Nghiên cứu xử lý nước thải của làng nghề sản xuất miến dong Cự Đà, Thanh Oai, Hà Nội bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước

Nghiên cứu xử lý nước thải của làng nghề sản xuất miến dong Cự Đà, Thanh Oai, Hà Nội bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước.

MỞ ĐẦU

Ở Việt Nam làng nghề có vai trò đặc biệt quan trọng đối với người dân ở cácvùng nông thôn nó giúp họ có cuộc sống ấm no ngay trên mảnh đất quê hươngmình Bên cạnh mặt đóng góp tích cực, tình trạng ô nhiễm ở các làng nghề đã lêntới mức báo động gây nhiều bức xúc cho xã hội do việc phát triển các làng nghề ởnước ta vẫn mang tính tự phát, công nghệ thủ công lạc hậu, thiết bị chắp vá, thiếuđồng bộ, ý thức bảo vệ môi trường rất thấp Tất cả các mặt hạn chế trên không chỉảnh hưởng tới sự phát triển các làng nghề mà còn ảnh hưởng đến chất lượng môitrường làng nghề và sức khỏe cộng đồng

Một trong những loại hình làng nghề phổ biến nhất ở nông thôn Việt Nam làlàng nghề chế biến lương thực( bún, miến , bánh đa, chế biến tinh bột… ) Sự ônhiễm môi trường nước tại các làng nghề này đang ở mức báo động, gây nhiều bứcxúc cho xã hội Các chỉ tiêu cơ bản của nước thải như COD, BOD, TSS đều vượtquá tiêu chuẩn cho phép nhiều lần Một trong những làng nghề chế biến lương thực

có truyền thống lâu năm là làng nghề làm miến Cự Đà, thuộc xã Cự Khê,Thanh Oai,

Hà Nội

Nước thải làng nghề sản xuất miến dong chứa hàm lượng các chất hữu cơcao chủ yếu là các hợp chất cacbonhidrat, prôtein, tinh bột … là các chất dễ phânhủy, chuyển hóa sinh học và các hợp chất chứa nitơ gồm nitơ ở dạng hữu cơ (amin,axit amin…), ở dạng vô cơ như NH4+, NO2- ,… làm giảm chất lượng của nước và cóthể gây ra một số bệnh nguy hiểm cho con người Vì thế việc tìm quy trình xử lýthích hợp đối với loại nước thải này có ý nghĩa rất to lớn Có nhiều biện pháp xử lý,tuy nhiên biện pháp sinh học là ưu thế hơn cả vì chúng có ưu điểm về kinh tế - kỹthuật và thân thiện với môi trường

Từ thực tế trên, chúng tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải của làng nghề sản xuất miến dong Cự Đà, Thanh Oai, Hà Nội bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước ”.

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1.Tình hình ô nhiễm nước thải các làng nghề truyền thống

Hiện nay tại nông thôn, tình trạng ô nhiễm nước đang ở mức báo động, trầmtrọng nhất là tại các làng nghề Hầu hết môi trường nước tại các làng nghề đều đangrơi vào tình trạng ô nhiễm hết sức nghiêm trọng Theo thống kê, hiện nay cả nước ta

có khoảng 1.450 làng nghề, trong đó có hơn 300 làng nghề truyền thống Kết quảđiều tra, khảo sát của Bộ Khoa học - Công nghệ cho thấy 100% mẫu nước thải,thậm chí cả nước mặt, nước ngầm ở các làng nghề đều vượt các tiêu chuẩn chophép Nước thải của các làng nghề chế biến biến lương thực, thực phẩm có đặc tínhchung là rất giàu chất hữu cơ, dễ phân hủy sinh học Thí dụ, nước thải của quá trìnhsản xuất tinh bột từ sắn có hàm lượng ô nhiễm rất cao (COD = 13.300 - 20.000mg/l,BOD5 = 5.500 - 125.000 mg/l)

Cho đến nay, phần lớn nước thải tại các làng nghề đều thải thẳng ra ngoàikhông qua bất kỳ khâu xử lý nào Nước thải này tồn đọng ở cống rãnh thường bịphân hủy yếm khí gây ô nhiễm không khí và ngấm xuống lòng đất gây ô nhiễm môitrường đất và suy giảm chất lượng nước ngầm

Tình trạng ô nhiễm môi trường đã khiến một tỷ lệ không nhỏ người dânlàng nghề hoặc ở các khu vực lân cận mắc các bệnh về đường hô hấp, đau mắt, bệnhđường ruột, bệnh ngoài da Nguyên nhân gây bệnh chủ yếu do môi trường sinhhoạt không bảo đảm vệ sinh, nguồn nước sạch khan hiếm Tỷ lệ mắc bệnh nghềnghiệp ở làng nghề có tỷ lệ cao hơn rất nhiều những làng thuần nông khác

1.2.Thực trạng môi trường làng Cự Đà và quy trình sản xuất miến dong

1.2.1 Đôi nét về làng Cự Đà và thực trạng môi trường hiện nay.

Làng Cự Đà cách Hà Nội chưa đầy 20 km về phía tây nằm ven bờ sông Nhuệthuộc xã Cự Khê, huyện Thanh Oai, Hà Tây cũ (nay là Hà Nội) có khoảng 600 hộdân với khoảng 1750 nhân khẩu, toàn bộ diện tích làng khoảng 1.05 km2 (mât độkhoảng 1670 người/km2 ) trong đó đất ở khoảng 108.000 m2 còn lại là đất canh tác

và diện tích sông ngòi, kênh rạch

Làng Cự Đà có truyền thống làm miến dong, loại miến ngon có tiếng khắpnơi vì sợi miến vừa dẻo vừa dai mà lại không quá cứng đặc biệt không bị trương lênkhi ngâm lâu trong nước Hàng năm làng sản xuất một lượng miến rất lớn cung cấpcho Hà Nội và các tỉnh lân cận, trong làng không phải tất cả các hộ đều sản xuấtmiến dong mà chỉ có khoảng 60 hộ là sản xuất thường xuyên ở quy mô lớn (khoảng1-1.5 tấn/ngày) ngoài ra cũng có những hộ chỉ sản xuất mang tính thời vụ, cứ vàodịp giáp tết nhu cầu khách hàng về miến tăng cao nên những hộ này chỉ sản xuấtvào dịp tết (khoảng 20 hộ) Những hộ còn lại có thể làm công cho những hộ làmmiến hay làm những công việc khác vì muốn làm được sợi miến từ bột dong riềngphải qua rất nhiều công đoạn và cần rất nhiều người ví dụ tráng miến, mang miến điphơi, hay thu miến.

