Thực nghiệm xử lý nước thải nuôi tôm

Một phần của tài liệu (LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu xử lý các hợp chất chứa nitơ trong nước thải hồ nuôi tôm bằng phương pháp vi sinh ở qui mô pilot (Trang 50)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

2.1.4. Thực nghiệm xử lý nước thải nuôi tôm

2.1.4.1. Khảo sát q trình xử lý nước thải ni tôm với kỹ thuật SBR ở điều kiện nhiệt độ phòng

Nước thải sau khi xử lý sơ bộ được bơm vào hệ thống và tiến hành xử lý. Để điều chỉnh lượng oxi hịa tan (DO) khi thực hiện q trình xử lý hiếu khí (DO = 5  6 mg/l) chúng tơi đã sử dụng máy sục khí. Máy sục khí sẽ tắt khi

thực hiện q trình thiếu khí. DO cho q trình xử lý thiếu khí ~ 2 mg/l. Thiết bị sinh học sẽ được vận hành tuần tự theo mẻ (SBR) trong khoảng thời gian 8 ngày. Hai ngày đầu tiên, thiết bị được vận hành ở chế độ hiếu khí, sau đó 3 ngày tiếp theo thiết bị ở chế độ xử lý thiếu khí. Tiếp theo xử lý hiếu khí trong 2 ngày và 1 ngày cuối để lắng và rút nước sau xử lý. Mục đích của thí nghiệm này là tối ưu hóa q trình xử lý hiếu khí và thiếu khí để loại bỏ hồn tồn nitơ. Sau đó đánh giá các thơng số trong q trình xử lý.

2.1.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình xử lý

Tiếp theo chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình xử lý. Trong quá trình nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, các điều kiện kỹ thuật khác trong quá trình xử lý khơng thay đổi. Nhiệt độ cho xử lý nước thải được nghiên cứu ở 28oC, 33oC, 38oC, 45oC.

2.1.4.3. So sánh quá quá trình xử lý hợp chất chứa nitơ trong nước thải nuôi tôm được vận hành theo kỹ thuật tuần tự hiếu khí kết hợp thiếu khí (KT1) với kỹ thuật vận hành hiếu khí (KT2)

Nhằm đánh giá hiệu quả xử lý các hợp chất chứa nitơ trong nước thải nuôi tôm chúng tôi tiến hành xử lý mẫu nước thải nuôi tôm trên hệ pilot được vận hành theo kỹ thuật tuần tự hiếu khí kết hợp thiếu khí và kỹ thuật vận hành hiếu khí tương ứng với các kí hiệu KT1 và KT2. Các mẫu đều được thực hiện ở nhiệt độ phòng và các điều kiện xử lý khác không thay đổi. Kết quả thu được ở bảng 3.9, bảng 3.10, hình 3.7 và hình 3.8

2.2 Q trình ni cấy và tạo màng vi sinh trên vật liệu

2.2.1 Lựa chọn vật liệu lọc làm chất mang

Các nghiên cứu gần đây cho thấy có thể sử dụng các chất mang khác nhau để nuôi cấy vi sinh vật (hiếu khí hay kị khí) dùng trong cơng nghệ xử lý nước thải như nhựa PVC, PE, thủy tinh, cao su, xốp, xơ dừa, bẹ ngơ… Trong số đó vật liệu xốp cho kết quả xử lý tốt hơn cả vì vật liệu xốp có diện tích bề mặt lớn, trên bề mặt có nhiều lỗ nhỏ để vi sinh vật có thể bám dính và tạo màng. Ngoài ra xốp là vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền.

Xốp hay tên gọi hóa học là polystyren là một loại polyme tổng hợp có cơng thức cấu tạo tổng quát như sau:

Hạt xốp polystyren có độ thẩm thấu nước và khí tương đối nhỏ. Các hạt xốp là nơi cư trú và sinh trưởng tốt của vi sinh vật. Chúng lại không bị trương nở trong nước cũng như môi trường nước thải và không bị vi sinh vật phân hủy.

