TỔNG QUAN
Nguồn và đặc tính của nước thải giàu chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học
Nước thải giàu chất hữu cơ phát sinh từ nhiều nguồn, bao gồm nước thải trong quá trình sản xuất thực phẩm, cơ sở giết mổ gia súc, nhà máy chế biến thủy sản và sản xuất bia.
Một số thông số quan trọng đánh giá chất lượng nước thải giàu chất hữu cơ
Nước thải giàu chất hữu cơ chủ yếu chứa các chất hữu cơ ít độc có nguồn gốc từ thực vật hoặc động vật, với thành phần chính là protein và chất béo Loại nước thải này có hàm lượng chất rắn lơ lửng, BOD và COD cao Dưới đây là bảng về thành phần và tính chất của nước thải bia.
Bảng 1.1 Thành phần và tính chất nước thải Bia [7]
Thông số Đơn vị Đầu vào Đầu ra pH - 4.5 - 11 6 - 9
1.2 Một số thông số quan trọng đánh giá chất lượng nước thải giàu chất hữu cơ
Chỉ tiêu pH là yếu tố quan trọng trong việc kiểm tra chất lượng nước cấp và nước thải Giá trị pH giúp điều chỉnh lượng hóa chất trong quá trình xử lý nước, bao gồm các phương pháp như keo tụ và khử trùng, cũng như trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.
Sự biến đổi giá trị pH có thể ảnh hưởng đến thành phần hóa học của nước thông qua quá trình hòa tan hoặc kết tủa Đồng thời, pH cũng đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy hoặc ngăn chặn các phản ứng hóa học và sinh học diễn ra trong môi trường nước.
1.2.2 Độ đục[4] Độ đục của nước do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân hủy hoặc do giới thủy sinh gây ra Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, ảnh hưởng đến khả năng quang hợp của vi sinh vật tự dưỡng trong nước, gây giảm thẩm mỹ và làm giảm chất lượng nước khi sử dụng Vi sinh vật có thể bị hấp phụ bởi các hạt rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn Đơn vị chuẩn của độ đục là sự cản quang do 1mg SiO2 hòa tan trong 1lít nước cất gây ra Đơn vị đo độ đục: 1 đơn vị đo độ đục = 1mg SiO2/lít nước Độ đục càng cao nước nhiễm bẩn càng lớn
Nước có thể xuất hiện màu sắc, đặc biệt là nước thải có màu nâu đen hoặc đỏ nâu, do sự phân rã của các chất hữu cơ từ xác động thực vật hoặc sự hiện diện của sắt và mangan ở dạng keo hoặc hòa tan Đối với nước thải công nghiệp, màu sắc của nước thải sẽ khác nhau tùy thuộc vào bản chất của từng loại nước thải.
Chất rắn tồn tại trong nước dưới các dạng:
- Các chất vô cơ ở dạng tan (các muối tan), hoặc không tan (đất, huyền phù)
Các chất hữu cơ bao gồm vi sinh vật, vi khuẩn, tảo, động vật nguyên sinh và các chất hữu cơ tổng hợp như phân bón, chất thải công nghiệp và chất thải sinh hoạt.
Chất rắn có tác động đáng kể đến chất lượng nước sử dụng cho sinh hoạt và sản xuất, gây cản trở và làm tăng chi phí cho việc xử lý nước do tiêu tốn thêm hóa chất.
1.2.5 Hàm lƣợng oxi hòa tan (DO)[4]
Hàm lượng oxi hòa tan trong nước là lượng oxi trong không khí có thể hòa tan vào nước trong điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định
Oxi hòa tan trong nước là yếu tố quan trọng trong quá trình trao đổi chất của vi sinh vật sống dưới nước, giúp duy trì năng lượng cho sự phát triển, sinh sản và tái sản xuất của chúng Hàm lượng oxi hòa tan này chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ và áp suất.
Chỉ số DO là chỉ tiêu quan trọng để duy trì điều kiện hiếu khí và là cơ sở để xác định nhu cầu oxi sinh học
1.2.6 Chỉ số COD (Nhu cầu oxi hóa học – Chemical Oxigen Demand)[4]
Chỉ số COD là lượng oxi cần thiết cho quá trình oxi hóa hóa học các chất hữu cơ trong nước thành CO 2 và H2O
COD là chỉ số đo lường lượng chất hữu cơ có thể bị oxi hóa qua phản ứng hóa học Chỉ số này thường cao hơn BOD vì nó bao gồm cả lượng chất hữu cơ không thể bị oxi hóa bởi vi sinh vật.
