Thể tích mẫu Dd KCr2O7 H2SO4 reagent Tổng thể tích
2,5 ml 1,5 ml 3,5 ml 7,5 ml
b. Thực hiện
Pha loãng mẫu: pha loãng 100 lần (1 ml mẫu + 99 ml nước cất)
Rửa sạch ống nghiệm có nút vặn kín với H2SO4 20% trước khi dùng. Cho thể tích mẫu và thể tích hóa chất dùng như bảng 7.
37
Cho mẫu vào ống nghiệm, thêm dung dịch K2CrO7 vào, cẩn thận cho từ từ H2SO4 reagent theo thành ống nghiệm. Đậy kín nút, lắc nhẹ và đặt lên máy COD ở 1500C/ 2 giờ. Để nguội đến nhiệt độ phòng, đổ vào erlen, tráng ống COD bằng nước cất và đổ vào erlen, sau đó nhỏ thêm vài giọt feroin và định phân bằng FAS 0,1N. Dứt điểm khi mẫu chuyển từ xanh lục sang nâu đỏ. Làm một mẫu thử không với nước cất (cũng bao gồm các hóa chất như mẫu thật nhưng thay mẫu bằng nước cất, ủ 1500
C/ 2 giờ). COD (mgO2/l) = xf ml V xMx B A ) ( 8000 ) ( Trong đó:
+ A: thể tích FAS dùng trong ống thử khơng, ml + B: thể tích FAS dùng trong ống thử thật, ml + f: hệ số pha loãng
+ M: nguyên chuẩn độ của FAS + V: thể tích mẫu đã dùng, ml
3.3.3.7. Phƣơng pháp xác định phospho tổng trong nƣớc thải
Phương pháp này áp dụng theo: SMEWW 4500-P-2005
Nguyên tắc :
Mẫu được vơ cơ hóa để chuyển các dạng photpho về orthophoyphat. Ammonium molybdate và kali antimon photphomolybdat sẽ phản ứng với orthophotphat để hình thành phức antimon photphomolybdat. Khử phức này bằng acid ascorbic tạo thành phức molybden màu xanh. Đo màu tại bước sóng 880nm.
Tiến hành :
Vơ cơ hóa mẫu : Dùng hỗn hợp acid sulfuric và acid nitric
Lấy chính xác 50 ml mẫu cho vào bình Kjeldahl. Thêm từ 1ml acid sulfuric (H2SO4) đậm đặc và 5 ml acid nitric (HNO3) đậm đặc. Đun trên bếp đặc trong tủ hút tới khi xuất hiện khói trắng và đun tiếp cho tới khi dung dịch trong và không màu.
38 Làm nguội và thêm từ từ 20 ml nước cất, thêm 1 giọt chỉ thị phenolphtalein, thêm từ từ NaOH 2N cho đến khi dung dịch có màu hồng nhạt. Chuyển mẫu và bình định mức 50 ml, định mức đến vạch ( lọc nếu dung dịch bị đục hoặc có cặn).
Phân tích mẫu
Lấy 10 ml mẫu, thêm 5 ml thuốc thử vào mẫu đã chuẩn bị, đo màu ở bước sóng 880 nm sau 10 phút. Tính kết quả từ đường chuẩn.
3.3.3.8. Phƣơng pháp xác định Nitơ tổng số trong nƣớc thải
Phương pháp này áp dụng theo: TCVN 5987-1995
Nguyên tắc
Chuyển các hợp chất nitơ trong mẫu thử thành amoni sunfat bằng cách vơ cơ hóa với axti sunfuric có chứa lượng lớn kali sunfat để tăng điểm sơi của hỗn hợp và có CuSO4 làm xúc tác.
Giải phóng amoni sunfat bằng cách thêm kiềm và chưng cất vào dung dịch axit boric/ chỉ thị
Tiến hành:
Lấy 100 ml mẫu nước thải cho vào Becher, đun trên bếp điện tới khi còn 20 ml, để nguội
Cho vào đó 0,15 mg K2SO4 và 0,05 mg CuSO4 hòa tan, sau đó cho vào 5 ml sulfuric acid đặc. Cho tất cả vào bình phá mẫu, đun phá mẫu đến khi nào mẫu chuyển sang trong đặc trưng.