2.2.2 Q trình ni cấy và tạo màng vi sinh trên vật liệu xốp

Vật liệu xốp được đưa vào rá đỡ trong bể xử lý. Sau đó bơm nước có chứa chất dinh dưỡng vào bể xử lý (nước thải hồ ni tơm). Để q trình hình thành màng diễn ra, tiến hành bổ sung thêm một số chủng vi sinh hiếu khí và kỵ khí vào bể chứa.

Hai chủng vi sinh hiếu khí và vi sinh thiếu khí được ni cấy theo quy trình SBR trên chất mang được thực hiện liên tục trong khoảng thời gian 2 tháng. Sau đó thường xuyên theo dõi các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành và phát triển của màng vi sinh như pH,…

Nguồn vi sinh ni cấy lấy từ chính nguồn nước thải ni tơm, sau đó cung cấp thêm các điều kiện thích hợp để chúng phát triển. Sau khoảng thời gian nuôi cấy, vi sinh dần dần hình thành màng trên vật liệu xốp.

Để kiểm tra kết quả của sự tạo màng vi sinh vật trên chất mang, chúng tôi đã tiến hành chụp ảnh màng vi sinh trên kính hiển vi điện tử quét (SEM) kết quả được thể hiện ở hình 3.2.

2.3 Qui trình lấy mẫu nước thải

2.3.1 Dụng cụ đựng và lấy mẫu

Bình đựng mẫu cần chống được sự mất mát do chất hấp thụ, bay hơi và ô nhiễm bởi chất lạ. Bình đựng mẫu phải bền chắc, dễ đậy kín, dễ mở, khối lượng, dạng và kích cỡ hợp lý, dễ làm sạch và có thể sử dụng lại. Nên dùng bình bằng chất dẻo để lấy mẫu nước thải [15], [16].

này. Trước khi lấy mẫu thiết bị phải được làm sạch bằng chất tẩy rửa và nước hoặc chính bằng nước cần lấy ngay trước khi lấy mẫu, điều đó làm giảm khả năng gây ơ nhiễm mẫu.

2.3.2 Điểm lấy mẫu

Tại các điểm xả nước thải nuôi tôm chưa xử lý ra môi trường.

2.3.3 Cách lấy mẫu

Lấy nước thải theo loại mẫu đơn tức là tồn bộ thể tích mẫu lấy ở một điểm, nước thải ít thay đổi về thể tích và thành phần, một mẫu đơn có thể đại diện cho thành phần nước thải trong thời gian dài.

2.4 Phương pháp phân tích

2.4.1 Xác định chỉ tiêu pH

2.4.1.1 Nguyên tắc

Việc xác định giá trị pH dựa trên việc đo hiệu điện thế của pin điện hóa khi dùng một pH-mét phù hợp. [17]

2.4.1.2 Hóa chất, thiết bị, dụng cụ

- Nước cất, dung dịch đệm

- Chất điện giải dùng để nạp vào điện cực so sánh - Dung dịch Kali clorua 3M

- Bình mẫu - pH-mét

- Điện cực thủy tinh và điện cực so sánh - Máy khuấy và con khuấy

2.4.1.3 Quy trình phân tích

- Lấy mẫu

Giá trị pH có thể thay đổi nhanh chóng do các q trình hóa học, vật lý hoặc sinh học trong mẫu nước. Do đó, cần đo pH càng sớm càng tốt, ngay tại thời điểm lấy mẫu.

Nếu không thể thực hiện, lấy mẫu nước vào bình mẫu có nắp đậy, đáy bằng, làm bằng polyetylen hoặc thủy tinh, nạp đầy hồn tồn mẫu vào chai và đậy nút, khơng chứa bọt.

Khi lấy mẫu vào chai, tránh làm trao đổi khí giữa mẫu với khơng khí xung quanh

- Chuẩn bị

Theo hướng dẫn của nhà sản xuất khi vận hành điện cực pH. Đảm bảo tính năng của điện cực bằng cách bảo dưỡng định kỳ và thử nghiệm

Lựa chọn dung dịch đệm sao cho phép đo mẫu dự kiến nằm trong khoảng các giá trị của hai dung dịch đệm.