Quá trình sản xuất miến tốn rất nhiều nước vì trước khi tráng miến phải quanhiều công đoạn, nước thải của sản xuất miến chứa nhiều chất hữu cơ nhất là chấthữu cơ dạng tinh bột cùng chất tẩy màu, mùi Nước không được xử lý mà cùng vớinguồn nước thải sinh hoạt đổ thẳng ra sông Nhuệ làm nước sông nhuốm một màuđen ngòm và bốc mùi hôi thối mặt khác do làng chưa có chỗ quy hoạch đổ rác nênnhiều hộ cứ tiện tay vứt ra ven bờ sông Nhuệ góp phần làm ô nhiễm con sông vàmất cảnh quan của khu vực

1.2.2 Quy trình sản xuất miến từ bột dong riềng

Đầu tiên bột dong được ngâm với nước khoảng vài giờ sau đó lọc bỏ nước,lấy phần tinh bột, bột này lại được tẩy bằng hóa chất để sạch màu và mùi chua sau

đó bột lại tiếp tục được ngâm một lần nữa Giai đoạn này có thể bổ xung thêm phẩmmàu để tạo màu sắc cho miến nếu khách hàng có nhu cầu (ví dụ miến vàng thì chothêm bột nghệ…) sau khi lọc bỏ nước bột được khuấy đều, một phần bột đượcngâm với nước sôi được gọi là bột chín, bột chín đem hòa với bột đã lọc theo tỉ lệ1/10 tạo lên một hỗn hợp bột Tiếp đó bột được tráng thành bánh hấp chín rồi đemphơi Sau khi khô, bánh được đưa qua máy cán thành sợi, đem phơi khô rồi xuấtcho khách hàng

Dưới đây là sơ đồ quy trình sản xuất miến từ bột dong riềng

Hình 1: Sơ đồ sản xuất miến từ bột dong riềng

1.2.3.Đặc điểm nước cấp và nước thải trong công nghệ sản xuất miến

Các làng nghề chế biến nông sản thực phẩm tiêu thụ một khối lượng nướclớn Nước phục vụ cho sản xuất chủ yếu là nước giếng khoan và một phần nhỏ lànước nhà máy Nước sử dụng cho sản xuất miến chủ yếu ở khâu ngâm bột, tẩy màu,

Ngâm

Ngâm tẩy màu,mùi

Ngâm

Tráng

Nước thảiNước

mùi của bột, ngâm trước khi đem tráng Nước thải miến có COD tương đối cao4000-6000 mg/l, độ đục tương đối lớn 400-600 NTU do trong quá trình ngâm bộtmột lượng nhỏ tinh bột đi theo nước vào nước thải, thành phần chủ yếu của bộtdong riềng là tinh bột nên hàm lượng amoni không cao khoảng 40-80 mg/l và nitritthấp (< 3mg/l), pH của nước thải khá thấp (2-3) và có mùi chua rất khó chịu, tất cảnước thải của các công đoạn được thải chung xuống cống cùng với nước thải sinhhoạt gây ô nhiễm nặng cho sông Nhuệ.

1.3 Xử lý nước thải

1.3.1 Khảo sát và đánh giá mức độ ô nhiễm

Để tiến hành xử lý một nguồn thải trước hết cần biết thành phần các chất gây

ô nhiễm và nguồn gốc phát sinh ra chúng Phải phân tích xác định các chỉ tiêu đểlàm cơ sở cho việc lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp Việc xác định các chỉtiêu không thể chỉ tiến hành phân tích một mẫu, mà phải phân tích rất nhiều mẫu vớimục đích là tìm sự biến đổi của các chỉ số đó trong môi trường nước

1.3.2 Một số thông số quan trọng đánh giá chất lượng nước thải

a) Độ pH

Giá trị pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý Giátrị pH cho phép ta quyết định xử lý nước theo phương pháp thích hợp, hoặc điềuchỉnh lượng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý nước Các công trình xử lýnước thải áp dụng các quá trình sinh học làm việc tốt khi pH nằm trong giới hạn từ

7 - 7,6 Môi trường thuận lợi nhất để vi khuẩn phát triển thường có pH từ 7 - 8 Cácnhóm vi khuẩn khác nhau có giới hạn pH hoạt động khác nhau Ví dụ vi khuẩn nitritphát triển thuận lợi nhất với pH từ 4.8 – 8.8, còn vi khuẩn nitrat với pH từ 6.5 – 9.3

Vi khuẩn lưu huỳnh có thể tồn tại trong môi trường có pH từ 1 - 4

b) Độ đục

Nước tự nhiên sạch thường không chứa những chất rắn lơ lửng nên trongsuốt và không màu Độ đục do các chất rắn lơ lửng gây ra Những hạt vật chất gâyđục thường hấp phụ các kim loại nặng cùng các vi sinh vật gây bệnh Nước đục còn

ngăn cản quá trình chiếu sáng của mặt trời xuống đáy làm giảm quá trình quang hợp

và nồng độ oxy hòa tan trong nước

c) Mùi

Mùi hôi thối khó ngửi của nước thải do các chất hữu cơ bị phân hủy, mùicủa các hóa chất, dầu mỡ có trong nước Các chất có mùi như NH3, các amin, cáchợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh

 Tổng chất rắn dạng huyền phù – TSS (Total Suspended Solid)

TSS là toàn bộ lượng chất rắn ở trạng thái lơ lửng trong nước TSS được xácđịnh trọng lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh, khi lọc 1l mẫunước qua phễu lọc Gooch rồi sấy khô ở 103-1050C tới khi trọng lượng không đổi.Đơn vị tính là mg/l hay g/l

 Chất rắn hòa tan – DS (Dissolved Solid)

Hàm lượng chất rắn hòa tan chính là hiệu số của tổng chất rắn (TS) với tổngchất rắn dạng huyền phù (TSS):

DS = TS – TSS (mg/l)

 Chất rắn bay hơi (VS)

Hàm lượng chất rắn bay hơi là trọng lượng mất đi khi nung lượng chất rắnhuyền phù TSS ở 5500C trong một khoảng thời gian xác định Thời gian này phụthuộc vào loại mẫu nước (nước cống, nước thải hoặc bùn)

Đơn vị tính là mg/l hoặc phần trăm (%) của TSS hay TS

 Chất rắn có thể lắng

Chất rắn có thể lắng là số ml phần chất rắn của 1 lít mẫu nước đã lắng xuốngđáy phễu sau một khoảng thời gian (thường là 1 giờ)

f) Hàm lượng oxi hòa tan DO (Dissolved Oxygen)

Hàm lượng oxi hòa tan là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của nướcthải vì oxi không thể thiếu được với các quá trình sống Oxi duy trì quá trình traođổi chất sinh ra năng lượng cho sự sinh trưởng, sinh sản và tái sản xuất Khi thải cácchất thải vào các nguồn nước quá trình oxi hóa chúng sẽ làm giảm nồng độ oxi hòatan trong các nguồn nước này thậm chí có thể đe dọa sự sống của các loại cá cũngnhư các sinh vật trong nước

Việc theo dõi thường xuyên thông số về hàm lượng oxy hòa tan có ý nghĩaquan trọng trong việc duy trì điều kiện hiếu khí trong quá trình xử lý nước thải Mặtkhác lượng oxy hòa tan còn là cơ sở của phép phân tích xác định nhu cầu oxy sinhhóa Có hai phương pháp xác định DO là phương pháp Winkler và phương phápđiện cực oxy

g) Nhu cầu oxy sinh hóa BOD (Biochemical Oxygen Demand)

Nhu cầu oxy sinh hóa BOD là lượng oxy cần thiết cho việc oxi hóa các hợpchất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật (sự phân hủy sinh học các hợp chất hữu

cơ có khả năng phân hủy sinh học) Đơn vị tính theo mgO2/l

Quá trình phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ có thể biểu diến bởiphương trình tổng quát sau:

Chất hữu cơ + O2 Vi sinh vật CO2 + H2O + Sinh khối

Chỉ số BOD là thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước.Chỉ số BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh họctrong nước càng lớn

Trong thực tế khó có thể xác định được toàn bộ lượng oxy cần thiết để các visinh vật phân hủy hoàn toàn các chất hữu cơ trong nước mà chỉ xác định đượclượng oxy cần thiết trong năm ngày ở nhiệt độ 20oC trong bóng tối Mức độ oxy hóa

các chất hữu cơ không đều theo thời gian Thời gian đầu, quá trình oxy hóa xảy ravới cường độ mạnh hơn và sau đó giảm dần

h) Nhu cầu oxy hóa học COD (Chemical Oxygen Demand)