Sau khi phá mẩu, cho tất cả hỗn hợp mẫu vào bình định mức, định mức tới 100ml bằng nước cất.
Bình cất đạm: cho vào 50 ml mẫu + 50 ml nước cất + 3 giọt tashiro dung dịch chuyển sang màu tím + 15 ml dd NaOH 40% dung dịch chuyển sang màu xanh lá mạ.
Bình hứng: Cho 20 ml dd sulfuric acid 0,1N + 3 giọt tashiro.
Lắp bình cất đạm và bình hứng vào Bộ chưng cất Kjedalh, cất trong khoảng 30 phút. Đem bình hứng đi chuẩn độ bằng dd NaOH 0,1N .
39
Chú ý: với phương pháp công phá Kjeldahl, kết quả hàm lượng đạm thu được gọi
là tổng đạm Kjeldahl (Total Kjeldahl Nitrogen - TKN). TKN bao gồm hàm lượng đạm hữu cơ và TAN có trong mẫu nước (TKN=N-Hữucơ + TAN). Trong trường hợp này nếu muốn tính được tổng đạm (TN) chúng ta phải xác định thêm hàm lượng đạm nitrite và nitrate.
TN = TKN + N-NO2-+ N-NO3
Nếu trước khi công phá mẫu chúng ta loại bỏ TAN bằng cách nâng pH của mẫu nước lên 9,5, khi đó NH4+ sẽ chuyển hồn tồn thành NH3. Đun nhẹ mẫu, NH3 sẽ thốt ra khơng khí sau đó mới cơng phá mẫu. Trong trường hợp này kết quả hàm lượng đạm thu được chính là đạm hữu cơ (TKN = N-Hữu cơ).
- Lượng Nitơ trong nước thải tính bằng công thức: N (mg/l) = ) ( 1000 14 ) ( ml V x xMx B A Trong đó: + A : Thể tích chuẩn mẩu thật (ml) + B: Thể tích chuẩn mẩu trắng (ml) + B: Thể tích mẫu lấy phân tích (ml) + M: Nồng độ NaOH chuẩn (N)
3.3.3.9. Phƣơng pháp phân tích TSS
Áp dụng theo: SMEWW 2540D-2005 Thực hiện
- Giấy lọc chứa mẫu đem sấy ở 1000C/1 giờ, sau đó để vào máy hút ẩm trong 60 phút, đem cân được khối lượng A.
- Pha loãng mẫu 10 lần, hút 10 ml để lọc.
- Đem giấy lọc đi sấy ở 1000C/1 giờ; sau đó để vào máy hút ẩm trong 1 giờ, đem ra cân được khối lượng B.
40 TSS = xf ml V x B A ) ( 1000 ) ( Trong đó: TSS: Tổng hàm lượng cặn lơ lững (mg/l)
A: khối lượng ban đầu của giấy lọc (mg)
B: khối lượng của giấy lọc sau khi lọc (mg)
f: hệ số pha loãng
V: thể tích mẫu lấy (ml)
3.3.3.10. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng Nitrit và Nitrat trong nƣớc thải
Phương pháp này áp dụng theo TCVN 6178-1996&7767:2007
a. Nguyên tắc
Phản ứng của Nitrit trong mẫu thử với thuốc thử 4-aminobenzen sunfonamid với sự có mặt của acid octhophosphoric ở pH 1,9 để tạo thành muối diazo. Muối này sẽ phản ứng với N-(1-naphty)-1,2 diamonietandihydroclorua tạo thành một hợp chất màu hồng, đo độ hấp thu ở bước sóng 540 nm. Dựa vào đường chuẩn xác định hàm lượng Nitrit có trong mẫu.
Tổng hàm lượng Nitrat, Nitrit có trong mẫu sẽ được khử qua cột Cd để chuyển về Nitrit. Tiến hành xác định hàm lượng Nitrit như trên.
Hàm lượng Nitrat bằng hàm lượng tổng Nitrat và Nitrit trừ Nitrit nhân với hệ số chuyển đổi về Nitrat.
b. Hóa chất
Dụng dịch chuẩn NO2- 100 mg/L: Cân 0,4922 g NaNO2 loại tinh khiết phân tích đã sấy khô ở 105oC thêm nước cất, lắc đều và định mức thành 1000 mL.
