V.1.Mục đớch, nội dung và phương phỏp nghiờn cứu.
V.1.1. Mục đớch nghiờn cứu.
Để thực hiện và hoàn thành dự ỏn xõy dựng nhà mỏy chế biến tinh bột Bỡnh Định thỡ quỏ trỡnh nghiờn cứu và thiết kế khu xử lý nước thải cho nhà mỏy là rất cần thiết. Ngoài ý nghĩa về mặt mụi trường sống, nú cũn giỳp nõng cao chất lượng sản phẩm (thoả món cỏc điều kiện xuất khẩu liờn quan đến chất lượng mụi trường) và đem lại nguồn lợi ích lớn cho nhà mỏy (thu khớ biogas).
V.1.2. Nội dung và đối tượng nghiờn cứu.
Nước thải sử dụng trong nghiờn cứu là nước thải sản xuất tinh bột của hộ gia đỡnh nhà ụng Nguyễn Văn Mai (xó Dương Liễu- Hà Tõy), những nội dung nghiờn cứu bao gồm:
• Khảo sỏt và đỏnh giỏ đặc trưng nước thải từ quỏ trỡnh sản xuất tại Dương Liễu. • Nghiờn cứu quỏ trỡnh xử lý yếm khớ nước thải tinh bột và đỏnh giỏ hiệu quả thu
khớ biogas.
• Đỏnh giỏ hiệu quả xử lý nước thải sản xuất tinh bột bằng thiết bị UASB và kết hợp với quỏ trỡnh keo tụ.
• Tớnh toỏn, thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho nhà mỏy.
V.1.3. Thiết bị nghiờn cứu.
Thiết bị nghiờn cứu là thiết bị UASB, làm bằng thuỷ tinh, bờn ngoài bọc một lớp chắn sỏng với kớch thước 25x25x61 cú dung tớch tương ứng là 38 lớt, được thành 4 vựng làm việc tương đương với bốn giai đoạn của quỏ trỡnh phõn giải yếm khớ. Trong đú dung tớch làm việc là 35 lớt, phần cũn lại là vựng thu khớ biogas.
Nước thải sau khi đó được điều chỉnh pH sao cho thớch hợp với quỏ trỡnh xử lý yếm khớ và bổ sung nguyờn tố vi lượng, sẽ được dẫn vào bể UASB từ phớa dưới thụng qua bỡnh chứa nguyờn liệu. Chỳng sẽ lần lượt chảy qua lớp bựn kị khớ và lớp đệm. Dưới tỏc động của dũng vào, cỏc hạt bựn kị khớ được xỏo trộn nhẹ làm tăng khả năng tiếp xỳc giữa cỏc chất ụ nhiễm_hạt bựn và được chuyển hoỏ, sinh khớ. Quỏ trỡnh thuỷ phõn và len men axớt hữu cơ sẽ được thực hiện tại vựng đệm, cũn quỏ trỡnh mờtan hoỏ tạo khớ biogas xảy ra ở lớp nước phớa trờn. Cỏc hạt bựn nhỏ, nhẹ khi bị dũng nước và khớ kộo lờn trờn sẽ va vào tấm chắn và rơi trở lại. Với sự bố trớ hợp lý giữa van dẫn nước ra và van dẫn khớ, khớ sẽ được tỏch ra khỏi nước thải và đi vào tỳi khớ, cũn nước sẽ được dẫn ra ngoài. Sau mỗi chu kỳ tiếp liệu, bựn sẽ được tuần hoàn và nhiệt độ bờn trong thiết bị luụn được ổn định khoảng 35 -37oC nhờ một thiết bị điều nhiệt.
V.1.4. Phương phỏp phõn tớch.
Cỏc thụng số cần phõn tớch là:
• Định lượng COD vào và ra mỗi ngày.
• Định lượng BOD5 ban đầu và sau một chu kỳ.
• Đo pH đầu vào và đầu ra, nhiệt độ làm việc của thiết bị hàng ngày. • Phõn tớch hàm lượng chất rắn tổng số (TS) sau mỗi chu kỳ.
