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

ấu tạo của thiết bị Nguyên lý hoạt động của thiết bị Nước thải làm miến được lắng gạn sơ bộ (bể chứa 2) và được điều chỉnh pH trước 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 lớp màng vi sinh vật kị khí. Sau khi nước thải dâng tràn qua máng lắng cặn (4) thì tiếp tục chảy sang cột hiếu khí theo nguyên tắc bình thông nhau do chênh lệch mực mước giữa hai cột. Nước thải từ từ dâng đầy cột hiếu khí và một lần nữa bị các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ có trong thành phần nước thải. Ở cột hiếu khí không khí liên tục được cấp vào nhờ máy sục khí (11), cung cấp oxy cho quá trình phân hủy các chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Mẫu nước thải qua cột hiếu khí được lấy nhờ van (13), đem phân tích các chỉ tiêu, nếu chưa đạt tiêu chuẩn cho phép thì tiếp tục được cho tuần hoàn trở lại bể chứa (2). Sản phẩm bùn cặn của quá trình phân 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 tắt trong thiết bị. Màng vi sinh bị ngập hoàn toàn trong nước nên cho hiệu quả xử lý cao 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 thủy lực 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 các chất 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 khi cần 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 vật liệu 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 để nuôi cấy vi sinh vật (hiếu khí hay kị khí) dùng trong công nghệ xử lý nước thải như nhựa PVC, PE, thủy tinh, cao su, xốp, sơ dừa, ….trong số đó vật liệu xốp cho thấy kết quả xử lý tốt hơn cả vì vật liệu xốp có diện tích bề mặt lớn, trên bền mặt có nhiều lỗ nhỏ để vi sinh vật có thể bám dính và tạo màng. Ngoài ra xốp là vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền. Xốp hay tên gọi hóa học của nó là polystyren là một loại polyme tổng hợp có công thức cấu tạo tổng quát: (-CH2-CH-)n Đây là loại vật liệu khá trơ, bền ngay cả trong môi trường nước mặn, đường kính hạt xốp 0.3 - 0.5cm, ít thấm nước, bề mặt riêng lớn, độ rỗng xốp lớn (khoảng 90%), 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 vật liệu là 0,8m. Sau đó bơm nước có chứa chất dinh dưỡng vào cột từ dưới lên trên với lưu lượng dòng là 9l/h. Để quá trình hình thành màng được diễn ra tốt, chúng tôi đã cho 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 hình thành 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 trong nước (DO) nhỏ hơn 2mg/l, ngoài ra còn có thể cho thêm một ít rượu metylic vào để quá trình hình thành màng kị khí được tốt. - Để kiểm tra kết quả của quá trình tạo màng vi sinh vật trên chất mang,chúng tôi tiến hành chụp ảnh trên kính hiển vi điện tử quét (SEM), kết quả cho 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 nước thải miến dong đã được pha loãng nhiều lần và đã xử lí sơ bộ qua hệ thống để vi sinh vật thích nghi với môi trường nước thải miến dong trước khi tiến hành nghiên cứu 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 2.2.1. Hóa chất và dụng cụ Hóa chất Loại + K2Cr2O7 (Kali dicromat) dạng tinh thể PA + H2SO4 đặc (98,8%) + Ag2SO4 (Bạc sunfat) PA + HgSO4 (Thủy ngân sunfat) PA + HOOCC6H4O4 (Kaliphtalat) PA + KNaC4H4O4 (Kali-natri tactrat) PA + KI (Kali iotua) PA + HgI2 (Thủy ngân iotua) PA + KOH (Kali hidroxit) + NaOH (Natri hidroxit) + Axit Sunfanilic PA + α- Naphtylamin + NH4Cl (amoniclorua) PA + NaNO2 (Natri Nitrit) PA + Chất ức chế quá trình nitro hóa Alylthiore PA + NH4MoO4 (Amoni Molipđat) PA + NH4VO3 (Amoni Vanađat) PA + HCl (axit clohiđric) + NaH2PO4 (natriđihiđrophotphat) Dụng cụ + Máy phá mẫu COD (TR320).Đức + Tủ sấy, Model 1430D, Đức + Máy trắc quang (Spectroquantâ 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 chất xúc tác bạc sunfat trong môi trường axit sunfuric đặc. Phản ứng diễn ra như sau: Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O Quá trình oxi hóa có thể được viết O2 + 4H+ + 4e → 2H2O Bạc sunfat dùng để thúc đẩy quá trình quá trình oxi hóa của các chất hữu cơ phân tử lượng thấp. Các ion Cl- gây cản trở cho quá trình phản ứng: Cr2O72- + 6Cl- + 14H+ → 3Cl2 + 2Cr3+ + 7H2O 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 với lượng nitrit là 1- 1.2 mg/l thì sự cản trở của chúng được xem là không đáng kể, còn tránh ảnh hưởng của chúng thì cần thêm vào mẫu một lượng axit sunfamic với tỷ lệ 10mg/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 mức đến 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 lượng kaliphtalat 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 đó thêm 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 độ quang ở bước sóng 605nm. Xây dựng đường chuẩn sự phụ thuộc của COD vào mật độ quang từ phương trình đương chuẩn lập được có thể tính ngược lại giá trị COD khi đo mật độ quang của 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 Dung dịch 1 2 3 4 5 6 Vdungdịchchuẩn (ml) 0 5 10 25 50 100 Vnướccất (ml) 100 95 80 70 50 0 COD (mgO2/l) 0 50 100 250 500 1000 Mật độ quang(Abs) 0.027 0.036 0.074 0.144 0.27 0.51 Hình 12: Đường chuẩn COD b) Xác đinh chỉ số BOD * Nguyên lí của phép đo: Thiết bị đo BOD là một hệ kín gồm các bình chứa mẫu và các sensor.Trong bình chứa mẫu phía trên bề mặt dung dịch chứa một thể tích không khí xác định. Trong thời gian ủ mẫu vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan trong mẫu. Lượng oxy tiêu thụ sẽ được thay thế bằng lượng oxy không khí có trong bình do vậy mà áp suất trong bình giảm. Sensor đo sự thay đổi áp suất từ đó ta đọc được giá trị BOD. Trong quá trình ủ mẫu phải tính đến lượng CO2 thoát ra làm sai lệch giá trị BOD tuy nhiên để