Hoá chất: dung dịch KOH 0.1M, dung dịch NaOH 1.54N, dung dịch HI 93763B-0 93767-0, dung dịch K2Cr2O7 0,00417M, dung dịch H2SO4 0.1M, dung dịch chuẩn ferrous ammonium sulfate (FAS) 0,1M, Ag2SO4, HgSO4, gói thuốc Potassium persulfate, sodium metabisufite, 1-10 phenantroline monohydrate, FeSO4.7H2O. Dụng cụ: Cốc thủy tinh 1000ml Cốc thủy tinh 250ml Cốc thủy tinh 100ml Ống đong 100ml Ống đong 250ml Đũa thủy tinh
Pipep 10ml Pipep 5ml Pipep 1ml Bóp cao su Buret Bình tam giác 250ml
Thiết bị: máy 774 pH meter – hãng Metrohm, bộ phá mẫu HI 839800, máy đo
quang để bàn đa thông số HI 83214, cân phân tích XB 120A Precisa, bếp nung, thước Lỗ Ban, Máy đo BOD áp kế, cân 2kg, cân 100kg, máy bơm ly tâm CM 50.
2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1 Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm
Trên quy mô phòng thí nghiệm
Thí nghiệp được đặt tại địa bàn nghiên cứu Trung tâm xử lý nước thải – KCN Suối Dầu.
Thí nghiệm gồm 4 thùng.
+ Thùng 1 (T1): Đối chứng (nền) + Thùng 2 (T2): Bèo lục bình + nền + Thùng 3 (T3): Bèo tai tượng + nền
+ Thùng 4 (T4): Bèo lục bình + bèo tai tượng + nền
Được bố trí trong các hộp xốp có kích thước thước 50x35x25 cm. Lượng nước thải/ thùng là 30 lít.
+ Thùng 1 (T1): Để thoáng không cho bèo.
+ Thùng 2 (T2): Gồm 0.33 kg bèo lục bình/ thùng. Diện tích che phủ chiếm 49.56%.
+ Thùng 3 (T3): Gồm 0.33 kg bèo tai tượng/ thùng. Diện tích che phủ chiếm 50.44%.
+ Thùng 4 (T4): Gồm 0.17 kg bèo lục bình và 0.16 kg bèo tai tượng/ thùng. Diện tích che phủ 53.46%.
Mô tả thí nghiệm: dùng xô lấy nước thải từ hố ga trước trung tâm xử lý nước thải cho vào 4 thùng xốp đã được chuẩn bị trước, cho vào mỗi thùng 30 lít nước thải. Thùng 1 để trống không cho bèo vào, thùng 2 cho 0.33 kg bèo lục bình được chọn vào, thùng 3 cho 0.33 kg bèo tai tượng, thùng cho 0.33 kg bèo lục bình + bèo tai tượng. Đảm bảo ánh sáng, nhiệt độ thích hợp cho bèo sinh trưởng phát triển tốt. Xác định sinh khối, diện tích che phủ, pH, COD, BOD5,TSS, N, P, TSS định kỳ 1 tuần 1 lần trong 3 tuần chạy mô hình. Cách bố trí thí nghiệm được trình bày cụ thể ở hình 2.1.
T1: Đối chứng (nền) Thể tích nước thải = 30 lít Để trống không cho bèo Kích thước 50x35x25 cm
T2: Bèo lục bình + nền Thể tích nước thải = 30 lít 0.33 kg bèo lục bình Kích thước 50x35x25 cm
T2: Bèo tai tượng + nền Thể tích nước thải = 30 lít 0.33 kg bèo tai tượng Kích thước 50x35x25 cm
T2: Bèo lục bình + bèo tai tượng + nền Thể tích nước thải = 30 lít
0.33 kg bèo tai tượng Kích thước 50x35x25 cm
Đánh giá các chỉ tiêu sau 1 tuần thí nghiệm ở T1, T2, T3, T4
Đánh giá các chỉ tiêu sau 2 tuần thí nghiệm ở T1, T2, T3, T4
Kết luận nhận xét
Sinh khối Diện tích che phủ pH COD BOD5 N P TSS
Đánh giá các chỉ tiêu sau 3 tuần thí nghiệm ở T1, T2, T3, T4
Sinh khối Diện tích che phủ pH COD BOD5 N P TSS
Sinh khối Diện tích che phủ pH COD BOD5 N P TSS
Trên quy mô thực tế
Từ kết quả đạt được trên mô hình thực nghiệm T4 mô hình kết hợp giữa bèo
lục bình và bèo tai tượng cho hiệu suất xử lý cao nên chọn T4 áp dụng trên quy mô
xử lý thực tế.
