Thực hành kỹ thuật xử lý nước thải

PHÂN HIỆU ĐẠI HỌC HUẾ TẠI QUẢNG TRỊ Bộ môn Công nghệ Kỹ thuật Môi trường ˜¶™ BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Học phần: Thực tập chuyên đề KTMT SVTH : Nguyễn Đình Diệp Lớp : CNKTMTK1 Huế, 2013 Bài 1: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA LIỀU KEO TỤ VÀ pH LÊN QUÁ TRÌNH KEO TỤ I. Mục đích - Bài thực hành giúp sinh viên làm quen với thí nghiệm xác định các thông số cho quá trình keo tụ (JAR TEST). II. Cở sở lý thuyết: 2.1 Khái niệm keo tụ Keo tụ là hiện tượng phá vỡ trạng thái ổn định của các hạt keo huyền phù để tạo ra các cụm hạt khi có sự tiếp xúc giữa các hạt keo. 2.2 Bản chất của quá trình kẹo tụ - Quá trình nén lớp điện tích kép, giảm thế điện động zêta nhờ ion trái dấu. - Quá trình keo tụ do hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt, trung hòa điện tích tạo ra điểm đẳng điện ζ = 0. - Cơ chế hấp phụ - tạo cầu nối: Các polymer có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo cầu nối giữa các hạt keo qua các bước: + Phân tán polymer + Vận chuyển polymer đến bề mặt hạt + Hấp phụ polymer lên bề mặt hạt + Lk giữa các hạt đã hấp phụ polymer với nhau hoặc với các hạt khác - Quá trình keo tụ hấp phụ cùng lắng trong quá trình lắng. - Trung hòa điện tích + Sự hấp phụ các chất mang điện tích trái dấu với các hạt keo. + Giảm thế điện thế bề mặt và làm mất ổn định hệ keo. + Hàm lượng chất keo tụ tăng → nồng độ hạt keo tăng. + Quá nhiều chất keo tụ → tái ổn định hệ keo - Quá trình keo tụ - hấp phụ cùng lắng trong quá trình lắng 2.3 Các chất keo tụ thường dùng: Ở nước ta chất keo tụ được sử dụng để lắng trong nước sinh hoạt là nhôm sunfat (thường gọi là phèn đơn) hoặc nhôm kali, nhôm  amon sunfat (thường gọi chung là phèn kép) hoặc dung dịch phèn nước (thông thường là dung dịch (phèn nhôm sắt). Nhằm phòng chống một số bệnh tật, bệnh dịch người ta còn sử dụng một số hóa chất khác như clo (clo lỏng, nước javen, bột tẩy) có tác dụng diệt khuẩn; vôi để hiệu chỉnh độ pH; natri silicofluorua chống bệnh sâu răng; polyacrylat để hoàn thiện quá trình lắng trong nước... 2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ: - Phải có pH thích hợp đối với từng loại chất keo tụ nhất định. Có ảnh hưởng đến khả năng tạo bông. - Nồng độ keo tụ vừa phải không nhiều cũng không ít. Quá ít hiệu quả tạo bông không tốt, quá nhiều thì các hạt bông trở về trạng thái ban đầu (các hạt keo lơ lửng). III. Kết quả thí nghiệm Thí nghiệm được tiến hành bởi mẫu nước thải có độ đục ban đầu là 752 NTU, pH = 6 3.1 Ảnh hưởng của liều keo tụ lên quá trình keo tụ: 3.1.1 Tiến hành: - Khuấy đều và dùng ống đong lấy mẫu vào 6 cốc, mỗi cốc 0,75L mẫu. Đo pH = 6. - Dùng pipet, cho dung dịch chất keo tụ vào các cốc chứa mẫu theo bảng sau: Cốc số 1 2 3 4 5 6 mL dd Al2(SO4)3 7,5 g/l 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Liều keo tụ, mg/l 5 10 15 20 25 30 - Chia làm hai đợt khuấy do máy Jartest chỉ có 4 chổ: + Khuấy nhanh 70 rpm trong vòng 1 phút + Giảm tốc độ khuấy xuống còn 25 rpm và duy trì trong vòng 15 phút. + Dừng khuấy, bắt đầu theo dỏi quá trình lắng bông cặn trong các cốc, ghi chú thời gian lắng hoàn toàn trong các cốc. + Sau 20 phút gạn lấy phần nước lắng và đo độ đục . 