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.
2.3.3 Phƣơng pháp xử lý và đánh giá số liệu
Xử lý số liệu theo phương pháp xác xuất thống kê, những thí nghiệm làm ba lần sẽ được tính kết quả trung bình theo công thức:
i n i
X
n
X 1 *
1
Trong đó:X : là kết quả của giá trị trung bình. N: là số lần thực hiện thí nghiệm.
i
X : là kết quả của lần thực nghiệm thứ i cho mỗi thí nghiệm. Tính toán hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm theo công thức:
% 100 * A B A E Trong đó: E: là hiệu suất (%). A: nồng độ chất ô nhiễm trước xử lý (mg/l). B: nồng độ chất ô nhiễm sau xử lý (mg/l).
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1 Xác định thông số nƣớc thải đầu vàoTheo đánh cảm quan: Nước có màu xám đục, mùi hôi thối, tanh.
Theo kết quả phân tích các thông số nước thải trước khi sử dụng bèo lục bình
và bèo tai tượng để xử lý thì nồng độ các chất đều vượt tiêu chuẩn cho phép gấp
nhiều lần. Cụ thể được trình bày dưới bảng số liệu 3.1
Bảng 3.1 Kết quả phân tích nƣớc thải đầu vào trƣớc khi bố trí thí nghiệm
Chỉ tiêu pH COD (mg/l) BOD5 (mg/l) N (mg/l) P (mg/l) TSS (mg/l) Đầu vào 5.9 470 345 89,7 30,2 181 QCVN 40:2011/BTNMT cột B 5.5 - 9 150 50 40 6 100
Ghi chú: QCVN 40:2011/BTNMT cột B (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp) được trình bày cụ thể ở phụ lục 1.
Nhận xét
Số liệu bảng 4.1 cho thấy pH đạt quy chuẩn cho phép đối với nước thải công nghiệp. COD, BOD5, N, P, TSS lần lượt vượt QCVN 40:2011/BTNMT cột B 4.7 lần, 2.6 lần, 2.2 lần, 5 lần và 1.8 lần.
3.2 Tốc độ sinh trƣởng, phát triển của bèo ở các mô hình theo thời gian Bảng 3.2 Kết quả về sinh khối sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm
Đơn vị: Kg/thùng
Thùng thí nghiệm
Sinh khối
Ban đầu (0 tuần) Sau 1 tuần Sau 2 tuần Sau 3 tuần T2
(Bèo lục bình)
0.33 0.54 0.78 0.96
T3
(Bèo tai tượng)
0.33 0.47 0.65 0.79
T4
(Bèo lục bình + Bèo tai tượng)
0.33 0.61 0.82 1.04
Bảng 3.3 Kết quả về diện tích che phủ sau ba tuần chạy mô hình thí nghiệm
Đơn vị: %
Thùng thí nghiệm
Diện tích che phủ
Ban đầu (0 tuần) Sau 1 tuần Sau 2 tuần Sau 3 tuần T2
(Bèo lục bình)
50.44 61.45 78.13 93.65
T3
(Bèo tai tượng)
49.56 65.45 85.23 94.30
T4
(Bèo lục bình + Bèo
tai tượng)
3.2.1 Tốc độ sinh trƣởng phát triển của bèo lục bình qua các tuần
Bèo lục bình sinh trưởng tốt và tăng nhanh về kích thước, điều đó thể hiện qua hình 3.1 và hình 3.2.
Về sinh khối tươi trung bình: khối lượng ban đầu là 0.33 kg, sau tuần đầu tiên sinh khối bèo lục bình tăng 1.6 lần so với ban đầu. Sau tuần thứ hai sinh khối tăng 2.36 so với ban đầu và tăng 1.44 lần so với sinh khối bèo lục bình của tuần đầu tiên. Ở tuần thứ ba sinh khối tăng 2.91 lần so với sinh khối ban đầu, tăng 1.78 lần so với tuần thứ nhất và tăng 1.23 lần so với tuần thứ hai. Sau 3 tuần sinh khối tăng lên của bèo lục bình là 0.63 kg.
