Dụng cụ và thiết bị

2.1.3.1. Dụng cụ

- Can đựng nước thải - Bình định mức 1000ml

- Phễu thủy tinh - Bình tam giác 250ml

- Bình định mức 50ml - Bình định mức 100ml - Pipet 25ml - Pipet 10ml - Pipet 5ml - Pipet 1ml - Buret 25ml - Cá từ - Cốc thủy tinh 50ml - Cốc thủy tinh 250ml - Ống đong 1000ml - Ống đong 100ml - Đũa thủy tinh - Giấy lọc - Ống nhựa - Bóp cao su

2.1.3.2. Thiết bị

- Máy phá mẫu COD (Aqualytic, Đức). - Bếp từ.

- Máy đo pH để bàn.

- Cân phân tích AY220, Nhật Bản.

- Máy đo quang DR/2000 (HACH, USA) - Máy sục khí.

- Tủ sấy  1⁰C UNB 400 (Memmert , Đức).

2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp thu mẫu 2.2.1. Phương pháp thu mẫu

Dịch thải được hứng vào các can nhựa từ vòi xả của máy ly tâm ngay sau khi xử lý hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme. Dịch thu được sau đó được đậy kín (không có không khí) rồi đem bảo quản trong tối ở 4⁰C cho tới lúc nghiên cứu (thời gian bảo quản không quá 1 tuần).

2.2.2. Xác định tỷ lệ dịch thải/nguyên liệu

Công đoạn xử lý hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme được thực hiện theo từng mẻ. Cứ 10 kg cánh hoa cúc vạn thọ thì thêm vào 10,10 L dung dịch Viscozyme 1,7% v/v. Để xác định tỷ lệ dịch thải thực tế thu được so với lượng nguyên liệu đem xử lý, dùng ống đong 2000 mL xác định thể tích dịch thải tối đa hứng được từ vòi xả của máy ly tâm sau mỗi mẻ xử lý.

2.2.3. Khảo sát các đặc tính hóa, lý của dịch thải theo thời gian

Để đánh giá khả năng tự làm sạch của dịch thải hoa cúc vạn thọ cũng như để đề xuất các biện pháp xử lý bậc 2 thích hợp, trong đề tài sẽ khảo sát sự biến đổi của một số đặc tính hóa, lý quan trọng của dịch thải (mùi, độ màu, pH, độ đục, TSS, COD, BOD5; đường tổng số) theo thời gian trong 2 trường hợp:

- Không xử lý.

- Xử lý bằng biện pháp keo tụ kết hợp với xử lý bằng chế phẩm BIO-EM.

2.2.3.1. Khảo sát các đặc tính hóa, lý của dịch thải theo thời gian trong điều kiện không xử lý kiện không xử lý

a) Phương pháp bố trí thí nghiệm:

Dịch thải được đựng trong bình chứa miệng rộng, tiếp xúc với không khí và giữ ở nhiệt độ phòng. Định kỳ thu mẫu (3 ngày/lần) để đánh giá các chỉ số môi trường của dịch thải. Từ đó, đánh giá khả năng tự làm sạch của dịch thải.

b) Sơ đồ bố trí thí nghiệm: được trình bày trên hình 2.2.

Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát sự biến đổi tính chất hóa, lý của dịch thải theo thời gian khi không xử lý

Dịch thải

(Bảo quản ở nhiệt độ phòng)

Thời gian (ngày) 0 3 6 9 12 15

- Thu mẫu.

- Xác định: mùi, độ màu, pH, độ đục, TSS, COD, BOD5; đường tổng số

2.2.3.2. Khảo sát các đặc tính hóa, lý của dịch thải theo thời gian khi xử lý bằng biện pháp keo tụ kết hợp BIO-EM

Dịch thải được xử lý COD sơ bộ bằng phương pháp keo tụ bằng PAC (ở pH = 7; nồng độ PAC trong dung dịch = 4g/L; để lắng trong 0,5 giờ). Sau đó, hút lấy dịch bên trên, bổ sung chế phẩm BIO-EM (2 mL BIO-EM/L dịch thải). Chia dịch đã bổ sung BIO-EM thành 2 phần như nhau, cho vào 2 bình chứa A và B y hệt nhau (miệng rộng, hở nắp dung tích 2000 mL).