2.1.2 Kết quả thí nghiệm Kết quả thí nghiệm Cốc số 1 2 3 4 5 6 mL dd Al2(SO4)3 7,5 g/l 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Liều keo tụ, mg/l 5 10 15 20 25 30 Độ đục, NTU 463 90,45 23,7 21,35 17,15 13,45 Đồ thị 3.2 Ảnh hưởng của pH lên quá trình keo tụ 3.2.1 Tiến hành - Sau phân tích, thảo luận nhóm quyết định chọn liều lượng keo tụ thích hợp là 15 mg/l. - Dùng pipet, cho dung dịch chất keo tụ vào các cốc với liều lượng 15 mg/l. - Khuấy nhanh với tốc độ 70 rpm trong 1 phút và khuấy chậm 25 rpm trong 15 phút. - Ngừng khuấy, theo dỏi quá trình lắng bông cặn trong các cốc, ghi chú thời gian lắng hoàn toàn của từng cốc. - Sau 20 phút, gạn lấy phần nước lắng và đo độ đục. 2.2.2 Kết quả thí nghiệm Cốc số 1 2 3 4 5 6 Liều keo tụ, mg/l 15 pH 4 5 6 7 8 9 Độ đục, NTU 12,65 10,5 23,2 1631 2086,5 2838 Đồ thị IV. Nhận xét 4.1 Ảnh hưởng của liều keo tụ - Từ đồ thị ta thấy độ dốc giảm dần từ trái sang phải, càng sang phải độ dốc càng giảm. Từ đó, ta xác định được liều keo tụ thích hợp nhất là 15 mg/l ứng với độ đục là 23,7 NTU. - Khi tăng liều keo tụ lên thì độ đục vẫn giảm, nhưng mức giảm không đáng kể. Do vậy, để giảm chi phí xử lý thì ta nên chọn liều keo tụ 15 mg/l là thích hợp. 4.2 Ảnh hưởng của pH - Từ đồ thị ta thấy : + Độ đục tăng mạnh khi tăng pH lên 7,8,9 và giảm khi giảm pH xuống 4,5. + Khi pH = 5 thì độ đục sau xử lý là nhỏ nhất. Vì vậy, để xử lý tốt nhất ta nên chọn mức xử lý ở liều keo tụ 15 mg/l và điều chỉnh pH = 6 thì hiệu quả xử lý tốt nhất. Bài 2: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP THỤ CỦA THAN HOẠT TÍNH I. Mục đích Than hoạt tính là một trong các chất hấp phụ sử dụng trong xử lý nước, nước thải để loại màu, các chất độc lượng nhỏ … Bài thí nghiệm này giúp sinh viên thực hành đánh giá hoạt tính hấp phụ của than hoạt tính qua khả năng hấp phụ màu dung dịch xanh metylen. Từ kết quả thí nghiệm, tính toán các thông số quá trình hấp phụ. II. Cơ sở lý thuyết: 2.1 Khái niệm hấp phụ Hấp phụ là quá trình tụ tập (chất chứa, thu hút…) các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của chất tan lên bề mặt phân chia pha. Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn, khí – lỏng, khí – rắn. Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ, còn chất mà được tụ tập trên bề mặt phân chia pha được gọi là chất bị hấp phụ. 2.2 Bản chất quá trình hấp phụ: 2.2.1 Hấp phụ vật lýCác nguyên tử bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết vander walls yếu. Nói một cách khác, trong hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt bằng lực liên kết phân tử yếu (lực vander walls) và liên kết hiđro. Sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận nghịch. Nhiệt hấp phụ không lớn. 2.2.2 Hấp phụ hóa họcCó những lực hóa trị mạnh (do các liên kết bền của liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) liên kết những phân tử hấp phụ và những phân tử bị hấp phụ tạo thành những hợp chất hóa học trên bề mặt phân chia pha. Nói một cách khác hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử hấp phụ tạo hợp chất hóa học với các phân tử bị hấp phụ và hình thành trên bề mặt phân chia pha (bề mặt pha hấp phụ). Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thường (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) sự hấp phụ hóa học luôn luôn bất thuận nghịch. Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol. 2.3 Các chất hấp phụ thường dùng 2.3.1 Than hoạt tính - Là một chất gồm chủ yếu là nguyên tố carbon ở dạng vô định hình (bột), một phần nữa có dạng tinh thể vụn grafit(ngoài carbon thì phần còn lại thường là tàn tro, mà chủ yếu là các kim loại kiềm và vụn cát).Than hoạt tính có diện tích bề mặt ngoài rất lớn, nếu tính ra đơn vị khối lượng thì là từ 500 đến 2500 m2/g, do vậy mà nó là một chất lý tưởng dùng để lọc hút nhiều loại hóa chất. 2.3.2 SilicagelĐó là chất rắn có lỗ xốp nhỏ, dạng cục hoặc viên hình cầu tuỳ thuộc phương pháp tạo hạt khi điều chế, có loại trong suốt như thuỷ tinh, có loại đục. Độ xốp thay đổi trong giới hạn 20 - 60%, đường kính lỗ xốp khoảng 3 - 10 nm, bề mặt riêng 200 - 800 m2/g. Hút nước mạnh và có khả năng hấp phụ chất khíĐược dùng làm chất hấp phụ để làm sạch dầu khoáng và nước, tách các rượu, axit amin, vitamin, chất kháng sinh, freon, vv. Cũng dùng làm chất mang xúc tác; chất hút ẩm, làm khô và chất hấp phụ (pha tĩnh) trong phân tích sắc kí. 2.3.3 ZeoliteZeolite là các aluminosilicat tinh thể có hệ thống mao quản đồng đều chứa các cation nhóm-I-và-II.Chế phẩm zeolite làm phụ gia thức ăn cho lợn và gà vì khi được trộn vào thức ăn, chế phẩm zeolite sẽ hấp phụ các chất độc trong cơ thể vật nuôi, tăng khả năng kháng bệnh, kích thích tiêu hóa và tăng trưởng. 2.4 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Hấp phụ thường được mô tả thông qua đường hấp phụ đẳng nhiệt, là một hàm liên quan giữa lượng chất bị hấp phụ (adsorbate) trên chất hấp phụ (adsorbent) và áp suất của nó (nếu ở thể khí) hoặc nồng độ (nếu ở thể lỏng)ở nhiệt độ không đổi. Phương trình toán học đầu tiên mô tả quá trình hấp phụ đẳng nhiệt của một chất khí được Freundlich và Küster công bố năm 1894 Trong đó:  là lượng chất bị hấp phụ (adsorbate),  lượng chất hấp phụ (adsorbent),  là áp suất của chất bị hấp phụ (adsorbate),  và  là hằng số đặc trưng cho mỗi cặp adsorbent-adsorbat ở nhiệt độ nhất định. III. Kết quả thí nghiệm 3.1 Xây dựng đường chuẩn xanh metylen 3.1.1 Tiến hành - Pha dãy các dung dịch chuẩn xanh mety;en có nồng độ 0 – 150 mg/l từ dung dịch 150 mg/l vào các ống nghiệm theo bảng sau: Ống nghiệm số 0 1 2 3 4 5 Nồng độ dd. chuẩn, mg/l 0 30 60 90 120 150 Thể tích dd xanh metylen 150 mg/l, ml 0 2 4 6 8 10 Thể tích nước cất,ml 10 8 6 4 2 0 - Đo hấp thụ quang của 5 dung dịch chuẩn ở bước sóng 724 nm. Xây dựng phương trình đường chuẩn (phụ thuộc độ hấp thụ quang theo nồng độ). 3.1.2 Kết quả đo hấp thụ quang và xây dựng đường chuẩn - Kết quả đo hấp thụ quang Nồng độ dd. chuẩn, mg/l 30 60 90 120 150 Độ hấp thụ quang 0,096 0,269 0,606 0,804 0,954 - Đồ thị đường chuẩn xanh metylen 3.2 Xác định khả năng hấp phụ ở các liều hấp phụ khác nhau 3.2.1 Tiến hành - Lấy vào 5 bình tam giác mỗi bình 50 ml dung dịch xanh metylen 150 mg/l. Thêm các lượng cân than hoạt tính khác nhau vào các bình theo bảng sau: Bình số 1 2 3 4 5 Lượng than hoạt tính, g 0,005 0,01 0,02 0,03 0,04 Liều hấp phụ tương ứng, mg/l 1000 2000 4000 6000 8000 - Đậy nút bình, lắc đều các bình. - Sau đó, lắc máy liên tục trong vòng 1h. - Lấy ra lắc tay một thời gian, rồi lắc máy liên tục 1h. - Lọc các mẫu qua giấy lọc, thu dịch lọc và đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 724 nm. 2.2.2 Kết quả thí nghiệm Bình số 1 2 3 4 5 Lượng than hoạt tính, g 0,005 0,01 0,02 0,03 0,04 Liều hấp phụ tương ứng, mg/l 1000 2000 4000 6000 8000 Độ hấp thụ quang 0,425 0,349 0,109 0,061 0,011 Nồng độ dd metylen sau hấp phụ, mg/l 79,1 68,3 34 27,1 20 2.3 Tính toán Từ số liệu thì nghiệm có được, tính: a. Hiệu suất xử lý màu trong từng bình thí nghiệm. b. Hoạt tính hấp phụ của than ở từng bình thí nghiệm c. Các hệ số trong phương trình hấp phụ Freundlich Dãy số liệu thí nghiệm Ce, mg/l 79,1 68,3 34 27,1 20 x/mc, mg/mg 0,709 0,4085 0,29 0,2048 0,1625 Đồ thị biến thiên