CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu
Phương pháp nghiên cứu tài liệu là phương pháp đi nghiên cứu và tham khảo các tài liệu, sách báo, tạp chí, các báo cáo, tham luận ngành… để tìm kiếm, thu thập thông tin có liên quan đến đề tài nghiên cứu như:
- Thu thập tài liệu kế thừa các thông tin có liên quan đến môi trường xã Nam Sơn, Sóc Sơn, Hà Nội.
- Thu thập, kế thừa các kết quả điều tra nghiên cứu của sở Tài nguyên Môi trường thành phố Hà Nội.
- Số liệu thống kê của UBND huyện Sóc Sơn (đất đai, địa hình, môi trường).
- Báo cáo số liệu thống kê của ban quản lý môi trường huyện Sóc Sơn.
- Báo cáo quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế huyện Sóc Sơn.
- Thu thập tài liệu, các văn bản pháp luật về môi trường được áp dụng tại huyện Sóc Sơn nói riêng và thành phố Hà Nội nói chung.
- Tham vấn ý kiến thầy cô hướng dẫn.
2.2.2. Phương pháp phân tích
Phân tích amoni bằng phương pháp trắc phổ
❖ Phạm vi áp d ụ ng
Phương pháp này có thể áp dụng để phân tích nước sinh hoạt, hầu hết nước thải và nước thô. Phương pháp cho phép xác định amoni tính theo nitơ tới hàm lượng <1 mg/L.
❖ Nguyên t ắc phươ ng p h áp
Đo độ hấp thụ quang ở bước sóng khoảng 672 nm của hợp chất màu xanh
được hình thành bởi phản ứng của amoni với salixylat và ion hypoclorit có sự tham gia của natri nitrosopentaxyano, sắt (III) taxyano, sắt (III) (Natri nitroprusiat).
❖ Y ế u tố ả nh hư ở ng
- Độ đục của mẫu: để loại bỏ yếu tố ảnh hưởng này trước khi phân tích ta phải để lắng mẫu trước khi phân tích.
- Ion Ca2+, Mg2+: Do phản ứng tạo phức xảy ra trong môi trường kiềm nên các ion Ca2+, Mg2+ có thể tạo ra kết tủa nếu chúng có mặt ở nồng độ cao. Natri xitrat có trong thuốc thử sẽ loại trừ cản trở của các cation này.
❖ Thiế t bị, d ụng cụ - Máy đo quang.
- Bình định mức 25ml, 50ml.
- Pipet 1ml, 2 ml.
- Bình đựng nước cất, bình tia, quả bóp cao su...
❖ Lấy mẫu v à b ảo q uản mẫu
Các mẫu thí nghiệm được lấy vào các chai thủy tinh và phải tiến hành phân tích càng sớm càng tốt ngay sau khi lấy mẫu. Có thể bảo quản mẫu bằng cách thêm 2mL H2SO4 trong khoảng nhiệt độ từ 2oC đến 5oC, nhưng phải kiểm tra để khẳng định đối với mỗi loại mẫu.
❖ Hóa chấ t
- Thuốc thử màu (Thuốc thử 1)
Hòa tan 130g natrisalixylat (C7H6O3Na) và 130g natrixytrat ngậm 2 phân tử nước (C6H5O7Na3.2H2O) trong bình định mức 1000 ml. Thêm một lượng nước vừa đủ để cho tổng thể tích chất lỏng khoảng 950ml. Sau đó thêm 0,97g natrinitrosopentaxyano sắt (III) ngậm 2 phân tử nước (natri nitroprusiat:
{Fe(CN)5NO}Na2.2H2O) vào dung dịch. Hòa tan chất rắn trong dung dịch. Sau đó định mức tới vạch. Bảo quản trong lọ thủy tinh màu hổ phách, thuốc thử bền ít nhất trong 2 tuần.
- Thuốc thử dung dịch natridiclorosoxyanurat (Thuốc thử 2)
Hòa tan 32g natri hydroxit trong 500 ml. Làm nguội dung dịch đến nhiệt độ phòng và thêm 2g natridiclorosoxyanurat ngậm 2 phân tử nước (C2N2O3Cl2Na2.H2O) vào dung dịch. Hòa tan chất rắn và chuyển toàn bộ dung dịch sang bình định mức dung tích 1000ml thêm nước và định mức tới vạch. Bảo quản trong lọ thủy tinh màu hổ phách. Thuốc thử này ổn định ít nhất trong 2 tuần.
Chú ý: Pha trong tủ hút, đi găng tay và đeo khẩu trang.
❖ Cách t i ế n h ành thí ngh i ệ m
Trước khi lấy mẫu phải để mẫu lắng xuống vì có cặn sẽ ảnh hưởng đến độ hấp thụ màu.
Tráng rửa bình định mức bằng nước cất.
* Mẫu phân tích:
Dùng bình định mức 25ml và 50ml.