- Bình A: để yên ở nhiệt độ phòng, không sục khí (ký hiệu: Mẫu EMK) - Bình B: để yên ở nhiệt độ phòng, sục khí liên tục (ký hiệu: Mẫu EMS) Định kỳ (2 ngày/lần) lấy mẫu ở các bình, đem phân tích xác định các chỉ số: mùi, độ màu, pH, độ đục, TSS, COD, BOD5; đường tổng số. Từ đó, đánh giá khả năng xử lý dịch thải bằng biện pháp keo tụ kết hợp xử lý bằng chế phẩm sinh học BIO-EM.

Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát dịch thải khi xử lý bằng phương pháp keo tụ kết hợp sử dụng BIO-EM

Dịch thải

Thời gian (ngày) 0 2 4 6 8 - Thu mẫu.

- Xác định: mùi, độ màu, pH, độ đục, TSS, COD, BOD5; đường tổng số

Đánh giá khả năng xử lý dịch thải bằng biện pháp keo tụ kết hợp xử lý bằng BIO-EM

Keo tụ bằng PAC (pH 7; CPAC = 4g/L ; lắng 0,5 giờ).

Thu dịch bên trên

Mẫu EMS:

Bổ sung BIO-EM; sục khí

Mẫu EMK:

2.2.4. Phương pháp đánh giá các chỉ số môi trường [5], [6], [19] 2.2.4.1. Đánh giá cảm quan về mùi 2.2.4.1. Đánh giá cảm quan về mùi

Mùi là là tiêu chuẩn cần thiết để đánh giá chất lượng dịch thải về mặt cảm quan khi thải ra môi trường. Mùi tác động và có sự ảnh hưởng trực tiếp lên khứu giác của con người.

Đánh giá cảm quan về mùi được tiến hành với hội đồng đánh giá gồm 7 người. Mỗi người ngửi lần lượt từng cốc nhỏ tương ứng được lấy ra từ dụng cụ chứa các mẫu. Sau đó, mỗi thành viên đánh dấu vào bảng đánh giá cảm quan đã được soạn sẵn (xem phần phụ lục) và không có sự trao đổi ý kiến với nhau để đảm bảo kết quả thu được khách quan [6].

2.2.4.2. Xác định độ màu: sử dụng chương trình cài sẵn trên máy đo quang

DR/2000 (HACH, USA).

Nguyên tắc: dựa trên việc đo độ hấp thu ánh sáng của các hợp chất màu có

trong dung dịch ở bước sóng 455nm.

2.2.4.3. Xác định độ đục:sử dụng chương trình cài sẵn trên máy đo quang

DR/2000 (HACH, USA).

Nguyên tắc: dựa trên sự hấp thu ánh sáng của các cặn lơ lửng có trong dung

dịch ở bước sóng 450nm.

2.2.4.4. Xác định pH: dùng máy đo pH.

2.2.4.5. Xác định COD: bằng phương pháp Kalibicromate (TCVN 6491 – 1999).

Nguyên tắc: oxi hóa các hợp chất hữu cơ bằng K₂Cr₂O₇ dư ở 150⁰C với sự có mặt của xúc tác Ag2SO4.

Chuẩn độ lượng K2Cr2O7 còn dư bằng dung dịch chuẩn FAS với chỉ thị ferroin. Tại điểm cuối chuẩn độ, màu của dung dịch chuyển từ màu xanh lục sang nâu đỏ.