E và AC theo liều hấp phụ Từ đồ thị ta xác định được: Hệ số góc a = 1/n = 0,947 => n = 1,06 IV. Nhận xét - Hiệu suất xử lý màu của than hoạt tính tăng khi tăng liều lượng hấp phụ. - Từ kết quả hoạt tính hấp phụ của than hoạt tính ta thấy lượng chất đã bị hấp phụ giảm dần khi tăng liều hấp phụ. Do vậy,khả năng hoạt hoá hấp phụ của than hoạt tính giảm dần. - Từ phương trình Freundlich y = 0,947x – 4,663 ta xác định được các hệ số thực nghiệm n = 1,06, Kf = 0,009 Bài 3: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÂN HUỶ SINH HỌC CỦA NƯỚC THẢI I. Mục đích Đánh giá khả năng phân huỷ sinh học của mẫu nước thải đô thị thông qua xác định thực nghiệm hằng số tốc độ phản ứng BOD và giá trị BODu. II. Cơ sở lý thuyết Quá trình phân huỷ sinh học các hợp chất hữu cơ trong nước thải xảy ra theo động học bậc 1: Trong đó: k-hằng số tốc độ phản ứng BOD, ngày-1; Lt – nhu cầu oxy của các chất hữu cơ còn lại ở thời điểm t, mg/L. Biến đổi toán học (1) sẽ cho biểu thức tính BOD của mẫu sau thời gian t (ngày): BODt = L0 – Lt = L0 – L0e-kt = L0(1 – e-kt) Xác định k và L0 theo phương pháp Thomas Phương pháp này dựa trên sự giống nhau về khai triển dãy của 2 hàm số : F1 = 1 – e-kt và F2 = (kt)(1 – (1/6)kt)-3 F1 = (kt) F2 = (kt) Hai số hạng đầu giống nhau, số hạng thứ 3 chỉ khác một ít. Như vậy, phương trình tốc độ phản ứng BOD (phương trình 2) có thể viết lại gần đúng như sau: BODt = L0(kt)[1 + (1/6)kt]-3 (5) Biến đổi (5) và lấy căn bậc 3 hai vế : Đồ thị (t/BODt)1/3 theo t là đường thẳng có đoạn cắt trục tung là: A = (kL0)-1/3 và độ dốc . Từ đây tính được k = 6B/A và L0 = 1/(6A2B) III. Kết quả thí nghiệm 3.1 Xác định COD 3.1.1 Quy trình phân tích COD - Chuẩn bị dung dịch làm việc Khoảng COD thấp (<100mg/l) S1 00 mg/l: nước cất S2 15 mg/l: 1,5 ml dd.chuẩn + nước cất đến 50 ml S3 30 mg/l: 3,0 ml dd.chuẩn + nước cất đến 50 ml S4 60 mg/l: 6,0 ml dd.chuẩn + nước cất đến 50 ml S5 90 mg/l: 9,0 ml dd.chuẩn + nước cất đến 50 ml - Chuẩn bị mẫu : Nếu COD cao (> 500 mg/l), pha loãng mẫu để có nồng độ COD trong khoảng đường chuẩn. - Các bước phân tích : Là quy trình phân tích chung cho cả đường chuẩn và mẫu 2,5 ml dd.chuẩn/mẫu (trong ống nghiệm 20ml) => Thêm 1,5 ml dd.phân huỷ => Thêm cẩn thận 3,5 ml H2SO4/Ag+ (cho chảy từ từ dọc thành ống nghiệm). Vặn chặt nặp, đảo lộn vài lần để trộn => Cho vào bộ đun ( gia nhiệt đến 200oC) và đun trong vòng 2 giờ => Làm nguội từ từ đến nhiệt độ phòng => Đo hấp thụ quang ở 420 nm (dùng nước cất để thiết lập giá trị zero). 3.1.2 Kết quả đường chuẩn Nồng độ, mg/l 0 15 30 60 90 Độ hấp thụ 0,111 0,081 0,07 0,039 0,017 Đồ thị 3.1.3 Kết quả đo mẫu Mức pha loãng 0 2 4 Độ hấp thụ 0,048 0,052 0,076 Nhận xét: - Ở ba mức pha loãng trên, độ hấp thụ đều nằm trong khoảng giới hạn của đường chuẩn từ 0,017 đến 0,111Abs. - Từ phương trình đường chuẩn , ta xác định được nồng độ của mẫu như sau: + Mẫu không pha loãng có y = 0,048 => Nồng độ của mẫu là + Mẫu pha loãng 2 lần có y = 0,052 => Nồng độ của mẫu sau khi pha loãng là + Mẫu pha loãng 4 lần có y = 0,059 => Nồng độ của mẫu sau khi pha loãng là Vậy, do quá trình lấy mẫu không đồng nhất và đại diện tốt nên kết quả có sự sai khác về nồng độ. Để đảm bảo tính xác thực của hàm lượng COD có trong nước thải, ta chọn mẫu pha loãng 4 lần là kết quả cần xác định. Nồng độ COD có trong nước thải là: 43 x 4 = 172 mg/l. Từ đó ta ước lượng được hàm lượng BOD có trong nước thải là : BOD = 0,8 x 172 = 137,6 mg/l 3.2 Xác định BOD 3.2.1 Tiến hành - Để