Nhu cầu oxy hóa học COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóatoàn bộ các chất hữu cơ trong mẫu nước thành CO2 và H2O bằng tác nhân oxy hóahóa học mạnh

Trong thực tế COD được dùng rộng rãi để đánh giá mức độ ô nhiễm các chấthữu cơ có trong nước Do việc xác định chỉ số này nhanh hơn so với việc xác địnhBOD Phương pháp phổ biến nhất để xác định COD là phương pháp crommat: oxihóa các hợp chất hữu cơ bằng đicromat trong dung dịch H2SO4 đặc có mặt chất xúctác Ag2SO4

Tổng nitơ là tổng các hàm lượng nitơ hữu cơ, amoniac, nitrit, nitrat Hàmlượng nitơ hữu cơ được xác định bằng phương pháp Kendal Tổng nitơ Kendal làtổng nitơ hữu cơ và nitơ amoniac Chỉ tiêu amoniac thường được xác định bằngphương pháp so màu hoặc chuẩn độ còn nitrit và nitrat được xác định bằng phươngpháp so màu

Oxi hoáProtein NH3 nitromonas NO2- nitrobacter NO3-

k) Tổng hàm lượng photpho

Ngày nay người ta quan tâm đến việc kiểm soát hàm lượng các hợp chấtchứa photpho trong nước bề mặt, nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp vìnguyên tố này là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự phát triển bùng nổcủa tảo ở một số nguồn nước mặt (hiện tượng phú dưỡng) Chỉ tiêu này có ý nghĩaquan trọng để kiểm soát sự hình thành cặn rỉ ăn mòn và xử lý nước thải bằngphương pháp sinh học Vì photpho nằm ở các dạng khác nhau như photpho hữu cơ,photphat, pyrophotphat, ortho photphat nên cần chuyển tất cả các dạng này về dạngortho photphat PO43- bằng cách vô cơ hóa mẫu nước Sau đó xác định PO43- bằngphương pháp trắc quang với thuốc thử là amoni molipdat trong môi trường axitmạnh

PO43- + 12 (NH4)2MoO4 + 24 H+  (NH4)3PO4.12MoO3 + 21NH4 +12 H2Om) Tiêu chuẩn vi sinh

Trong nước thải thường có rất nhiều loại vi khuẩn có hại, chúng là các vitrùng từ nguồn nước thải sinh hoạt, đặc biệt là nước thải bệnh viện Trong đó vikhuẩn E-coli là loại vi khuẩn đặc trưng cho sự nhiễm trùng nước Chỉ số E-colichính là số lượng vi khuẩn này có trong 100 ml nước Ước tính mỗi ngày mỗi ngườibài tiết khoảng 2.1011 E-coli

Theo tiêu chuẩn WHO nguồn nước cấp cho sinh hoạt có chỉ số E-coli ≤ 10E-coli/100 ml nước, ở Việt Nam chỉ số này là 20 E-coli/100ml nước

1.3.3 Các phương pháp xử lý nước và nước thải

Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất gây ô nhiễm ra khỏi nước, nước thải.Khi đạt được những chỉ tiêu, yêu cầu cho từng loại nước thì có thể đổ vào nguồnhoặc tái sử dụng lại Để đạt được mục đích trên người ta thường dựa vào đặc điểmcủa các loại tạp chất để chọn phương pháp xử lý thích hợp Việc phân loại cácphương pháp xử lý nước, nước thải chủ yếu dựa vào bản chất của phương pháp xử

lý đó Người ta phân loại thành các phương pháp sau

1.3.3.1 Phương pháp hóa lý

Là phương pháp xử lý chủ yếu dựa trên các quá trình vật lý, thường dùng đểloại các hợp chất không tan ra khỏi nước, nó gồm các quá trình cơ bản: lọc quasàng, lưới chắn, khuấy trộn, lắng, tuyển nổi, đông tụ, tạo bông, ly tâm, lọc, chuyểnkhí Tùy thuộc vào tính chất của tạp chất và mức độ cần thiết phải làm sạch màngười ta sử dụng một hoặc một số phương pháp kể trên.

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là một quá trình phức tạp bởi đó

là quá trình phát triển của vi sinh vật xảy ra trong thiết bị xử lý, bị ràng buộc bởi cáchiện tượng hóa lý liên quan đến chuyển chất và năng lượng Tính phức tạp của nócòn ở chỗ các quá trình đó xảy ra ở mức độ vi mô (các hiện tượng trong tế bào,trong quần thể vi sinh vật và ở mức độ vĩ mô (các quá trình chuyển chất và truyềnnhiệt phụ thuộc điều kiện thủy động cụ thể trong từng thiết bị)

a) Điều kiện nước thải đưa vào xử lý sinh học

Các loại nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải một số ngành côngnghiệp có chứa những chất hữu cơ hòa tan gồm hidratcacbon, protein và các hợpchất chứa nitơ phân hủy từ protein, các dạng chất béo, cùng một số chất vô cơ như

H2S, các sulphua, amoniac và các hợp chất chứa nitơ khác có thể đưa vào xử lýbằng phương pháp sinh học

Phương pháp xử lý sinh học nước thải dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinhvật để phân huỷ các tạp chất hữu cơ có trong nước thải Do vậy, điều kiện đầu tiên

và vô cùng quan trọng là nước thải phải là môi trường sống của các quần thể vi sinhvật Để cho quá trình xử lý sinh học xảy ra thuận lợi thì nước thải cần được xử lý sơ

bộ để đạt những yêu cầu sau:

- Hàm lượng các chất độc nhỏ, không chứa hoặc chứa rất ít các kim loạinặng có thể gây chết hoặc ức chế sự phát triển của các hệ vi sinh vật trong nướcthải.

- Trong nước thải cần bảo đảm tỷ lệ BOD:N:P  100:5:1 là tỷ lệ chất dinhdưỡng thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật

- Nước thải đưa vào xử lý sinh học có hai thông số đặc trưng là COD vàBOD Nước thải có COD/BOD  2 hoặc BOD/COD  0.5 là khá phù hợp với việc

xử lý sinh học Khi giá trị COD hoặc BOD lớn thì cần phải qua xử lý sinh học kỵkhí

Bên cạnh các chất dễ phân hủy như: Hidratcacbon, protein còn có nhiều chấtchỉ bị oxi hoá một phần hoặc thậm chí hầu như hoàn toàn không bị phân hủy Trongcác chất hữu cơ tự nhiên có lignin là khó bị phân hủy, kitil, sừng, móng, tóc hầu nhưkhông bị phân hủy

Đối với các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao như nước thải cáclàng nghề sản xuất bún, hay miến thì phương pháp xử lý được lựa chọn là phươngpháp sinh học Ở đây nguồn nước thải sau khi được xử lý sẽ được thải trực tiếp racác dòng sông nên không thể sử dụng hóa chất một cách tùy tiện được Phươngpháp xử lý sinh học dựa vào sự phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải bởi các visinh vật, nên khi thải ra sẽ không gây ô nhiễm môi trường bởi các hóa chất đưa vàotrong quá trình xử lý như các phương pháp khác

b)Vai trò của vi sinh vật trong việc xử lý nước

Trong nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp đặc biệt là của các xínghiệp chế biến thực phẩm, thủy sản, giấy rất giàu các chất hữu cơ như: Đường,tinh bột, các hợp chất protein, các chất béo, xenlulozo Thường trong nước thảicũng có chứa rất nhiều các vi sinh vật Vi sinh vật ở đây là một quần thể và đôngđảo nhất là vi khuẩn, cả về chủng loại cũng như số lượng

