Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

2.1.3.1 Thiết bị

- Bếp phá mẫu COD - Máy đo quang DR2000

- pH kế - Hệ thống phá mẫu và chưng cất đạm Kjeldahl

- Cân phân tích - Tủ sấy

- Máy Jartest - Bơm định lượng

- Mô hình bể điều hòa - Mô hình bể phản ứng keo tụ

Trang 50

2.1.3.2 Dụng cụ

- Thùng đựng nước thải - Ống nhựa

- Cốc thủy tinh 1000ml - Cốc thủy tinh 250ml

- Cốc thủy tinh 100ml - Bình định mức 1000ml

- Bình định mức 500ml - Ống đong 1000ml

- Ống đong 250 ml - Ống đong 100ml

- Pipet 25 ml - Pipet 10 ml

- Pipet man - Đũa thủy tinh

- Phễu - Giấy lọc

2.2 Nội dung nghiên cứu

 Khảo sát quy trình sản xuất chitin-chitosan tại cơ sở SXTN của ThS. Trần An Xuân

• Khảo sát quy trình sản xuất chitin-chitosan

• Khảo sát danh mục, nồng độ các hóa chất sử dụng trong quá trình sản xuất

 Phân tích một số chỉ tiêu môi trường đặc trưng của nước thải từ quá trình sản xuất chitin-chitosan :

• Chỉ tiêu vật lý : pH, TSS, độ đục, độ mặn.

• Chỉ tiêu hóa học : COD, BOD5, P PO 34, TKN, Cl.

 Đề xuất phương hướng tiền xử lý sinh học nước thải sản xuất chitin- chitosan phù hợp

• Tối ưu hóa quá trình keo tụ nước thải từ quá trình sản xuất chitin- chitosan bằng PAC (Poly Aluminium Chloride) kết hợp với polymer trợ keo tụ cationit C1492 theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm.

 Thử nghiệm và hoàn thiện quy trình trên mô hình.

 Phân tích các chỉ tiêu môi trường của nước thải sau khi thử nghiệm trên mô hình và đánh giá hiệu quả xử lý của quá trình keo tụ.

Trang 51

2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu

2.3.1 Khảo sát quy trình sản xuất chitin-chitosan

- Số liệu thu thập từ thực tế qua quá tình sản xuất chitin-chitosan tại cơ sở sản xuất thử nghiệm của ThS. Trần An Xuân. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

- Tổng hợp các thông tin từ sách báo, tạp chí khoa học trong và ngoài nước có liên quan đến chitin-chitosan.

2.3.2 Phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm

Tiến hành phân tích mẫu nước hỗn hợp giữa nước rửa acid và nước rửa xút theo tỷ lệ 1:1 (ký hiệu là mẫu S1), mẫu nước hỗn hợp giữa nước rửa acid, nước rửa xút, nước ngâm acid, nước ngâm xút theo tỷ lệ tương ứng là 4:4:1:1 (ký hiệu là mẫu S2).

2.3.2.1 Phƣơng pháp đo pH

- Lắc đều mẫu trước khi đổ ra cốc 100mL để đo.

- Rửa sạch điện cực bằng nước cất đựng trong bình tia.

- Bật máy, nhúng điện cực vào mẫu cần đo

- Đợi cho giá trị pH trên máy ổn định rồi đọc trực tiếp kết quả trên màn hình. - Rửa sạch điện cực bằng nước cất rồi ngâm vào dung dịch bảo quản điện cực.

2.3.2.2 Phân tích TSS

a) Tài liệu tham khảo : quy trình này được biên dịch từ "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 20th Edition 1999 – 2540D"

b) Tiến hành

 Chuẩn bị giấy lọc

• Sấy giấy lọc ban đầu ở 105o

C trong 1 giờ, • Làm nguội trong bình hút ẩm 15 phút. • Cân và ghi khối lượng mo[g].

Trang 52

 Lọc mẫu

• Lắc đều mẫu, đong 1 thể tích V [mL], lọc mẫu qua giấy lọc đã chuẩn bị. • Sấy lại giấy đã được lọc ở nhiệt độ 105oC trong 1 giờ.