loại trừ điều này ta nhỏ vài giọt dung dịch KOH vào nắp chai đựng mẫu KOH sẽ hấp thụ hết khí CO2. Các yếu tố ảnh hưởng: Có 6 yếu tố cơ bản làm ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp này: - Nước nhiễm clo. Để loại trừ ảnh hưởng phải trung hòa clo tự do hoặc clo liên 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 hòa chúng bằng dung dịch axit H2SO4 hoặc kiềm NaOH sao cho thể tích các dung dịch dùng 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 để không làm ảnh hưởng đến giá trị đo DO. - Sự nitrit hóa: Giảm ảnh hưởng của yếu tố này bằng cách thêm chất ức chế 2–chloro–6–(trichloro metyl) pyridyne (TCMP) (Cl-C5H3N-CCl3) gắn trên NaCl sao cho 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 như kim loại nặng…). Để loại trừ ảnh hưởng của yếu tố này cần có những nghiên cứu và giải 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 hoặc bằng 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 ở bảng 2 Bảng 2: Lượng chất ức chế quá trình nitrat hóa Khoảng đo BOD(mg/l) Thể tích mẫu (ml) Số giọt Allyl Thioure 0-40 428 10 0-80 360 10 0-200 244 5 0-400 157 5 0-800 94 3 0-1000 56 3 0-4000 21.7 1 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 trên màn hình sẽ hiển thị khoảng giá trị BOD và thể tích mẫu tương ứng, để thay đổi ta dùng các phím +/-. Chọn giá trị thích hợp sau đó nhấn Enter. Tiếp theo máy tự động chuyển sang chế độ chọn ngày cũng dùng các phím +/- rồi nhấn Enter. Tắt máy bằng phím Esc. Trong thơi gian ủ mẫu máy sẽ tự động giữ nhiệt độ ổn định là 20%. 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 quang của hỗn hợp phản ứng ở bước sóng 420nm. - Các amin thơm và amin béo làm đục dung dịch khi cho thuốc thử Nessler vào nên cần loại bỏ trước khi xác định. - Cl2 gây ảnh hưởng nên cần loại bỏ. Để loại trừ ảnh hưởng, người ta chưng cất mẫu trong bình Kjeldahl với đệm borat (pH = 9.5). Mẫu sau khi chưng cất được đưa vào bình có chứa sẵn axit boric 2%. Sau đó cho mẫu tác dụng với thuốc thử nessler trong môi trường kiềm. - Lượng N-NH4+ cao hơn 250µg trong 50ml dung dịch sẽ có hiện tượng tăng mạnh huyền phù trắng đục do tạo thành kết tủa phức hợp của amoni làm dung dịch đậm màu. Trong trường hợp đó phải điều chỉnh lượng mẫu sao cho nhỏ hơn 250 µg N-NH4+ trong 50ml mẫu hoặc sử dụng phương pháp khác. - Các cation có thể tạo thành hydroxit không tan như: Ca, Mg, Mn, Fe; các hợp chất hữu cơ và một số chất không tan cũng là nguyên nhân gây cản trở đến độ chính 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) trong 100ml nước cất, đun sôi một thời gian để loại hết NH3. Sau đó thêm nước cất đến vạch mức - Thuốc thử Nessler: Hòa tan 100g HgI2 và 70g KI bằng một lượng nhỏ nước cất, khuấy đều chậm. Thêm vào dung dịch này một dung dịch của 160g NaOH hòa 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 100oC trong thời gian khoảng 1h. Sau đó hòa tan vào bình định mức 1lít lắc đều, dùng pipet hút chính xác 10ml dung dịch vừa pha được cho vào bình định mức 1lít rồi định 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 từ 0¸5mg NH4+/l theo bảng 3: Bảng 3 : Kết quả xây dựng đường chuẩn Amoni ống nghiệm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Thể tích dung dịch NH4+(ml) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Thể tích H2O(ml) 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Thể tích dung dịch Xenhet(ml) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 VNessler(ml) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 A(Mật độ quang) 0.245 0.296 0.336 0.398 0.442 0.514 0.567 0.636 0.674 0.735 0.787 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 axit sunfanilic 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 đường chuẩn 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 bằng cách lọc qua giấy lọc băng xanh trước khi phân tích. + Các cation kim loại như Fe2+, Hg2+, Bi3+, Sb2+, Pb2+ đều gây ảnh hưởng cho việc 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 thêm dung 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 axit sunfanilic trong 150ml dung dịch CH3COOH 12%. Dung dịch được đựng trong lọ màu sẫm. 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. Bảo quản trong lọ sẫm màu. + Chuẩn bị dung dịch chuẩn NaNO2: Hòa tan 0.1497 g NaNO2 tinh khiết đã sấy khô ở 105oC trong 2h bằng nước cất, định mức thành 1lit. Dung dịch thu được có hàm lượng 100mg/l. Pha loãng 100 lần dung dịch trên thu được dung dịch chuẩn NO2- có hàm lượng 1mgNO2-/l. Tiến hành phân tích: Lấy 5ml mẫu nước cần phân tích cho vào ống nghiệm khô, thêm 0.5ml Griss A và 0.5ml dung dịch Griss B. Lắc đều, để yên 10 phút rồi đem đo mật độ quang ở bước sóng 543nm. Lập đường chuẩn: Lần lượt cho vào các ống nghiệm khô những thể tích dung dịch tiêu chuẩn NaNO2 1mg/l tăng dần từ 0÷5ml. Sau đó thêm tiếp các thuốc thử Griss A, Griss B và nước cất như trong bảng sau. Bảng 4. Kết quả Đường chuẩn nitrit Ống nghiệm TT dung dịch chuẩn NO2- mg/l(ml) Nồng độ dung dịch NO2-(ml) Nước cất (ml) TT GrissA (ml) TT GrissB (ml) Mật độ quang (Abs) 1 0 0 5 0.5 0.5 0.028 2 0.5 0.1 4.5 0.5 0.5 0.101 3 1 0.2 4 0.5 0.5 0.173 4 1.5 0.3 3.5 0.5 0.5 0.255 5 2 0.4 3 0.5 0.5 0.328 6 2.5 0.5 2.5 0.5 0.5 0.399 7 3 0.6 2 0.5 0.5 0.47 8 3.5 0.7 1.5 0.5 0.5 0.541 9 4 0.8 1 0.5 0.5 0.614 10 4.5 0.9 0.5 0.5 0.5 0.687 11 5 1 0 0.5 0.5 0.76 Hình 14: đường chuẩn NO2- e) Xác định Photphat (PO43-) bằng phương so màu vanađat Nguyên tắc: Trong dung dịch orthophotphat loãng, amoni molypdat trong môi trường axit tác dụng tạo thành dạng hetero polyaxit, molypdo photphoric axit. Khi có vanadi, màu vàng của vanado molypdo photphoric