Có hai nhóm vi sinh vật (chia theo phương thức dinh dưỡng): nhóm vi sinhvật tự dưỡng và nhóm vi sinh vật dị dưỡng

+ Các vi sinh vật dị dưỡng phải nhờ vào các chất hữu cơ làm nguồn dinhdưỡng và năng lượng Chúng phân hủy các chất hữu cơ nhờ hệ enzim thủy phân tiết

ra môi trường theo nguyên tắc cảm ứng cơ chất tương ứng Các vi sinh vật này cũngdùng các chất hữu cơ có trong nước để xây dựng tế bào mới cho mình, để phục vụcho sinh trưởng và phát triển

+ Các vi sinh vật tự dưỡng có thể sử dụng CO2 làm nguồn cacbon và cácchất khoáng khác, nhờ ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng tổng hợp thành cácchất hữu cơ trong thành phần tế bào

Làm sạch nước thải tự nhiên hay xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

là dựa vào hoạt động sống của các vi sinh vật dị dưỡng có khả năng phân giải cáchợp chất hữu cơ làm nguồn năng lượng và nguồn cacbon để thực hiện quá trình sinhtổng hợp, phát triển

Các vi sinh vật dị dưỡng lại có thể chia làm 3 loại dựa theo hoạt động sốngcủa chúng với oxi:

+ Vi sinh vật hiếu khí: loài này cần có oxi để sống và phân hủy các hợp chấthữu cơ

+ Vi sinh vật kỵ khí: loài này có khả năng sống không cần có oxi và oxi hoácác chất hữu cơ không cần có mặt oxi tự do, chúng có thể sử dụng oxi trong các hợpchất như nitrat, sunphat

+ Giữa hai nhóm này còn có một nhóm trung gian được gọi là các vi sinhvật tùy nghi hay là các vi sinh vật tùy tiện chúng có thể sinh trưởng trong điều kiện

có hoặc không có oxi

c) Các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật

Giai đoạn làm quen (AB): Các vi sinh vật được đưa vào môi trường mới nócần một thời gian để thích nghi với môi trường

Giai đoạn phát triển theo hàm mũ (BC): Các tế bào phân đôi theo thời gian,sau một thời gian mật độ tế bào tăng lên theo cấp số nhân

Hình 2: Đường cong sinh trưởng của vi sinh vật

Giai đoạn chậm dần (CD): Chất dinh dưỡng trong nước cạn dần hoặc do môitrường có một số chất gây ức chế cho sự phát triển của vi sinh vật Tốc độ sinhtrưởng của vi sinh vật giảm dần

Giai đoạn ổn định (DE): lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một số lượng ổnđịnh Nguyên nhân của giai đoạn này do

- Các chất dinh dưỡng cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi sinh vật đã

bị giảm mạnh

- Số lượng vi khuẩn sinh ra bằng với số lượng vi khuẩn chết đi

Giai đoạn tự hủy (EF): Giai đoạn này các chất hữu cơ đã cạn kiệt nên mật độ

tế bào giảm do các tế bào già bị chết (ở đây diễn ra sự phân hủy nội bào) dẫn tới sựtạo ra lớp mùn gồm xác các vi sinh vật

d) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát triển của vi sinh vật

- Các kim loại nặng: Các kim loại nặng có trong nước thải làm ảnh hưởngđến khả năng xử lý của vi sinh vật Các kim loại ở dạng vết ảnh hưởng tốt tới sựsinh trưởng của vi sinh vật Ở nồng độ cao làm chết hoặc gây ức chế đến sự pháttriển của vi sinh vật

- Các anion: Như CN-, F-, NO3-, Cr2O72-…trong nước thải sẽ tạo phức với cácenzim do vi sinh vật tiết ra làm ngăn cản quá trình lấy chất dinh dưỡng của chúnghoặc các tạp chất hữu cơ độc hại trong nước sẽ phá hủy tế bào của các vi sinh vậtgây chết vi sinh vật

X mg/

l

ABC

F

t

- Các yếu tố khác :

 Độ pH từ 6,5 đến 8,5 là tối ưu cho sự phát triển của vi sinh vật

 Nhiệt độ nằm trong khoảng từ 6oC đến 37oC là phù hợp Đối với quá trình

kị khí thì nhiệt độ không quá 50oC

 Nồng độ các muối vô cơ: Như các muối sunphat, clorua, amôni,cacbonat…cần khống chế sao cho hàm lượng nhỏ hơn 10g/l

e) Cơ chế phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ trong nước thải

Có thể xem quá trình xử lý sinh học gồm ba giai đoạn sau:

- Giai đoạn một: Khuếch tán và chuyển các chất dinh dưỡng trong nước thảiđến màng vi sinh vật

- Giai đoạn hai: Hấp phụ các chất rắn trên bề mặt của màng tế bào

- Giai đoạn ba: Quá trình chuyển hóa các chất đã được khuếch tán qua màng

tế bào vi sinh vật tạo ra năng lượng tổng hợp các chất mới của tế bào

 Xử lý trong điều kiện hiếu khí: Sử dụng các nhóm sinh vật hiếu khí Đểđảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp ôxi liên tục và nhiệt độ trongkhoảng 20-40oC Theo Erkenfelder w.w và Connon DJ (1961) thì quá trình xử lýgồm 3 giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Oxy hóa các hợp chất hữu cơ

Phản ứng oxy hóa khử giữa các hợp chất hữu cơ với oxy có thể biểu diễnnhư sau:

CxHyOz + O2 enzim CO2 + H2O + ∆H

Giai đoạn 2: Quá trình đồng hóa và xây dựng tế bào

CxHyOz + NH3 enzim CO2 + H2O + tế bào vi khuẩn + C5H7NO2 - ∆HTrong đó C5H7NO2 là chất nguyên sinh trong tế bào sinh vật

Giai đoạn 3: Quá trình dị hóa

Quá trình phân hủy các chất có trong tế bào sống dưới tác dụng của enzim

C5H7NO2 + O2 → CO2 + H2O + NH3  ∆H

 Xử lý trong điều kiện kị khí:

Khi nước thải có chỉ số BOD cao (BOD  10-30 g/l) thì ta không thể xử lýbằng phương pháp hiếu khí ngay mà phải xử lý bằng phương pháp kị khí trước đểgiảm bớt BOD của nước thải

f) Các quá trình sinh học chủ yếu trong xửlý nước thải

Một số khái niệm dùng trong xử lý sinh học nước thải

Các quá trình hiếu khí (Aeroten process hay oxic process): Các quá trình xử

lý sinh học xảy ra trong điều kiện có mặt của oxi

Các quá trình kị khí hay yếm khí (Anaerobic process): Các quá trình xử lýsinh học xảy ra trong điều kiện không có oxi

Quá trình thiếu khí hay thiếu oxi (Anoxic process): Quá trình chuyển hoánitrat thành nitơ trong điều kiện không cấp thêm oxi từ ngoài vào Quá trình nàycòn gọi là quá trình khử nitrat kị khí

Quá trình sinh học tuỳ tiện (Facultative process): Quá trình xử lý sinh họctrong đó quần thể sinh vật có thể hoạt động trong điều kiện có oxi hoặc không cóoxi Quá trình này còn gọi là quá trình tự phát

Quá trình sinh trưởng lơ lửng: Vi sinh vật sinh sản và phát triển trong cácbông cặn bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng trong các bể xử lý sinh học Các vi sinhvật này tạo thành các sản phẩm cuối cùng như CO2, H2O, NH3, H2S, N2 Chúng sinhtrưởng lơ lửng và được xáo trộn cùng với nước, cuối cùng các chất dinh dưỡng cạnkiệt, các bông cặn lắng thành bùn