• Làm nguội trong bình hút ẩm 15 phút. • Cân và ghi khối lượng m1 [g].

• Thực hiện quá trình đến khối lượng không đổi.

e) Tính kết quả

Hàm lượng chất rắn lơ lửng [mg/L] tính theo công thức :

1 o m m TSS [mg/L] 1000 V    2.3.2.3 Phân tích độ đục  Bật máy,

 Vào mã chương trình 750 – Enter, chỉnh bước sóng về 450nm

 Lắc đều mẫu, lấy 50mL mẫu vào cốc 100mL

 Cho nước cất vào curvet ngang đến vạch trắng (25mL), nhấn ZERO cho

đến khi màn hình xuất hiện 0 FTU

 Cho mẫu vào curvet tương tự với mẫu nước cất, bấm READ đọc giá trị đo

trực tiếp trên màn hình.

2.3.2.4 Phân tích COD

a) Tài liệu tham khảo : quy trình này được biên dịch từ "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 20th Edition 1999 – 5220C" (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

b) Pha hóa chất

- Dung dịch chuẩn K Cr O 0,01667N : cân 4,903g 2 2 7 K Cr O sấy ở 1052 2 7 oC trong 2 giờ và hòa tan trong 500mL nước cất, thêm vào 167mL H SO đậm đặc và 2 4 33,3g HgSO , khuấy tan, để nguội đến nhiệt độ phòng và định mức thành 1 lít. 4

- Dung dịch H2SO4 : hòa tan 5,5g Ag SO trong 1kg H2 4 2SO4 đậm đặc và để 1- 2 ngày cho hòa tan hoàn toàn.

Trang 53

- Thuốc thử Ferroin : pha 1,485g 1,10-phenalthroline monohydrate và 695mg

4 2

FeSO .7H O định mức thành 100mL.

- Dung dịch FAS (xấp xỉ 0,1N) : hòa tan 39,2g Fe(NH ) (SO ) .6H O vào 4 2 4 2 2 nước cất, thêm vào 20mL H SO đậm đặc và định mức thành 1 lít 2 4

c) Tiến hành

- Rửa ống COD và nút bằng dung dịch H SO 20% trước khi sử dụng. 2 4

- Ống phá mẫu COD sử dụng là ống Hach – Mỹ với kích thước 16 100mm

Bảng 2.1 Lượng hóa chất cần thiết để phân tích COD

Vmẫu [mL] K Cr O [mL] 2 2 7 H SO [mL] V2 4 tc [mL]

2,5 1,5 3,5 7,5

- Cho vào ống COD V [mL] mẫu, dung dịch K Cr O 0,01667N và 2 2 7 H SO 2 4 đã chuẩn bị theo bảng hướng dẫn trên. Cho acid chảy dọc theo thành ống nghiệm. Sau đó lắc mẫu thật đều. Làm 3 mẫu để lấy kết quả trung bình

- Làm tương tự với mẫu trắng (thay mẫu thật bằng nước cất).

- Cho ống COD có chứa mẫu và mẫu trắng vào bếp phá mẫu, nung ở nhiệt độ 150oC trong 2 giờ.

- Để nguội đến nhiệt độ phòng, đổ ra erlen, thêm 2 giọt chỉ thị Ferroin và định phân bằng FAS 0,1N. Kết thúc phản ứng khi dung dịch chuyển từ màu xanh lục sang nâu đỏ. Tương tự định phân mẫu trắng.

e) Tính kết quả : COD [mg/ L] (A B) M 8000

  

  f

Trong đó : • A, B : mL FAS dùng để chuẩn mẫu trắng và mẫu thực • M : nồng độ của dung dịch FAS [N]

• V : thể tích mẫu đem phân tích [mL], f : hệ số pha loãng mẫu

2.3.2.5 Phân tích BOD5

a) Tài liệu tham khảo : quy trình này được biên dịch từ "Tài liệu hướng dẫn sử

Trang 54

b) Tiến hành

 Chuẩn bị mẫu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

- Dùng NaOH hoặc H2SO4 để trung hòa dung dịch mẫu đến pH 7 7,5 - Dựa vào COD đã biết định sơ bộ BOD của dung dịch mẫu, từ đó chọn thể tích mẫu thích hợp như sau :