Giống bèo lục bình và bèo tai tượng cũng được lấy cùng chỗ với giống bèo sử dụng trên mô hình thực nghiệm.
Bể nuôi bèo: là bể bỏ trống của trung tâm xử lý nước thải dùng để chứa nước thải khi lưu lượng quá tải từ các doanh nghiệp đổ về, bể này trong công trình thiết kế là bể lắng cát nhưng không được sử dụng.
Chiều dài bể là 5.2 m, chiều rộng 2.4 m, chiều cao là 1.2 m. Tính toán lượng nước thải cho vào:
T4 có kích thước 50x35x25 cm => thể tích bể là 43750 cm3 = 0.04375 m3. Thể tích bể nuôi bèo trên mô hình thực tế: 5.2 x 2.4 x 1.2 = 14.98 m3. Lượng nước thải cho vào T4 chạy mô hình thực nghiệm là 30 lít. Vậy lượng nước thải cần thiết cho vào chạy mô hình thực tế là:
=
10.5 m3
Lượng bèo lục bình và bèo tai tượng cần thiết cho vào chạy trên mô hình thực tế là:
=
116 kgMô tả bố trí thí nghiệm: nước thải được bơm từ hố ga trước trung tâm xử lý
nước thải KCN – Suối Dầu qua bể được bố trí sẵn với thể tích 10.5 m3, để nước ổn định, xác định thông số nước thải đầu vào pH, COD, BOD5,TSS, N, P, TSS. Sau đó cho 58 kg bèo lục bình và 58 kg bèo tai tượng vào bể. Theo dõi tốc độ phát triển sinh trưởng của bèo và tiến hành phân tích xác định thông số nước thải sau 3 tuần thực nghiệm. Cách bố trí thí nghiệm được trình bày cụ thể ở hình 2.2.
Nước thải từ hố ga
Bèo lục bình + nước thải Thể tích nước thải = 6.8 m3
57 kg bèo lục bình + 55 kg bèo tai tượng Kích thước 5.2x2.4 x1.2 m
Dùng bơm hút
pH COD BOD5 N P TSS
Đánh giá các chỉ tiêu sau 3 tuần
Kết luận, nhận xét, so sánh
2.3.2 Phƣơng pháp phân tích
2.3.2.1 Phương pháp lấy mẫu
Lấy mẫu chạy mô hình thực nghiệm
Dùng xô lấy nước thải từ hố ga trước trung tâm xử lý nước thải KCN Suối Dầu.
Lấy mẫu chạy mô hình thực tế
Dùng máy bơm ly tâm CM 50 bơm nước thải từ hố ga trước trung tâm xử lý nước thải KCN Suối Dầu vào bể được bố trí sẵn.
Lấy mẫu phân tích
Dùng 4 chai nước suối sạch có thể tích 350 ml được dán nhãn ghi đầy đủ các chi tiết: ký hiệu mẫu, ngày, giờ, ghi sơ bộ đặc điểm nước thải tại thời điểm lấy, lấy đầy chai và mang vào phòng thí nghiệm bỏ vào tủ ủ BOD để bảo quản mẫu sau đó phân tích ngay. Lấy mẫu phân tích theo định kỳ 1 tuần 1 lần (đối với mẫu mô hình thực nghiệm).
2.3.2.2 Phương pháp theo dõi tốc độ sinh trưởng phát triển của bèo
Sau mỗi tuần chạy mô hình thực nghiệm tiến hành xác định sinh khối tươi sinh ra của mỗi thùng bằng cách vớt hết bèo để cho ráo nước sau đó cân sinh khối tươi bằng cân 2kg có phân độ nhỏ nhất 5g, ghi lại kết quả và tiến hành xác định sinh khối bèo/ thùng sau mỗi tuần.