được tạo thành. Cường độ màu vàng biểu thị nồng độ photphat trong dung dịch. Các yếu tố ảnh hưởng: - Các muối của asen, flo, thori, bismut, muối sunfat, thiosunphat… - Sắt kim loại không vượt quá hàm lượng 100mg/l. - Muối sunfit:Ảnh hưởng này được loại trừ khi oxy hóa nó bằng dung dịch nước Brom. - Các ion Al3+,, Fe3+, Mg2+, Ca2+, Ba2+, Sr2+, Li+, Na+, K+, NH4+, Cd2+, Mn2+, Pb2+, Hg+, Hg2+, Sn2+, Cu2+, Ni2+, Ag+, U4+, Zr4+, AsO3-, Br-, CO32-, ClO4-, CN-, IO3-, SiO4-, NO3-, NO2-, SO42-, SO32-…(có thể bỏ qua ảnh hưởng khi hàm lượng của chúng dưới 1000mg/l). Chuẩn bị thuốc thử Phôtphat: + Dung dich A: Cân 12.5g Amoni Molipdat, thêm nước cất 2 lần, sau đó đun nóng nhẹ cho tan hết, để nguội. + Dung dich B: Cân 0.625g Amoni Vanadat, thêm nước cất 2 lần, đun nóng nhẹ cho tan hết, để nguội. Trộn dung dịch A với dung dịch B vào bình định mức 500ml, sau đó thêm 175ml dung dịch HCl đặc vào và định mức tới vạch. - Pha dung dịch chuẩn PO43-. Cân chính xác 1.25g NaH2PO4.2H2O. Sau đó hòa tan vào bình định mức 500ml, lắc đều ta thu được dung dịch PO43- có nồng độ 500mg/l. Dùng pipet hút chính xác 10ml dung dich vừa pha được cho vào bình định mức 100ml rồi định mức tới vạch bằng nước cất thu được dung dịch chuẩn PO43- có nồng độ 50mg/l. - Xây dựng đường chuẩn sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ PO43-: Lần lượt pha các mẫu dung dịch chuẩn có nồng độ PO43- tăng dần từ 0-18mg/l theo bảng 5. Lấy 3ml thuốc thử phôtphat vào bình định mức 25ml, sau đó cho dung dich chuẩn vào và định mức tới vạch. Lắc đều, đem đo quang ở bước sóng 470nm. Bảng 5 : Kết quả xây dựng đường chuẩn Phôtphat Ống nghiệm Nồng độ PO43- TT dung dich PO43- TT thuốc thử Mật độ quang(Abs) 1 0 0 3 0.019 2 4 2 3 0.089 3 6 3 3 0.129 4 8 4 3 0.160 5 10 5 3 0.191 6 12 6 3 0.228 7 14 7 3 0.264 8 16 8 3 0.297 9 18 9 3 0.336 Hình 15: Đường chuẩn Photphat g) Xác định độ đục của nước thải Độ đục được gây ra bởi các loại cặn lơ lửng. Nguồn gốc của chúng có thể từ tự nhiên (cát, bùn), sản phẩm phân rã của động thực vật, sinh vật nước hoặc nhân tạo (sản phẩm do con người thải ra trong quá trình sản xuất, sinh hoạt…). Nước đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các vi sinh vạt tự dưỡng trong nước, làm giảm chất lượng nước. Nguyên tắc đo độ đục: Ánh sáng từ nguồn phát đi qua hệ thống thấu kính và các khe hẹp xuyên qua cuvet chứa mẫu. Khi ánh sáng gặp các hạt huyền phù lơ lửng trong nước thì bị tán xạ một phần. Đầu ghi cường độ ánh sáng tán xạ được đặt ở vị trí vuông góc với tia tới. Độ đục tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng tán xạ và được đo bằng đơn vị NTU ( Nephelormetric Turbidity Unit). h)Lấy mẫu: Mẫu nước thải được lấy tại hộ gia đình sản xuất miến thôn Cự Đà, xã Cự Khê, Thanh Oai, Hà Nội. Gồm nước ngâm bột khi có hóa chất và nước ngâm bột sau khi đã tẩy hóa chất. i) Xử lý mẫu: Quá trình xử lý sơ bộ như sau: Đầu tiên phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước đầu vào như BOD5, COD, độ đục, NH4+, NO2-, pH. Pha loãng nước thải theo tỷ lệ thích hợp để có đủ thể tích bơm qua thiết bị. Điều chỉnh pH về xấp xỉ 7.0 và độ kiềm khoảng 200-300 (điều chỉnh bằng NaHCO3). Lắng sơ bộ sau đó bơm nước thải qua thiết bị xử lý với lưu lượng thích hợp. Theo dõi sự thay đổi các thông số BOD5, COD, pH, độ đục, NH4+, NO2-, PO43- trong quá trình xử lý theo từng thời gian lưu khác nhau cho đến khi nước sau xử lí đạt tiêu chuẩn cho phép về nước thải công nghiệp. Tháo bùn cặn ở đáy cột khi cần thiết. Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Để nghiên cứu xử lí nước thải sản xuất miến trên hệ thống thiết bị xử lí sinh học, chúng tôi đã tiến hành xử lí theo các phương pháp sau: Xử lí sinh học tuần hoàn kị khí- hiếu khí, tuần hoàn hiếu khí, kết hợp ngâm kị khí và tuần hoàn hiếu khí, chúng tôi tiến hành xử lí theo từng bước, kết quả thu được như sau: 3.1. Kết quả nghiên cứu xử lí nước thải sản xuất miến trên cả hai cột lọc sinh học kị khí và hiếu khí. Nước thải sau khi được pha loãng,điều chỉnh pH về ~ 7 bằng NaHCO3. Bơm tuần hoàn nước thải qua cả hai cột kị khí và hiếu khí, tốc độ bơm Q = 15l/h. Quá trình xử lí được theo dõi qua việc lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu liên quan như độ đục, COD, BOD, NH4+, NO2-, PO43-. Để kiểm tra độ lặp lại của quá trình xử lý, chúng tôi đã tiến hành xử lý 3 mẫu nước thải sản xuất miến khác nhau. Kết quả được đưa ra trong các bảng và các hình Mẫu 1:Các thông số cơ bản: CODđầu vào= 4320 mg/l ; [NH4+ ] = 49.656 mg/l ; [NO2-] = 0.441 mg/l pH = 2.5; [PO43-]= 6.27 mg/l ; Độ đục = 470 NTU. - Mẫu được pha loãng 2 lần và điều chỉnh pH ~7 bằng NaHCO3 - Lắng sơ bộ sau đó bơm qua thiết bị với V= 58(l), lưu lượng Q= 15l/h Bảng 6 : Kết quả xử lý mẫu 1 Thời gian xử lý (h) COD (mgO2/l) BOD5 (mgO2/l) Độ đục (NTU) pH [NH4+] (mg/l) [NO2-] (mg/l) [PO43-] (mg/l) 0 2156 1315 286 6.78 13.524 0.237 3.79 2 1082.5 245 7.23 6.763 0.345 3.16 4 879.5 197.5 7.5 5.231 0.232 2.864 6 759.5 148.8 7.68 4.602 0.197 2.354 8 754.5 120.7 7.75 3.075 0.163 1.873 22 230.5 75.5 7.98 1.358 0.126 1.065 24 183.5 58.3 8.05 1.264 0.044 0.798 28 78.5 46.3 20.8 8.37 0.637 0.012 0.204 Nhận xét: Sau 28h xử lý tuần hoàn qua thiết bị COD giảm từ 2156 mg/l xuống còn 78.5 mg/l. BOD5 giảm từ1315 mg/l xuống còn 46.3 mg/l (hiệu suất khử BOD5 đạt 96.5%). Giá trị NH4+ cũng giảm từ 13.524 mg/l xuống 0.937 mg/l. Độ đục giảm từ 286 NTU xuống còn 48.8 NTU. Nồng độ PO43- không đáng kể. Sau xử lý tất cả các chỉ tiêu như COD, BOD, độ đục, NH4+, NO2- đều đạt tiêu chuẩn cho phép của nước thải công nghiệp loại B-TCVN(5945- 2005). Kết quả này cho thấy thiết