Bảng 2.2 Cách lấy lượng mẫu cần thiết trong phân tích BOD5

BOD [mg/L] Thể tích mẫu [mL] 0 40 428 0 80 360 0 200 244 0 400 157 0 800 94 0 2000 56 0 4000 21,7  Các bước tiến hành

- Lấy thể tích mẫu thích hợp cho vào các chai BOD

- Thêm vào các chất dinh dưỡng theo liều lượng 10 giọt

- Sau đó cho 5 giọt KOH vào các nút cao su không để dính KOH vào thành lỗ và rơi xuống chai chứa mẫu

- Để nút cao su đúng vị trí và vặn đầu dò kín miệng chai

- Chuyển chai BOD vào tủ điều nhiệt (giữ ở nhiệt độ 20oC)

- Chọn thang đo và bật máy bắt đầu đo.

e) Tính kết quả : sau 5 ngày đọc kết quả đo trực tiếp trên máy

2.3.2.6 Phân tích hàm lƣợng phosphorus

a) Tài liệu tham khảo : quy trình này được biên dịch từ "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 20th Edition 4500 PE, 1999"

Trang 55

b) Pha hóa chất

- H2SO4 0,5N : pha loãng 70mL H2SO4 đậm đặc thành 500mL bằng nước cất

- Dung dịch potassiumantimonyl tartrate : cân 1,3715g

4 4 2

K(SbO)C H .0,5H O hòa tan vào 400mL nước cất rồi định mức thành 500mL. Lưu trữ dung dịch trong chai màu nâu.

- Dung dịch ammonium molybdate : hòa tan 20g (NH ) Mo O .4H O vào 4 6 7 24 2 500 mL nước cất. Trữ trong chai màu nâu.

- Dung dịch acid ascorbic 0,01M : hòa tan 1,76g acid ascorbic vào 100mL nước cất. Dung dịch ổn định trong 1 tuần ở nhiệt độ 4o

- Thuốc thử hỗn hợp : trộn đều các hóa chất trên theo thể tích sau • 50mL H2SO4 0,5N

• 5mL dung dịch potassiumantimonyl tartrate • 15mL dung dịch ammonium molybdate • 30mL acid ascorbic

Trộn đều mỗi hóa chất sau khi thêm. Phải giữ tất cả hóa chất trước và sau khi thêm ở nhiệt độ phòng. Nếu thuốc thử hỗn hợp bị đục sau khi pha, lắc đều để lắng vài phút trước khi tiến hành thí nghiệm. Thuốc thử này ổn định trong vòng 4h.

- Dung dịch trữ phosphate : hòa tan 219,5mg tinh thể KH2PO4 khan vào

1000mL nước cất, trong đó 3

1mL 50 g P PO .

- Dung dịch chuẩn phosphate : pha loãng 50mL dung dịch trữ phosphate

thành 1L. Trong đó 3 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

1mL2,5 g P PO  

c) Tiến hành

 Xử lý mẫu

- Lấy 50mL mẫu cho vào cốc thủy tinh. Thêm vào một mẫu 1 giọt phenol- phtalein. Nếu mẫu chuyển sang màu đỏ thì cho từng giọt H2SO4 vào cho đến khi mất màu.

- Thêm tiếp 8mL thuốc thử hỗn hợp vào mẫu, trộn đều và để phản ứng xảy ra trong 15 phút. Đem đo độ hấp thụ ở bước sóng 880nm.

Trang 56

 Dựng đường chuẩn : pha 6 mẫu chuẩn theo thứ tự sau

Bảng 2.3 Lượng hóa chất cần thiết để dựng đường chuẩn phân tích phosphorus

STT 1 2 3 4 5 6 V dd chuẩn PO34 [mL] 0 1 2 5 10 20 V nƣớc cất [mL] 50 49 48 45 40 30 Tổng thể tích [mL] 50 50 50 50 50 50 Nồng độ [mg/L] 0 0,05 0,1 0,2 0,5 1 V thuốc thử hỗn hợp [mL] 8 8 8 8 8 8

- Tiến hành đo độ hấp thu ở bước sóng 880nm.