Bật thiết bị đo, đối với thiết bị nhận dạng dung dịch đệm tự động, kích hoạt bộ lưu dữ liệu của dung dịch đệm đã chuẩn bị để hiệu chuẩn

- Hiệu chuẩn và điều chỉnh thiết bị đo

Hiệu chuẩn điện cực pH tại hai điểm sử dụng dung dịch đệm của khoảng pH dự kiến theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

Chuẩn bị 2 dung dịch chuẩn pH = 4, pH = 7 - Nhấn nút Calibrate - Rửa điện cực bằng nước cất - Nhúng điện cực vào dung dịch chuẩn pH = 7 chờ đến khi biểu tượng pH hết nhấp nháy trên màn hình - Nhấn nút Calibrate - Rửa điện cực bằng nước cất - Nhúng điện cực vào dung dịch chuẩn pH = 4 chờ đến khi biểu tượng pH hết nhấp nháy trên màn hình - Nhấn nút Calibrate - Nhấn Measure (Save).

- Đo mẫu

Đo mẫu ở cùng với điều kiện hiệu chuẩn, tốt hơn nên xác định giá trị pH ngay trong chai lấy mẫu.

Nếu thay đổi dung dịch, rửa điện cực pH và bình đo bằng nước cất và sau đó đo dung dịch tiếp theo nếu có thể.

2.4.2 Xác định tổng chất rắn lơ lửng (TSS)

2.4.2.1 Nguyên tắc

Tổng lượng chất rắn lơ lửng (TSS) được tính bằng cách cân trọng lượng những chất còn lại trên giấy lọc được sử dụng khi lọc nước phân tích chất rắn hồ tan. [19]

2.4.2.2 Thiết bị, dụng cụ

- Giấy lọc sợi thủy tinh - Tủ nung 5500C - Bình làm nguội hút ẩm - Hệ thống lọc chân không - Cân phân tích. 2.4.2.3 Quy trình phân tích - Cách tiến hành

Thu mẫu vào bình 1 lít và đậy kín. Bảo quản lạnh 40C.

Lọc mẫu bằng giấy lọc có cấu tạo bằng chất liệu sợi thủy tinh đường kính 47 mm, cỡ lọc 0,22-0,45µm.

Đánh số mẫu trên giấy lọc.

Sấy giấy lọc ở 105oC trong 2-3 giờ. Cân và ghi khối lượng giấy lọc (m0) Lắc đều mẫu nước trước khi lọc.

Lọc mẫu nước, ghi thể tích mẫu nước đã lọc V (ml)

Sấy ở 1050C trong 2-3 giờ, hút ẩm 30 phút trong bình hút ẩm, cân khối lượng (m1)

- Tính kết quả

6 1 0 ( / ) m m 10 TSS mg L x V   V: thể tích mẫu nước đã lọc (ml) m0: khối lượng giấy lọc ban đầu (mg)

m1 : khối lượng giấy lọc sau khi sấy và hút ẩm (mg) Kết quả được làm trịn khơng tính phần thập phân.

2.4.3 Xác đinh amoni bằng phương pháp Nessler

2.4.3.1 Nguyên tắc

Amoni trong môi trường kiềm phản ứng với thuốc thử Nessler (K2HgI4), tạo thành phức có màu vàng hay màu nâu sẫm. Cường độ màu phụ thuộc vào nồng độ amoni có trong mẫu nước. Dùng phương pháp trắc quang để xác định nồng độ amoni có trong mẫu. Đo mật độ quang ở bước sóng 420 nm.

2.4.3.2 Hóa chất và thuốc thử

* Nước cất khơng có amoni

* Dung dịch muối Xegnhet (hòa tan 50 g KNaC4H4O6 trong 100 ml nước cất)

* Thuốc thử Nessler: - Dung dịch A: K2HgI4

Cân chính xác 36 g KI cho vào bình định mức dung tích 1 lít có chứa 100 ml nước cất hai lần, sau đó cân 13,55 g HgCl2 cho vào bình, lắc kỹ, định mức tới vạch bằng nước cất 2 lần.