- Lấy 1ml mẫu cần phân tích cho vào bình định mức 50ml, định mức tới 50ml bằng nước cất.
- Sau đó lấy 1ml từ bình định mức 50ml trên vào bình định mức 25ml.
- Thêm 2ml thuốc thử 1 + 2ml thuốc thử 2.
Định mức tới 25ml. Để ít nhất 60 phút sau đó đem đo ở bước sóng 672 nm trên máy đo quang UV-Vis.
Hinh 2.2. Hình ảnh cuvet và máy đo quang UV-Vis
* Mẫu trắng:
Thay mẫu phân tích bằng nước và tiến hành tương tự như mẫu môi trường.
2.2.3. Phương pháp thực nghiệm
❖ Mô hình và thông số hệ lọc sinh học:
Bao gồm 3 ngăn: (1) - ngăn thiếu khí, (2) - ngăn hiếu khí và (3) - ngăn lắng.
Ngoài ra còn có các bộ phận: (4) – van xả, (5) - bơm sục khí, (6) – giá thể bám dính.
Hinh 2.3. Mô hình hệ thí nghiệm bể lọc sinh học
Các thông số kích thước bể được cho ở bảng dưới đây:
Bang 2.4. Các thông số của bể Các
t h
N g ă n Ngăn
k h
N g ă C n
hC hiC hT Ch h
i Tại ngăn (1), xảy ra quá trình nitrat hóa, ngăn này có chức năng chuyển hóa NH4+ thành NO3-. Tại ngăn (2), xảy ra quá trình khử nitart, ngăn này có chức năng chuyển hóa NO3- thành khí N2 bay ra ngoài ở cuối giai đoạn và ngăn (3) có vai trò chứa nước cân bằng hệ, trong ngăn chứa nước lắng, tốc độ cũng như hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước không thay đổi.
Ngăn hiếu khí
Vòi tháo nước dâng
Ngăn thiếu khí
Bơm thổi khí
Vòi lấy mẫu nước
Hinh 2.4. Hệ lọc sinh học trong quá trình thí nghiệm
Hệ có dạng hình hộp chữ nhật đứng với công suất thiết kế là 5 lít/ngày, dung tích tổng là 35,5 lít, trong đó 30 lít thể tích bể hoạt động tối đa (gồm ngăn 1 và ngăn 2), thể tích hoạt động tối thiểu là 25 lít với các đầu vòi nối với máy bơm thổi khí, 2 vòi dùng để lấy nước mẫu trong quá trình để phân tích và một vòi phía trên bên thân bể để xả nước trong bể khi bể đầy. Vật liệu làm bể là nhựa trong suốt để theo dõi những thay đổi về màu sắc, chiều dày màng sinh học cũng như diễn biến của hệ.
Máy bơm được kết nối với 1 hệ thống điều chỉnh thời gian sục - lắng diễn ra liên tục. Đầu ống sục khí vào sẽ được lắp vào đáy ngăn hiếu khí.
❖ Giá thể bám dính
Giá thể được làm từ vật liệu: nhựa PE có diện tích bề mặt tiếp xúc 220 m2/m3, có 8 lớp giá thể đặt song song đứng hình sóng.
Hinh 2.5. Nhựa PE sử dụng làm giá thể bám dính
Giá thể bám dính giúp vi sinh bám vào bề mặt của giá thể tạo thành lớp màng.
Vi sinh vật bắt đầu phát triển trên lớp màng và bắt đầu quá trình phân hủy sinh học.
Khi vi sinh đã phát triển, lớp màng đã dày lên, hiệu suất phân hủy sinh học đạt giá trị cao nhất. Lượng cơ chất đưa vào phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không sẽ có sự suy giảm sinh khối, lớp màng sẽ bị mỏng dần đi nhằm đạt tới cân bằng mới giữa cơ chất và sinh khối. Sau khi phát triển đến độ dày nhất định, lớp màng không dày lên nữa và trở nên ổn định, vi sinh vật bong ra khỏi bề mặt của giá thể. Sự trao đổi chất diễn ra để phân hủy chất hữu cơ thành CO2 và nước. Lượng cơ chất phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không vi sinh sẽ thiếu dinh dưỡng và bắt đầu phân hủy nội bào để cân bằng với cơ chất và sinh khối, tức là nếu thiếu lượng thức ăn thì vi sinh vật có thể sẽ bị chết.
❖ Vi sinh vật
Phát triển vi sinh vật từ hệ bùn hoạt tính được nuôi trong phòng thí nghiệm tại Viện Công nghệ Môi trường bằng nước thải pha theo tỉ lệ được cho dưới bảng 2.5.
Sau đó vi sinh vật sẽ được cho thích ứng dần với môi trường nước rỉ rác.