Quá trình sinh trưởng dính bám: Trong quá trình xử lý sinh học, các vi sinhvật chịu trách nhiệm phân huỷ các chất hữu cơ và phát triển thành màng (biofilm)dính bám hay gắn kết trên các vật liệu trơ như đá, gỗ, sành sứ, chất dẻo Quá trìnhnày còn được gọi là quá trình màng sinh học, xảy ra ở các công trình xử lý nướcthải như lọc sinh học, đĩa quay sinh học

Sinh trưởng lơ lửng - bùn hoạt tính

Trong nước thải sau thời gian làm quen, các vi khuẩn bắt đầu sinh trưởng.Trong nước luôn có chứa những chất rắn lơ lửng, các chất rắn này có thể là hợp chất

vô cơ cũng như hữu cơ Trong thời gian sinh trưởng các vi khuẩn bám vào các chất

rắn lơ lửng này và tạo thành các hạt bông có hoạt tính phân giải các hợp chất hữu

cơ Các hạt bông này nếu được thổi khí và khuấy đảo trong nước sẽ lớn dần lên dohấp thụ nhiều hạt lơ lửng, tế bào sinh vật, động vật nguyên sinh Nếu ngừng thổikhí hoặc chất hữu cơ trong nước cạn kiệt chúng sẽ lắng xuống đáy tạo thành bùn.Bùn này được gọi là bùn hoạt tính

Trong quá trình phát triển các chất keo tụ trong khối nhầy của bùn hoạt tínhhấp thụ các chất lơ lửng, vi khuẩn, chất màu, mùi trong nước thải Hạt bùn lớndần lên và từ từ lắng xuống đáy Kết quả là nước sáng màu, giảm ô nhiễm, các chấthuyền phù lắng xuống cùng với bùn làm nước sạch

Sinh trưởng gắn kết - màng sinh học

Nếu trong dòng nước thải có các vật rắn làm giá đỡ như: xốp, gỗ, nhựa khi

đó các vi sinh vật sẽ bám dính trên bề mặt vật rắn đó Chúng sẽ tích tụ lại và tạothành màng, màng này cứ dày dần lên Thực chất đây là sinh khối vi sinh vật dínhbám hay gắn kết trên chất mang Màng này có khả năng oxi hoá các chất hữu cơ cótrong nước khi chảy qua và giữ lại các chất bẩn

Như vậy màng sinh học là tập hợp các loài vi sinh vật khác nhau có hoạt tínhoxi hoá các hợp chất hữu cơ có trong nước khi tiếp xúc với màng Màng này dàykhoảng 1-3 mm Màu của màng thay đổi theo thành phần của nước thải từ vàng xámđến nâu tối

Khi nước thải chảy qua màng lọc sinh học các chất hữu cơ dễ phân huỷ được

vi sinh vật sử dụng trước với tốc độ nhanh đồng thời số lượng quần thể cũng tăngnhanh, các chất hữu cơ khó phân hủy được vi sinh vật sử dụng sau

1.3.4 Các kĩ thuật xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Từ các đặc điểm của vi sinh vật đã được tìm hiểu ở trên, hiện nay trên thếgiới đã có rất nhiều các mô hình cũng như phương pháp ứng dụng vi sinh vật trongviệc xử lý nước và đã đạt được hiệu quả cao trong thực tế Có thể phân loại các quátrình xử lý nước bởi sơ đồ sau:

đã xử lý được đưa và hệ thống thoát nước chung Bùn một phần được hồi lưu

làm tác nhân phân giải cho đợt sau, một phần lấy ra làm phân bón Trong khi tiếnhành xử lý oxi được cấp liên tục

1.3.4.2 Lọc sinh học

Bể lọc sinh học là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vậtsinh trưởng cố định trên lớp màng bám trên lớp vật liệu lọc(môi trường lọc).Thường nước thải được tưới từ trên xuống qua lớp vật liệu lọc bằng đá hoặc các vậtliệu khác nhau, vì vậy người ta còn gọi hệ thống này là bể lọc sinh học (tricklingfilter)

Có thể mô tả quá trình trên qua sơ đồ sau:

Dòng vào

Dòng ra tuần hoàn

Tuần hoàn bùn lắng cấp 2

Hình 5: Sơ đồ hệ thống lọc sinh học.

Hiệu suất làm sạch nước thải trong các bể lọc sinh học phụ thuộc vào các chỉtiêu sinh hoá, chế độ thuỷ lực và kết cấu thiết bị Trong đó cần chú ý các chỉ tiêusau: BOD của nước cần làm sạch, bản chất các hợp chất hữu cơ, tốc độ oxi hoá,cường độ hô hấp của các vi sinh vật, khối lượng các chất được màng sinh học hấpthụ, chiều dày màng sinh học, thành phần các vi sinh vật sống trong màng, cường

độ sục khí, diện tích và chiều cao bể lọc Các đặc tính của bể lọc(kích thước đệm,

độ xốp và bề mặt riêng của màng sinh học), các tính chất vật lý của nước thải, nhiệt

độ quá trình và tải lượng thủy lực, cường độ tuần hoàn, màng sinh học mức độ phân

bố đều nước thải theo diện tích tiết diện, độ thấm ướt của màng sinh học

Lọc sinh học hiện nay chia thành hai loại:

- Lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập nước.

- Lọc sinh học có vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước

 Lọc nhỏ giọt là loại bể lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập nước.Các vật liệu lọc được sử dụng ở đây có độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúc trong mộtđơn vị thể tích là lớn nhất Khi nước chảy qua các khe hở của vật liệu, đồng thờitiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu và được làm sạch do sự phân hủycác chất bẩn của các vi sinh vật hiếu khí và kị khí trên màng, tạo thành các sảnphẩm như CO2 và H2O (phân hủy hiếu khí), CO2 và CH4 (phân hủy kị khí)

 Lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước: Trong quá trình làm việc,lọc có thể khử được BOD và chuyển hóa NH4 thành NO3-, lớp vật liệu lọc có thểgiữ lại các cặn lơ lửng Để khử được tiếp tục BOD và NO3- , người ta thường đặt haicột lọc nối tiếp Thiết bị có vùng thiếu khí nằm bên dưới lớp vật liệu lọc để khử

NO3-, Ở đây nước và không khí đi cùng chiều từ dưới lên cho hiệu quả xử lý cao

1.3.4.3 Đĩa quay sinh học

Một hệ thống vi sinh vật sinh trưởng cố định trên màng sinh học khác là đĩaquay sinh học Hệ thống này gồm một loạt đĩa tròn lắp trên cùng một trục cách nhaumột khoảng cách nhất định Khi trục quay, một phần đĩa ngập trong máng chứanước thải còn phần còn lại tiếp xúc với không khí Các vi sinh vật bám tạo thànhmàng sinh học trên các đĩa, phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải

1.3.4.4.Quá trình tạo màng và cơ chế xử lý qua màng sinh học

a) Khái niệm màng sinh học

Màng sinh học là một lớp màng mỏng thường dày khoảng 0.1- 0.4 mm Trênmàng là tập hợp các loại vi sinh vật có hoạt tính oxi hóa các chất hữu cơ có trongnước