đảm bảo hàm lượng DO trong nước thải nằm trong khoảng từ 4 – 6 mg/l, ta tiến hành pha loãng mẫu nước thải 25 lần đến thể tích cuối cùng là 2L. - Khuấy trộn đều trong 5 phút và đo DO mẫu pha loãng ban đầu. - Cho mẫu đã pha loãng vào 5 chai Winkler. Dùng ống nhựa để nạp mẫu vào chai, cho đầu ống gần sát đáy để tránh xáo trộn. Lấy mẫu dư đến miệng chai, dùng nút đậy ngay để tránh tạo bọt khí bên trong chai. - Đặt 5 chai vào tủ ủ BOD ở 20oC. 3.2.2 Kết quả đo BOD Ngày Ban đầu 1 2 3 4 5 DO, mg/l 7,6 6,81 6 4,75 4,43 2,63 - BOD1 = DObđ – DO1 = 7,6 – 6,81 = 0,79 mg/l - BOD2 = DObđ – DO2 = 7,6 – 6 = 1,6 mg/l - BOD3 = DObđ – DO3 = 7,6 – 4,75 = 2,85 mg/l - BOD4 = DObđ – DO4 = 7,6 – 4,43 = 3,17 mg/l - BOD5 = DObđ – DO5 = 7,6 – 2,63 = 4,97 mg/l Ta tính được BOD có trong nước thải là : BOD1 = BOD1 x 25 = 0,79 x 25 = 19,75 mg/l BOD2 = BOD5 x 25 = 1,6 x 25 = 40 mg/l BOD3= BOD5 x 25 = 2,85 x 25 = 71,25 mg/l BOD4 = BOD5 x 25 = 3,17 x 25 = 79,25 mg/l BOD5 = BOD5 x 25 = 4,97 x 25 = 124,25 mg/l Biểu đồ biểu diễn hàm lượng BOD có trong nước thải - Tính toán k và L0 theo exel t 1 2 3 4 5 1,082 1,077 1,017 1,008 1,002 Đồ thị - Phương trình rút ra là : y = -0,022x + 1,105. Từ đó ta rút: A = 1,105 ; B = 0,022 Suy ra : k = 6B/A= 0,0119 ; L0 = 1/(6A2B)= 6,87 mg/l - Tỷ lệ : ; IV. Nhận xét - Do quá trình lấy mẫu thí nghiệm không tốt, nên kết quả phân tích COD sau khi pha loãng là không đồng nhất, có sự sai khác lớn. Vì vậy, để đánh giá sát với thực tế ta chọn kết quả của mức pha loãng 4 lần làm chuẩn. - Do khi pha mẫu vào bình Winkler không tốt, làm gia tăng oxy hoà tan trong nước thải, nên khi đã pha loãng 25 lần, nhưng DO đo được vẫn ở ngoài khoảng ước tính 5-6 mg/l. - Kết quả BOD là khá tốt, nằm trong khoảng 0,7 – 0,8 COD.  BÀI 4,5: KHỞI ĐỘNG VÀ THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG BÙN HOẠT TÍNH I.MỤC ĐÍCH Bùn hoạt tính là hệ thống xử lý sinh học cơ bản và phổ biến, sử dụng trong xử lý nước thải để loại bỏ các chất hữu cơ. Bài thực hành này giúp sinh viên hiểu được nguyên tắc vận hành của hệ thống bùn hoạt tính, thực hành thao tác khởi động và thiết lập một số thông số vận hành của hệ thống. Giúp sinh viên hiệu được nguyên tắc vận hành của hệ thống bùn hoạt tính và đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống. II.CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính. - Nguyên tắc hoạt động: Nước thải được bơm vào bể phản ứng chứacác vi sinh vật ở dạng lơ lửng có sục khí, các vi sinh vật hiếu khí này phân hủy các chất hữu cơ, hay các chất hữu cơ đó làm nguồn thức ăn cho các vi sinh vật để tăng sinh khối. Nhờ đó mà các chất hữu cơ được loại ra khởi nước thải. Nước thải chảy qua bể lắng. ở đây các bông bùn được lắng xuống đáy, phần bùn được bơm hồi lưu lại bể phản ứng, phần nước trong được thải ra. - Các phương trình tính toán: + Tính lượng bùn sinh ra hằng ngày. Yobs = Px = Yobs Q(S0 – S)10-3 + Tính nhu cầu Oxy lý thuyết OC0, kgO2/ngày = - 1,42 Px + 4,57 Q(N0 – N)10-3 + Tính SS, VSS SS, mg/l = VSS, mg/l = + Tính nồng độ NH4 – N + Tốc độ tiêu thụ cơ chất riêng đối vi khuẩn Nitrat: UN = + Tính tỷ số F/M = + Tính tải trọng hữu cơ của hệ thống: OLR = , kgCOD/m3/d. III. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3.1 Tiến hành - Chuẩn bị nước thải tổng hợp: Dung dịch gốc Nồng độ, g/l ml dùng pha 10L NT tổng hợp 1. Glucose 30 50 2. Amoni acetate 20 50 3. NaHCO3 50 100 4. KH2PO4 7,2 25 5. Dung dịch hỗn hợp muối. - NaCl - KCl - CaCl2.2H2O - MgSO4.7H2O 1,0 1,4 1,9 2,0 10 - Lấy 5L bùn hoạt tính từ xô bùn vào xô nhỏ, đồng thời lấy 25ml cho vào ống đong, phần trông ống đong để xác định SS và VSS, phần trong xô nhỏ để lắng trong 30 – 40 phút, gạn bổ phần nước lắng. Cho phần bùn lắng được vào bể phản ứng. Dùng nước thải tổng hợp tráng xô và cho vào bể. Thêm nước máy đến gần mức tràn của bể lắng - Lắp đặt hệ thống bùn hoạt tính như hình vẽ trên - Trong 4 giờ đâu tiên, tắt bơm NT vào, chỉ mở bơm bùn hồi lưu và sục khí để vận hành với chế độ mẻ. Sau đó, bắt đầu mở bơm NT vào. - Cho hệ thống hoạt động trong 2 ngày, ngày đầu lấy 50ml nước thải đầu vào và 50ml nước thải đầu ra, ngày thứ 2 cũng tương tự. Bảo quản mẫu ở trong tủ lạnh. - Trong 2 ngày thí nghiệm, tiến hành đo các thông số sau đây trong bể phản ứng (mỗi ngày đo 1 lần): pH, DO. 3.1.1 Xác định SS và VSS a. Kết quả SS và VSS: Ban đầu m0, g m1, g m2, g SS, mg/l VSS, mg/l 1,198 1,274 1,2405 3040 1700 Sau hai ngày m0, g m1, g m2, g SS, mg/l VSS, mg/l 1,197 1,254 1,231 2280 1360 b.Kết quả Amoni - Đường chuẩn Amoni: C, mg/l 0 0,15 0,3 0,45 0,6 A, Abs 0,07 0,11 0,15 0,18 0,24 Đồ thị - Kết quả mẫu đầu vào Pha loãng, lần 150 200 250 A, Abs 0,254 0,2 0,079 Ta thấy chỉ có mẫu pha loãng 200 và 250 lần là nằm trong khoảng giới hạn của đường chuẩn, ta chọn mẫu pha loãng 200 lần. Hàm lượng Amoni trong mẫu nước thải đầu vào là: - Kết quả mẫu ra 1 Pha loãng, lần 100 150 200 A, Abs 0,09 0,068 0,047 Ta thấy chỉ có mẫu pha loãng 100 lần là nằm trong khoảng giới hạn của đường chuẩn, ta chọn mẫu pha loãng 100 lần. Hàm lượng Amoni trong mẫu nước thải đầu vào là: - Kết quả mẫu ra 2 Pha loãng, lần 100 150 200 A, Abs 0,1 0,065 0,043 Ta thấy chỉ có mẫu pha loãng 100 lần là nằm trong khoảng giới hạn của đường chuẩn, ta chọn mẫu pha loãng 100 lần. Hàm lượng Amoni trong mẫu nước thải đầu vào là: - Kết quả mẫu Amoni đầu ra ta lấy kết quả trung bình của hai mẫu nước thải trên Ntb = 9,9 mg/l - Đường chuẩn COD Nồng độ, mg/l 0 15 30 60 90 Độ hấp thụ 0,111 0,081 0,07 0,039 0,017 Đồ thị - Kết quả đo mẫu đầu vào Mức pha loãng 0 2 4 Độ hấp thụ 0,014 0,039 0,066 Nhận xét: - Dựa vào phương trình đường chuẩn y = - 0,001x + 0,102 ta tính được x2= 60 mg/l ; x4=36 mg/l. Để đảm bảo tính an toàn, ta chọn kết quả x2=36 mg/l. Vậy, hàm lượng COD có trong nước thải là 36 x 4 = 144 mg/l. Ước lượng hàm lượng BOD có trong nước thải đầu vào S0 = 0,8 x COD = 0,8 x 144 = 115,2 mg/l. - Kết quả đo mẫu đầu ra 1 Mức pha loãng 0 2 4 Độ hấp thụ 0,092 0,124 0,149 - Dựa vào phương trình đường chuẩn y = - 0,001x + 0,102 ta tính được x0= 10 mg/l . Vậy, hàm lượng COD có trong nước thải là 12 mg/l. Ước lượng hàm lượng BOD có trong nước thải đầu vào S1 = 0,8 x COD = 0,8 x 10= 8 mg/l. - Kết quả đo mẫu đầu ra 2 Mức pha loãng 0 2 4 Độ hấp thụ 0,09 0,12 0,143 - Dựa vào phương trình đường chuẩn y = - 0,001x + 0,102 ta tính được x0= 12 mg/l . Vậy, hàm lượng COD có trong nước thải là 12 mg/l. Ước lượng hàm lượng BOD có trong nước thải đầu vào S1 = 0,8 x COD = 0,8 x 12 = 9,6 mg/l. Vậy, ta lấy Stb = 8,8 mg/l. + Tính lượng bùn sinh ra hằng ngày. Yobs = Tỏng đó: c : Thời gian lưu của bùn hoạt tính (tuổi của cặn) trong công trình = 0,75 :15 (ngày). Chọn (ngày) Chế độ thủy lực của bể: Khuấy trộn hoàn chỉnh. Y :Hệ số năng suất sử dụng chất nền cực đại (hệ số sinh trưởng cực đại). Y= (0,4 – 0,6) (mg bùn hoạt tính/mgBOD). Chọn Y = 0,6. Kd : Hệ số phân hủy nội bào. Kd = (0.02 – 0.1) (ngày-1), chọn Kd = 0.06. Px = Yobs Q(S0 – S)10-3 = 0,375 x 0,75 l/h x (115,2 – 8,8)mg/l = 30 