2.3.2.3 Phương pháp xác định diện tích che phủ của bèo
Sau mỗi tuần chạy mô hình thực nghiệm tiến hành xác định diện tích che phủ mặt thoáng của bèo bằng cách gôm bèo lại 1 chỗ dùng thước Lỗ Ban đo chiều rộng và chiều dài mà bèo chiếm chỗ mặt thoáng. Xác định diện tích che phủ của bèo/ thùng sau mỗi tuần, sau đó tính diện tích che phủ theo công thức sau:
Diện tích che phủ =
*
100 (%) Trong đó:R1: chiều rộng của bèo đo được
D0: chiều dài của thùng thí nghiệm (được đo ở mép trong của thùng) R0: chiều rộng của thùng thí nghiệm (được đo ở mép trong của thùng)
2.3.2.5 Phương pháp phân tích mẫu
Xác định chỉ số BOD5 bằng phương pháp áp kế
Nguyên tắc
Trong quá trình xảy ra phản ứng oxy hóa sinh hóa, có bao nhiêu phân tử oxy được vi khuẩn sử dụng thì có bấy nhiêu phân tử CO2 được sinh ra. Lượng CO2 này được hấp thụ hoàn toàn bằng KOH đặt trên nắp cao su ở nắp chai BOD. Kết quả, áp suất của pha khí trong chai giảm tỷ lệ với lượng O2 mất đi. Thiết bị sẽ đo sự giảm áp suất không khí trên mặt thoáng chai BOD và biểu diễn ra trực tiếp giá trị BOD (mg/l) trên cột thủy ngân.
Cách tiến hành
Mẫu nước được cho vào những chai BOD chuyên dụng, có thể tích chính xác, và chỉ chiếm một phần nhất định trong chai BOD. Chai được đặt trên thiết bị xác định BOD, đậy kín và được đấu nối với thiết bị manometer. Trong chai BOD, trên mặt thoáng của mẫu nước là không khí chứa 21% oxy. Giữa pha lỏng và khí luôn được tạo một cân bằng nhờ hệ thống khuấy từ. Sau đó, toàn bộ hệ thống được cho vào tủ ủ ở 200C trong 5 ngày. Với hệ thống như vậy, trong quá trình xảy ra phản ứng oxy hóa sinh hóa, có bao nhiêu phần tử oxy được vi khuẩn sử dụng thì có bấy nhiêu phân tử CO2 được sinh ra. Lượng CO2 này được hấp thụ hoàn toàn bằng KOH đặt trên nắp cao su ở nắp chai BOD. Kết quả, áp suất của pha khí trong chai giảm tỷ lệ với lượng O2 mất đi. Thiết bị sẽ đo sự giảm áp suất không khí trên mặt thoáng chai BOD và biểu diễn ra trực tiếp giá trị BOD (mg/l) trên cột thủy ngân.
Khi dựa theo cột thủy ngân, phép đo BOD cho kết quả hàng ngày, và việc bảo hành thiết bị cần thận trọng vì phải định kỳ rửa cột thủy ngân.
Xác định chỉ số COD theo phương pháp sử dụng tác nhân oxy hoá K2Cr2O7 Nguyên tắc
Hầu hết các chất hữu cơ đều bị oxy hóa khi đun sôi trong hỗn hợp cromic và acid sulfuric.
CnHaOb + c Cr2O72- + 8c H+ → n CO2 + (a/2 + 4c) H2O + 2c Cr3+ Với c = 2/3n + a/6 – b/3
Mẫu được đun sôi trong dung dịch acid mạnh với một lượng K2Cr2O7 dư trong hai giờ. Sau quá trình phân hủy, lượng K2Cr2O7 dư còn lại được chuẩn độ với ferrous ammonium sulfate (FAS). Từ đó tính được lượng K2Cr2O7 phản ứng và chất hữu cơ có khả năng oxy hóa được tính theo đương lượng của oxy.
