Methane Axetat, H2, CO
2.2.7. Phân tích hóa học
2.2.7.1. Phân tích COD hịa tan
COD – Chemical Oxygen Demand, chỉ số này đặc trưng cho hàm lượng chất hữu cơ của nước thải và sự ô nhiễm của nước tự nhiên. COD là lượng oxy cần thiết cho q trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ trong mẫu thành CO2 và nước. Sử dụng chất oxy hóa mạnh trong mơi trường axit là kali dicromat (K2Cr2O7) (Lê Văn Khoa, 2000).
trong q trình đó một phần dicromat bị khử do sự có mặt các chất có khả năng bị oxy hóa. Chuẩn độ lượng dicromat còn lại với sắt (II) amoni sulfat [(NH4)2Fe(SO4)2]. Nhu cầu oxy hóa học COD, tính bằng mg/L, được tính theo cơng thức:
Trong đó: C – Nồng độ của sắt (II) amoni sulfat (mol/L) Vo – Thể tích của mẫu thử (ml)
V1 – Thể tích của của sắt (II) amoni sulfat khi chuẩn độ mẫu trắng (ml) V2 – Thể tích của của sắt (II) amoni sulfat khi chuẩn độ mẫu thử (ml) 8000 – Là khối lượng mol của ½ O2, tính bằng mg/L.
Hút 10 ml mẫu vào bình phản ứng chịu nhiệt, bổ sung 5 ml dung dịch K2Cr2O7 0,25N. Thêm vào vài hạt sôi và lắc trộn đều, thêm từ từ 15 ml dung dịch axit H2SO4 đặc có chứa muối Ag2SO4 (bổ sung 2,4g Ag2SO4/L H2SO4) và lắp bình vào ống sinh hàn hồi lưu. Đun hỗn hợp phản ứng sôi trong vòng 10 phút và tiếp tục đun 110 phút nữa. Làm nguội bình phản ứng đến 60oC và rửa ống sinh hàn với nước cất và đưa hỗn hợp ứng đến thể tích 75 ml, để nguội đến nhiệt độ phòng. Chuẩn độ lượng dư bằng dung dịch sắt (II) amoni sulfat có sử dụng thuốc thử diphenylamin đến khi xuất hiện màu xanh lá cây. Xác định hàm lượng COD trong các mẫu thử được lặp lại 03 lần trong cùng một điều kiện.
2.2.7.2. Xác định hàm lượng muối trong nước bằng phương pháp cân trọng lượng (Lê Văn Khoa, 2000)
Lấy 20 ml nước biển vào chén sứ đã biết trọng lượng, đun cách thuỷ tới khi cạn nước. Hút 20 ml H2O2 15% cho vào chén sứ, lắc đều và đun cách thuỷ để oxy hố các chất hữu cơ có trong mẫu nước biển cho đến khi cạn. Tiếp tục rửa mẫu bằng H2O2 15% từ 3 đến 5 lần. Sấy chén sứ ở nhiệt độ 105oC trong 2
giờ đến khi trọng lượng không đổi. Cân trọng lượng mẫu cô và chén sứ để tính hàm lượng muối trong 20 ml nước biển ban đầu từ đó suy ra hàm lượng muối trong nước biển.
2.2.7.3. Xác định tổng thể tích khí sinh ra trong q trình phân hủy kỵ khí
Tổng lượng khí sinh ra được xác định theo phương pháp cột nước (Hình 2.3), theo đó khí trong bình thí nghiệm sẽ theo đường dẫn số 6 vào trong ống đong và đẩy dần nước ra khỏi ống, lượng nước bị đẩy ra khỏi ống đong tương đương với lượng khí sinh ra trong bình phân hủy kỵ khí.
Hình 2.3. Ngun lý của phương pháp cột nước xác định tổng lượng khí sinh ra từ bể phân
hủy kỵ khí (Lettinga, 1995).1- Bình phân hủy kỵ khí; 2- Đường lấy mẫu phân tích COD; 3- Xylanh có khóa lấy khí phân tích CH4; 4- Khóa đóng mở; 5- Ống đong đo cột nước; 6- Ống dẫn khí để xác định tổng lượng khí sinh ra qua sự chuyển động của cột nước.
2.2.7.4. Xác định hàm lượng methane trong mơ hình thí nghiệm (Haskin, 2013)
Lắc đều các lọ nuôi VSVSMT trước khi lấy mẫu, sau đó dùng xilanh kỵ khí hút 200 μl thể tích khí trong lọ ni và khí được bơm vào cột của hệ thống thiết bị sắc ký khí (Agilent 7890A). Phương pháp phân tích sử dụng khí mang heli (tốc độ dòng 3 ml/phút); đầu dò cảm ứng nhiệt TCD; nhiệt độ lò ban đầu 60oC giữ 2 phút, chạy 2 phút sau đặt nhiệt độ lên 240oC giữ 1 phút, chạy 9 phút.
Đường chuẩn được xây dựng trên hàm lượng methane trong khoảng 0 – 70% để tạo phương trình tuyến tính. Khí methane tinh sạch được trộn với
1
3 4
2
6 5
khơng khí theo các thể tích khác nhau trong các lọ kín khí có cùng thể tích 30 ml (đã chứa 10 hạt silicagel sấy khô trong mỗi lọ) để đảo trộn, cụ thể như sau:
CH4 (%) 0 10 20 30 40 50 60 70
CH4 (ml) 0 3 6 9 12 15 18 21
Khơng khí (ml) 30 27 24 21 18 15 12 9
Lắc đảo các lọ để methane và khơng khí được trộn đều nhờ sự di chuyển của các hạt silicagel. Khí trong các lọ được phân tích trên thiết bị GC và giá trị diện tích peak sắc ký được sử dụng làm căn cứ để xây dựng đường chuẩn cho mục đích xác định hàm lượng methane trong các mẫu khí nghiên cứu (Hình 2.4). Trên đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hàm lượng methane (%) và giá trị diện tích peak sắc ký ở cùng điều kiện, xác định được phương trình y = 10,239 x + 53,207 với hệ số tương quan là 0,98498.
Hình 2.4. Đồ thị chuẩn xác định hàm lượng methane trên thiết bị sắc ký khí
2.2.7.5. Xác định hoạt tính sinh methane
Hoạt tính sinh methane là số mol khí CH4 được sinh ra trên một thể tích dịch ni cấy trong thời gian nhất định. Hàm lượng khí methane được sinh ra ở điều kiện tiêu chuẩn được tính theo cơng thức:
CH4 (mol) = ( AV ) / 22,4
Trong đó: A – Hàm lượng khí CH4 (%); V – Tổng thể tích khí sinh ra