Hình 3.1 Sinh khối bèo lục bình qua các tuần
Về diện tích che phủ: hình 3.2 và bảng 3.3 cho thấy ban đầu tỷ lệ che phủ của bèo lục bình trên tổng diện tích mặt thoáng thùng thí nghiệm chiếm 50.44%. Sau 1 tuần diện tích che phủ của thùng tăng lên là 61.45%, cao gấp 1,22 lần so với ban đầu. Sau 2 tuần tăng 1.55 lần so với ban đầu, tăng 1.27 lần so với tuần đầu. Tuần thứ 3 tỷ lệ che phủ của thùng là 93.89%, tăng 1.86 lần so với ban đầu, tăng 1.20 lần so với tuần thứ hai, tăng 1.53 lần so với tuần đầu.
0.33 0.54 0.78 0.96 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Ban đầu Sau 1 tuần Sau 2 tuần Sau 3 tuần
Kg/
Thùng
Hình 3.2 Tỷ lệ che phủ của bèo lục bình qua các tuần thí nghiệm 3.2.2 Tốc độ sinh trƣởng phát triển của bèo tai tƣợng qua các tuần
Bèo tai tượng sinh trưởng tốt và tăng nhanh về kích thước, điều đó thể hiện qua hình 3.3 và hinh 3.4.
Về sinh khối tươi trung bình: sinh khối tăng 0.14 kg sau tuần đầu, tăng 0.32 kg sau tuần 2, tăng 0.46 kg sau tuần 3. Sinh khối tăng nhanh nhất ở tuần thứ 2. Tuần thứ 3 do mật độ bèo quá lớn, cây nọ chồng lên cây kia cho nên có hiện tượng bèo nhũn lá làm cho khối lượng bèo ở tuần 3 tăng rất ít so với tuần 2. Sau 3 tuần sinh khối tươi trung bình của bèo tai tượng tăng 2.39 lần so với ban đầu.
Hình 3.3 Sinh khối bèo tai tƣợng qua các tuần thí nghiệm
50.44% 61.45% 78.13% 93.65% Ban đầu Sau 1 tuần Sau 2 tuần Sau 3 tuần 0.33 0.47 0.65 0.79 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Ban đầu Sau 1 tuần Sau 2 tuần Sau 3 tuần
Kg/
Thùng
Về diện tích che phủ: bèo tai tượng ra nhánh nhanh, mỗi cây 1 tuần sinh ra 3 nhánh con. Vì thế diện tích che phủ của bèo tai tượng tăng nhanh sau 2 tuần đầu. Tuần thứ 3, một số bèo chết nhưng diện tích mặt thoáng vẫn ở mức cao chiếm tỷ lệ hơn 94% tổng diện tích mặt thoáng của thùng thí nghiệm.
Hình 3.4 Tỷ lệ che phủ của tai tƣợng qua các tuần thí nghiệm
3.2.3 Tốc độ sinh trƣởng phát triển của mô hình kết hợp bèo lục bình + bèo tai tƣợng qua các tuần
Bèo sinh trưởng tốt và tăng nhanh về kích thước, điều đó thể hiện qua hình 3.5 và hình 3.6.
Về sinh khối tươi trung bình: khối lượng ban đầu là 0.33 kg, sau tuần đầu tiên sinh khối bèo tăng 1.85 lần so với ban đầu. Sau tuần thứ hai sinh khối tăng 2.48 so với ban đầu và tăng 1.34 lần so với sinh khối bèo của tuần đầu tiên. Ở tuần thứ ba sinh khối bèo tăng 3.15 lần so với sinh khối ban đầu, tăng 1.70 lần so với tuần thứ nhất và tăng 1.23 lần so với tuần thứ hai. Sau 3 tuần sinh khối tăng lên của bèo lục bình là 0.71 kg. 49.56% 65.45% 85.23% 94.30% Ban đầu Sau 1 tuần Sau 2 tuần Sau 3 tuần
Hình 3.5 Sinh khối lục bình + bèo tai tƣợng qua các tuần thí nghiệm
Về diện tích che phủ: hình 3.6 cho thấy ban đầu tỷ lệ che phủ của bèo trên tổng diện tích mặt thoáng thùng thí nghiệm chiếm 53.46%. Sau 1 tuần diện tích che phủ của cây tăng lên là 67.77%, cao gấp 1.27 lần so với ban đầu. Sau 2 tuần tăng 1.65 lần so với ban đầu, tăng 1.30 lần so với tuần đầu. Tuần thứ 3 tỷ lệ che phủ gần như hết bề mặt của thùng là 99.03%, tăng 1.85 lần so với ban đầu, tăng 1.12 lần so với tuần thứ hai, tăng 1.46 lần so với tuần đầu. Tỷ lệ che phủ của mô hình kết hợp