Hàm lượng COD có thể được xác định bằng phương pháp trắc quang thông qua việc sử dụng dung dịch K2Cr2O7, một chất oxi hóa mạnh, để oxi hóa các chất hữu cơ trong môi trường axit, với sự hỗ trợ của xúc tác Ag2SO4.
Hoặc có thể xác định hàm lượng COD bằng phương pháp chuẩn độ Theo phương pháp này, lượng Cr2O7
2- dư được chuẩn độ bằng dung dịch muối Mohr (FeSO4(NH4)2SO4) với chỉ thị là dung dịch Feroin Điểm tương đương được xác định khi dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu nâu đỏ
1.2.7 Chỉ số BOD (Nhu cầu oxi sinh hóa – Biochemical Oxigen Demand)[4]
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn, oxy hóa các chất hữu cơ trong nước Quá trình này được gọi là quá trình oxy hóa sinh học và đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước.
Quá trình này được tóm tắt như sau:
Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước cần thời gian dài, phụ thuộc vào bản chất của chất hữu cơ, loại vi sinh vật, nhiệt độ nguồn nước và các chất độc hại có trong nước Trong 5 ngày đầu, 70% nhu cầu oxy được tiêu thụ, đạt 99% vào ngày thứ 20 và hoàn toàn 100% vào ngày thứ 21.
Hàm lượng chất chứa nitơ (N) trong nước thải chủ yếu là các hợp chất protein và sản phẩm phân hủy như amon, nitrat, và nitrit, đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái nước Nước thải cần có một lượng nitơ thích hợp, vì mối quan hệ giữa BOD 5 với N và P ảnh hưởng lớn đến sự hình thành và khả năng oxi hóa của bùn hoạt tính Chỉ tiêu hàm lượng nitơ trong nước cũng được coi là chỉ thị tình trạng ô nhiễm, do NH3 tự do là sản phẩm phân hủy các chất chứa protein, dẫn đến quá trình oxi hóa xảy ra trong điều kiện hiếu khí.
Phospho tồn tại ở trong nước dưới các dạng H2PO4 -
Các nguồn polyphosphate như Na3(PO3)6 và phospho hữu cơ là nguồn dinh dưỡng quan trọng cho thực vật dưới nước Tuy nhiên, chúng cũng gây ô nhiễm và góp phần vào hiện tượng phú dưỡng tại các thủy vực.
Phương pháp xử lý nước thải
Phương pháp cơ học trong xử lý nước thải nhằm mục đích tách các tạp chất rắn thô ra khỏi nước thải thông qua các quy trình lắng và lọc.
- Để giữ các tạp chất không hòa tan lớn và một phần chất bẩn lơ lửng dùng song chắn hoặc lưới lọc
- Để tách các chất lơ lửng có tỉ trọng lớn hơn hoặc bé hơn nước dùng bể lắng
Xử lý cơ học là bước quan trọng trong quy trình xử lý nước thải, đóng vai trò chuẩn bị cho các giai đoạn xử lý sinh học tiếp theo Đối với nước thải công nghiệp, xử lý cơ học có thể hoạt động độc lập trong hệ thống cấp nước tuần hoàn hoặc được xả thẳng ra nguồn tiếp nhận Các phương pháp xử lý cơ học thường được thực hiện qua các thiết bị như song chắn rác, bể lắng cát và bể tách dầu mỡ Những thiết bị này giúp tách các chất phân tán thô, đảm bảo hệ thống thoát nước và các công trình xử lý nước thải hoạt động hiệu quả và ổn định.
Phương pháp xử lý cơ học có khả năng loại bỏ khoảng 60% tạp chất không tan trong nước thải sinh hoạt, nhưng không làm giảm BOD của phần nước Để cải thiện hiệu quả xử lý, việc làm thoáng nước thải sơ bộ trước khi lắng có thể nâng cao hiệu suất của các công trình cơ học lên đến 75% và giảm BOD từ 10 đến 15%.
