PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Nước thải đầu vào cho mô hình nghiên cứu được thu thập từ bể kị khí UASB tại trạm xử lý nước thải của nhà máy bia Heineken, nằm ở quận 12, thành phố Hồ Chí Minh.
Bảng 3.1: Thành phần nước thải nhà máy bia
Stt Chỉ tiêu Đơn vị
Giá trị Đầu vào Đầu ra của bể kị khí
7 Tổng Phốt pho (TP) mg/l 15 - 50 19 - 25
(Nguồn: nhà máy bia Heniken, quận 12, tp HCM)
Như vậy, nước thải được sử dụng trong nghiên cứu có tính chất:
3.1.2 Tính chất của giá thể dùng trong nghiên cứu a) Giá thể Bio-fringe
Bio-fringe bao gồm những sợi tua (đường kính khoảng 3mm, chiều dài khoảng 10cm) được gắn lên trục thẳng đứng
Sợi tua chính được làm từ hợp chất acrylic háo nước, được gắn đối xứng và kéo dài đều hai bên so với sợi trục, đồng thời được xoắn để phân phối theo ba chiều.
Sợi trục được làm bằng những sợi nhỏ polyester có độ bền cao, cường độ 200kg/pcs, cường độ đường khâu: 70 kg/pcs
Diện tích bề mặt của Bio-fringe khoảng 0.0565 m 2 , giúp vi khuẩn nitrat hóa bám dính chặt lên vật liệu khi dòng nước di chuyển
Sợi Bio-fringe dùng trong nghiên cứu có chiều dài 50cm, được gắn trên tấm mica được cố định hai đầu và được đặt trong Swim-bed
Khối lượng mỗi sợi là 0.104g
Mật độ sợi: khoảng 18pcs/10cm
Số vòng xoắn khoảng 14 vòng/m
Hình 3.1: Bio-fringe trước và sau khi nghiên cứu b) Giá thể Bio-fix
Bio-Fix là sản phẩm được chế tạo từ các sợi polyester nhỏ, có cấu trúc khung giúp hấp thụ nước và giữ bùn hiệu quả Nhờ vào khả năng giữ chặt và ổn định bùn, Bio-Fix mang lại hiệu quả cao trong việc quản lý nước và cải thiện chất lượng đất.
Diện tích bề mặt Bio-Fix dùng trong nghiên cứu là 0,288 m 2 , giúp vi khuẩn khử nitrat bám dính chặt lên vật liệu khi dòng nước di chuyển
Trong nghiên cứu, ba tấm vật liệu Bio-Fix (mỗi tấm dài 300mm, rộng 160mm) được cố định trên hai tấm mica để đảm bảo tính ổn định Vật liệu Bio-Fix được đặt trong môi trường Stick-Bed.
Hình 3.2: Bio-fix trước và sau khi nghiên cứu
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Dựa trên các yêu cầu và mục tiêu của luận văn, nghiên cứu sẽ áp dụng mô hình kết hợp giữa hệ thống bể giá thể di động (BioFringe) và giá thể cố định (BioFix) để xử lý nước thải Hệ thống này sẽ được thiết kế trong quy mô phòng thí nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả xử lý nước thải từ nhà máy bia.
Mô hình Swim-bed được dùng trong nghiên cứu có thể tích là 11,5L ( 120 x 150 x
640 mm) và Stick-bed được dùng trong nghiên cứu có thể tích 11,5L ( 120 x 150 x
640 mm), bể lắng trong nghiên cứu có thể tíchkhoảng 8 L ( 150 x 150 x 350 mm)
Hình 3.3: Cấu tạo mô hình nghiên cứu
1) Bể chứa nước thải đầu vào 6) Máy thổi khí
2) Stick-bed 7) Bơm tuần hoàn bùn
3) Swim-bed 8) Bơm tuần hoàn nước
4) Bể lắng 9) Nước đầu ra
Nước thải từ bể kị khí được bơm với lưu lượng ổn định đến bể chứa Bio-Fix (hệ xử lý thiếu khí), sau đó chuyển sang bể Bio-Fringe (hiếu khí) sử dụng kỹ thuật màng vi sinh chuyển động theo kiểu tầng đối lưu Kỹ thuật này cho phép giảm thể tích bể hiếu khí đến 50 – 60% so với các phương pháp thông thường, nhờ vào chất mang có khả năng cố định vi sinh với mật độ cao được tuần hoàn trong khối chất lỏng Sự kết hợp giữa Bio-Fringe và Bio-Fix giúp oxy hóa amoni triệt để và khử một phần nitrat trong điều kiện hiếu khí Nước thải sau bể Bio-Fringe được tuần hoàn trở lại Bio-Fix để thực hiện quá trình khử nitrat, trong khi bùn từ bể lắng được tái sử dụng trong bể hiếu khí để duy trì lượng vi sinh.