mg/h = 7,2 x 10-4 kg/ngd. Trong đó : Q = 0,75 l/h = 18 l/ngd + Tính nhu cầu Oxy lý thuyết OC0, kgO2/ngày = - 1,42 Px + 4,57 Q(N0 – N)10-3 = - 1,42 x 7,2 x 10-4 kg/ngd+ 4,57 x 18 l/ngd x (96 – 9,9) mg/l x 10-6 = 8,9x10-3 kg/ngd + Tính tỷ số F/M = + Tính tải trọng hữu cơ của hệ thống: OLR = kgCOD/m3/d. - Hiệu suất xử lý COD = - Hiệu suất xử lý Amoni = IV. NHẬN XÉT - Do trong quá trình bị tràn bể phản ứng nên kết quả SS, VSS sau xử lý không đúng với thực tế, giảm so với SS và VSS ban đầu. - Hiệu suất xử lý trong ngày thứ hai cũng giảm so với ngày đầu tiên, do một lượng bùn hoạt tính bị thất thoát do tràn bể. - Hàm lượng Amoni trong mẫu nước thải đầu vào là 96 mg/l gần bằng với giá trị lý thuyết khi pha là 100mg/l. - Hiệu suất xử lý COD và Amoni của bùn hoạt tính là rất cao. Vì vậy, có thể ứng dụng để xử lý nước thải trong thực tế. BÀI 6: ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG NITRAT HÓA CỦA BÙN HOẠT TÍNH I.MỤC ĐÍCH Trong bùn hoạt tính có chứa các vi khuẩn có khả năng thực hiện quá trình nitrat hóa, tức oxi hóa amoni thành nitrit và nitrat. Bài thí nghiệm này nhằmg xác định khả năng nitrat hóa của bùn hoạt tính trong điều kiện thí nghiệm mẻ. II.CƠ SỞ LÝ THUYẾT Giá thiết quá trình oxi hóa sinh học amoni trong điều kiện thí nghiệm tuân theo động học Monod và giả sử nồng độ bùn thay đổi không đáng kể trong khoảng thời gian thí nghiệm. Từ nồng độ cơ chất amoni (NH4-N) mất đi hay nồng độ tổng NO2-N và NO3-N (gọi chung là NOx-N) tạo thành sau từng khoảng thời gian, tính toán tốc độ oxy hóa riêng cực đại, sử dụng dạng biến đổi tuyến tính của phương trình mônd. (1) (2) Trong đó: rN: tốc độ nitrat hóa, mg NH4-Ngiảm/L/h hay mg NOx-Ntạo thành/L/h k: tốc độ nitrat hóa riêng cực đại, mg-N/g-VSS/h S: nồng độ cơ chất trong amoni. Mg-N/L X: nồng độ sinh khối, mg-VSS/L Ks: hằng số - Quá trình Nitrat hóa + Đây là quá trình hiếu khí, bởi các vi khuẩn tự dưỡng ( autotrophic) + NH4 bị oxy hóa đến NO3- theo 2 bước: Nitrosomonas 2NH4 + 3O2 2NO2- + 4H+ + 2H2O Nitrobacter 2NO2- + O2 2NO3- - Các phương trình tính toán. + Tốc độ tiêu thụ cơ chất riêng đối vi khuẩn Nitrat: UN = III. MÔ TẢ THÍ NGHIỆM 1.Môi trường thí nghiệm - (NH4)2SO4: 67,4ml (NH4)2SO4 7g/l - KH2PO4: 12,2ml KH2PO4 7,2g/l - NaHCO3: 12,6ml NaHCO3 50g/l - MgSO4.7H2O: 2,2mg/l MgSO4.7H2O 22,5 mg/L - CaCl2.2H2O: 0,18ml CaCl2.2H2O 27,5 g/l - Dung dịch Fe-EDTA**: 1 mL/L Điều chỉnh pH đến 7,5 bằng dung dịch NaHCO3 10% 2.Xử lý bùn hoạt tính - Dùng ống đong, lấy 200mL bùn hoạt tính từ xô nuôi bùn ở PTN. - Cho vào cốc, khuấy đều trên máy khuấy từ và hút ra 50mL để xác định SS và VSS - Phần 150mL bùn còn lại được xử lý như sau: a.Lọc hút qua phếu lọc thủy tinh xốp (không giấy lọc), b.Ngưng bơm hút, dùng bình tỉa nước cất rửa phần bùn nằm trên phễu (dùng 15-20 mL nước) c.Lặp lại thao tác lọc – rửa 2-3 lần nữa cho đến khi thử nước lọc bằng thuốc thử hiện màu xác định nitrit không còn hiện màu hồng. 3.Tiến hành thí nghiệm mẻ - Dùng môi trường thí nghiệm để rửa phễu lọc nhiều lần và chuyển toàn bộ vào bình tam giác. Thêm hết 1 L môi trường thí nghiệm vào. - Cho đầu khuếch tán khí vào bình và đặt bình vào bể điều nhiệt ở 30oC. - Sục không khí trong 1 phút, để lắng, dùng syringe để hút 20 mL mẫu. - Sục không khí trở lại. Kiểm tra oxy hòa tan trong bình, bảo đảm DO lớn hơn 3mg/L - Sau mỗi 1 giờ lấy 1 mẫu bàng cách ngừng sục khí, để lắng 1 - 2 phút rồi hút 20 mL mẫu bằng syringe. Lấy tất cả 5 mẫu, tức sau 1,2,3,4, và 5 giờ. - Tất cả mẫu lây