- Dựa vào kết quả có được, dựng đường chuẩn biểu diễn mối tương quan giữa nồng độ và độ hấp thụ, đường chuẩn có dạng AaC b

d) Tính kết quả

Từ kết quả đo độ hấp thu có được của mẫu, ta tính được : C A b



  f

2.3.2.7 Phân tích TKN

a) Tài liệu tham khảo : quy trình này được biên dịch từ "AOAC 973.48 – 1995"

b) Pha hóa chất

- Xúc tác hỗn hợp gồm CuSO4.5H2O và K2SO4 được cân theo tỷ lệ 1:5 trộn đều.

- NaOH 40% : hòa tan 400g NaOH trong nước và định mức thành 1L.

- H3BO3 4% : hòa tan 40g H3BO3 trong nước và định mức thành 1L.

- Ethanol 95% : pha 950ml ethanol trong nước và định mức thành 1000mL.

- Dung dịch chuẩn H2SO4 0,05 mol/L (0,1N) : pha ống chuẩn H2SO4 (0,1N) và định mức thành 1L.

Trang 57

c) Tiến hành

 Vô cơ hóa mẫu

- Lấy 1mL mẫu cho vào ống Kjeldahl có dung tích phù hợp (thường 250mL)

- Thêm 0,9 1, 2g chất xúc tác CuSO4.5H2O và K2SO4 . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

- Thêm 25mL H2SO4 đậm đặc và đặt bộ ống Kjeldahl vào bộ phá mẫu

- Cài đặt nhiệt độ và thời gian cho máy. Tổng thời gian vô có hóa từ 3 4h

- Sau khi phá mẫu hoàn tất chất lỏng trong bình trong và có màu xanh da trời nhạt.

- Để nguội, nếu thấy quá trình vô cơ hóa xuất hiện cặn rắn thì cho 1 ít nước cất vào rồi lắc đều.

 Chưng cất amoniac

- Đem mẫu đi chưng cất. Cài đặt thông số cho máy như sau

H2O : 2S

H3BO3 : 3S

NaOH : 5S

- Thời gian chưng cất : 5 phút

- Nhỏ 3 giọt chỉ thị Tashiro vào bình hấp thu và tiến hành chưng cất mẫu.

 Chuẩn độ

Chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn H2SO4 0,05 mol/L (0,1N), ghi nhận điểm cuối khi dung dịch chuyển từ màu xanh dương sang mận chín. Đọc thể tích H2SO4 tiêu tốn trên buret.

d) Tính kết quả : 1 o N pt (V V ) c 14000 W V    

Trong đó : • V1 : mL dung dịch H2SO4 dùng để chuẩn độ mẫu thử • Vo : mL dung dịch H2SO4 dùng để chuẩn độ mẫu trắng • c : nồng độ đương lượng của dung dịch H2SO4 [N] • Vpt : thể tích của mẫu thử [ml]

Trang 58

2.3.2.8 Phân tích hàm lƣợng chloride

a) Tài liệu tham khảo : quy trình này được biên dịch từ "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 20th Edition 4500-ClB, 1999".

b) Pha hóa chất

- Dung dịch chỉ thị K2CrO4

- Dung dịch chuẩn AgNO3 0,01N : pha ống chuẩn AgNO3 (0,1N) và định mức thành 1L, pha loãng dung dịch chuẩn 0,1N 10 lần để được dung dịch chuẩn có nồng độ 0,01N.

- Dung dịch huyền phù Aluminium hydroxide : hòa tan 125g aluminium potassium sulfate KAl(SO ) .12H O , làm ấm đến 604 2 2 oC, thêm từ từ 55ml

NH4OH đậm đặc, lắc đều. Đợi 1 giờ rửa huyền phù nhiều lần với nước cất

cho đến khi nước rửa không còn Cl

nữa (thử bằng AgNO3), sau đó thêm nước cất cho đủ 1L.

c) Tiến hành

- Nếu mẫu có hàm lượng Cl cao thì phải pha loãng mẫu.