Màng sinh học được tạo thành chủ yếu là các vi khuẩn hiếu khí, song cũng

có các vi khuẩn kị khí và tùy tiện Ở ngoài cùng lớp màng là các vi khuẩn hiếu khí

ví dụ loại trực khuẩn bacilluci Lớp trung gian là các vi khuẩn tùy tiện: Ví dụalcaligenes, flavobacterium, micrococus…Lớp sâu bên trong là các loại vi khuẩn kịkhí( loại này chủ yếu khử lưu huỳnh và nitrat)

b) Quá trình tạo màng sinh học

Hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp màng sinh học dựa vào lớpmàng vi sinh vật mà tại đó chúng sử dụng các chất hữu cơ có trong thành phần nướcthải làm thức ăn vì vậy cần tạo môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển Thực

tế chúng ta thường dùng các vật liệu xốp, nhựa, than, đá… làm vật liệu để các loại

vi sinh vật tạo màng sinh học trên đó (vật liệu lọc) Vật liệu này còn có vai trò giữlại các chất rắn lơ lửng trong nước thải

Người ta tạo màng vi sinh vật bằng cách tưới lên trên vật liệu một lượngnước thải có lượng vi sinh lớn hoặc có thể bổ sung một số chủng vi sinh vào Đốivới các chủng vi sinh kị khí thì không cần sục khí mà phải giữ DO của nước < 2mg/l Còn các loại vi sinh vật hiếu khí phải sục không khí liên tục để thúc đẩy sựphát triển cũng như quá trình tạo màng Sau 18 đến 24 giờ các vi sinh vật sẽ pháttriển bám vào vật liệu tạo thành màng lọc Đến khi màng có độ dày nhất địnhkhoảng 3 ngày nếu các điều kiện được giữ ổn định và hợp lí

Oxi và thức ăn được khuếch tán qua màng sinh học Sau một thời gian nhấtđịnh sẽ có sự phân lớp, lớp ngoài cùng tiếp xúc với oxi gồm các vi sinh vật hiếu khí,lớp màng sâu bên trong không có khả năng tiếp xúc với oxi không khí chứa các visinh vật kị khí Các vi sinh vật kị khí này sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ H2S vàamoni, các axit hữu cơ Sau đó các vi sinh vật hiếu khí lại phân hủy thành HNO3,

H2SO4, CO2 và H2O Trong quá trình sinh trưởng các vi sinh vật cũng giữ lại cácchất rắn lơ lửng, nước thải được làm sạch và giảm độ đục, khi lượng thức ăn cạnkiệt các vi sinh vật tự phân hủy (phân hủy nội bào) Khi vi sinh vật chết, lớp màngsinh học tự bong ra vào trong nước.

Hình 7: Các quá trình trong bể lọc sinh học

DO

Sản phẩm cuối

Yếm khí Hiếu khí

Dòng nước thải

Không khíChất hữu cơ

Lớp màng sinh

học

Màng chất lỏng

Chương 2: THỰC NGHIỆM

2.1 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

2.1.1.Đối tượng nghiên cứu

Trong bản luận văn này tôi nghiên cứu xử lý nước thải của làng nghề sản xuấtmiến dong Cự Đà, Thanh Oai, Hà Nội bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước

2.1.2 Phương pháp nghiên cứu

Khảo sát sự biến đổi các thông số đánh giá chất lượng nước thải như

NH4 ,NO2- , COD, BOD, PO43- , pH, độ đục theo thời gian xử lý

2.1.3 Mô hình thực nghiệm

Từ nhu cầu của việc xử lý nước thải theo phương pháp sinh học vừa thânthiện với môi trường vừa hiệu quả mà lại mang tính ứng dụng cao Chúng tôi đãnghiên cứu chế tạo thiết bị xử lý nước thải bằng phương pháp màng sinh học gồmhai cột dạng pilot, xử lý kị khí kết hợp với xử lý hiếu khí

 Sơ đồ cấu tạo của thiết bi

Hình 8: Sơ đồ cấu tạo của thiết bị

8 Ống chia dòng máy bơm

 Nguyên lý hoạt động của thiết bị

Nước thải làm miến được lắng gạn sơ bộ (bể chứa 2) và được điều chỉnh pHtrước khi cho vào bể chứa (1) Sau đó nước thải được bơm vào cột kị khí theo chiều

từ dưới lên trên với lưu lượng dòng được khống chế nhờ ống chia dòng máy bơm(8), nước thải đi qua lớp vật liệu xốp, tại đây các chất hữu cơ bị phân hủy bởi lớpmàng vi sinh vật kị khí Sau khi nước thải dâng tràn qua máng lắng cặn (4) thì tiếptục chảy sang cột hiếu khí theo nguyên tắc bình thông nhau do chênh lệch mựcmước giữa hai cột Nước thải từ từ dâng đầy cột hiếu khí và một lần nữa bị các visinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ có trong thành phần nước thải Ở cộthiếu khí không khí liên tục được cấp vào nhờ máy sục khí (11), cung cấp oxy choquá trình phân hủy các chất hữu cơ bởi vi sinh vật Mẫu nước thải qua cột hiếu khíđược lấy nhờ van (13), đem phân tích các chỉ tiêu, nếu chưa đạt tiêu chuẩn cho phépthì tiếp tục được cho tuần hoàn trở lại bể chứa (2) Sản phẩm bùn cặn của quá trìnhphân hủy chất hữu cơ được tháo ra ngoài nhờ ống xả bùn (10)

Ưu điểm của thiết bị :

+ Nước thải được bơm từ dưới lên trên tránh được hiện tượng dòng chảy tắttrong thiết bị Màng vi sinh bị ngập hoàn toàn trong nước nên cho hiệu quả xử lýcao hơn trường hợp nước thải chảy từ trên xuống dưới

+ Không khí được cấp đều vào cột hiếu khí nhờ dàn phân phối khí nhiều lỗ

và không khí đi từ dưới lên trên cùng chiều với dòng nước nên giảm tổn thất thủylực và tại các vị trí trong cột hiếu khí có thể coi nồng độ khí oxy là gần bằng nhau.Nói cách khác tại mọi vị trí trong cột hiếu khí thì có thể coi tốc độ phân hủy cácchất hữu cơ bởi các vi sinh vật là xấp xỉ bằng nhau

+ Thiết bị có hệ thống máng lắng cặn và ống xả bùn cho phép xả bùn dư khicần thiết

+ Hệ thống được thiết kế gần giống với dạng pilot nên cho hiệu quả xử lý cao.+ Hệ thống có thể tháo rời từng chi tiết thuận lợi cho sự rửa, tái sinh lớp vậtliệu lọc sau quá trình xử lý

2.1.4 Quá trình tạo màng sinh học trên vật liệu

2.1.4.1 Lựa chọn vật liệu lọc làm chất mang

Các nghiên cứu gần đây cho thấy có thể sử dụng các chất mang khác nhau đểnuôi cấy vi sinh vật (hiếu khí hay kị khí) dùng trong công nghệ xử lý nước thải nhưnhựa PVC, PE, thủy tinh, cao su, xốp, sơ dừa, ….trong số đó vật liệu xốp cho thấykết quả xử lý tốt hơn cả vì vật liệu xốp có diện tích bề mặt lớn, trên bền mặt cónhiều lỗ nhỏ để vi sinh vật có thể bám dính và tạo màng Ngoài ra xốp là vật liệu dễkiếm, rẻ tiền

Xốp hay tên gọi hóa học của nó là polystyren là một loại polyme tổng hợp cócông thức cấu tạo tổng quát:

Đây là loại vật liệu khá trơ, bền ngay cả trong môi trường nước mặn, đườngkính hạt xốp 0.3 - 0.5cm, ít thấm nước, bề mặt riêng lớn, độ rỗng xốp lớn (khoảng90%), không độc hại với vi sinh vật