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học
Phương pháp xử lý chủ yếu dựa trên các quá trình vật lý nhằm loại bỏ các hợp chất không tan trong nước, bao gồm các quy trình cơ bản như lọc qua sàng, lưới chắn, khuấy trộn, lắng, tuyển nổi, keo tụ, ly tâm, và lọc Tùy thuộc vào tính chất của tạp chất và mức độ cần thiết phải làm sạch, người ta sẽ áp dụng một hoặc nhiều phương pháp nêu trên.
Lọc qua sàng, song chắn hoặc lưới chắn để loại bỏ các tạp chất thô, dạng sợi
Lắng cặn là quá trình tách các tạp chất không tan trong nước thải Thiết kế hình dạng và kích thước của bể lắng phụ thuộc vào tính chất của các tạp chất cần xử lý.
Chắn rác Lắng trọng lực Lọc Tách ly
Lắng cát Lắng cặn Lọc màng Lọc cơ học Lọc tách nước
Lắng qua tầng cặn lơ lửng
Lắng trọng lực truyền thống kết hợp tách dầu mỡ
Lọc băng chuyền Ép lọc Tách pha rắn – lỏng
(kích thước, tốc độ lắng, khối lượng riêng của tạp chất), lưu lượng nước thải
Tuyển nổi là phương pháp hiệu quả để tách các tạp chất nhẹ như dầu mỡ và nhựa Kích thước của các bể thu dầu mỡ được xác định dựa trên các tính chất của tạp chất nhẹ, bao gồm tỷ trọng, độ nhớt và tốc độ nổi của hạt.
Quá trình keo tụ là quá trình làm mất đi trạng thái bền vững của các hạt keo lơ lửng trong nước, giúp các hạt này tiến lại gần nhau và hình thành tập hợp lớn hơn, dễ dàng lắng xuống Để tăng tốc độ keo tụ, người ta thường sử dụng các chất trợ keo tụ, bao gồm cả các hợp chất vô cơ như Al2(SO4)3 và FeCl3.
Fe 2 (SO 4 ) 3 , silicat… hoạt tính, các polyme hữu cơ như polyacrynomit (CH2CHCONH2)n Thường các chất trợ keo tụ cho vào nhỏ khoảng 1 - 5 mg/l Sau các phần tử nhỏ được gộp lại thành các hạt lớn tựa bông đủ lớn để lắng xuống
Phương pháp hóa học là cách chuyển hóa các chất bẩn trong nước thông qua việc bổ sung hóa chất Phương pháp này dựa trên các phản ứng như trung hòa, tạo phức, kết tủa, cùng với các quá trình oxi hóa khử hóa học và điện hóa.
Nước thải chứa axit vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa để đưa pH về khoảng 6.5 – 8.5 trước khi thải ra môi trường tự nhiên hoặc phục vụ cho công nghệ xử lý tiếp theo Việc trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau.
- Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm
- Bổ sung các tác nhân hóa học
- Lọc nước thải axit qua vật liệu có tác dụng trung hòa
Việc trung hòa khí axit có thể thực hiện bằng cách sử dụng nước thải kiềm hoặc amoniac để xử lý nước thải axit Phương pháp lựa chọn phụ thuộc vào thể tích, nồng độ của nước thải và chi phí của hóa chất sử dụng trong quá trình xử lý.
Phương pháp hấp phụ là một giải pháp hiệu quả để loại bỏ các chất bẩn hòa tan trong nước mà các phương pháp khác không thể xử lý, ngay cả với hàm lượng rất nhỏ Thường gặp là những chất hòa tan có độc tính cao hoặc những hợp chất gây mùi, vị và màu sắc khó chịu.
Các chất hấp phụ phổ biến bao gồm than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm và một số chất tổng hợp hoặc chất thải như xỉ, trong đó than hoạt tính là lựa chọn được ưa chuộng nhất Than hoạt tính có hai dạng chính là dạng bột và dạng hạt, cả hai đều hiệu quả trong việc hấp phụ Chất này có khả năng hấp phụ từ 58% đến 95% các chất hữu cơ và màu, bao gồm phenol, ankylbenzen, axit sulfonic, thuốc nhuộm và các hợp chất thơm.
1.3.3.3 Phương pháp trao đổi ion
Phương pháp trao đổi ion là quá trình trao đổi các ion trên bề mặt chất rắn với các ion cùng điện tích trong dung dịch, được sử dụng để làm sạch nước, bao gồm cả nước thải Phương pháp này giúp loại bỏ các ion kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Cd, cũng như các hợp chất độc hại như asen, phospho, xianua và chất phóng xạ Ngoài ra, nó còn được áp dụng phổ biến trong việc làm mềm nước bằng cách loại bỏ các ion Ca²⁺ và Mg²⁺ khỏi nước cứng.
Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ, hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp
+ Tự nhiên: Zeolit, đất sét, nhôm silicat…
+ Tự nhiên: Các chất mùn có trong đất, các chất dẫn xuất sulfo từ than, các chất điện li cao phân tử…
+ Tổng hợp: Nhựa anionit và cationit…
Khử khuẩn là quá trình sử dụng hóa chất hoặc tác nhân vật lý như ôzôn và tia cực tím để tiêu diệt vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun và sán Mục tiêu của việc khử khuẩn là làm sạch nước, đảm bảo đạt tiêu chuẩn vệ sinh trước khi xả vào nguồn nước tự nhiên hoặc tái sử dụng.
Công đoạn khử khuẩn thường được đặt ở cuối quá trình Xử lý, trước khi đưa nước vào nguồn tiếp nhận
Xử lý nước thải bằng phương pháp UASB
+ Ít tiêu tốn năng lượng vận hành
+ Ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn
+ Bùn sinh ra dễ tách nước
+ Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng
+ Có khả năng thu hồi khí metan
+ Bùn kỵ khí có thể hồi phục và hoạt động lại được sau một thời gian ngưng nạp liệu
- Nước thải được bơm vào bể phản ứng vi sinh kỵ khí qua hệ thống ống phân phối đặt song song và phân bố đều ở đáy bể
Bể phản ứng bao gồm ba lớp: lớp đáy chứa bùn vi sinh kỵ khí dày đặc, lớp giữa là hỗn hợp nước, bùn và khí sinh học, trong khi lớp trên cùng là hệ thống tấm tách ba pha, phân chia thành pha nước, pha khí và pha bùn.
Trong quá trình di chuyển qua các tầng bùn vi sinh từ đáy đến đỉnh bể phản ứng, các chất hữu cơ trong nước được vi sinh vật kỵ khí hấp thụ và chuyển hóa thành khí sinh học như CH4 và CO2.
Hỗn hợp “nước - bùn - khí sinh học” được phân tách thành các pha riêng biệt khi di chuyển lên tầng trên nhờ hệ thống tấm tách 3 pha đặt trên đỉnh bể.
- Bùn lắng xuống đáy bể tiếp tục qui trình xử lý và được xả bớt ra ngoài khi số lượng vượt quá nhu cầu
Gas sinh học được tách ra và chuyển vào các vòm gas, sau đó được dẫn đến hệ thống đốt bỏ Nguồn năng lượng này sẽ được sử dụng làm nhiên liệu cho các lò hơi trong tương lai.
Nước thải được xử lý qua hệ thống UASB chảy bằng trọng lực ra bể tiếp theo, nhưng chất lượng nước sau xử lý có thể không đạt yêu cầu do phụ thuộc vào chất lượng nước thải đầu vào Để nâng cao hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường, việc kết hợp giữa công nghệ UASB và thực vật nổi trong xử lý nước thải là một giải pháp khả thi.
1.4.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp dùng thực vật nổi [3,6]
Thực vật thủy sinh là những loại thực vật phát triển trong môi trường nước, nhưng sự phát triển nhanh chóng và phân bố rộng rãi của chúng có thể gây ra một số bất lợi cho con người Tuy nhiên, chúng cũng có thể được tận dụng để xử lý nước thải, sản xuất phân compost và làm thức ăn cho gia súc Việc khai thác những lợi ích này không chỉ giúp giảm thiểu tác hại mà còn mang lại lợi nhuận kinh tế.
Thực vật nổi như ngổ, thủy trúc và bèo là những loại cây thủy sinh lưu niên có thân xốp và rễ chùm, thường được sử dụng trong xử lý nước Đặc biệt, bèo tây được công nhận là loài có hiệu quả cao trong việc cải thiện chất lượng nước.
Bèo tây, có nguồn gốc từ Venezuela, Nam Mỹ, hiện đã phân bố rộng rãi ở hơn 50 quốc gia trên thế giới Tại Việt Nam, bèo tây phát triển mạnh mẽ và xuất hiện hầu hết ở các con sông, ao hồ trên cả nước.