2.2.4.6. Xác định BOD5: TCVN 6001:1995 (dựa trên phương pháp Winkler).

Nguyên tắc: sử dụng chai DO có V = 125mL. Đo hàm lượng DO ban đầu và

sau 5 ngày ủ ở 200

2.2.4.7. Xác định TSS: bằng phương pháp trọng lượng.

Nguyên tắc: lọc mẫu (đồng nhất) qua giấy lọc tiêu chuẩn đã cân trước và sấy

khô phần nằm lại trên giấy lọc ở 103 – 1050C. Phần gia tăng khối lượng của giấy lọc là chất rắn lơ lửng.

2.4.4.8. Xác định đường tổng số: bằng phương pháp xanh methylene [19].

Nguyên tắc: lượng đường có thể được xác định bằng cách sử dụng dung dịch

kiềm đồng sulphat, chất này được các loại đường khử thành oxit đồng màu đỏ. Quy trình bao gồm việc xác định thể tích của dung dịch đường cần để khử một lượng dung dịch Fehling đã biết trước thể tích sử dụng xanh methylen làm chỉ thị. Không khí được loại trừ khỏi hỗn hợp phản ứng bằng cách đun chất lỏng sôi trong suốt quá trình chuẩn độ.

2.2.5. Phương pháp xử lý số liệu

Số liệu báo cáo là trung bình của 3 lần phân tích.

Kết quả được phân tích thống kê và biểu diễn đồ thị bằng phần mềm Excel 2010.

CHƯƠNG 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Theo quy trình công nghệ quy mô phòng thí nghiệm chiết tách lutein từ hoa cúc vạn thọ thì mỗi mẻ xử lý 10 kg nguyên liệu. Kết quả xác định thể tích dịch thải thu được đối với 3 mẻ hoa cúc vạn thọ như sau:

Bảng 3.1. Kết quả xác định thể tích dịch thải /nguyên liệu

Lần 1 2 3 Trung bình

Thể tích dịch thải (L) 10,05 9,85 9,95 9,95

Như vậy, trung bình cứ xử lý 10 kg hoa cúc vạn thọ thì thu được 9,95 L dịch thải. Giá trị này thấp hơn tổng thể tích dịch Viscozyme cho vào nguyên liệu ban đầu: 10,10 L. Vậy, quá trình thu mẫu này là chưa triệt để. Nguyên nhân có thể là do có một lượng nhỏ dịch thải còn đọng lại trong máy và đường ống, không thể thu hết. Dịch thải thu được ban đầu hơi đục, có lẫn một lượng nhỏ bã thải hoa cúc vạn thọ dưới dạng các hạt thô lơ lửng , có màu vàng nâu và mùi hơi ngọt của dung dịch đường lẫn với mùi hơi hắc của hương hoa cúc vạn thọ.

3.2. Biến động một số đặc tính hóa, lý của dịch thải theo thời gian trong điều kiện không xử lý kiện không xử lý

3.2.1. Đánh giá mùi

Kết quả đánh giá cảm quan của 7 người sau khi ngửi trực tiếp dịch thải:

Bảng 3.2. Kết quả đánh giá cảm quan mùi dịch thải của hoa cúc vạn thọ từ công đoạn ủ Viscozyme (khảo sát với 7 người)

Các mẫu ^{Mức độ mùi (Điểm đánh giá)}

Nhẹ Vừa Nặng Rất nặng Ban đầu 7 0 0 0 Sau 3 ngày 2 4 1 0 Sau 6 ngày 0 4 3 0 Sau 9 ngày 0 0 4 3 Sau 12 ngày 0 0 0 7 Sau 15 ngày 0 0 0 7

Biểu đồ đánh giá cảm quan mùi dịch thải của hoa cúc vạn thọ:

Hình 3.1. Sự biến đổi mùi của dịch thải hoa cúc vạn thọ theo thời gian

Dịch thải để ngoài môi trường có sự thay đổi rõ rệt theo thời gian: ban đầu dịch thải có mùi ngọt hơi hắc, sau đó lên men, có mùi chua, có lớp váng trên bề mặt, và dần có mùi hôi khó chịu.