Dung dịch chuẩn NO2- 1 mg/L : Hút 10 mL dung dịch chuẩn (3.2.1.) cho vào bình định mức 1000 mL, thêm nước cất đến vạch.
Thuốc thử : Hòa tan 40,0 g 4-aminobenzen sunfonamid trong 100 mL axit phosphoric 15 mol/L trong erlen 1000 mL, thêm khoảng 500 mL nước cất. Thêm vào dung dịch này 2 g N-(1-napthyl)-1,2-diaminoetan dihidroclorua, chuyển toàn bộ dung dịch này vào bình định mức 1000 mL và thêm nước đến vạch. Dung dịch này được bảo quản trong chai thủy tinh sậm màu và ở nhiệt độ từ 5 – 10oC.
41 Acid phosphoric đậm đặc : 15 mol/L
Cột khử Cd: dài khoảng 150 mm, đường kính từ 5 – 7 mm
c. Tiến hành phân tích
Xác định NO2-
trong mẫu
Hút V(ml) mẫu cho vào bình định mức 50 ml, pha loãng mẫu đến 40 ml. Thêm 1 ml thuốc thử tạo màu. Lắc đều và định mức đến vạch bằng nước cất. Lắc đều và để yên khoảng 15 phút và đo quang tại bước sóng 540 nm.
Mẫu phải tiến hành song song với đường chuẩn và để lên màu cùng thời gian với đường chuẩn.
Xác định tổng Nitrat và Nitrit
Hút V(ml) sau khi đã xử lý cho qua cột khử Cd, ngâm dung dịch mẫu trong cột khoảng 5 phút. Sau đó tiến hành xả với tốc độ 1giọt/5giây, Rửa lại cột 3 lần mỗi lần với 5 ml nước cất. Dung dịch sau khi được khử qua cột thêm 1 ml thuốc thử tạo màu. Lắc đều và định mức đến vạch bằng nước cất. Lắc đều, để yên khoảng 15 phút và đo quang tại bước sóng 540 nm.
Mẫu phải tiến hành song song với đường chuẩn và để lên màu cùng thời gian với đường chuẩn.
Xác định Nitrat
Hàm lượng Nitrat bằng hàm lượng tổng Nitrat và Nitrit trừ Nitrit nhân với hệ số chuyển đổi về Nitrat.
d. Tính tốn kết quả
Hàm lượng Nitrit có trong mẫu được tính theo cơng thức sau:
f V V C L mg NO mau dm dc* * ) / ( 2 46 62 * ) ( ) / ( 2 2 3 mg L NO NO NO Trong đó : Cdc : Nồng độ SO42- tính từ đường chuẩn (mg/l) Vdm : Thể tích định mức (ml) Vmau : Thể tích mẫu (ml)
f : Hệ số pha loãng (Nếu có)
42 Dùng phương pháp thống kê để so sánh sự khác biệt giá trị trung bình các chỉ tiêu của các nghiệm thức.
43
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN
Nhằm định hướng cho việc tiến hành thí nghiệm xử lý sinh học đối với nước rỉ rác từ bãi rác Tân Long, tiến hành xác định các chỉ tiêu hóa lý của mẫu nước rỉ rác đối với thí nghiệm này. Kết quả phân tích như sau:
Bảng 8: Đặc tính hóa lý của nƣớc rỉ rác ở bãi rác Tân Long
Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị
pH 7,8* N_NH4+ mg/l 402* P_PO43- mg/l 12,6* COD mg/l 964** TSS mg/l 156** TKN mg/l 280,9** TP mg/l 30,67** N_NO2- mg/l 0,57** N_NO3- mg/l 0,89**
(Nguồn: * Phịng vi sinh vật đất – Viện NC&PT Cơng nghệ Sinh học, Trường Đại học Cần Thơ ** Sở khoa học và công nghệ Tp.Cần Thơ, Trung tâm kỹ thuật và ứng dụng công nghệ )
Qua kết quả cho thấy, hàm lượng N_NH4+, COD, TKN, TP trong nước rỉ rác khá cao, cần phải đưa ra mơ hình xử lý đối với các hàm lượng này.