Pha hóa chất
- Dung dịch K2Cr2O7 0,1 N: cân chính xác 4,9051 g K2Cr2O7 sấy ở 105oC trong 2h và hòa tan 500 ml nước cất, thêm 167 ml H2SO4 đậm đặc và 33,3g HgSO4, khuấy tan, để nguội đến nhiệt độ phòng và định mức thành 1 lít.
- Acid sulfuric: cân 5,5g Ag2SO4 trong 1kg H2SO4 đậm đặc (1lít = 1,84kg), để 1, 2 ngày cho hòa tan hoàn toàn Ag2SO4.
- Chỉ thị màu feroin: hòa tan 1,485g 1-10 phenantroline monohydrate và 0,695g FeSO4.7H2O trong nước cất và định mức thành 100ml.
- Dung dịch ferrous ammonium sulfate (FAS) 0,1M: hòa tan 39,2g Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O trong một ít nước cất, thêm vào 20ml H2SO4 đậm đặc, làm lạnh và định mức thành 1000ml.
Tiến hành
Rửa ống COD và nắp đậy với acid sulfuric 20% trước khi sử dụng lần đầu để tránh việc nhiễm bẩn. Thể tích mẫu và lượng hóa chất cần dùng được trình bày ở bảng 2.1.
Bảng 2.1 Thể tích mẫu và lƣợng hóa chất tƣơng ứng với từng loại ống COD Ống nghiệm Thể tích mẫu (ml) Dung dịch K2Cr2O7 (ml) Dung dịch H2SO4 (ml) Tổng thể tích (ml) Mẫu thật 20 10 30 60 Mẫu trắng 20 10 30 60
Lấy mẫu cho vào ống COD và thêm dung dịch oxy hóa vào. Cẩn thận cho acid sulfuric chảy vào theo thành ống COD để lớp acid nằm bên dưới lớp mẫu. Đậy chặt nắp và lắc nhiều lần để hỗn hợp xáo trộn hoàn toàn. Đặt ống nghiệm vào tủ nung (nhiệt độ đã lên 1500C ) và hoàn lưu trong 2 giờ.
Chú ý: mang khẩu trang và bao tay tránh sự tỏa nhiệt của hỗn hợp bên trong ống khi được xáo trộn. Xáo trộn đều mẫu trước khi đưa vào tủ nung để tránh bể ống nghiệm.
Sau khi đun hoàn lưu để các ống COD nguội đến nhiệt độ phòng và đặt lên giá phân tích. Mở nắp ống nghiệm và chuyển mẫu vào một bình tam giác, tráng ống COD nhiều lần bằng nước cất và đem đi chuẩn độ. Thêm 1–2 giọt chỉ thị feroin và chuẩn độ với FAS 0,1 M. Điểm kết thúc chuẩn độ khi màu chuyển từ xanh sang nâu đỏ. Tương tự tiến hành thí nghiệm với mẫu nước cất (mẫu trắng).
Tính toánCOD mgO2/L = ((A-B)*NFAS*8*103)/ ml mẫu Trong đó:
A: thể tích FAS dùng cho mẫu trắng (mg/l).
B: thể tích FAS dùng cho mẫu thật (mg/l).
NFAS: Nồng độ đương lượng của FAS.
Phân tích chỉ số N bằng phương pháp trắc quang
Sử dụng bộ phá mẫu HI 839800 và máy đo quang để bàn đa thông số HI 83214
Nguyên tắc
N được xác định bằng cách phá mẫu với Potassium persulfate bằng bộ phá mẫu HI 839800 trong ống nghiệm 20mm được đậy kín. Việc phân hủy này sẽ oxy toàn bộ các dạng của N thành nitrat. Nitrat phản ứng với chất chỉ thị trong ống và sau đó đo quang bằng máy đo để bàn đa thống số model HI 83214.
