Phương Pháp Phân Tích, Đánh Giá, Xử Lý Số Liệu Thực Nghiệm

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng nghiên cứu

2.1.1. Nước thải tự pha

Nước thải thí nghiệm trong bài là nước thải tự pha mô phỏng một loại hình nước thải với thông số ô nhiễm đặc trưng là chứa nhiều các chất hữu cơ dễ phân hủy và các hợp chất của Nitơ (chủ yếu là NH4+). Các thông số mô phỏng trong nước thải bao gồm các chỉ tiêu COD, N – NH4+, N – NO2-, N – NO3- và T – N. Các mẫu nước thải trong quá trình điều chế và thực hiện thí nghiệm đều được xác định các thông số như pH, COD, NH4+, NO2-, NO3-, T –

N. Các thông số mô phỏng trong nước thải sẽ được tạo ra bằng việc pha chế các hóa chất công nghiệp cũng như trong phòng thí nghiệm với nguồn nước thải sinh hoạt được lấy sau vòi tại xưởng 2C Viện Công nghệ Môi trường – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Hóa chất sử dụng gồm có:

 Cồn công nghiệp (C2H5OH)

 Amoni clorua NH4Cl

 Kali dihydrophotphat KH2PO4

 Soda Na2CO3

2.1.2. Hệ thiết bị sục khí luân phiên

Thí nghiệm được thực hiện trên mô hình thiết bị thể hiện như ở Hình 3.

Hình 3. Sơ đồ hệ thống thiết bị thực nghiệm

Bể sục khí luân phiên được làm bằng nhựa PVC trong suốt có thể tích hữu ích là 20 L. Không khí được sục vào trong hệ thông qua ống phân phối khí đặt dưới đáy bể với tốc độ 10 L/phút bằng máy thổi khí. Bơm cấp nước thải là bơm định lượng có thể điều chỉnh được lưu lượng. Chế độ hoạt động (thời gian hoạt động, dừng) của các bơm, máy thổi khí và motor khuấy có thể cài đặt, thay đổi được và được điều khiển hoàn toàn tự động. Các thông số pH, ORP (thế oxy hóa khử - Oxydation Reduction Potential), DO (lượng oxy hòa tan trong nước) được hiển thị trên bảng điều khiển, kết nối trực tuyến và lưu lại trên máy tính.

 Địa điểm nghiên cứu: hệ thí nghiệm được đặt tại Viện Công nghệ môi trường – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

 Thời gian nghiên cứu: từ tháng 2 năm 2014 đến tháng 5 năm 2014

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp tổng quan tài liệu

Thu thập, tìm kiếm và loại trừ các nguồn tài liệu, sách báo thông qua internet, thư viện…sao cho phù hợp với mục đích nghiên cứu và làm cơ sở cho các quá trình nghiên cứu thực nghiệm sau này.

Có thể tóm tắt các bước cần thiết trong quá trình tổng quan tài liệu nhằm phục vụ cho mục đích nghiên cứu như sau:

 Xác định chủ đề quan tâm, nội dung sẽ đề cập xuyên suốt đề tài.

 Xác định tiêu chuẩn lựa chọn tài liệu và tiêu chuẩn loại trừ. Không phải chọn tất cả các tài liệu đã có mà cần có tiêu chuẩn chọn lựa cụ thể.

 Thu thập tài liệu liên quan từ các nguồn khác nhau như tạp chí khoa học, báo cáo nghiên cứu, các cơ sở dữ liệu (luận văn thạc sĩ, luận án tiến sĩ…).

 Đọc phần tóm tắt của các tài liệu thu thập được, đọc lướt để có cái nhìn tổng quan và nắm được ý chính.

 Lựa chọn những tài liệu phù hợp với tiêu chuẩn đề ra. Lưu giữ những tài liệu đã được lựa chọn một cách cẩn thận, sắp xếp những tài liệu này tùy theo mục đích sử dụng

 Đọc chi tiết những tài liệu đã lựa chọn, ghi chép những nội dung liên quan và thêm vào những ý kiến, quan điểm của cá nhân

 Viết tổng quan tài liệu

 Đọc lại phần tổng quan đã viết, sữa chữa và hoàn thành.