• Phõn tớch hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) sau mỗi chu kỳ. • Phõn tớch tổng N, P sau mỗi chu kỳ.
• Phõn tớch hàm lượng CH4 sau mỗi chu kỳ và đo dung tớch biogas hàng ngày.
V.1.4.1. Phương phỏp định lượng COD.
Nguyờn tắc xỏc định: COD được xỏc định theo phương phỏp hồi lưu đúng (trong ống
nhỏ).
Dựng Bicromat Kali (K2Cr2O7) một chất ụxi hoỏ mạnh để ụxi hoỏ cỏc chất hữu cơ cú trong nước thải. Nhu cầu ụxi hoỏ học sẽ được xỏc định giỏn tiếp qua lượng K2Cr2O7 tiờu tốn. Cơ chế phản ứng: 1 6 5 3 4 7 8 9
Hình V.1. Sơ đồ thiết bị thí nghiệm. Van lấy mẫu.
Thùng tiếp liệu. Túi thu khí biogas. Phễu thu khí. Vùng bùn. Bơm tuần hoàn. Đầu ra.
Nhiệt kế kiểm tra. Bùn lắng.
Phản ứng ụxi húa được tiến hành ở nhiệt độ cao (khoảng 150oC) trong 2 giờ, trong mụi trường axớt với xỳc tỏc là Ag2SO4. Lượng K2Cr2O7 dư được xỏc định khi chuẩn độ lại bằng dung dịch FAS, từ đú ta cú thể xỏc định được K2Cr2O7 tiờu tốn.
Lượng COD cú trong nước thải được xỏc định bằng cụng thức:
( ) f V N V V x M FAS TN T − ⋅ ⋅ ⋅ = 8.1000 trong đú:
x: COD của mẫu cần phõn tớch, mg/l.
T
V : thể tớch FAS tiờu tốn khi chuẩn mẫu trắng, ml.
TN
V : thể tớch FAS tiờu tốn khi chuẩn mẫu phõn tớch, ml.
FAS
N : nồng độ đương lượng của FAS. 8: đương lượng gam của Oxi.
M
V : thể tớch mẫu lấy phõn tớch, ml
f : hệ số pha loóng mẫu.
V.1.4.2. Phương phỏp xỏc định BOD.
Nguyờn tắc xỏc định: BOD được xỏc định bằng bỡnh oxitop.
Bỡnh Oxitop cú màu tối, điều kiện làm việc chuẩn của bỡnh là pH= 6,5 đến 7,5, nhiệt độ 20oC. Trong quỏ trỡnh ủ, khớ CO2 tạo thành sẽ được hấp phụ bởi cỏc hạt kiềm mạnh (NaOH, KOH) làm ỏp suất trong chai giảm, sự giảm ỏp được cỏc sensor xử lý và chuyển thành giỏ trị BOD tương ứng.
• Giỏ trị BOD phõn tớch được xỏc định theo cụng thức sau:
BOD5 = f.k.S
Với: S là giỏ trị BOD mà mỏy Oxitop đo được sau 5 ngày, mg/l. f là hệ số pha loóng.
k là hệ số, giỏ trị được tra bảng.
V.1.4.3. Phương phỏp xỏc định chất rắn tổng số (TS).
Tổng chất rắn là trọng lượng khụ tớnh bằng mg của phần cũn lại sau khi cho bay hơi 1 l mẫu nước trờn nồi cỏch thuỷ rồi sấy khụ ở 103oC cho đến khi trọng
lượng khụ khụng đổi.
Nguyờn tắc xỏc định: tổng chất rắn được xỏc định theo phương phỏp khối lượng. • Tổng chất rắn tổng số được xỏc định theo cụng thức: 1000 1 2− ⋅ = V m m TS (mg/l) Trong đó: Cr2O7 + 14.H + 6e 2Cr + 7.H2O
Hàm lượng chất rắn lơ lửng là trọng lượng khụ của phần chất rắn cũn lại trờn giấy lọc sợi thuỷ tinh khi lọc 1 lớt mẫu nước qua phễu lọc Gooch rồi sấy khụ ở nhiệt độ 105oC tới trọng lượng khụng đổi.