trong syringe được lọc qua giấy lọc 1,0 , chứa vào chai đựng mẫu và bảo quản trong tủ lạnh để phân tích cùng một lần sau này. - Xác định Nitrit + Xây dựng đường chuẩn và phân tích mẫu: STT Dung dịch chuẩn S1 (0 mg/l) 10 ml nước cất S2 (0,05 mg/l) 0,5 ml dung dịch trung gian + 9,5 ml nước cất S3 ( 0,1 mg/l) 1 ml dung dịch trung gian + 9 ml nước cất S4 (0,2 mg/l) 2 ml dung dịch trung gian + 8 ml nước cất S5 (0,3 mg/l) 3 ml dung dịch trung gian + 7 ml nước cất Các bước phân tích nitrit 10 ml dung dịch chuẩn/ mẫu ( pha loãng 30 lần) trong ống nghiệm 25 ml Thêm 0,5 ml thuốc thử tạo màu, trộn đều Chờ 15 – 20 phút Đo hấp thụ quang ở 543 nm - Xác định Nitrat STT Dung dịch chuẩn S1 (0 mg/l) 10 ml nước cất S2 (0,5 mg/l) 1 ml dung dịch trung gian + 9 ml nước cất S3 (1 mg/l) 2 ml dung dịch trung gian + 8 ml nước cất S4 (1,5 mg/l) 3 ml dung dịch trung gian + 7 ml nước cất S5 (2 mg/l) 4 ml dung dịch trung gian + 6 ml nước cất + Các bước phân tích 10 ml dung dịch/mẫu ( pha loãng 50 lần) cho vào cốc thủy tinh Thêm 1 ml dung dịch sodium salicylate, trộn đều Đun cách cát cho đến khô Làm nguội; thêm 1 ml H2SO4 đ.đ, lắc, để yên trong 10 phút Thêm 8 ml nước cất dọc theo thành cốc, lắc đều, để nguội Thêm 7 ml NaOH 30% dọc theo thành cốc, lắc đều, để nguội Chuyển vào bình định mức 25 ml, định mức bằng dinh dịch NaOH 2,5 % Đo quang ở 420 nm IV. Kết quả thí nghiệm 4.1 Kết quả SS và VSS: m0, g m1, g m2, g SS, mg/l VSS, mg/l 1,2089 1,2964 1,2564 3500 1900 4.2 Kết quả Amoni - Đường chuẩn Amoni C, mg/l 0 0,15 0,3 0,45 0,6 A, Abs 0,07 0,11 0,15 0,18 0,24 - Kết quả phân tích mẫu Amoni: Pha loãng 200 lần. Từ kết quả đo độ hấp thụ quang và phương trình đường chuẩn ta tính được nồng độ trong các mẫu như bảng sau: Mẫu S0 S1 S2 S3 S4 S5 A,Abs 0,23 0,187 0,162 0,139 0,112 0,097 C,mg/l 118,7 87,2 68,9 52,4 32,23 21,25 4.3 Kết quả Nitrit - Đường chuẩn: Mẫu S1 S2 S3 S4 S5 A,Abs 0,02 0,150 0,282 0,510 0,731 Đồ thị -Mẫu: Pha loãng 30 lần. Từ kết quả đo độ hấp thụ quang và phương trình đường chuẩn ta tính được nồng độ trong các mẫu như bảng sau: Mẫu S0 S1 S2 S3 S4 S5 A,Abs 0,013 0,142 0,254 0,365 0,475 0,67 C, mg/l 0 1,4 2,8 4,24 5,64 8,2 Kết quả Nitrat - Đường chuẩn Mẫu S1 S2 S3 S4 S5 A,Abs 0 0,109 0,212 0,307 0,384 Đồ thị -Mẫu: Pha loãng 50 lần. Từ kết quả đo độ hấp thụ quang và phương trình đường chuẩn ta tính được nồng độ trong các mẫu như bảng sau: Mẫu S0 S1 S2 S3 S4 S5 A,Abs 0,012 0,132 0,194 0,25 0,32 0,351 C, mg/l 0 29,8 46,7 61,76 80,76 89,2 4.5 Bảng số liệu thí nghiệm: t, giờ 0 1 2 3 4 5 NH4 – N, mg – N/l 118,7 87,2 68,9 52,4 32,23 21,25 NO2 – N, mg – N/l 0 1,4 2,8 4,24 5,64 8,2 NO3 – N, mg – N/l 0 29,8 46,7 61,76 80,76 89,2 Khoảng thời gian, h - 1 2 3 4 5 NH4 – N giảm, mg/l - 31,5 49,8 66,3 86,47 97,45 NOx – N tạo thành, mg/l - 31,2 49,5 66 86,4 97,4 rN, mg NH4 – N/L/h - 31,5 24,9 22,1 21,62 19,49 r’N, mg NOx – N/L/h 31,2 24,75 22 21,6 19,48 X/rN, mg – VSS/mg – N/h - 111,11 140,56 158,37 161,89 179,57 X/r’N, mg – VSS/mg – N/h - 112,18 141,14 159,09 162,03 179,67 1/S, - 0,011 0,0145 0,019 0,031 0,047 - Lập bảng tính: Đồ thị 1 Đồ thị 2 Từ hai phương trình trên ta rút ra được các giá trị a = 1528; b = 112,8 ; a’ = 1504 ; b’ = 113,9. Suy ra: k = 0,0088, k’ = 0,0087 V . Nhận xét - Hàm lượng Amoni giảm đi và hàm lượng NOx-N không đồng nhất, hàm lượng Amoni giảm vẫn cao hơn. - Do thiếu kinh nghiệm nên kết quả là không được tốt, cả hai phương trình cuối cùng đều có R2 < 0,8. - Do vậy, k và k’ không đồng nhất, k > k’.