Qua 12 ngày khảo sát khả năng xử lý nước rỉ rác bằng vi khuẩn dị dưỡng theo mơ hình bùn hoạt tính và mơ hình bùn hoạt tính kết hợp giá bám vi sinh ở thể tích 100 lít, các chỉ tiêu được ghi nhận như sau :
4.1. Sự biến đổi pH trong nƣớc rỉ rác
Sự thay đổi giá trị pH trong nước thải có thể dẫn đến những thay đổi về thành phần các chất trong nước do quá trình phân giải, kết tủa; thúc đẩy hay cản trở những phản ứng hoá học, sinh học giữa các chất hữu cơ xảy ra trong nước thải.
44 Chỉ tiêu pH trong nước rỉ rác có sự thay đổi rõ rệt theo thời gian trong các nghiệm thức. Từ Hình 10 cho thấy pH ở các nghiệm thức có xu hướng tăng, giảm giống nhau. pH tăng có thể được giải thích bằng các phản ứng xảy ra như nhau:
Sự phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa nitơ tạo NH3 bởi các vi sinh vật (Bitton, 2005) R – CH - COOH + O2 R-COOH + NH3 +CO2 (phản ứng 1)
NH2
R – CH - COOH + 2H+ RCH3 + NH3 +CO2(phản ứng 2) NH2
R – CH - COOH + H2O RCH2OH + NH3 +CO2(phản ứng 3) NH2
NH3 lấy H+ trong nước làm giảm ion H+ trong nước: NH3 + H+ NH4+ (phản ứng 4)
Sự khử NO3-
và NO2- bởi vi sinh vật khử nitrat (Laobusnanant et al, 2009) 2NO2- + 6H+ + 6e- N2 + 2OH- + 2H2O (phản ứng 5)
2NO3- + 10H+ + 10e- N2 + 2OH- + 4H2O (phản ứng 6)
Phản ứng (1), (2), (3), (4) là sự phân huỷ các chất hữu cơ chứa nitơ bởi hoạt động của các vi sinh vật trong nước sinh ra các chất như NH3, CO2. Kết quả là giải phóng lượng ion NH4+
và làm tăng pH trong nước. Phản ứng (5) và (6) được thực hiện bởi vi khuẩn khử nitrat cũng góp phần làm tăng tính kiềm, q trình khử nitrat làm gia tăng giá trị pH trong nước.
45
Hình 10: Ảnh hƣởng của vi khuẩn và giá bám trên pH trong nƣớc rỉ rác theo thời gian
Ghi chú: NT1 = Sục khí ( Đối chứng); NT2 = Sục khí + vi khuẩn + glucose = Bùn hoạt tính; NT3 = Sục khí + vi khuẩn + glucose + giá bám = Bùn hoạt tính kết hợp giá bám vi sinh
Tuy nhiên pH của nước rỉ rác giảm cịn do q trình hơ hấp và thủy phân hữu cơ. Hai quá trình này làm giải phóng ra nhiều CO2, CO2 phản ứng với nước tạo nhiều ion H+ và bicarbonate làm giảm pH. Các phương trình phản ứng:
C6H12O6 + O2 CO2 + H2O + Q CO2 + H2O H2CO3 H2CO3 H+ + HCO3
pH của nước rỉ rác giảm, có thể là do sự hoạt động mạnh mẽ các vi sinh vật oxy hóa NH4+ theo phản ứng sau:
NH4+ + 1,5O2 NO2- + 2H+ + H2O (phản ứng 7) NH4+ + 2O2 NO3- + 2H+ + H2O (phản ứng 8)
NO3-, NO2- trong nước rỉ rác được sinh ra lại tiếp tục tham gia vào các phản ứng (5), (6) làm tăng pH tăng lại.