Nguyờn tắc xỏc định: hàm lượng chất rắn lơ lửng được xỏc định bằng phương phỏp
khối lượng.
• Hàm lượng chất rắn lơ lửng SS được xỏc định theo cụng thức sau:
1000 1 2 − ⋅ = V m m SS (mg/l) Với:
m1: khối lượng chộn khụ ban đầu, g
m2: khối lượng chộn khụ khi cú mẫu đó được sấy, g. V: thể tớch mẫu lấy phõn tớch, ml.
V.1.4.5. Phương phỏp xỏc định tổng Nitơ.
Nguyờn tắc xỏc định: xỏc định tổng Nitơ bằng phương phỏp Kjeldahl, phương phỏp
này được xỏc định N hữu cơ và N vụ cơ.
Trong mụi trường axớt đặc (H2SO4) và sự cú mặt của hỗn hợp chất xỳc tỏc K2SO4, CuSO4, Selen (Se), Nitơ hữu cơ và Nitơ amoniac được chuyển hoỏ thành Nitơ Amụni (NH4+). Ta sẽ giải phúng amoniac từ amoni sunfat bằng cỏch thờm kiềm và chưng cất vào dung dịch axớt Boric. Xỏc định amoni trong phần chưng cất bằng cỏch chuẩn độ với axớt boric chuẩn.
Cơ chế phản ứng:
• Hàm lượng Nitơ Kjeldahl được tớnh theo cụng thức:
1000 01 , 14 0 2 1− ⋅ ⋅ ⋅ = ∑ CHCl V V V N Trong đú: HCl
C : nồng độ chớnh xỏc của HCl tiờu chuẩn dựng để chuẩn độ, mol/l.
R-CH-NH2-COOH + H2SO4 NH3 + CO2 + SO2 + H2O NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4 Amôn hoá mẫu (NH4)2SO4 + NaOH Na2SO4 + NH3 + H2O 2.NH3 + 4.H3BO3 (NH4)2B4O7 + 5.H2O (NH4)2B4O7 + H2SO4 + 5.H2O (NH4)2SO4 + 4.H3BO3 Định lượng (NH4)2B4O7 tạo thành:
2
V : thể tớch HCl tiờu chuẩn dựng để chuẩn độ mẫu trắng, ml.
V.1.4.6. Phương phỏp xỏc định tổng photpho.
Nguyờn tắc xỏc định: xỏc định photpho tổng số bằng phương phỏp trắc quang dựng Amoni Molipdat.
Toàn bộ photpho hữu cơ và vụ cơ trong mẫu được chuyển về dạng orthophotphat, phản ứng của orthophotphat với molipdat và antimony trong mụi trường axớt sẽ tạo phức chất antimony photphomolipdat. Phức chất sẽ được khử bằng axớt Ascorbic tạo thành phức chất molipden màu xanh đậm, đo độ hấp thụ của dung dịch sẽ xỏc định được nồng độ của orthophotphat.
• Hàm lượng P cú trong mẫu được tớnh theo cụng thức:
C= m.V (mg/l). Với: C: hàm lượng P, mg/l.
m: lượng P cú trong bỡnh tương ứng với thể tớch đó hỳt, àg.
V: thể tớch mẫu lấy phõn tớch, ml.
V.1.4.7. Phương phỏp xỏc định hàm lượng khớ mờtan (CH4).
Nguyờn tắc xỏc định: xỏc định hàm lượng khớ mờtan thụng qua xỏc định hàm lượng
CO2.
Lượng khớ CO2 được xỏc định bằng phương phỏp hấp thụ, cho hỗn hợp khớ biogas phản ứng với Ba(OH)2 dư . Lượng Ba(OH)2 dư được xỏc định khi chuẩn độ lại với dung dịch axớt Oxalic (H2C2O4), chất chỉ thị là Phenol phtalein.
• Phần trăm khớ CO2 cú trong biogas được tớnh theo cụng thức sau:
( ) (V v) a v n N CO o − ⋅ ⋅ ⋅ − = 0,1 1000 2 Trong đú: o
V : thể tớch khớ biogas lấy vào chai ở điều kiện tiờu chuẩn, ml.