Bể lắng là thiết bị quan trọng trong quá trình tách hỗn hợp bùn nước từ nước thải, nơi các bông bùn lớn lắng xuống đáy dưới tác động của trọng lực Nước trong sau khi lắng được dẫn ra ngoài, trong khi bùn thu được sẽ được tuần hoàn về bể thiếu khí BX để thực hiện quá trình khử Nitrate hiệu quả.
Hình 3.4: Mô hình trước và sau khi chạy nước thải
Qúa trình nghiên cứu được thực hiện ở hai giai đoạn:
+ Giai đoạn chạy với 5 tải trọng lần lượt là: 0,5 kg COD/m 3 ngày, 1 kg COD/m 3 ngày, 1,5 kg COD/m 3 ngày, 2 kg COD/m 3 ngày, 3 kg COD/m 3 ngày a Giai đoạn thích nghi:
Bùn được lấy từ nhà máy xử lý nước thải bia Heniken, quận 12, chọn hàm lượng cho vào ngăn hiếu khí là 3g/l và ngăn thiếu khí là 5g/l
Bùn được thu thập sẽ được pha loãng với nước thải để tạo ra MLSS ở mức 3000mg/l và 5000mg/l Trong giai đoạn thích nghi, tải trọng sẽ được duy trì ở mức 0,25 kgCOD/m³.ngày, và việc đo COD sẽ được thực hiện hàng ngày.
Quá trình chạy thích nghi sẽ hoàn tất khi hiệu quả xử lý COD đạt trạng thái ổn định và lớp màng vi sinh đã được hình thành Giai đoạn tiếp theo là giai đoạn chạy theo tải trọng.
Khảo sát khả năng xử lý COD, BOD5, N, P, và SS Đồng thời cũng theo dõi các thông số như: SVI, pH., DO
Bảng 3.2 Lưu lượng nước ở các tải
LẤY MẪU VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
Nước thải đầu vào được lấy trực tiếp trong bể chứa nước thải, nước sau xử lý được lấy trực tiếp từ ống dẫn nước đầu ra
Mẫu đầu vào được lấy vào mỗi buổi sáng ngay sau khi kiểm tra mô hình hoạt động trong điều kiện bình thường
Mẫu đầu ra được lấy vào cuối buổi chiều cùng ngày và được trữ lạnh ở 4 0 C và được phân tích vào sáng hôm sau
Một số chỉ tiêu như pH, DO sẽ được đo trực tiếp tại mô hình tại thời điểm trong ngày
Việc phân tích mẫu được thực hiện theo các phương pháp phân tích của Standard Methods for the Examination of water and wastewater – 4500 P D APHA
Vào năm 1998, pH được đo bằng máy pH để bàn HANNA pH 211 với điện cực thủy tinh, cho kết quả ổn định sau 30 giây Đồng thời, hàm lượng oxy hòa tan (DO) cũng được ghi nhận trong quá trình đo.
DO được đo bằng máy DO cầm tay hiệu: WTW 3210i c) Hàm lượng cặn lơ lửng trong hỗn hợp lỏng (MLSS), chất rắn lơ lửng (SS)
Để xác định trọng lượng không đổi, sử dụng phương pháp sấy khô ở nhiệt độ 103 - 105 oC Đầu tiên, cân trọng lượng ban đầu của cốc đã sấy khô (M g), sau đó thêm thể tích nước thải (V ml) vào cốc và cân trọng lượng mới (M1 g) Cuối cùng, cho cốc vào tủ sấy ở 105 oC cho đến khi đạt được khối lượng không đổi (M2 g).
MLSS (hay SS) (g/l) = (M 2 – M 1 ).1000 / V (Công thức 3.1) d) Hàm lượng chất rắn bay hơi (MLVSS)
Xác định bằng phương pháp sấy khô ở 550 o C đến trọng luợng không đổi
Cân trọng lượng cốc chứa V (ml) nước thải sau khi sấy ở 105°C cho đến khi khối lượng ổn định M1 (g) Sau đó, nung cốc ở 550°C trong 1 giờ và cân lại để thu được trọng lượng M2 (g).
MLVSS (g/l) = (M2– M1).1000 / V (Công thức 3.2) e) Tổng nitơ (bao gồm nitơ hữu cơ, nitơ của ammonia, nitrat, nitrit)
+ Giai đoạn phân hủy mẫu
Dùng pipet chuyển khoản 25 mL mẫu cho vào bình Kjeldhal, thêm 2 ml axit sunfuric đậm dặc, thêm 0,1g hợp kim Devarda, thêm 1g kali sulfat Để yên khoảng
Trong 60 phút, cho bình Kjeldhal vào bếp để phân tích mẫu, đun cho đến khi xuất hiện khói trắng, đảm bảo nhiệt độ không vượt quá 370 độ C Tiếp tục đun cho đến khi dung dịch chuyển sang màu xanh nhẹ rồi dừng lại.