bị lọc sinh học kị khí và hiếu khí có thể xử lí được nước thải miến dong có hàm lượng COD, BOD đầu vào khá cao khoảng trên 2000 mg/l, tỷ lệ BOD/ COD ~ 0,6. pH hơi tăng nhưng đều nằm trong khoảng pH từ 7-8 thuận lợi cho xử lý sinh học. Việc pH hơi tăng lên có thể thể giải thích như sau: Do các axit hữu cơ và các hợp chất chứa nitơ bị phân hủy thành các amôn, amin, muối cacbonat, khí CO2, H2O... Hàm lượng NH4+ không cao, hàm lượng NO2- , PO43- hầu như không đáng kể Mẫu 2 : Các thông số cơ bản: CODđầu vào = 2856 mg/l ; [NH4+] = 45.6 mg/l ; [NO2-] = 0.71 mg/l pH = 2.3; [PO43-] = 4.488 mg/l ; Độ đục = 520 NTU. - Mẫu được pha loãng 3 lần và điều chỉnh pH~ 7 bằng NaHCO3 - Lắng sơ bộ sau đó bơm qua thiết bị với thể tích V=58(l), lưu lượng Q=15l/h Bảng 7 : Kết quả xử lý mẫu 2 Thời gian xử lý (h) COD (mgO2/l) BOD5 (mgO2/l) Độ đục (NTU) pH [NH4+] (mg/l) [NO2-] (mg/l) [PO43-] (mg/l) 0 712 390 7.05 22.115 0.295 2.189 2 454.4 230 7.53 8.432 0.531 1.802 4 328.4 145 7.69 7.226 0.372 1.587 6 230.4 115.6 7.85 5.685 0.266 1.372 8 206.4 95.4 7.92 3.574 0.125 1.089 22 114.4 43.4 8.25 2.81 0.052 0.543 24 26.4 28.97 8.42 1.672 0.018 0.092 Nhận xét: Sau 24h xử lý tuần hoàn qua thiết bị lọc sinh học kị khí và hiếu khí. - Hàm lượng COD giảm từ 712 mg/l xuống 26.4 mg/l (hiệu suất xử lý đạt 96,3%).. - Nồng độ NH4+ cũng giảm từ 22.115 mg/l xuống 1.672 mg/l (hiệu suất xử lý amoni đạt 92,4%) . - Độ đục giảm liên tục từ 390 mg/l xuống còn 28.97 mg/l. - Hàm lượng NO2- , PO43- không đáng kể - Nước sau xử lý đã đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp loại B – TCVN (5945 – 2005) về giá trị COD, NH4+, NO2- , độ đục Mẫu 3 : các thông số cơ bản: CODđầu vào = 4064 mg/l ; [NH4+] = 73.88 mg/l ; [NO2-] = 0.88 mg/l pH = 2.58; [PO43-] =12.074 mg/l ; Độ đục = 560 NTU - Mẫu được pha loãng 3 lần và điều chỉnh pH~7 bằng NaHCO3 - Lắng sơ bộ sau đó bơm qua thiết bị với thể tích V=60(l) - Lưu lượng Q=12l/h Bảng 8 : Kết quả xử lý mẫu 3 Thời gian xử lý (h) COD (mgO2/l) BOD5 (mgO2/l) Độ đục (NTU) pH [NH4+] (mg/l) [NO2-] (mg/l) [PO43-] (mg/l) 0 1222 320 6.5 27.088 0.267 4.31 2 674.4 145 6.9 14.441 0.486 3.788 4 566.4 105.6 7.25 9.286 0.212 2.994 6 490.4 82.7 7.54 7.543 0.124 2.764 8 306.4 60.5 7.63 5.272 0.107 1.587 22 84.4 35.8 8 2.024 0.058 0.096 24 60.4 21.2 8.3 0.933 0.016 0.072 Nhận xét: Sau 24h xử lý tuần hoàn qua thiết bị lọc sinh học kị khí và hiếu khí - COD giảm từ 1222 mg/l xuống còn 60.4mg/l (hiệu suất đạt 93.1 %). - Nồng độ NH4+ giảm từ 27.088 mg/l xuống còn 2.024 mg/l (hiệu suất xử lý amoni đạt 95.1% trong 24h). - Độ đục giảm từ 320 mg/l xuống còn 21.2 mg/l - Hàm lượng NO2- sau xử lí rất thấp. - Hàm lượng PO43- không đáng kể 3.1.1. Khảo sát sự biến đổi COD theo thời gian xử lý. Hình 16: Đồ thị sự biến đổi COD theo thời gian xử lý Nhận xét: Thời gian đầu COD giảm rất nhanh. Điều này có thể được giải thích như sau: Ban đầu do vi sinh vật đã được nuôi cấy trên vật liệu lọc và đã được làm quen với môi trường nước thải nên chúng phân hủy rất nhanh các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải. Sau đó COD giảm chậm dần do hàm lượng chất dinh dưỡng giảm dần và còn lại các hợp chất khó phân hủy hơn. Với mẫu 1 phải sau 28h xử lý nước thải ra mới đạt tiêu chuẩn về nước thải công nghiệp loại B về chỉ số COD cho phép thải ra môi trường, riêng với mẫu 2,3 sau 24h xử lý nước thải đã đạt tiêu chuẩn về chỉ số COD thải ra ngoài môi trường, điều này có thể do COD đầu vào của mẫu 1 lớn hơn mẫu 2,3. 3.1.2. Khảo sát sự biến đổi nồng độ NH4+ theo thời gian xử lý. Hình 17: Đồ thị sự biến đổi nồng độ amoni theo thời gian xử lý Nhận xét: Nồng độ amoni giảm dần theo thời gian khi xử lí. Quá trình xử lí amoni diễn ra theo các giai đoạn: Giai đoạn đầu quá trình xử lí amoni diễn ra nhanh vì lúc này vi sinh vật sử dụng amoni làm chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào và oxi hóa thành NO2- và NO3-. Sau đó nồng độ amoni giảm chậm hơn vì lúc này lượng amoni tự do trong nước thải giảm mạnh, lượng amoni có trong nước thải giai đoạn này hình thành do quá trình phân hủy các hợp chất chứa nitơ nên chậm hơn. Trên đồ thị ta thấy mẫu 3 có nồng độ amôni lớn hơn mẫu 1,2 nhưng tốc độ xử lý lớn hơn. sau 24h xử lý nồng độ amôni đã giảm từ 27.088 xuống còn 0.933 chứng tỏ với lưu lượng nhỏ hơn khả năng xử lý tốt hơn do nước thải được tiếp xúc tốt hơn với màng vi sinh, thời gian lưu của nước thải trong cột xử lý lâu hơn, sự phân hủy các hợp chất chứa nitơ thành amoni tự do tốt hơn, tăng hiệu suất xử lý amoni. 3.1.3. Khảo sát sự biến đổi nồng độ NO2- theo thời gian xử lý. Hình 18: Đồ thị sự biến đổi nồng độ nitrit theo thời xử lý Nhận xét: Quá tình xử lí nitrit diễn ra theo nhiều giai đoạn khác nhau: Giai đoạn 1: Nồng độ nitrit tăng theo thời gian lưu. Giai đoạn 2: Nồng độ nitrit giảm mạnh theo thời gian lưu. Giai đoạn 3: Nồng độ nitrit giảm chậm theo thời gian lưu Chúng ta có thể giải thích quá trình thay đổi nồng độ nitrit theo thời gian như sau: Về mặt động học quá trình nitrat hoá xảy ra theo kiểu phản ứng kế tiếp trong đó nitrit là hợp chất trung gian. Phản ứng kế tiếp xảy ra như sau: NH3 → NO2- → NO3- Như vậy giai đoạn đầu nitrit tăng là do amoni chuyển thành nitrit, sau đó nitrit lại bị oxi hóa tiếp thành nitrat nên nồng độ nitrit đã giảm xuống. Kết quả thực nghiệm khá phù hợp với lí thuyết. 