Theo thời gian mùi của dịch thải có sự biến đổi rõ rệt. Dựa vào đánh giá cảm quan của 7 người cho thấy: ban đầu dịch thải có mùi nhẹ, mức độ mùi nặng dần bắt đầu từ ngày thứ 9 và sau đó mùi trở nên rất nặng từ ngày thứ 12.

Sự thay đổi mùi của dịch thải được giải thích như sau:

- Trong dịch thải diễn ra các quá trình phân hủy của vi sinh vật, làm mùi của dịch thải thay đổi. Cellulose và hemicellulose có trong thành phần cấu tạo của cánh hoa cúc bị enzyme thủy phân thành glucose, tiếp theo bị phân hủy chuyển hóa thành các axit hữu cơ, lên men rượu, khí sinh học hay các sản phẩm giàu năng lượng khác, dịch thải có mùi chua. Sau một thời gian, vi sinh vật (nấm men) già sẽ xảy ra quá trình tự phân mạnh, làm nước thải có mùi thối [10].

Hình 3.2. Dịch thải sau 3 ngày để ngoài môi trường

3.2.2. Biến động các chỉ tiêu hóa, lý khác của dịch thải trong điều kiện không xử lý xử lý

Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa, lý của dịch thải hoa cúc vạn thọ theo thời gian trong điều kiện không xử lý được trình bày trong bảng 3.1.

Bảng 3.3. Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa, lý của dịch thải theo thời gian Ngày Chỉ tiêu 0 3 6 9 12 15 COD (mg/L) 25.600 24.533 19.067 17.066 16.982 16.125 BOD5 (mg/L) 2.471 2.368 1.667 1.481 1.389 1.364 pH 3,75 3,62 3,41 4,81 4,63 4,59 TSS (mg/L) 4.387 3.080 2.398 3.035 3.097 3.572 Độ màu (Pt-Co) 1.560 3.400 6.200 8.240 11.625 13.063 Độ đục (FTU) 500 750 1.400 1.860 3.650 3.928 Đường (%) 6,05 3,77 0,13 0 0 0

Từ những kết quả trên ta thấy:

Dịch thải ban đầu có chỉ số COD rất cao (25.600 mg/L). Nếu không được xử lý trước khi thải ra nguồn tiếp nhận thì sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Ngoài ra, COD/BOD₅ > 10 có nghĩa là trong dịch thải có chứa nhiều hợp chất hữu cơ khó phân hủy hơn là các hợp chất hữu cơ dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật. Vậy dịch thải có khả năng tự làm sạch rất kém. Điều này cũng được chứng minh qua sự suy giảm giá trị COD, BOD₅ và TSS rất chậm theo thời gian: sau 15 ngày COD giảm từ 25.600 xuống 16.125 mg/L (tức giảm khoảng 37%); BOD5 giảm từ 2471 xuống 1364 mg/L (giảm khoảng 44,8%); TSS giảm từ 4.387 xuống 3.572 mg/L (giảm 18,6%).

Ngược lại, theo thời gian thì độ đục và độ màu của dịch thải lại tăng lên rất mạnh: độ đục tăng gần gấp 8 lần (từ 500 đến 3.928 FTU), còn độ màu tăng lên khoảng 8,4 lần (từ 1.560 đến 13.063 đơn vị Pt-Co). Sự tăng độ đục và độ màu của dịch thải có thể giải thích bởi sự phân hủy các hạt bã thải hoa cúc vạn thọ có kích thước lớn (hạt huyền phù thô nằm lắng dưới đáy bình chứa) thành các hạt kích thước nhỏ hơn hay phân hủy tiếp thành các hạt hợp chất hữu cơ có màu lơ lửng trong dịch thải nghiên cứu. Một nguyên nhân khác nữa là do sự tự chết đi và tự phân rã của các tế bào nấm men có trong dịch thải khi lượng đường và cellulose trong dịch thải đã bị phân hủy hết.