Bang 2.5. Môi trường bùn tạo sinh khối H
óa Nồng đ ộ
L ư ợ Glu cosT
i Na HK HPF eM gA xiCaC
Các hóa chất sau khi cân được cho vào 20 lít nước. pH của dung dịch nước khi đó trong khoảng 7,5 – 8,0 là phù hợp. Dung dịch để qua ngày sẽ lên men làm cho pH mang tính axit, khí đó dùng NaOH điều chỉnh pH. Sau đó sử dụng để nuôi bùn.
2.2.4. Phương pháp phân tích, đánh giá, xử lý số liệu thực nghiệm
Số liệu phân tích từng ngày được ghi chép vào sổ tay cá nhân ngay tại phòng phân tích, sau đó được nhập lại vào bảng dữ liệu excel để dễ dàng tính toán, quản lý theo dõi sự biến động của số liệu, qua đó có thể đánh giá và điều chỉnh các điều kiện, chế độ vận hành để đạt được kết quả mong đợi.
Để có thể sử dụng một cách hiệu quả số liệu phân tích trong quá trình thực nghiệm, việc thu thập, tổng hợp, phân tích và đánh giá số liệu trong suốt quá trình nghiên cứu là không thể thiếu và hết sức cần thiết, quyết định đến sự thành công của nghiên cứu. Để có thể phân tích, đánh giá và qua đó xử lý số liệu thực nghiệm, trước hết cần phải có quá trình tìm hiểu và thu thập thông tin từ các nguồn tài liệu liên quan. Thông tin được thu thập từ sách báo, luận văn luận án, ấn phẩm tạp chí thông qua internet, thư viện... phải được xem xét một cách kỹ lưỡng, trong nhiều trường hợp phải có quá trình đối chứng, xác minh độ tin cậy của thông tin.
Trong nghiên cứu này, cần nắm được các quá trình và những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hoạt động của thiết bị lọc sinh học, từ đó nắm được diễn biến của số liệu, qua đó kiểm soát tối ưu quá trình hoạt động của hệ lọc. Từ quá trình phân tích, đánh giá độ tin cậy của số liệu sẽ có những thay đổi về chế độ làm việc, bổ sung và
hạn chế các yếu tố ảnh hưởng để những lần phân tích sau sẽ thu được những số liệu theo đúng xu hướng biến đổi và sử dụng được vào trong báo cáo.
❖ Tính toán, xử lý số liệu thực nghiệm Xác định nồng độ amoni (NH4+)
Xác định nồng độ amoni qua giá trị Abs vừa tìm được bằng cách thay vào phương trình đường chuẩn của nó được đo ở bước sóng 672 nm của thiết bị UV - VIS PD - 303S, APEL - JAPAN.
• Tính tải lượng amoni:
L = Cvào (mg/L) x Qvào (L/ngày)/(V x 1000) (13)
Trong đó: V: Thể tích nước trong bể phản ứng (lít) Q: Lưu lượng (L/giờ)
Cvào: Nồng độ amoni đầu vào (mg/L) L: Tải lượng amoni (kg/m3.ngày) • Tính hiệu suất xử lý amoni:
H = ((Cvào – Cra)x100)/Cvào (14)
Trong đó:
Cvào: Nồng độ amoni đầu vào (mg/L)
Cra: Nồng độ amoni đầu ra (mg/L) H: Hiệu suất xử lý (%) • Tính hàm lượng nitơ trong amoni được xử lý:
CN được xử lý = CN ban đầu – CN còn lại (15)
Trong đó:
CN ban đầu: Nồng độ nitơ trong NH4+
CN còn lại: Nồng độ nitơ trong NH4+
Trong quá trình tính toán cần lưu ý đến việc chuyển đổi giữa nồng độ NH4+ và nồng độ N – NH4+. Cụ thể cách chuyển đổi như sau: [N – NH4+] = ([NH4+] x14)/18 (mg/L) (16) 2.3. Các nội dung nghiên cứu
2.3.1. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý
Chế độ sục khí là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý amoni của hệ lọc. Để đánh giá ảnh hưởng của chế độ sục tới hiệu suất xử lý của hệ lọc sinh học, tiến hành thí nghiệm với 3 chế độ sục ứng với các thời gian khác nhau theo tỉ lệ thời gian sục/thời gian dừng là: 60/60 phút; 45/75 phút và 30/90 phút với lưu lượng
nước thải đầu vào mỗi ngày cho vào cố định là 3 lít/ngày, pH nước thải đầu vào từ 8,0 - 8,9, nhiệt độ phòng (25 - 32oC). Mỗi ngày lấy mẫu đầu ra 1 lần vào một thời điểm cố định đem phân tích NH4+.
2.3.2. Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào
Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào được tiến hành nghiên cứu như sau: thay đổi lưu lượng đầu vào lần lượt: 2, 3, 4, 5, 6 lít/ngày ở chế độ sục/dừng đã được chọn ở thí nghiệm bên trên, thực hiện ở nhiệt độ phòng (25 - 32oC). Mỗi ngày lấy mẫu đầu ra 1 lần vào một thời điểm cố định đem phân tích NH4+.