- Dung dịch B:

Cân 50 g NaOH hòa tan trong cốc thủy tinh, để nguội chuyển vào bình định mức 100 ml và định mức tới vạch bằng nước cất hai lần.

Trộn lẫn 100 ml dung dịch A với 30 ml dung dịch B. Dung dịch được bảo quản trong bình tối màu, nút nhựa, tránh ánh sáng.

* Dung dịch chuẩn amoni:

Cân chính xác 14,861 mg NH4Cl đã sấy khô ở 1000C trong khoảng 1 giờ hịa tan vào bình định mức 1 lít được dung dịch có nồng độ 5 mg NH4+/l.

2.4.3.3. Xây dựng đường chuẩn:

Quá trình xây dựng đường chuẩn được tiến hành như sau:

Bảng 2.1. Kết quả xây dựng đường chuẩn amoni

Ống nghiệm Hóa chất 1 2 3 4 5 6 7 8 DD NH4+ (ml) 0,5 1 1,5 2 3 4 4,5 5 Nước cất (ml) 4,5 4 3,5 3 2 1 0,5 0 [NH4+] (ml) 0,5 1 1,5 2 3 4 4,5 5 DD xegnhet (ml) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 TT Nessler (ml) 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Mật độ quang 0,101 0,203 0,295 0,401 0,609 0,802 0,921 1,020

Sau khi cho thuốc thử, lắc đều các ống nghiệm, để 10 phút, đem đo mật độ quang ở bước sóng 420 nm. Ta biểu diễn sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ NH4+ và rút ra phương trình đường chuẩn.

Hình 2.3 Đường chuẩn của amoni

* Nhận xét:

Từ đồ thị đường chuẩn ta nhận thấy rằng: trong khoảng nồng độ NH4+

từ 0,5 đến 5 mg/l, phép đo mật độ quang tuân theo định luật Lambe - Beer. Vì vậy sau này khi xác định amoni trong các mẫu nước thải cần phải pha loãng để đưa về khoảng nồng độ này.

2.4.4 Xác định nitrit bằng phương pháp đo quang với thuốc thử Griss

2.4.4.1 Nguyên tắc

Ở pH từ 2 đến 2,5 nitrit tác dụng với axit sunfanilic và - naphtylamin cho màu hồng. Cường độ màu tỉ lệ với hàm lượng nitrit có trong dung dịch. Dùng phương pháp trắc quang để xác định hàm lượng nitrit có trong mẫu, đo mật độ quang ở bước sóng λ = 543 nm.

2.4.4.2 Hóa chất và thuốc thử

* Dung dịch axit sunfanilic (dung dịch griss A)

Hòa tan 0,5 g axit sunfanilic vào 150 ml nước cất, khuấy đều, để yên. * Dung dịch  - naphtylamin (dung dịch griss B)

Hòa tan 0,1 g  - naphtylamin trong 20 ml nước cất, khuấy đều, đun sôi dung dịch. Để lắng gạn lấy dung dịch trong, bỏ cặn, thêm vào dung dịch đã gạn 150 ml dung dịch axit axetic 10%.

* Dung dịch nitrit chuẩn

Cân chính xác 1,468 mg NaNO2 hịa tan trong nước rồi định mức bằng nước cất đến 1 lít dung dịch. Dung dịch có nồng độ 1 mg/l.