Hình 3.3. Biến động của một số đặc tính hóa, lý của dịch thải không xử lý theo thời gian

Trong dịch thải có chứa một lượng đường được tạo ra từ quá trình thủy phân cellulose với hàm lượng không lớn khoảng 6,05% giảm mạnh theo thời gian: sau 3 ngày lượng đường trong dịch thải còn 3,77% và đến ngày thứ 6 chỉ còn lại khoảng 0,13%. Dịch thải chứa đường là điều kiện thuận lợi cho nấm men phát triển. Khi đường hết nghĩa là cơ chất cho nấm men cũng hết dần vì nấm men sử dụng đường là chủ yếu, nấm men sẽ ngừng phát triển và bị phân rã. Quá trình lên men sẽ xảy ra rất mạnh nếu hàm lượng đường dưới 8%, khả năng lên men nhanh và cũng kết thúc rất nhanh [8].

 Hàm lượng đường trong nước thải chỉ cần 1% cũng đủ điều kiện thuận lợi cho nấm men phát triển. Khi nấm men phát triển trong môi trường nước thải có chứa đường bao giờ cũng có mặt các vi khuẩn tạo axit như axit lactic, axit acetic. Mặt khác, nấm men thường tạo ra trong quá trình lên men những sản phẩm khá độc hại với các vi sinh vật khác như: CO₂, C₂H₅OH và các chất khí khác. Khi tế bào nấm men già sẽ xảy ra quá trình tự phân rất mạnh, do đó nước ô nhiễm hay nước thải sẽ có mùi hôi thối rất mạnh [10].

 pH của dịch thải ban đầu là 3,75 mang tính axit yếu và giảm đần đến 3,41 ở ngày thứ 6 là do trong dịch thải có diễn ra quá trình lên men của VSV phân hủy đường thành axit hữu cơ. Sau khi lượng đường hết, các axit hữu cơ bị phân hủy thành các sản phẩm khác như CO2, VSV hết chất dinh dưỡng, xảy ra quá trình tự phân làm pH của dịch thải tăng nhẹ.

 Vì dịch thải được để trong trạng thái tĩnh, coi như trong môi trường yếm khí. Các chỉ tiêu COD, BOD₅, TSS ban đầu xác định được là khá cao, đặc biệt là COD 25.600 mg/L. Điều này được giải thích như sau: hemicellulose cùng với lignin và cellulose tạo thành tế bào thực vật, khi enzyme thủy phân cellulose chuyển hóa các hợp chất kiểu lignocellulose và cellulose thành các nguồn năng lượng thông qua các sản phẩm đường, ethanol, khí sinh học hay các sản phẩm giàu năng lượng khác. Trong quá trình thủy phân này có sự lên men của các VSV (tạo ra các sản phẩm lên men), bên cạnh đó còn có các hợp chất màu khó phân hủy nên dịch thải có hàm lượng COD rất lớn. Theo thời gian, các chỉ tiêu này đều giảm nhẹ do vi sinh vật

phân hủy các hợp chất hữu cơ trong dịch thải để tổng hợp xây dựng tế bào. Sau một thời gian, các chất dinh dưỡng không còn đủ để vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, chết dần làm TSS trong dịch thải tăng nhẹ.

Tóm lại, dịch thải hoa cúc vạn thọ đã thu nhận có khả năng tự làm sạch rất kém. Do vậy, việc nghiên cứu đề xuất phương pháp xử lý dịch thải hoa cúc vạn thọ trong công đoạn ủ enzyme là rất cần thiết.

3.3. Đánh giá một số chỉ tiêu hóa, lý của dịch thải sau khi xử lý bằng phương pháp keo tụ pháp keo tụ

Bảng 3.4 và hình 3.4 trình bày kết quả phân tích một số chỉ tiêu hóa, lý của dịch thải cúc vạn thọ vào thời điểm đầu ngay sau khi keo tụ.

Bảng 3.4. Kết quả phân tích các chỉ tiêu dịch thải cúc vạn thọ sau khi keo tụ

Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị

pH - 5,51 Độ màu Pt-Co 546 Độ đục FTU 100 TSS mg/L 877,4 COD mg/L 3.200 BOD₅ mg/L 347