3.1.4. Khảo sát sự biến đổi nồng độ PO43- theo thời gian xử lý. Hình 19:Đồ thị sự biến đổi nồng độ PO43- theo thời gian xử lý Nhận xét: Qua đồ thị ta thấy trong quá trình xử lý nồng độ PO43- liên tục giảm mạnh do lúc này vi sinh vật đang ở thời kì phát triển nên chúng sử dụng phốt pho dưới dạng phốt phát để tổng hợp ADP, ATP, xây thành phần tế bào 3.1.5. Khảo sát sự biến đổi pH theo thời gian xử lý. Hình 20. Đồ thị sự biến đổi pH theo thời gian xử lý Nhận xét: Trong quá trình xử lý ban đầu pH hơi tăng sau đó dần đi vào ổn định 3.1.6.Khảo sát sự biến đổi độ đục theo thời gian xử lý. Hình 21: Đồ thị sự biến đổi độ đục theo thời gian xử lý Nhận xét: Độ đục giảm nhanh trong thời gian đầu sau đó giảm chậm dần do ban đầu trong nước thải có chứa hàm lượng các chất rắn lơ lửng cao, các hạt chất rắn có kích thước lớn bị giữ lại khi nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, giai đoạn sau lượng chất lơ lửng giảm và còn lại chủ yếu là những chất khó phân hủy. Mẫu 1 sau 28h xử lý độ đục giảm từ 286 NTU xuống còn 20.8 NTU. Mẫu 2 sau 24h xử lý độ đục giảm từ 390 NTU xuống 28.97 NTU. Mẫu 3 sau 24h xử lý độ đục giảm từ 320 NTU xuống 21.2 NTU đều đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp để thải ra các lưu vực sông. 3.2.Kết quả nghiên cứu xử lý nước thải làng nghề sản xuất miến dong theo phương pháp tuần hoàn hiếu khí Nước thải sản xuất miến dong có hàm lượng COD đầu vào khá cao để khảo sát khả năng xử lí nước thải sản xuất miến dong của thiết bị lọc sinh học trên cột lọc hiếu khí, chúng tôi đã tiến hành pha loãng mẫu ở các nồng độ khác nhau. Sau khi pha loãng mẫu, bơm tuần hoàn nước thải qua cột hiếu khí, quá trình xử lí được theo dõi qua quá trình lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu liên quan như COD, độ đục, NH4+, NO2-, PO43-. Quá trình cũng được lặp lại với 3 mẫu nước thải có nồng độ COD khác nhau. Mẫu 4 Các thông số cơ bản: CODđầu vào = 4064 mg/l ; [NH4+] = 48.87 mg/l ; [NO2-] = 1.77 mg/l pH = 2.15; [PO43-] = 7.99 mg/l ; Độ đục = 437NTU - Mẫu được pha loãng 2 lần và điều chỉnh pH~7 bằng NaHCO3 - Lắng sơ bộ sau đó bơm qua thiết bị với thể tích V= 58(l), lưu lượng Q=15l/h Bảng 9 : Kết quả xử lý mẫu 4 Thời gian xử lý (h) COD (mgO2/l) BOD5 (mgO2/l) Độ đục (NTU) pH [NH4+] (mg/l) [NO2-] (mg/l) [PO43-] (mg/l) 0 1824 352 7.04 11.153 0.605 3.396 3 1464 297 7.15 10.246 0.435 2.764 6 842 235 7.23 8.974 0.346 2.419 9 656 173 7.38 7.282 0.218 1.58 24.5 378.9 112 7.62 4.607 0.179 1.23 26.5 298 95.7 7.73 3.848 0.143 1.121 28.5 184 69.8 7.77 2.147 0.119 1.05 30.5 154.4 47.9 7.86 1.143 0.094 0.79 33 75.4 24.4 7.89 1.023 0.038 0.35 Nhận xét: Qua 33h xử lí tuần hoàn hiếu khí, COD giảm từ 1824 mg/l xuống còn 75.4 mg/l (hiệu suất xử lý đạt 95.9%) nồng độ NH4+ giảm từ 11.153 mg/l xuống còn 1.023 mg/l (hiệu suất xử lý đạt 90.1%). Độ đục giảm từ 352 NTU xuống 24.4 NTU (hiệu suất xử lý đạt 93.1%) Lượng nitrit, photphat hầu như không đáng kể Mẫu 5 : Các thông số cơ bản: CODđầu vào = 2984 mg/l ; [NH4+] = 40.144 mg/l ; [NO2-] = 1.87 mg/l pH = 2.71; [PO43-] = 7.591 mg/l ; Độ đục = 263 NTU - Mẫu được pha loãng 2 lần và điều chỉnh pH~7 bằng NaHCO3 - Lắng sơ bộ sau đó bơm qua thiết bị với thể tích V= 58 (l) - Lưu lượng Q=15l/h Bảng 10 : Kết quả xử lý mẫu 5 Thời gian xử lý (h) COD (mgO2/l) BOD5 (mgO2/l) Độ đục (NTU) pH [NH4+] (mg/l) [NO2-] (mg/l) [PO43-] (mg/l) 0 1484 156 7.12 8.284 0.742 3.284 3 1236 132 7.2 6.377 0.588 2.946 6 986.5 97.3 7.36 4.936 0.428 2.322 9 745 75.6 7.49 4.502 0.242 1.678 24.5 428.6 53.3 7.65 3.469 0.147 1.059 26.5 345 39.4 7.69 2.091 0.133 0.973 28.5 239.8 22.5 7.72 1.077 0.119 0.736 30.5 85.5 19.7 7.76 0.86 0.069 0.448 33 73.5 14.2 7.84 0.075 0.043 0.176 Nhận xét: Qua 33h xử lí tuần hoàn hiếu khí, COD giảm từ 1484 mg/l xuống còn 73.5 mg/l (hiệu suất xử lý đạt 95%) nồng độ NH4+ giảm từ 8.284mg/l xuống còn 0.075 mg/l (hiệu suất xử lý đạt 99%). Độ đục giảm từ 156 NTU xuống 14.2 NTU(hiệu suất xử lý đạt 90.1%) - Lượng NO2- sau xử lý còn lại rất thấp . - Lượng PO43- giảm liên tục và còn lại không đáng kể. Mẫu 6: Các thông số cơ bản: CODđầu vào = 3284 mg/l ; [NH4+] = 40.47 mg/l ; [NO2-] = 1.344 mg/l pH = 2.53; [PO43-] =7.706 mg/l ; Độ đục = 320 NTU - Mẫu được pha loãng 2 lần và điều chỉnh pH bằng NaHCO3 - Lắng sơ bộ sau đó bơm qua thiết bị với thể tích V=58 (l) - Lưu lượng Q=15l/h Bảng 11 : Kết quả xử lý mẫu 6 Thời gian xử lý (h) COD (mgO2/l) BOD5 (mgO2/l) Độ đục (NTU) pH [NH4+] (mg/l) [NO2-] (mg/l) [PO43-] (mg/l) 0 1344 260 6.85 14.936 0.577 3.511 3 784 217.8 7.13 12.453 0.461 3.339 6 522 178.6 7.28 11.387 0.311 3.051 9 370.4 113.9 7.34 9.672 0.256 2.592 24.5 230.4 78.4 7.78 5.231 0.198 1.659 26.5 196 59.6 7.83 4.318 0.167 1.344 28.5 112 41.1 7.92 2.849 0.142 1.129 30.5 98.4 24.3 7.98 1.945 0.126 0.782 33 69.4 19.5 8.05 0.625 0.085 0.243 Nhận xét Vậy qua 33h xử lí tuần hoàn hiếu khí, COD giảm từ 1344 mg/l xuống còn 69.4 mg/l (hiệu suất xử lý đạt 94.9%) Nồng độ NH4+ giảm từ 14.936 mg/l xuống còn 0.625 mg/l (hiệu suất xử lý đạt 95.8%). Độ đục giảm từ 260 NTU xuống 19.5 NTU(hiệu suất xử lý đạt 92.5%) Lượng nitrit hầu như không đáng kể. Lượng PO43- giảm liên tục và còn lại không đáng kể Nhận xét chung: Ở mẫu 4,5,6 sau khi khi xử lý tuần hoàn hoàn hiếu khí nước đã đạt tiêu chuẩn loại B – TCVN (5945- 2005) về giá trị COD, độ đục, NH4+, NO2-, hiệu suất xử lý khá cao. Ta thấy lượng COD đầu vào có khác nhau nhưng thời gian xử lý giống nhau điều này cho chúng ta thấy ảnh hưởng của sự phát triển của vi sinh vật, vi sinh vật càng phát triển khả năng xử lý càng tăng. Độ đục liên tục giảm chứng tỏ khả năng xử lý của vi sinh vật là rất tốt 3.2.1. Khảo sát sự biến đổi COD theo thời gian xử lý. Hình 22: Đồ thị sự biến đổi COD theo thời gian xử lý Nhận xét: Thời gian đầu COD giảm rất nhanh. Điều này có thể được giải thích như sau: ban đầu do vi sinh vật đã được nuôi cấy trên vật liệu lọc và đã được