- Nếu mẫu có độ màu cao thì thêm 3ml dung dịch huyền phù, khuấy kỹ, lắng, lọc, rửa giấy lọc, nước rửa nhập chung vào nước qua lọc.

- Lấy 50ml mẫu cho vào erlen, dùng NaOH và H2SO4 để điều chỉnh pH về khoảng 7 8 , sau đó thêm 1mL dung dịch chỉ thị K2CrO4.

- Làm tương tự đối với mẫu trắng (thay mẫu bằng nước cất). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

- Dùng dung dịch chuẩn AgNO3 0,01N để định phân mẫu và mẫu trắng. Tại

điểm tương đương dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu đỏ gạch.

d) Tính kết quả : Chloride [mg/L] (A B) N 35450

  



Trong đó : • A : thể tích dung dịch chuẩn định phân mẫu [ml]

• B : thể tích dung dịch chuẩn định phân mẫu trắng [ml]

• N : nồng độ đương lượng của AgNO3 [N]

Trang 59

2.3.3 Thí nghiệm tối ƣu hóa quá trình keo tụ 2.3.3.1 Thiết kế thực nghiệm

Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành tối ưu 3 yếu tố chính ( k3) ảnh hưởng đến hiệu suất keo tụ (Y), đó là : pH (X1), hàm lượng chất keo tụ PAC [mg/L] (X2), hàm lượng chất trợ keo tụ PAA [mg/L] (X3).

Mô hình hồi quy cấp 2 có dạng :

2 2 2

1 1 2 2 3 3 12 1 2 13 1 3 23 2 3 11 1 22 2 33 3

Yb X b X b X b X X b X X b X X b X b X b X

Số thí nghiệm ở tâm được chọn là no 3. Tổng số thí nghiệm là N2k 2kno 17

Khi đó cánh tay đòn sao  là nghiệm của phương trình :

4 k 2 k 1

2 2 (k 0,5n ) 0

     

Thế k3 và no 3 vào ta được  là nghiệm phương trình :

4 2

8 18 0 1,353

       

Kế hoạch thực nghiệm được thể hiện qua bảng 2.5 sau :

Bảng 2.4 Ma trận quy hoạch trực giao cấp hai, ba yếu tố

STT X1 X2 X3 X1X2 X2X3 X1X3 Y 1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 y1 2 –1 +1 +1 –1 +1 –1 y2 3 +1 –1 +1 –1 –1 +1 y3 4 –1 –1 +1 +1 –1 –1 y4 5 +1 +1 –1 +1 –1 –1 y5 6 –1 +1 –1 –1 –1 +1 y6 7 +1 –1 –1 –1 +1 –1 y7 8 –1 –1 –1 +1 +1 +1 y8

Trang 60 9 +1,353 0 0 0 0 0 y9 10 –1,353 0 0 0 0 0 y10 11 0 +1,353 0 0 0 0 y11 12 0 –1,353 0 0 0 0 y12 13 0 0 +1,353 0 0 0 y13 14 0 0 –1,353 0 0 0 y14 15 0 0 0 0 0 0 y15 16 0 0 0 0 0 0 y16 17 0 0 0 0 0 0 y17 Pha hóa chất (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

- Dung dịch chuẩn PAC 5% : cân 50g PAC rồi hòa tan bằng nước cất và định mức lên 1L

- Dung dịch chuẩn PAA 1% : cân 10g PAA rồi hòa tan bằng nước cất ở 70 – 80oC, định mức lên 1L, sau đó khuấy với tốc độ 300 vòng/phút trong 1h để

PAA tan hoàn toàn.

a) Thí nghiệm 1 : Tối ưu hóa quá trình keo tụ hỗn hợp nước rửa acid và nước rửa

xút được trộn theo tỷ lệ tương ứng là 1 : 1 (mẫu S1)

Bảng 2.5 Bảng thiết kế quy hoạch thực nghiệm đối với mẫu S1

Mục lục