Bèo tây có bộ lá xếp thành hình hoa thị, cuống lá dài đến 30 cm hoặc hơn
Lá xốp và phồng ở cuống giúp cây nổi trên mặt nước, với phiến lá hơi tròn hoặc elip, rộng và xanh bóng, chiều ngang có thể đạt 10 cm, đỉnh lá nhọn Hoa có màu tím nhạt với 6 cánh, mỗi cánh mang một đốm màu vàng Rễ chùm có màu xanh thẫm, dạng sợi, đầu chóp rễ phân nhánh, tạo thành búi.
Bèo tây có khả năng sinh sản mạnh mẽ, với một cây có thể sản sinh hơn 1000 cá thể trong vòng 12 tháng Loại cây này giàu dinh dưỡng, bao gồm protit, gluxit, vitamin và khoáng chất, vì vậy được sử dụng làm thức ăn cho gia súc, phân xanh, biogas và nguyên liệu giấy.
Bèo tây phát triển tốt nhất trong khoảng nhiệt độ từ 20°C đến 30°C và phân bố chủ yếu ở các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, đặc biệt là khu vực phía Nam Việt Nam Loài thực vật này có khả năng sống trong môi trường nước có nồng độ muối tối đa 2.5% và pH thích hợp từ 5 đến 9 Để quá trình quang hợp diễn ra hiệu quả, cường độ ánh sáng cần được cung cấp một cách hợp lý, đồng thời hàm lượng chất dinh dưỡng trong nước thải cũng không nên quá cao.
Vai trò của bèo tây trong xử lý nước thải
Rễ của bèo tây, với cấu trúc rễ chùm và diện tích bề mặt lớn, có khả năng hấp phụ chất lơ lửng trong nước rất hiệu quả Ngoài ra, bèo tây còn là nơi cư trú cho nhiều vi sinh vật, giúp phân giải các chất hydrocacbon qua các quá trình hiếu khí và kị khí, từ đó làm sạch môi trường nước Bên cạnh đó, bèo cần một lượng lớn nitơ và photpho, góp phần giảm thiểu chất dinh dưỡng trong thủy vực.
Lá bèo có khả năng quang hợp tạo ra oxy, cung cấp oxy cho các vi sinh vật hiếu khí để oxy hóa chất hữu cơ và thực hiện quá trình nitrat hóa nitrit Trong môi trường thiếu oxy, vi sinh vật sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ theo phương pháp kị khí và thực hiện phản nitrat hóa các hợp chất nitơ.
Bèo tây tạo thành khối kết lại, giúp bề mặt nước ổn định và giảm xáo trộn, từ đó tăng cường khả năng lắng đọng các chất khó tan và giảm nồng độ SS trong nước thải.
Nghiên cứu cho thấy bèo có khả năng hấp thụ kim loại nặng (KLN) trong nước thải, giúp giảm ô nhiễm Việc sử dụng bèo để xử lý nước thải không chỉ làm tăng đa dạng sinh học mà còn cải tạo cảnh quan địa phương, tạo ra hình ảnh đẹp mắt trên mặt nước Ngoài ra, bèo còn có thể được sử dụng làm thức ăn cho gia súc gia cầm và sản xuất phân xanh, mang lại nhiều lợi ích cho môi trường và nông nghiệp.
Ưu – nhược điểm của phương pháp sử dụng thực vật nổi
Hiện trạng ô nhiễm nước thải giàu chất hữu cơ
Ô nhiễm môi trường nước đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng không chỉ ở các nước phát triển mà còn là thách thức lớn đối với các nước đang phát triển như Việt Nam Tình trạng nước thải chưa qua xử lý đổ vào sông hồ diễn ra phổ biến tại các đô thị, đặc biệt là từ các cơ sở sản xuất thực phẩm, cơ sở giết mổ gia súc và các làng nghề như bún, bánh đa Việc thải nước thải chưa xử lý ra môi trường không chỉ gây ô nhiễm nguồn nước mà còn ảnh hưởng đến môi trường sống và sức khỏe con người.