2.2.2. Phương pháp thực nghiệm

a. Các phương pháp phân tích

 Phương pháp phân tích độ oxy hóa (COD)

COD được xác định theo phương pháp bicromat TCVN 6491:1999, phản ứng được tiến hành trên thiết bị phản ứng Thermoreator TR 320 (Merck, Đức)

 Phương pháp phân tích xác định amoni (N – NH4+)

Amoni được xác định bằng phương pháp Phenat (theo tài liệu Standard Methods 1995), đo quang tại bước sóng 630 nm trên thiết bị UV – Vis spectrophotometer 2450 (Shimadzu – Nhật bản).

 Phương pháp phân tích xác định nitrat (NO3-)

Nitrat được xác định theo phương pháp trắc phổ dùng axit sunfosalixylic

– được hình thành do phản ứng của natri salixylat và axit sunfuric (dựa trên TCVN 6180:1996 – ISO 7890 – 3:1988), đo quang tại bước sóng 410 nm trên thiết bị UV – Vis spectrophotometer 2450, Shimadzu – Nhật bản.

 Phương pháp phân tích nitrit (NO2-)

Nitrit được xác định theo phương pháp đo quang với hệ thuốc thử Griss (theo Standard Method 1995), đo quang tại bước sóng 520 nm trên thiết bị UV

– Vis spectrophotometer 2450 (Shimadzu – Nhật bản).

 Phương pháp phân tích tổng Nitơ (T – N)

Tổng Nitơ được xác định trên hệ thống máy phân tích Tổng cacbon hữu cơ TOC – Vcph/Vcsh có lắp thêm bộ phân tích tổng Nitơ TNM – 1 (Shimadzu

– Nhật Bản).

b. Nghiên cứu khảo sát quá trình xử lý (chế độ thí nghiệm và quy trình vận hành)

 Ảnh hưởng của chu kỳ sục khí – ngừng sục khí luân phiên đến hiệu suất xử lý COD và Nitơ.

Thí nghiệm được thực hiện theo chế độ sục khí – ngừng sục khí luân phiên, thời gian của mỗi chu kỳ trong chế độ khời động, chế độ 1 và 2 được

thực hiện theo Bảng 1. Chế độ thí nghiệm khởi động có chu trình làm việc 3 h/mẻ và hai chế độ vận hành thực nghiệm có chu trình là 6 h/mẻ. Nước thải được cấp vào đầu chu kỳ thiếu khí và có khuấy trộn trong các quá trình thiếu khí nhờ cánh khuấy. Sau các chu trình không sục khí – sục khí, nước thải được để lắng trong 30 phút. Lượng nước thải xử lý mỗi mẻ là 5 L/mẻ.

Bảng 1. Các chế độ vận hành thí nghiệm

Thời gian

(giờ)

Chế độ

1		2	3	4		5	6
Chế độ khởi động	A/F	F	O	S	A/F	F	O	S
Chế độ 1 (CĐ 1)	A/F	F		O				S
Chế độ 2 (CĐ 2)	A/F	F		O				S

Có thể bạn quan tâm!

• Nghiên cứu Xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và Nitơ bằng phương pháp sục khí luân phiên - ĐH Quốc gia Hà Nội - 1
• Nghiên cứu Xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và Nitơ bằng phương pháp sục khí luân phiên - ĐH Quốc gia Hà Nội - 2
• Ứng Dụng Phương Pháp Sục Khí Luân Phiên Trong Xử Lý Nước Thải
• Kết Quả Đánh Giá Đặc Tính Nước Thải Đầu Vào
• Nghiên cứu Xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và Nitơ bằng phương pháp sục khí luân phiên - ĐH Quốc gia Hà Nội - 6
• Nghiên cứu Xử lý nước thải giàu chất hữu cơ và Nitơ bằng phương pháp sục khí luân phiên - ĐH Quốc gia Hà Nội - 7

Xem toàn bộ 64 trang tài liệu này.

 Chú thích:

A: không sục khí, O: sục khí, F: cấp nước; S: lắng

 Chế độ khởi động: 3 giờ/chu kỳ, tổng thời gian sục khí là 1,5 giờ và tổng thời gian ngừng sục khí là 1,5 giờ. Nước được cấp với lưu lượng Q = 5 L/h trong 30 phút, khuấy trộn 30 phút, sục khí 90 phút sau đó lắng trong 30 phút. Thiết bị hoạt động theo mẻ kiểu bán tự động, khi nước thải của mẻ mới được bơm vào dưới đáy bể thì phần nước trong chảy tràn qua ống dẫn vào thùng chứa nước thải

 Chế độ 1: 6 giờ/chu kỳ, tổng thời gian sục khí là 3 giờ và ngừng sục khí là 3 giờ. Nước được cấp vào đầu quá trình thiếu khí với lưu lượng Q = 5 L/h, thời gian cấp nước là 30 phút, khuấy trộn trong vòng 120 phút, sục khí 180 phút và sau cùng nước thải được để lắng trong 30 phút.