Quy trình đo mẫu
Tiến hành phá mẫu với Potassium persulfate: lấy 2 ống nắp đỏ cho vào 1 gói Potassium persulfate cho 0.5ml mẫu nghiêng 1 góc 450 lắc mạnh cho tan hết, rồi nung với bộ phá mẫu HI 839800 ở 1050C trong thời gian 30 phút, sau đó để nguội đến nhiệt độ phòng. Cho thêm vào một gói Sodium Metabisufite và 1 gói HI 93767- 0. Cho vào ống nắp trắng 2ml mẫu vừa được phá đảo 10 lần. Mẫu trắng làm tương tự giống mẫu thật sau đó đưa mẫu trắng vào máy đo quang để bàn đa thông số HI 83214 nhấn TIME máy đọc 5 phút nhấn ZERO máy hiện -O.O- rồi đặt mẫu vào nhấn READ màn hình sẽ hiển thị kết quả.
Phân tích chỉ số P theo phương pháp trắc quang
Sử dụng bộ phá mẫu HI 839800 và máy đo quang để bàn đa thông số HI 83214.
Nguyên tắc
P được xác định bằng cách phá mẫu với Potassium persulfate bằng bộ phá mẫu HI 839800 trong ống nghiệm 20mm được đậy kín. Việc phân hủy này sẽ oxy toàn bộ các dạng của P về dạng PO43-. PO43- phản ứng với chất chỉ thị trong ống sau đó đo quang bằng máy đo để bàn đa thống số model HI 83214.
Quy trình đo mẫu
Tiến hành phá mẫu với Potassium persulfate: ống thuốc thử cho 5ml mẫu nghiêng 1 góc 450 cho vào 1 gói Potassium persulfate lắt nhẹ cho tan hết rồi nung ở 1500C với bộ phá mẫu HI 839800 trong thời gian 30 phút, sau đó chờ nhiệt độ giảm
xuống còn 1200C đảo nhẹ thêm vào 2ml dung dịch NaOH 1.54N và 0.5ml HI 93763B-0 93767-0. Tiến hành đo với mẫu trắng đã được chuẩn bị từ trước (mẫu trắng được chuẩn bị như mẫu thật), đưa mẫu trắng vào máy đo quang để bàn đa thông số HI 83214 nhấn TIME máy đọc 7 phút nhấn ZERO máy hiện -O.O-, rồi đặt mẫu vào nhấn READ màn hình sẽ hiển thị kết quả. Lấy kết quả này nhân với 0.326 để chuyển sang kết quả dạng P (mg/l).
Đo pH của mẫu Cách tiến hành
Lắc đều mẫu trước khi đổ ra cốc 100ml để đo.
Rửa sạch dụng cụ bằng nước cất đựng trong bình tia. Bật máy, nhúng điện cực vào mẫu cần đo.
Đợi cho giá trị pH, nhiệt độ trên máy ổn định rồi đọc trực tiếp kết quả trên màn hình.
Rửa sạch điện cực bằng nước cất, ngâm điện cực vào dung dịch bảo quản điện cực.
Xác định chất rắn lơ lửng (SS hay TSS mg/l ) Nguyên tắc
Lọc mẫu (đồng nhất) qua giấy lọc tiêu chuẩn đã cân trước và sấy khô phần nằm lại trên giấy lọc ở 1030C – 1050C. Phần gia tăng khối lượng so với giấy lọc là chất rắn lơ lửng.
Quy trình phân tích
Chuẩn bị mẫu: mẫu phải được khuấy trộn đồng nhất ngay trước khi lọc
Chuẩn bị giấy lọc: sấy giấy lọc và đĩa nhôm trong 1h, làm nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng, cân khối lượng đĩa + giấy lọc (m0, mg).
Lọc mẫu: gấp giấy lọc, làm ướt bằng một ít nước cất, rót thể tích mẫu đã tính trước vào phễu, khi lọc hết mẫu rửa thành phễu 3 lần với 10ml nước cất/lần.
Sấy – làm nguội – cân: sấy đĩa nhôm + giấy lọc trong tủ sấy 1030C – 1050C trong 1h, làm nguội bằng bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng, cân khối lượng đĩa + giấy lọc + chất rắn, lặp lại “sấy – làm nguội – cân” (sấy 30’) cho đến khi khối lượng cân không quá 4% so với lần trước (m1, mg)
Tính toán: SS – SS0, mg/l = (m1 – m0)*1000/ thể tích mẫu
Chú ý: Để kết quả đại diện, cân phân tích lặp lại 2 lần và lấy giá trị trung bình.