Hải Phòng hiện có 36 làng nghề đang hoạt động, trong đó có 23 làng nghề truyền thống, 13 làng nghề mới ở 30 xã, phường, thị trấn sản xuất, kinh doanh
Có 14 loại ngành nghề khác nhau và nhiều làng nghề sản xuất thực phẩm nhỏ lẻ, thu hút hàng nghìn lao động và tạo ra giá trị sản xuất lên tới hàng nghìn tỷ đồng Tuy nhiên, bên cạnh những thành tựu tích cực, vấn đề ô nhiễm môi trường tại các làng nghề đang trở nên nghiêm trọng và cần được chú ý.
Sự phát triển của sản xuất đang tạo ra áp lực lớn về ô nhiễm môi trường, đặc biệt là tại các làng nghề chế biến nông sản như làm bún ở Thiên Hương, bánh đa ở Lạng Côn và cau khô ở Cao Nhân Nước thải từ các cơ sở này chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy nhưng lại không được xử lý, dẫn đến việc xả thải trực tiếp vào hệ thống sông, ngòi, gây ô nhiễm nguồn nước mặt, ô nhiễm mùi và phát sinh khí độc.
ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đối tƣợng nghiên cứu
Nước thải được xử lý trong bài viết này là nước thải từ quá trình sản xuất bánh đa, có chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, tại khu làng nghề Đường Dân Lập, Lê Chân, Hải Phòng.
Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu xử lý nước thải giàu chất hữu cơ bằng phương pháp UASB theo hai phương án:
+ Khảo sát khả năng xử lý COD của thiết bị UASB theo thời gian và theo tải trọng đầu vào
+ Khảo sát khả năng xử lý COD bằng phương pháp kết hợp thiết bị UASB và thực vật nổi.
Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp khảo sát và lấy mẫu ngoài thực địa
- Chọn địa điểm lấy mẫu: lấy mẫu tại cơ sở sản xuất bánh đa
Mẫu nước thải được thu thập và bảo quản trong can kín trước khi vận chuyển về phòng thí nghiệm Tại đây, mẫu sẽ được phân tích chỉ tiêu COD ngay lập tức, tuân thủ theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4556 – 88.
2.3.2 Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
2.3.2.1 Xác định chất rắn lơ lửng (SS)
- Sấy giấy lọc ở 105 0 C tới khối lượng không đổi: a (g)
- Lấy 1 lít mẫu nước thải lọc qua giấy lọc đã sấy khô Sau đó đem sấy khô tới khối lượng không đổi : b (g)
2.3.2.2 Phương pháp phân tích COD Để xác định COD người ta dùng một chất oxy hoá mạnh Oxy hoá chất hữu cơ trong môi trường axit, chất thường được sử dụng là Kalibicromat (K 2 Cr 2 O 7 ) Khi đó xảy ra phản ứng:
Chất hữu cơ + K 2 Cr2O7 + H + CO2 +H2O + 2Cr 3+
Lượng Cr 3+ trong mẫu nước được xác định bằng máy đo quang, với cường độ màu phụ thuộc vào nồng độ COD Phương pháp trắc quang được sử dụng để xác định nồng độ COD, và mật độ quang được đo ở bước sóng 600nm.
+ Hoá chất sử dụng trong làm việc thí nghiệm
Để chuẩn bị hỗn hợp phản ứng, cân 10,216g K2Cr2O7 (loại tinh khiết phân tích, đã được sấy sơ bộ ở 103°C trong 2 giờ) và hòa tan vào bình định mức 1 lít Tiếp theo, thêm 33,3g HgSO4 và 167ml dung dịch H2SO4 98% vào bình Cuối cùng, làm lạnh và định mức đến vạch định mức.
Để pha thuốc thử axit, cần sử dụng tỷ lệ 5,5g Ag2SO4 cho mỗi 1kg H2SO4đ Nên chuẩn bị thuốc thử trước từ 1 đến 2 ngày để đảm bảo Ag2SO4 tan hoàn toàn Thông thường, 5,5g Ag2SO4 sẽ được hòa tan trong 543 ml H2SO4đ.
Để chuẩn bị dung dịch chuẩn, hãy sấy kalihydrophtalat ở nhiệt độ 120°C Hòa tan 850mg kalihydrophtalat trong bình định mức 1 lít và sau đó định mức bằng nước cất đến vạch định mức Dung dịch này có nồng độ COD là 1000 mg/l.