2.4.4.3 Xây dựng đường chuẩn nitrit

Sau khi cho thuốc thử, lắc đều các ống nghiệm, để 10 phút, đem đo mật độ quang ở bước sóng 543 nm. Từ những giá trị thu được xây dựng đồ thị và phương trình đường chuẩn sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ NO2-

Ống nghiệm Hóa chất 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Nước cất (ml) 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0 DD NO2- (ml) 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 5 [NO2-] (mg/l) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1 DDGrissA(ml) 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 DDGrissB(ml) 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Mật độ quang 0,061 0,115 0,176 0,235 0,291 0,347 0,403 0,461 0,576

Hình 2.4. Đường chuẩn của Nitrit

* Nhận xét:

Từ đồ thị đường chuẩn ta nhận thấy rằng: trong khoảng nồng độ nitrit từ 0 đến 1 mg/l phép đo mật độ quang tuân theo định luật Lambe - Beer. Vì vậy sau này khi xác định nitrit trong các mẫu nước thải cần phải pha loãng để đưa về khoảng nồng độ này.

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả q trình ni cấy và tạo màng vi sinh trên vật liệu xốp

Vi sinh hiếu khí và vi sinh thiếu khí được ni cấy theo quy trình SBR trên chất mang là vật liệu xốp. Một vài hình ảnh trực quan của miếng xốp theo thời gian của q trình ni cấy vi sinh:

Ban đầu Sau 15 ngày Sau 30 ngày Sau 45 ngày Sau 60 ngày Hình 3.1 Màng vi sinh được tạo thành theo thời gian

Kết quả hình 3.1 cho thấy với miếng xốp ban đầu có màu trắng sau khoảng thời gian 2 tháng làm chất mang vi sinh, ta thấy bề mặt miếng xốp đã có sự thay đổi. Lớp màng sinh học được hình thành trên bề mặt xốp và lớp màng này dày theo thời gian. Để thấy rõ hơn bề mặt của lớp màng vi sinh chúng tôi tiến hành chụp ảnh SEM và kết quả thu được như sau:

(a) (b)

Hình 3.2 Ảnh SEM bề mặt lớp màng sinh học ở độ phóng đại khác nhau

Kết quả hình 3.2 cho thấy bề mặt lớp vật liệu xốp được phủ lên bởi lớp màng vi sinh có chiều dày khoảng 96 m. Chính nhờ lớp màng sinh học này

mà các hợp chất hữu cơ, hợp chất chứa nitơ, photpho,... có thể bị giữ lại và được phân hủy bởi vi sinh vật có trên lớp màng này.

3.2 Hình ảnh xử lý nước thải ni tơm trên hệ pilot theo quy trình SBR

Sau khoảng thời gian ni cấy để vi sinh phát triển ổn định trên vật liệu xốp, tiếp theo chúng tơi lấy mẫu để phân tích hiệu quả q trình xử lý theo 5 giai đoạn của quy trình SBR:

Bảng 3.1 Sự thay đổi màu sắc của nước thải theo thời gian xử lý

Nước thải chưa xử lý

Sục khí Phản ứng Lắng Rút nước và nghỉ Thiếu khí Hiếu khí

2 ngày 3 ngày 2 ngày 1 ngày

Từ những hình ảnh trực quan của quá trình xử lý nước thải nuôi tôm cho thấy nước thải nuôi tôm ban đầu lấy về có màu đậm, lượng bùn trong nước thải cao, sau khi lắng sơ bộ và xử lý trong 8 ngày thì lượng bùn trong nước thải đã giảm rõ rệt và màu sắc của chúng cũng có sự thay đổi.

3.3 Kết quả nghiên cứu xử lý nước thải nuôi tôm kết hợp phương pháp hiếu khí và thiếu khí ở nhiệt độ phịng (28oC) hiếu khí và thiếu khí ở nhiệt độ phịng (28oC)

Để nghiên cứu xử lý nước thải nuôi tôm trên vật liệu màng ngăn xốp, chúng tôi đã tiến hành lấy mẫu nước thải tại hồ nuôi tôm ở xã Phước Sơn, huyện Tuy Phước, tỉnh Bình Định (Mẫu M1, M2 và M3, thứ tự xử lý qua hệ

Một phần của tài liệu (LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu xử lý các hợp chất chứa nitơ trong nước thải hồ nuôi tôm bằng phương pháp vi sinh ở qui mô pilot (Trang 50)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(89 trang)