làm quen với môi trường nước thải nên chúng phân hủy rất nhanh các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải. Sau đó COD giảm chậm dần do hàm lượng chất dinh dưỡng giảm dần và còn lại các hợp chất khó phân hủy hơn. 3.2.2. Khảo sát sự biến đổi nồng độ amoni theo thời gian xử lý. Hình 23 :Đồ thị sự biến đổi nồng độ amoni theo thời gian xử lý Nhận xét: Khi xử lí amoni bằng phương pháp tuần hoàn trên cột lọc hiếu khí, quá trình giảm nồng độ amoni xảy ra đều hơn và nồng độ amoni giảm xuống thấp. Đìều này được giải thích vì trong cột hiếu khí có sự sục khí mạnh và đồng đều nên quá trình nitrat hoá xảy ra mạnh dẫn tới sự giảm nồng độ amoni đều. Tuy nhiên tốc độ quá trình xử lí amoni ở phương pháp này chậm hơn so với xử lí theo phương pháp tuần hoàn trên hai cột vì nitơ ở dạng hữu cơ phân hủy thành amoni tự do khi chạy tuần hoàn hiếu khí chậm hơn so với quá trình chạy tuần hoàn kị khí- hiếu khí bởi vì quá trình kị khí tốc độ phân hủy nitơ hữu cơ thành amoni diễn ra nhanh hơn. 3.2.3.Khảo sát sự biến đổi nồng độ NO2- theo thời gian xử lý. Hình 24: Đồ thị sự biến đổi nồng độ nitrit theo thời gian xử lý Nhận xét: Khi xử lí nước thải miến dong trên cột hiếu khí, chúng ta thấy nồng độ nitrit giảm liên tục vì trong cột hiếu khí luôn luôn có sự sục oxi không khí mạnh, đều nên lượng oxi luôn cung cấp đủ đảm bảo cho quá trình nitrat hoá xảy ra nhanh chóng (khi amoni vừa bị oxi hoá thành nitrit thì ngay lập tức nitrit lại bị oxi hóa ngay thành nitrat) Ban đầu hàm lượng nitrit giảm nhanh sau đó chậm hơn do hàm lượng nitrit tạo thành do quá trình oxi hóa amoni. 3.2.4.Khảo sát sự biến đổi nồng độ PO43- theo thời gian xử lý. Hình 25: Đồ thị sự biến đổi nồng độ PO43- theo thời gian xử lý Nhận xét: Nồng độ phốt phát giảm liên tục theo thời gian xử lý là do vi sinh vật ở giai đoạn phát triển cần phốt pho cho xây dựng tế bào. 3.2.5 Khảo sát sự biến đổi pH theo thời gian xử lý. Hình 26: Đồ thị sự biến đổi pH theo thời gian xử lý Nhận xét : Trong quá trình xử lý hiếu khí pH hơi tăng lên một chút do trong điều kiện hiếu khí các axit hữu cơ bị oxi hóa bởi oxi làm giảm độ axit của nước. Tuy nhiên giá trị pH vẫn nằm trong khoảng pH từ 7-8 là pH thuận lợi cho quá trình xử lý hiếu khí 3.2.6 Khảo sát sự biến đổi độ đục theo thời gian xử lý. Hình 27 :Đồ thị sự biến đổi độ đục theo thời gian xử lý Nhận xét: Nhìn chung độ đục giảm trong quá trình xử lý. Độ đục giảm nhanh trong thời gian đầu vì vi sinh vật lấy chất hữu cơ để xây dựng tế bào nên ở giai đoạn này lượng vi sinh phát triển mạnh tốc độ xử lý lớn hơn, sau đó giảm chậm do lượng chất hữu cơ đã giảm mạnh và còn lại những hợp chất khó phân hủy Nhận xét chung: Với nước thải miến có hàm lượng COD khoảng 2500-4500 mg/l nếu xử lý trên cột lọc sinh học hiếu khí cần phải xử lý trong thời gian dài hơn (tính theo thời gian lưu θ = 33h ) so với khi xử lý qua hai cột lọc sinh học kị khí và hiếu khí (θ = 24-28h) mới có thể đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp loại B – TCVN (5945- 2005) về giá trị COD, NH4+, NO2-. 3.3.Kết quả nghiên cứu xử lý nước thải sản xuất miến dong theo phương pháp gián đoạn kị khí trước, hiếu khí sau Nước thải được lắng sơ bộ sau đó bơm qua cột kị khí với thể tích V=30(l) với lưu lượng 15l/h và ngâm ở cột kị khí 12h sau đó nước thải tiếp tục chuyển sang cột hiếu khí để xử lý tiếp (trước khi bơm vào cột hiếu khí phải chỉnh lại pH và sục khí để tăng DO trong nước) Thí nghiệm được tiến hành tương tự đối với 3 mẫu nước thải sản miến dong khác nhau. Mẫu 7 :Các thông số cơ bản: COD đầu vào = 4784 mg/l ; [NH4+] =23.58 mg/l ; [NO2-] = 0.693 mg/l pH = 2.13; [PO43-] = 7.256 mg/l Mẫu được pha loãng 2 lần và điều chỉnh pH~ 7. bằng NaHCO3 Bảng 12 : Kết quả xử lý mẫu 7 Phương pháp xử lý Thời gian xử lý (h) COD (mgO2/l) BOD5 (mgO2/l) pH NH4+ (mg/l) NO2- (mg/l) PO43- (mg/l) Ngâm kị khí 0 2153 7.05 5.99 0.356 3.224 3 1825 6.89 7.341 0.258 2.706 6 1623 6.32 9.324 0.242 2.389 9 1444 5.97 13.072 0.164 2.154 12 1230 5.28 15.679 0.12 1.672 Tuần hoàn hiếu khí 14 635 7.84 8.154 0.373 1.5 17 238 8.15 4.927 0.158 1.092 19 156 8.24 2.193 0.094 0.846 22 80 8.51 0.626 0.046 0.096 Nhận xét: Xử lý hiếu khí 10h sau khi ngâm ki khí 12h lượng COD đã giảm từ 1230 mg/l xuống còn 80mg/l (hiệu suất xử lý đạt 93.5%). Nồng độ amoni cũng giảm từ 15.679mg/l xuống 0.626mg/l (hiệu suất xử lý đạt 96%). Nồng độ COD và amoni sau 10h xử lý đều đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp theo tiêu chuẩn cho phép của nước thải công nghiệp loại B – TCVN (5945- 2005). Nồng độ nitrit và photphat sau xử lý không đáng kể. Mẫu 8 :Các thông số cơ bản: CODđầu vào =3564 mg/l ; [NH4+] = 38.730 mg/l; [NO2-] = 0.967 mg/l pH = 3.05; [PO43-] = 5.350 mg/l Mẫu được pha loãng 2 lần và điều chỉnh pH ~ 7 bằng NaHCO3 Bảng 13 : Kết quả xử lý mẫu 8 Phương pháp xử lý Thời gian xử lý (h) COD (mgO2/l) BOD5 (mgO2/l) pH [NH4+] (mg/l) [NO2-] (mg/l) [PO43-] (mg/l) Ngâm kị khí 0 1824 8.23 22.126 0.509 2.304 3 1470 7.4 37.353 0.398 2.017 6 1250 6.98 45.767 0.261 1.902 9 1059 5.39 51.054 0.201 1.844 12 702 4.79 60.389 0.105 1.329 Tuần hoàn hiếu khí 14 558.4 7.65 48.673 0.642 1.207 17 330.4 7.82 15.332 0.435 0.943 19 260.4 7.98 6.099 0.212 0.712 22 74.4 8.08 2.138 0.083 0.087 Nhận xét: Xử lý hiếu khí 10h sau khi ngâm ki khí 12h lượng COD đã giảm từ 702mg/l xuống còn 74.4 mg/l (hiệu suất xử lý đạt 89.5%). Nồng độ amoni cũng giảm từ 60.389mg/l xuống 2.138 mg/l (hiệu suất xử lý đạt 96.5%). Nồng độ COD và amoni sau 10h xử lý đều đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp theo tiêu chuẩn cho phép của nước thải công nghiệp loại B – TCVN (5945- 2005). Nồng độ nitri và photphat sau xử lý không đáng kể Mẫu 9 Các thông số cơ bản: CODđầu vào = 2154 mg/l ; [NH4+] = 29.67 mg/l ; [NO2-] = 1.257 mg/l ; pH = 4.02; [PO43-] = 6.212 mg/l Mẫu được pha loãng 2 lần và điều chỉnh pH ~ 7 bằng NaHCO3 Bảng 14 :Kết quả xử lý mẫu 9 Phương pháp xử lý Thời gian xử lý (h) COD (mgO2/l) BOD5 (mgO2/l) pH [NH4+] (mg/l) [NO2-] (mg/l) [PO43] (mg/l) Ngâm kị Khí 0 1384 7.58 14.623 0.523 2.789 3 1302 7.17 18.054 0.339 2.413 6 1219 5.85 21.786 0.294 2.091 9 978 5.13 23.079 0.218 1.602 12 648.4 4.85 30.225 0.153 1.435 Tuần hoàn hiếu khí 14 336.4 6.69 17.716 0.231 1.042 17 201.4 7.31 12.636 0.133 0.825 19 98.4 7.55 4.951 0.119 0.595 22 14.4 7.79 0.947 0.065 0.191 Nhận xét: Xử lý hiếu khí 10h sau khi ngâm ki khí 12h lượng COD đã giảm từ 648.4 mg/l xuống còn 14.4 mg/l (hiệu suất xử lý đạt 97.8 %), Nồng độ amoni cũng giảm từ 30.225 mg/l xuống 0.947 mg/l (hiệu suất xử lý đạt 96.9%). Nồng độ COD và amoni sau 10h xử lý đều đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp loại B – TCVN (5945- 2005). Nồng độ nitri và photphat sau xử lý không đáng kể Nhận xét chung: Sau 12h ngâm kị khí hàm lượng COD giảm, các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ trong phân tử như các protêin bị thủy phân tạo ra các sản phẩm phân hủy trung gian (các peptit, các axit amin) sau tiếp tục thủy phân thành amoni làm nồng độ amoni tăng lên. Với nước thải có hàm lượng COD cao cần tiến hành xử lý qua giai đoạn kị khí trước rồi mới qua giai đoạn hiếu khí. Sau khi được xử lý kị khí, các hợp chất hữu cơ có cấu tạo phức tạp, khó bị phân hủy sinh học sẽ bị phân hủy thành các hợp chất có cấu tạo đơn giản hơn (mạch ngắn hơn), điều này giúp cho quá trình phân hủy sinh học hiếu khí xảy ra nhanh hơn, dễ dàng hơn, thời gian xử lý ngắn hơn. Vì vậy với nước thải miến dong đã được xử lý kị khí trước, sau đó chạy tuần hoàn qua cột lọc sinh học hiếu khí thì cần thời gian xử lý chỉ gần bằng một nửa (tính theo thời gian lưu, θ = 10h) so với thời gian xử lý qua cả hai cột lọc sinh học kị khí và hiếu khí (θ = 24 h) và bằng gần một phần ba so với thời gian xử lý chỉ qua cột lọc sinh học hiếu khí (θ = 33h). Đối vớ cả 3 mẫu chỉ sau 10h chạy tuần hoàn hiếu khí đã đạt tiêu chuẩn về nước thải loại B – TCVN (5945- 2005) 3.3.1. Khảo sát sự biến đổi COD theo thời gian xử lý. Hình 28 :Đồ thị sự thay đổi COD theo thời gian xử lý Nhận xét: COD giảm theo thời gian lưu, tuy nhiên trong quá trình ngâm kị khí sự giảm hàm lượng COD xảy ra chậm hơn so với quá trình tuần hoàn hiếu khí. Có thể giải thích là do quá trình sinh học xảy ra trên cột kị khí có vai trò chủ yếu là phân hủy những hợp chất hữu cơ khó phân hủy thành dạng dễ phân hủy hơn, còn sau đó cột hiếu khí nhận nhiệm vụ phân hủy hoàn toàn các hợp chất này thành CO2 và H2O, khi đó quá trình phân hủy COD ở cột hiếu khí sẽ diễn ra nhanh hơn. 3.3.Khảo sát sự biến đổi nồng độ amoni theo thời gian xử lý. Hình 29 : Đồ thị sự biến đổi nồng độ amoni theo thời gian xử lý Nhận xét: Nước thải sau giai đoạn xử lý kị khí đầu tiên nồng độ amoni tăng do các hợp chất chứa nitơ trong phân tử thủy phân giải phóng ra amoni. Trong giai đoạn hiếu khí tiếp theo, nồng độ amoni đã giảm khá nhanh do bị oxi hóa thành nitrit, nitrat. 3.3.3. Khảo sát sự biến đổi nồng độ nitrit theo thời gian xử lý Hình 30: Đồ thị sự biến đổi nồng độ nitrit theo thời gian xử lý. Nhận xét: Nồng độ nitrit giảm theo thời gian lưu khi ngâm kị khí do nitrit chuyển hóa thành N2 trong điều kiện kị khí. Trong quá trình tuần hoàn hiếu khí sự thay đổi nồng độ nitrit tuân theo đúng lý thuyết tăng ở thời điểm đầu đạt cực đại sau đó giảm dần do sự oxi hóa amôni tạo thành sau đó nitrit lại bị oxi hóa tạo thành nitat. 3.3.4 Khảo sát sự biến đổi nồng độ PO43- theo thời gian xử lý Hình 31: Đồ thị sự biến đổi nồng độ PO43- theo thời gian xử lý Nhận xét: Nồng độ photphat giảm liên tục chứng tỏ vi sinh ở giai đoạn phát triển tốt đã sử dụng phốt pho dưới dạng photphat làm thức ăn để xây dựng tế bào. 3.3.5 Khảo sát sự biến đổi pH theo thời gian xử lý. Hình 32: Đồ thị sự biến đổi pH theo thời gian xử lý Nhận xét Giai đoạn ngâm kị khí pH giảm do ban đầu trong cột kị khí các hidratcacbon bị phân hủy thành axit béo có trọng lượng phân tử thấp, protit thành peptit và axit amin, khi đó pH môi trường giảm, sau đó khi chạy tuần hoàn hiếu khí pH tăng dần do các axit hữu cơ và các hợp chất chứa nitơ tiếp tục bị phân hủy thành các amôn, amin, muối cacbonat, khí CO2, H2O… nên pH dần tăng lên. Nhận xét chung: Từ bảng thấy việc xử lý kị khí trước (trong 12h) sau đó mới xử lý hiếu khí cho kết quả khá tốt về khả năng xử lý COD, amoni. Sau 10h xử lý ở cột hiếu khí thì COD mẫu 7 đã giảm từ 1230 mg/l xuống còn 80 mg/l, mẫu 8 đã giảm từ 702 mg/l xuống còn 74.4 mg/l, mẫu 9 đã giảm từ 648.4 mg/l xuống còn 14.4mg/l đạt têu chuẩn nước thải công nghiệp. Amoni tăng lên khi xử lý kị khí và giảm nhanh khi xử lý hiếu khí. Sau sau 10h xử lý ở cột hiếu khí nồng độ amoni mẫu 7 giảm từ 15.679 mg/l xuống 0.626 mg/l, mẫu 8 giảm từ 60.389 mg/l xuống 2.138 mg/l, mẫu 9 giảm từ 30.225 mg/l xuống 0.947 mg/l đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp đổ vào các lưu vực sông. 3.4. So sánh hiệu quả xử lý theo ba cách vận hành thiết bị. * Chạy tuần hoàn hai cột kị khí và hiếu khí: Cho hiệu quả xử lý tương đối tốt, nhưng phương pháp này không thuận lợi với sự phát triển của vi sinh vật vì trong quá trình bơm tuần hoàn, có một phần lớp màng vi sinh ở cột kị khí bị bong ra rồi lại sang cột hiếu khí (có sục oxi không khí) sẽ làm chết vi sinh vật kị khí và ngược lại. * Chạy tuần hoàn hiếu khí: Sự giảm nồng độ các chất xảy ra đều hơn nhưng thời gian xử lý lâu hơn (33h chạy tuần hoàn hiếu khí). Phương pháp này cần chi phí đầu tư cho xử lý cao hơn vì phải dùng máy sục khí trong thời gian xử lý, lượng bùn hoạt tính sinh ra lớn. * Xử lý gián đoạn ngâm kị khí 12h sau đó chạy tuần hoàn hiếu khí. Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của 2 phương pháp trên vì kết hợp được xử lý kị khí và hiếu khí. Chính giai đoạn ngâm kị khí đã giảm được thời gian chạy tuần hoàn hiếu khí (chỉ mất 10h), nên giảm được kinh phí đầu tư cho xử lý vì ta có thể ngâm kị khí vào ban đêm. Từ các kết quả trên, với mong muốn đạt được hiệu quả xử lý nước thải miến cao hơn, sơ đồ công nghệ được đề nghị như sau: Bể nước thải Lọc cặn Ngâm kị khí Tuần hoàn Hiếu khí Lọc cát Nước sạch Hình 33: Đề suất sơ đồ công nghệ cho xử lý nước thải sản xuất miến KẾT LUẬN Trong quá trình 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 chúng tôi đã thu được một số kết quả sau: 1. Đã tiến hành phân tích một số chỉ tiêu cơ bản của các mẫu nước thải sản xuất miến . Kết quả cho thấy nước thải sản xuất miến có chứa các chất hữu cơ với hàm lượng khá cao: COD = 4000-6000 mg/l, tỉ số BOD5/COD ~ 0.6, độ đục cao (~ 400 ¸ 600 NTU), hàm lượng NH4+ ~ 40-80 mg/l, hàm lượng NO2-, PO43- không đáng kể. Đây là loại nước thải thuận lợi cho việc xử lý bằng phương pháp sinh học. 2. Đã tiến hành nuôi cấy vi sinh vật hiếu khí và kị khí trên hai cột lọc với chất mang là các hạt vật liệu xốp polystyren. Kết quả chụp SEM cho thấy màng sinh học được tạo thành có độ dày khoảng 125μm. 3. Đã tiến hành xử lý nước thải sản xuất miến bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước trên hệ thống thiết bị gồm 2 cột lọc kị khí và hiếu khí theo ba cách khác nhau. Kết quả nước thải sau khi xử lý có giá trị COD, độ đục, NH4+, NO2-, PO43- đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp cho phép thải vào môi trường. 4. Đối với nước thải sản xuất miến nếu xử lý riêng kị khí trước sau đó mới xử lý hiếu khí cho kết quả xử lý tốt hơn so với việc xử lý tuần hoàn qua cả 2 cột kị khí và hiếu khí, hay chỉ chạy tuần hoàn hiếu khí. 5. Đề nghị sơ đồ ứng dụng thực tiễn xử lý nước thải miến. Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt 1. Nguyễn Đình Bảng(2004), Giáo trình các phương pháp xử lý nước, nước thải, ĐHKHTN, Hà Nội. 2. Lê Văn Cát (1999), Cơ sở hóa học và kĩ thuật xử lý nước, NXB Thanh Niên, Hà Nội 3. Hoàng Huệ (1996), Xử lý nước thải, NXB Xây Dựng,Hà Nội. 4. Nguyễn Xuân Nguyên, Phạm Hồng Hải.(2003), Lý thuyết và mô hình hóa quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. NXB KHKT 5. Trịnh Lê Hùng(2006), Kỹ thuật xử lý nước thải., NXB Giáo dục, Hà Nội. 6. Trịnh Xuân Lai (2000), Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây dựng, Hà Nội. 7. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2005), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB KHKT. 8. Lương Đức Phẩm (2002), Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội.. 9. Trần Tứ Hiếu, Phạm Hùng Việt, Nguyễn Văn Nội (1999), Hóa học môi trường cơ sở, Khoa Hóa Học ĐHKHTN, Hà Nội.. 10. NXB KHKT(1996), Tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam về môi trường. 11. Trung tâm đào tạo ngành nước và môi trường (2005), Sổ tay xử lý nước, NXB Xây dựng, Hà Nội. Tài liệu tiếng Anh 12. Aoyi Ochieng , John O. Odiyo, Mukayi Mutsago (2003), “Biological treatment of mixed industrial wastewaters in a fluidised bed reactor”, Journal of Hazardous Materials B96, pp 79–90. 13. APHA (1985), “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater”, 16th Ed, American Public Health Association, Washington D.C. 14. AWWA( American Water Works Association) and ASCE ( American Society of Civil Egineers) (1999), “Water Treatment Plant Design”,Mc.Graw- Hill . 3rd Edition, New York.. 15. Berthold Gunder, Ph.D (2001), “The Membrane-Coupled Activated Sludge Prosses in Municipal Wastewater Treatment Institute of Sanitari Egineering Water Quality and Solid Waste Management’’,University of Stuttgart Germany 16. Bruce.E.Rittmann – Perry.L.McCarty (2001), “Environmental Biotechnology Principles and Applications’’, Published by Mc Graw – Hill, an imprint of The Mc Graw – Hill Companies.. 17. G. Andreottla et al (2002), “Treatment of Winery”, Water science And Technology, pp 347-354. 18. M.Anis Al-Layla, Shamim Ahmad, E. Joe Middlebrooks (2002) “Handbook of Wastewaster Collection and treatment, Principles and Practice’’, Garland STPM Press/ New York and London. 19..Omar Sánchez, Estrella Aspé, María C Martí and Marlene Roeckel(2005),“Rate of ammonia oxidation in a synthetic saline wastewater by a nitrifying mixed-culture”, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 80, pp 1261-1267. 20. Robert M. Durborow, David M. Crosby and Martin W. Brunson (1997), “Nitrite in Fish Ponds”, SRAC Publication No. 462. 21. Ramanlh, Ruben (1997), “Introduction to Wastewater treatment proceeses’’sette. Copyright 22.Ruth Francis-Floyd, Craig Watson (1990), “Ammonia”, Department of Fisheries and Aquatic Sciences, Florida Cooperative Extension Service, Institute of Food and Agricultural Sciences, University of Florida, First published, February 2005, pp 4. 23. R.E. McKinney (1967), “Biological treatment systems For Refinery waste”, JwPCF, pp 39, 348- 359. 24.Tunick, M H. A. Friedman and D.G. Bailey (1981), “ Treatment of Tannery Bearnhouse waste with a Bench- cales Anaerobic Reator’’, Proc. 13th Mid- Athlantic Ind. Waste conf, Ann Arbor science Publishers, Inc.pp 197-207 24.Website: 25. Website: biofilters.com. MỤC LỤC