+ Giai đoạn chưng cất bằng hệ thống bình sinh hơi
Để rửa sạch hệ thống sinh hơi, sử dụng nước cất và đong 50 mL axit boric 2% (có thuốc thử) vào bình Erlen 250 mL Đặt bình nhận sao cho đầu mút của ống ngưng ngập trong axit boric.
Cho từ từ mẫu ở bình công phá vào bình chưng cất, rửa 3 lần bằng nước cất bình Kjeldhal và phểu nhận mẫu rồi cho vào bình chưng cất
- Trung hòa mẫu bằng NaOH
- Mở khóa bình sinh hơi, chưng cất khoảng 5 phútkể từ khi axit boric chuyển màu, dung dịch trong erlen dâng lên mức 200ml
- Lấy erlen ra, dùng nước cất rửa sạch đầu ống
- Lấy erlen chứa mẫu đem định phân
C(mg/l) = Vacidx N x 14 x 1000 / Vmẫu (Công thức 3.3)
V acid : thể tích H2 SO 4 sử dụng định phân mẫu thử (mL)
N : nồng độ đương lượng của dung dịch H2SO4
V : thể tích mẫu thử (mL) f) Amoni (N-NH3)
Để tiến hành thí nghiệm, đầu tiên, bạn cần lấy khoảng 300ml nước cất cho vào cốc 500ml Tiếp theo, thêm 25ml nước thải và 25ml đệm Borat vào cốc Sử dụng dung dịch NaOH 6N để điều chỉnh pH của dung dịch lên 9,5 Cuối cùng, chuyển dung dịch vào bình Kjeldhal lớn.
Dùng ống đong lấy 50 ml acid boric cho vào 1 erlen lớn (250ml), cho 2 đến 3 giọt chỉ thị Nitơ tổng hợp vào erlen
Lắp bình vào hệ thống chưng cất Kjeldhal sao cho đầu ống ngưng tụ phải được nhúng chìm trong acid Boric, vặn nút điều chỉnh
Khi nước trong bình Erlen đạt 200ml (hoặc 250ml), hãy lấy bình ra và tắt nút điều chỉnh Sử dụng dung dịch H2SO4 0,02N để chuẩn đến khi nước trong bình Erlen chuyển màu giống như màu ban đầu thì dừng lại Công thức tính tổng nitơ và COD (Nhu cầu oxy hóa học) sẽ được áp dụng trong quá trình này.
Cho vào ống COD theo các tỷ lệ như sau: 2,5 ml mẫu nước thải + 1,5 ml dung dịch
K2Cr2O7 được pha trộn với 3,5 ml dd H2SO4đđ, sau đó nút chặt và lắc kỹ Ống nghiệm được đặt vào rổ inox và đưa vào tủ sấy ở 150°C trong 2 giờ Sau khi làm nguội đến nhiệt độ phòng, tiến hành thêm các thành phần cần thiết.
2 giọt feroin và định phân bằng FAS 0.1M Dứt điểm khi mẫu chuyển từ xanh lục sang nâu đỏ Làm 1 mẫu thử không với nước cất
Cách tính: COD tính theo công thức
COD mg/L = [(A – B).M.8000] /V mẫu (Công thức 3.4)
A: thể tích FAS dùng cho mẫu thử không
B: thể tích FAS dùng cho mẫu thử thật
M: nguyên chuẩn độ của FAS, M= (3 x 0,1) /V0đ h) Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5)
Xác định bằng phương pháp oxy hóa ướt dựa trên mức độ chênh lệch của hàm lượng oxy hòa tan trong mẫu trước và sau khi ủ 5 ngày
BOD5 = (DO0 – DO5 )*f (Công thức 3.5)
Trong đó: DO0 : Lượng oxy hòa tan đo ở ngày đầu tiên (mgO2/L)
DO5 : Lượng oxy hoà tan đo được sau 5ngày ủ (mgO2/L) f: Hệ số pha loãng mẫu Đơn vị đo BOD: mgO2/lít i) Tổng phôt pho
Để xác định bằng phương pháp so màu, mẫu được đun nóng với K2S2O8 trong môi trường axít sulfuric trong khoảng 30 – 40 phút Sau khi để nguội, tiếp tục cho phản ứng với dung dịch ammonium molybdate và SnCl2 để tạo ra dung dịch màu xanh dương Cuối cùng, đo độ hấp thu ở bước sóng 690 nm.
3.3.3 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm (phần mềm excel)
Từ số liệu thô, tính toán hiệu suất xử lý, hiệu suất chuyển hóa, vẽ đồ thị, đưa ra những phân tích nhận xét đánh giá và kết luận.