (DO).
• Nguyên tắc
Nguyên tắc của phương pháp này là mẫu được nung hồi lưu với𝐾𝐾2𝐶𝐶𝐶𝐶2𝑂𝑂2và chất xúc tác là bạc sunfat (𝐴𝐴𝐴𝐴2S𝑂𝑂4) trong môi trường axit 𝑁𝑁2𝑆𝑆𝑂𝑂4 đặc. phảm ứng diễn ra như sau:
Cr2O72- + 14H+ + 6e -> 2Cr2+ + 7 H2O Quá trình oxy hóa cũng có thể viết: O2+ 4 H+ + 4e -> 2 H2O
Như vậy cứ 1 mol 1mol Cr2O72- sẽ tiêu thụ 6 mol electron để tạo ra 2mol 𝐶𝐶𝐶𝐶3+ .Trong đó mỗi một O2 tiêu thụ 4 mol electron để tạo ra nước, do đó 1mol Cr2O72- tương đương với 3/2 mol O2. Bạc sunfat dùng để thúc đẩy quá trình ôxi hoá của các chất hữu cơ phân tử lượng thấp.
Các ion 𝐶𝐶𝐶𝐶− gây cản trở cho quá trình phản ứng:
Để tránh sự cản trở trên, người ta cho thêm thuỷ ngân(II) sunfat để tạo phức với
𝐶𝐶𝐶𝐶− . Ngoài sự cản trở của ion 𝐶𝐶𝐶𝐶− còn phải kể đến sự cản trở của nitrit (𝑁𝑁𝑂𝑂2−), tuy nhiên với lượng 𝑁𝑁𝑂𝑂2− là 1-2 mg/l thì sự cản trở của chúng được xem là không đáng kể, còn việc tách chúng ra khỏi mẫu thì cần thêm một lượng axit sunfamic với tỉ lệ 10 mg/1 mg 𝑁𝑁𝑂𝑂2−.
• Dụng cụ, thiết bị
- Thiết bị dụng cụ
+ Ống nghiệm phân hủy mẫu: dung ống thủy tinh borosilicate dung tích 20ml, có nắp nhựa vặn chặt.
+ Máy phá mẫu COD (HI 839800) + Máy so màu Spectrophotometer
• Hóa chất
Hỗn hợp phản ứng: hoà tan 10,216g𝐾𝐾2𝐶𝐶𝐶𝐶2𝑂𝑂7 loại tinh khiết, sấy sơ bộ ở 103℃ trong 2 giờ, thêm 167 ml dung dịch 𝑁𝑁2𝑆𝑆𝑂𝑂4 và 33,3g Hg𝑆𝑆𝑂𝑂4. Làm lạnh và định mức tới 1000 mL.
Thuốc thử axit: pha thuốc thử theo tỉ lệ 22g 𝐴𝐴𝐴𝐴2𝑆𝑆𝑂𝑂4/4kg 𝑁𝑁2𝑆𝑆𝑂𝑂4. Để dung dịch pha khoảng 1 đến 2 ngày để lượng bạc sunfat hoà tan hoàn toàn.
Hình 3. 22: Hoà tan 𝐾𝐾2𝐶𝐶𝐶𝐶2𝑂𝑂7
Dung dịch chuẩn kaliphtalat (HOOC𝐶𝐶6𝑁𝑁4COOK): sấy sơ bộ một lượng kaliphtalat ở nhiệt độ 120℃. Cân 850 mg kaliphtalat hoà tan và định mức thành 1l. Dung dịch này chứa 1 mg 𝑂𝑂2/mL.
• Cách tiến hành
- Xây dựng đường chuẩn
Bảng 3. 4: Pha dung dịch chuẩn COD và độ hấp thụ ở 600mm
Dung dịch (ml)
Số thứ tự bình tam giác (500ml) Mẫu
trắng 1 2 3 4 5 6 7
Dung dịch chuẩn kaliphtalat
(HOOCC6H4COOK) 0 10 25 50 100 150 200 250
Nước cất 500 490 475 450 400 350 300 250
Lượng O2 (mg/l) 0 20 50 100 200 300 400 500
Chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ thay đổi từ 20 - 1000 mg 𝑂𝑂2/L. Tiến hành xử lí và phá mẫu và đo hấp thụ quang Abs. Để đảm bảo độ tin cậy các mẫu đều được đo hai lần, lấy giá trị trung bình.
Cho vào mỗi ống thủy tinh borosilicate 2.5ml mẫu nước. Sau đó thêm vào mỗi ống nghiệm 1.5ml dung dịch K2Cr2O7, lắc đều. Sau đó thêm 3.5ml thuốc thử AgSO4,
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Minh Quyền Giảngviên hướng dẫn:TS. Trần Minh Thảo 41
lắc đều. Đậy nút và đun trên máy phá mẫu COD ở nhiệt độ 150℃ trong 2h. Để nguội và so màu dung dịch ở bước sóng 600nm để xác định mẫu.
Kí hiệu mẫu trên ống thủy tinh để tránh nhầm lẫn.
Đối với mẫu thực
Súc rửa sạch ampule và nắp vặn bằng acid sulfuric 20%. Lấy pipet 5ml hút 2,5 ml mẫu cho vào ampule sau đó lấy pipet 2ml hút 1,5 mL dung dịch 𝐾𝐾2𝐶𝐶𝐶𝐶2𝑂𝑂7 0,1N, lấy pipet 5ml hút 3,5 ml dung dịch acid chứa bạc sulfat. Vặn chặt nắp, lắc đều nhiều lần. Đặt các ampule thiết bị gia nhiệt, hiệu chỉnh nhiệt độ đến 150℃, đun trong 2 giờ.
Lấy ampule để nguội, chuyển tất cả sang bình tam giác 125 ml, thêm 1 – 2 giọt chỉ thị ferroin. Chuẩn bằng dung dịch FAS 0,10 M đến khi dung dịch chuyển từ màu xanh - lục sang nâu đỏ.
Đối với mẫu trắng.
Thay 2,5 ml mẫu nước bằng 2,5 ml nước cất phòng thí nghiệm.
Tính toán kết quả:
COD=𝑉𝑉𝑎𝑎 x 1000 (mg/l) Trong đó:
a: Hàm lượng COD tìm được theo đồ thị đường chuẩn V: Thể tích mẫu nước đem đi thử tính bằng (ml)
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CÁC THÔNG SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC ĐẦU VÀO VÀO
Nước thải sinh hoạt được nhân tạo cụ thể tại ngăn phân phối vào bể xanh nhựa để thực hiện phân hủy chất hữu cơ (trên lắng- dưới phân hủy kị khí) và sau khi đã qua bể ABR. Kết quả khảo sát được trình bày tại bảng 4.1.
Bảng 4. 1. Kết quả phân tích các thông số chất lượngnước thải đầuvào
Mẫu pH COD
(mg/l) TN (mg/l) PO(mg/l) 43--P PO(mg/l) 4--P
10/5 7.82 800 75 62.5 20.5
4.2. KẾT QUẢ CHẠY THÍCH NGHI HỆ THỐNG