Để xác định COD, lấy 2,5 ml mẫu vào ống phá mẫu, sau đó thêm 1,5 ml dung dịch phản ứng và 3,5 ml dung dịch thuốc thử axit Tiến hành đun nóng trên máy phá mẫu COD ở nhiệt độ 150°C trong 2 giờ Sau khi nguội, đo mật độ quang tại bước sóng 600 nm, lưu ý tránh để dung dịch bị đục và có bọt khí, vì những yếu tố này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả phân tích.
Để xây dựng đường chuẩn, cần chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn với chỉ số COD từ 50 đến 3000 mg/l Việc xác định COD cho dung dịch chuẩn được thực hiện tương tự như các bước trước đó, sau đó tiến hành đo mật độ quang để tạo ra đường chuẩn Kết quả của các phép đo sẽ được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 2.1 Kết quả xây dựng đường chuẩn COD
Từ kết quả thu được, ta dựng được đường chuẩn của COD như sau y = 4263.5x - 23.527
Hình 2.1 Đường chuẩn xác định COD
+Trình tự tiến hành với mẫu thực
Lấy 1,5 ml dung dịch K2Cr2O7 (0.25N)/H2SO4/HgSO4 và 3.5 ml
Thêm 2,5 ml mẫu cho vào bình phản ứng COD (V=7,5 ml) rồi đậy nắp thật chặt, sau đó lắc đều
Tiến hành nung mẫu trên thiết bị reactor (HACH, USD) tại nhiệt độ 150 o C trong 2h
Sau khi nung mẫu và làm nguội đến nhiệt độ phòng, mẫu được so màu với mẫu trắng bằng máy đo quang ở bước sóng 600nm với chế độ làm việc 440 Kết quả thu được sẽ được xử lý theo đường chuẩn của COD để xác định giá trị COD của mẫu phân tích.
2.3.3 Phương pháp thống kê và xử lý số liệu
Kết quả được thống kê, xử lý bằng phần mềm Microsoft office word – execl 2003 Đồ thị được vẽ bằng Microsoft office execl
2.3.4 Dựng mô hình xử lý
- Tiến hành xử lý nước thải bằng cách cho nước thải cơ sở sản xuất bánh đa vào bể xử lý
Hệ thống được kết nối bằng ống nhựa ỉ14 và được trang bị các van khóa nước giúp điều chỉnh lượng nước theo nhu cầu.
Hình 2.2 Hệ thống mô hình thí nghiệm
Bể lắng I có dung tích 20 lít, được lắp đặt ở vị trí cao nhất để nước có thể tự chảy vào các bể tiếp theo Đường dẫn nước sang bể UASB cao 10cm so với đáy, đi kèm với van điều lưu nhằm điều chỉnh lượng nước và kiểm soát thời gian lắng của nước thải.
Bể UASB có dung tích 30 lít, chứa lớp bùn hoạt tính cao 15 cm và cách đáy 7 cm, được nâng đỡ bởi lưới ở cả hai đầu Đường ống dẫn nước ra được đặt thấp hơn miệng bể 10 cm, tạo khoảng trống chứa khí sinh học kỵ khí, trong khi đường ống dẫn nước vào đi từ dưới lên Lớp lưới dưới ống dẫn nước ra giúp ngăn bùn, và có ống lấy mẫu nằm cách ống dẫn nước ra 7 cm Cả hai ống dẫn đều có van để điều chỉnh tốc độ nước, và bể được bịt kín với van thoát khí sinh học kỵ khí.
Nguyên lý hoạt động của mô hình
Nước thải được xử lý trong bể lắng I trong khoảng 1 giờ để loại bỏ cặn bẩn và lơ lửng, sau đó chuyển sang bể UASB Tại đây, nước thải đi từ dưới lên qua lớp bùn lơ lửng có hoạt tính cao, nơi các chất hữu cơ tiếp xúc với bùn, tạo ra khí sinh ra trong điều kiện kỵ khí, chủ yếu là methane và CO2 Khí này giúp duy trì và hình thành bùn sinh học, đồng thời bám vào các hạt bùn và nổi lên bề mặt bể Quá trình tách pha khí – lỏng – rắn diễn ra tại đây, do đó, cần tháo van thoát khí sau một thời gian xử lý để xả khí Thời gian tháo van khoảng 30 giây, cách nhau 4 giờ, và từ đó, hiệu quả xử lý tối ưu của bể UASB được đánh giá theo thời gian thông qua van lấy mẫu, từ đó khảo sát hiệu suất xử lý theo tải trọng đầu vào.