2.1.4.2 Qui trình nuôi cấy tạo màng sinh học trên vật liệu

- Vật liệu xốp được nhồi vào hai cột hiếu khí và kị khí với chiều cao lớp vậtliệu là 0,8m Sau đó bơm nước có chứa chất dinh dưỡng vào cột từ dưới lên trên vớilưu lượng dòng là 9l/h Để quá trình hình thành màng được diễn ra tốt, chúng tôi đãcho vào một số chủng loại vi sinh vật hiếu khí và kị khí trên từng cột

- Sau đó thường xuyên theo dõi các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hìnhthành và phát triển của màng vi sinh như pH, chất dinh dưỡng (Nitơ ở dạng NH4+,photpho ở dạng photphat) và tạo những điều kiện tốt để vi sinh vật phát triển

- Đối với cột hiếu khí cần luôn đảm bảo cung cấp đủ và đều oxi trên toàn cột.Đối với cột kị khí thì ngược lại, cần luôn giữ sao cho hàm lượng oxi hòa tan trongnước (DO) nhỏ hơn 2mg/l, ngoài ra còn có thể cho thêm một ít rượu metylic vào đểquá trình hình thành màng kị khí được tốt

(-CH2-CH-)n

- Để kiểm tra kết quả của quá trình tạo màng vi sinh vật trên chấtmang,chúng tôi tiến hành chụp ảnh trên kính hiển vi điện tử quét (SEM), kết quảcho thấy màng vi sinh đã được tạo trên thành hạt xốp.

Hình 9: Bề mặt ban đầu của giá thể

Hình 10: Màng vi sinh bám trên bề mặt giá thể trong quá trình nuôi cấy

Hình 11: Bề dày lớp màng vi sinh trong quá trình xử lý

- Sau khi thấy vi sinh bám trên bề mặt giá thể, tiến hành bơm tuần hoàn nướcthải miến dong đã được pha loãng nhiều lần và đã xử lí sơ bộ qua hệ thống để visinh vật thích nghi với môi trường nước thải miến dong trước khi tiến hành nghiêncứu xử lý nước thải miến dong với hàm lượng COD đầu vào khác nhau

2.2 Phương pháp phân tích một số chỉ tiêu trong nước

+ HgI2 (Thủy ngân iotua) PA

+ KOH (Kali hidroxit)

+ NaOH (Natri hidroxit)

+ Axit Sunfanilic PA

+ NH4Cl (amoniclorua) PA

+ NaNO2 (Natri Nitrit) PA

+ Chất ức chế quá trình nitro hóa Alylthiore PA

+ NH4MoO4 (Amoni Molipđat) PA

+ Máy trắc quang (Spectroquant Nova 30 Đức) để xác định chỉ số COD

+ Máy trắc quang đo xác định chỉ tiêu NH4+, NO2

-+ Máy đo BOD (Model NOVA 30-1), Đức

+ Máy đo độ đục 2100p.Turbidimeter, Nhật

+ Máy đo pH Metler, Model XT 1200C, Thụy Sỹ

+ Cân kỹ thuật 10-2 g Precisa, Model XT 1200C, Thụy Sỹ

+ Cân phân tích 10-4g Ohaus, Model AR 2140, Thụy Sỹ

+ Máy sục khí

Và một số thiết bị phụ trợ khác

2.2.2.Xác định một số chỉ tiêu của nước thải làng nghề sản xuất miến dong Cự Đà

a) Xác định chỉ số COD bằng phuơng pháp đicromat

Nguyên tắc của phương pháp này là mẫu được đun hồi lưu với K2Cr2O7 và chấtxúc tác bạc sunfat trong môi trường axit sunfuric đặc Phản ứng diễn ra như sau:

Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2OQuá trình oxi hóa có thể được viết

O2 + 4H+ + 4e → 2H2OBạc sunfat dùng để thúc đẩy quá trình quá trình oxi hóa của các chất hữu cơphân tử lượng thấp Các ion Cl- gây cản trở cho quá trình phản ứng:

CrO 2- + 6Cl- + 14H+ → 3Cl + 2Cr3+ + 7H O

Để tránh sự cản trở trên người ta cho thêm HgSO4 để tạo phức với Cl- Ngoài

sự cản trở của ion Cl- còn phải kể đến sự cản trở của nitrit (NO2-), tuy nhiên vớilượng nitrit là 1- 1.2 mg/l thì sự cản trở của chúng được xem là không đáng kể, còntránh ảnh hưởng của chúng thì cần thêm vào mẫu một lượng axit sunfamic với tỷ lệ10mg/1mg NO2-

Quy trình phân tích:

- Chuẩn bị hóa chất:

+ Hỗn hợp phản ứng: Hòa tan 10.216g K2Cr2O7 loại PA đã được sấy ở nhiệt

độ 103oC sau đó thêm 167ml dung dịch H2SO4 và 33.3g HgSO4 Lắc và định mứcđến 1000ml bằng nước cất

+ Thuốc thử axit: Pha 5.5g Ag2SO4 trong 1 kg dung dịch H2SO4 đặc (d =1.84) có thể khuấy hoặc để cho Ag2SO4 tan hết mới sử dụng

+ Pha dung dich chuẩn kaliphtalat( HOOC6H4COOK): Sấy sơ bộ một lượngkaliphtalat ở 120oC Sau đó cân 850mg kaliphtalat pha và định mức vào bình 1lít(dung dịch này có nồng độ 1mg O2/ml)

- Phương pháp xác định: Lấy vào ống phá mẫu (cuvet) 2.5 ml mẫu sau đóthêm vào 3.5ml thuốc thử axit và 1.5 ml thuốc thử axit Đặt cuvet vào máy phá mẫu

ở nhiệt độ 148oC trong 2h sau đó lấy ra và để nguội đến nhiệt độ phòng Đo mật độquang ở bước sóng 605nm

Xây dựng đường chuẩn sự phụ thuộc của COD vào mật độ quang từ phươngtrình đương chuẩn lập được có thể tính ngược lại giá trị COD khi đo mật độ quangcủa mẫu nước thải trong quá trình xử lý

Kết quả đo mật độ quang các dung dịch chuẩn

Bảng 1: Kết quả xây dựng đường chuẩn COD

y = 0,0005x + 0,0218

R2 = 0,9991

0 0,1

Các yếu tố ảnh hưởng: Có 6 yếu tố cơ bản làm ảnh hưởng đến độ chính xáccủa phương pháp này:

- Nước nhiễm clo Để loại trừ ảnh hưởng phải trung hòa clo tự do hoặc cloliên kết có trong mẫu bằng dung dịch Na2SO3

- pH quá cao hoặc quá thấp Để xác định BOD của mẫu nước thải thì pH của

nó phải nằm trong khoảng 6.5 đến 7.5 Nếu nằm ngoài khoảng này cần trung hòachúng bằng dung dịch axit H2SO4 hoặc kiềm NaOH sao cho thể tích các dung dịchdùng để trung hòa không làm pha loãng mẫu quá 0.5% thể tích

- Nhiệt độ bảo quản: Mẫu phải được bảo quản ở đúng nhiệt độ 20 ± 1ºC đểkhông làm ảnh hưởng đến giá trị đo DO

- Sự nitrit hóa: Giảm ảnh hưởng của yếu tố này bằng cách thêm chất ức chế2–chloro–6–(trichloro metyl) pyridyne (TCMP) (Cl-C5H3N-CCl3) gắn trên NaCl saocho nồng độ TCMP trong mẫu pha loãng đạt 0.5 mg/l.