46 Sự tăng, giảm pH của nước rỉ rác là do các quá trình biến đổi hàm lượng COD, NH4+, NO3-, NO2- mà sự biến đổi này có liên quan đến hoạt động của các vi sinh vật có sẵn trong nước thải và các chủng vi khuẩn bổ sung vào. Hình 10, các nghiệm thức có chủng vi khuẩn thì pH giảm hay tăng mạnh hơn nghiệm thức đối chứng, điều này chứng tỏ rằng nghiệm thức có chủng vi khuẩn vào có khả năng oxy hóa các hợp chất hữu cơ; khử nitrit, nitrat (làm tăng pH); oxy hóa NH4+
làm giảm pH mạnh hơn các nghiệm thức đối chứng (phản ứng 7, 8).
4.2. Sự biến đổi hàm lƣợng N_NH4+
trong nƣớc rỉ rác
Hình 11: Ảnh hƣởng của vi khuẩn và giá bám trên hàm lƣợng N_NH4+ (mg/l) trong nƣớc rỉ rác theo thời gian
Ghi chú: ĐV= Đầu vào; NT1 = Sục khí ( Đối chứng); NT2 = Sục khí + vi khuẩn + glucose = Bùn hoạt tính; NT3 = Sục khí + vi khuẩn + glucose + giá bám = Bùn hoạt tính kết hợp giá bám vi sinh, TGLN = Thời gian lưu nước
Ở mẫu đối chứng, hàm lượng NH4+
trong nước rỉ rác giảm đáng kể, điều này thể hiện rõ khả năng oxy hóa amonium của các vi khuẩn có trong nước thải là rất hữu hiệu. Mỗi lồi vi khuẩn có trong nước thải có khả năng khử đạm qua các ngày là khác
47 nhau, điều này có thể giải thích là do đặc điểm của từng vi khuẩn có khác nhau nhưng nhìn chung các dòng vi khuẩn tiến hành thí nghiệm đều là những dịng có khả năng oxy hóa amonium trong nước rỉ rác rất tốt.
Hàm lượng amonium ở tất cả các nghiệm thức đều giảm so với hàm lượng ammonium đầu vào. Trong đó nghiệm thức 2 (Bùn hoạt tính) và nghiệm thức 3 (Bùn hoạt tính kết hợp giá bám vi sinh) giảm rất thấp từ ngày 1 đến ngày 12 và có khác biệt ý nghĩa so với nghiệm thức đối chứng. Ở các ngày thứ 10, 11, 12 có sự sụt giảm nhiều nhất, cụ thể là nghiệm thức 2 giảm (97,97% ngày 10, 98,03% ngày 11, 98,56% ngày 12) và nghiệm thức 3 (99% ngày 10, 98,72% ngày 11, 99,2% ngày 12). Tuy nhiên, các ngày còn lại trọng lượng amonium trong nước rỉ rác ở các nghiệm thức 2 (Bùn hoạt tính) và nghiệm thức 3 (Bùn hoạt tính kết hợp giá bám vi sinh) vẫn khá tốt, các ngày giảm khoảng trung bình từ 199,33 – 222 mg/l/ngày.
Ngồi ra hình 11 cho thấy từ ngày 1, ngày 2, ngày 3 để xử lý 100 lít nước thải cần thời gian lưu nước là 96 giờ, trong khi đó từ ngày 4 đến ngày 12 thì thời gian lưu nước cần 48 giờ. Hàm lượng ammonium xử lý qua các ngày càng đạt được hiệu quả xử lý và đạt tiêu chuẩn nước thải loại B1 (TCVN 25: 2009/BTNMT).
Sự giảm hàm lượng amonium cịn do q trình khử nitrate, nitrate là sản phẩm cuối cùng của q trình oxy hóa amonium chưa được xem là bền vững mà cịn gây độc cho mơi trường nên cần được chuyển hóa về dạng khí N2, tức là thực hiện một quá trình khử hóa học, chuyển hóa trị của nitơ từ 5 về 0.
Vi sinh vật thực hiện quá trình trên có tên chung là sinh vật khử nitơ (Denitrifier) bao gồm ít nhất là 14 loại vi sinh vật, trong đó có Pseudomonas sp. Phần lớn các loại
vi sinh vật trên thuộc loại tùy nghi nghĩa là chúng sử dụng oxy hoặc nitrite, nitrate làm chất oxy hóa (chất nhận điện tử trong các phản ứng sinh hóa) để sản xuất năng lượng.
Quá trình khử nitrate thường được nhận dạng là khử nitrate yếm khí, tuy nhiên