- Kỹ thuật pha loãng mẫu

- Mẫu chứa các chất độc (thường có trong mẫu nước thải công nghiệp nhưkim loại nặng…) Để loại trừ ảnh hưởng của yếu tố này cần có những nghiên cứu vàgiải pháp cụ thể

Các bước tiến hành đo BOD

Điều chỉnh pH của dung dịch về khoảng 6.57.5 bằng dung dịch axit hoặcbằng kiềm

Lấy một thể tích chính xác mẫu vào bình đo bằng phễu (nếu cần thiết)

Cho con khuấy từ vào chai chứa mẫu

- Thêm vào mẫu chất ức chế quá trình nitrat hóa (anlyl thioure) theo tỉ lệ ởbảng 2

Bảng 2: Lượng chất ức chế quá trình nitrat hóa

Cho 3-4 giọt KOH 45% vào nắp cao su ở miệng chai

Đặt sensor lên miệng nút chặt

Bắt đầu quá trình đo như sau:

+ Ấn nút Esc để bật hệ thống đo

+ Chọn chai cần đo BOD bằng các phím

+/-+ Đặt các điều kiện đo: Ấn nút Start để chọn các điều kiện đo Khi đó trênmàn hình sẽ hiển thị khoảng giá trị BOD và thể tích mẫu tương ứng, để thay đổi tadùng các phím +/- Chọn giá trị thích hợp sau đó nhấn Enter Tiếp theo máy tự độngchuyển sang chế độ chọn ngày cũng dùng các phím +/- rồi nhấn Enter Tắt máy

Sau 5 ngày bật máy bằng nút Esc, chọn chai cần đo ấn Enter kết quả BOD5

sẽ hiển thị trên màn hình

c) Xác định nồng độ amoni trong nước thải bằng phương pháp Nessler

Nguyên tắc: Amoni trong môi trường kiềm phản ứng với thuốc thử Nessler(K2HgI4) tạo thành phức có màu vàng hay nâu sẫm tuân theo phương trình sau

Cường độ màu của phức này phụ thuộc vào nồng độ amoni có trong nước

Độ nhạy của phức này là 0.25microgam amoni, giới hạn pha loãng là 1 2.107

Dùng phương pháp trắc quang để xác định nồng độ amoni : Đo mật độ quangcủa hỗn hợp phản ứng ở bước sóng 420nm

- Các amin thơm và amin béo làm đục dung dịch khi cho thuốc thử Nesslervào nên cần loại bỏ trước khi xác định

- Cl2 gây ảnh hưởng nên cần loại bỏ Để loại trừ ảnh hưởng, người ta chưngcất mẫu trong bình Kjeldahl với đệm borat (pH = 9.5) Mẫu sau khi chưng cất đượcđưa vào bình có chứa sẵn axit boric 2% Sau đó cho mẫu tác dụng với thuốc thửnessler trong môi trường kiềm

- Lượng N-NH4 cao hơn 250µg trong 50ml dung dịch sẽ có hiện tượng tăngmạnh huyền phù trắng đục do tạo thành kết tủa phức hợp của amoni làm dung dịchđậm màu Trong trường hợp đó phải điều chỉnh lượng mẫu sao cho nhỏ hơn 250 µgN-NH4 trong 50ml mẫu hoặc sử dụng phương pháp khác

- Các cation có thể tạo thành hydroxit không tan như: Ca, Mg, Mn, Fe; cáchợp chất hữu cơ và một số chất không tan cũng là nguyên nhân gây cản trở đến độchính xác của phương pháp

Các bước tiến hành đo nồng độ amoni

Chuẩn bị hóa chất:

-Dung dịch Xenhet: Hòa tan 50g KNaC4H4O6 (Kali-Natri tactrat) trong100ml nước cất, đun sôi một thời gian để loại hết NH3 Sau đó thêm nước cất đến

- Thuốc thử Nessler: Hòa tan 100g HgI2 và 70g KI bằng một lượng nhỏnước cất, khuấy đều chậm Thêm vào dung dịch này một dung dịch của 160g NaOHhòa tan trong 500ml nước cất Định mức đến 1 lít ta thu được dung dịch Nessler.Dung dịch cần được bảo quản tránh ánh sáng và đậy nắp.

- Dung dịch chuẩn amoni: Cân chính xác 0.1486g NH4Cl đã sấy khô ở 100oCtrong thời gian khoảng 1h Sau đó hòa tan vào bình định mức 1lít lắc đều, dùngpipet hút chính xác 10ml dung dịch vừa pha được cho vào bình định mức 1lít rồiđịnh mức đến vạch bằng nước cất thu được dung dịch có nồng độ 5mgNH4 /l

Xây dựng đường chuẩn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ amoni:Lần lượt pha các mẫu dung dịch chuẩn có nồng độ amoni tăng dần từ05mg NH4 /l theo bảng 3:

Bảng 3 : Kết quả xây dựng đường chuẩn Amoni

y = 0,1106x + 0,2354

R2 = 0,9981

0 0,1

Hình 13 Đường chuẩn amoni

d) Xác định hàm lượng nitrit trong nước thải

Nguyên tắc: Trong môi trường axit acetic ion NO2- phản ứng với axitsunfanilic và α- naphtylamin tạo thành hợp chất có màu hồng

Cường độ màu tỷ lệ với hàm lượng NO2- có trong nước Đo độ hấp thụ quang

ở bước sóng 543 nm Từ mật độ quang thu được và dựa vào phương trình đườngchuẩn ta tính được hàm lượng nitrit tương ứng

Các yếu tố ảnh hưởng và cách loại trừ:

+ Ảnh hưởng của sự vẩn đục và màu của nước Khắc phục điều này bằngcách lọc qua giấy lọc băng xanh trước khi phân tích

+ Các cation kim loại như Fe2+, Hg2+, Bi3+, Sb2+, Pb2+ đều gây ảnh hưởng choviệc xác định nitrit Loại trừ bằng cách cho dung dịch đi qua cột lọc cationit dạng

NH4

+ Lượng Cl- lớn hơn 3mg/l cũng gây ảnh hưởng Loại trừ bằng cách thêmdung dịch Ag2SO4 để tạo kết tủa AgCl, sau đó lọc bỏ đi

Ion NO3- không ảnh hưởng gì cho việc xác định

Các bước tiến hành đo nồng độ nitrit

+ Chuẩn bị thuốc thử: Dung dịch axit sunfanilic (Griss A) Hòa tan 0.5g axitsunfanilic trong 150ml dung dịch CH3COOH 12% Dung dịch được đựng trong lọ

Dung dịch α- naphtylamin (Griss B) Hòa tan 0.1g α- naphtylamin trong 150

ml dung dịch CH3COOH 12% Đun nóng nhẹ cho tan hết rồi lọc qua giấy lọc Bảoquản trong lọ sẫm màu

+ Chuẩn bị dung dịch chuẩn NaNO2: Hòa tan 0.1497 g NaNO2 tinh khiết đãsấy khô ở 105oC trong 2h bằng nước cất, định mức thành 1lit Dung dịch thu được

Lập đường chuẩn: Lần lượt cho vào các ống nghiệm khô những thể tích dungdịch tiêu chuẩn NaNO2 1mg/l tăng dần từ 0÷5ml Sau đó thêm tiếp các thuốc thửGriss A, Griss B và nước cất như trong bảng sau

Bảng 4 Kết quả Đường chuẩn nitrit

Ống

nghiệm

TT dungdịch chuẩn

NO2

-mg/l(ml)

Nồng độdung dịch

NO2-(ml)

Nước cất(ml)

TT GrissA(ml)

TT GrissB(ml)

Mật độquang(Abs)