 Chế độ 2: 6 giờ/chu kỳ, tổng thời gian sục khí là 4 giờ và ngừng sục khí là 2 giờ. Nước được cấp với lưu lượng Q = 5 L/h, thời gian cấp nước là 30

phút, khuấy trộn trong vòng 60 phút, sục khí 240 phút vào sau cùng nước thải được để lắng trong 30 phút.

 Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng COD, Nitơ đến hiệu suất xử lý COD và Nitơ

Sau khi tìm được chu kỳ sục khí, ngừng sục khí thích hợp cho quá trình sục khí luân phiên, tiếp tục tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng COD, tải trọng N đến hiệu suất xử lý COD và N. Ở nghiên cứu này, tải trọng COD, tải trọng N được thay đổi bằng cách điều chỉnh thông số các thành phần nước thải đầu vào hệ thống (nước thải pha).

 Quy trình vận hành

Bùn giống ban đầu được lấy từ hệ thống thí nghiệm mương oxy hóa trong nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi tại xưởng 2C thuộc khuôn viên Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Trong suốt quá trình thí nghiệm, pH của nước thải đầu vào cũng như trong bể phản ứng được điều chỉnh và duy trì trong khoảng 7,8 – 8,2; nồng độ bùn hoạt tính (MLSS) trong bể phản ứng được duy trì trong khoảng 4000 – 5000 mg/l, DO trong khoảng 4 – 6 mg/l (trong lúc đang sục khí).

Trước giai đoạn bắt đầu vận hành hệ thiết bị thí nghiệm, tiến hành nghiên cứu cách pha chế nước thải nhân tạo, qua đó đánh giá đặc tính của nước thải đầu vào. Trong quá trình thí nghiệm, thường xuyên kiểm tra các điều kiện vận hành và thông số nước thải đầu vào, điều chỉnh một cách thích hợp nếu xảy ra biến động.

2.2.3. Phương pháp phân tích, đánh giá, xử lý số liệu thực nghiệm

Số liệu phân tích từng ngày được ghi chép vào sổ tay cá nhân ngay tại phòng phân tích, sau đó được nhập lại vào bảng dữ liệu excel để dễ dàng tính toán, quản lý và theo dõi sự biến động của số liệu, qua đó có thể đánh giá và điều chỉnh các điều kiện, chế độ vận hành để đạt được kết quả mong đợi.

Để có thể sử dụng một cách hiệu quả số liệu phân tích trong quá trình thực nghiệm, việc thu thập, tổng hợp, phân tích và đánh giá số liệu trong suốt quá trình nghiên cứu là không thể thiếu và hết sức cần thiết, quyết định đến sự

thành công của nghiên cứu. Để có thể phân tích, đánh giá và qua đó xử lý số liệu thực nghiệm, trước hết cần phải có quá trình tìm hiểu và thu thập thông tin từ các nguồn tài liệu liên quan. Thông tin được thu thập từ sách báo, luận văn luận án, ấn phẩm tạp chí thông qua internet, thư viện...phải được xem xét một cách kỹ lưỡng, trong nhiều trường hợp phải có quá trình đối chứng, xác minh độ tin cậy của thông tin.

Từ quá trình thu thập thông tin, nắm vững lý thuyết và bản chất của quá trình, nội dung cần nghiên cứu sẽ rút ra được cái nhìn tổng quan và xác định được phần nào xu hướng biến đổi của số liệu thực nghiệm. Từ đó, trong quá trình thực nghiệm, số liệu phân tích phải được lưu trữ cẩn thận, hằng ngày phải có quá trình theo dõi, phân tích chiều hướng diễn biến của số liệu có đúng với lý thuyết hay các nghiên cứu liên quan đã thực hiện trước đó hay không. Qua đó mới có thể đánh giá quá trình và có những thay đổi kịp thời, phù hợp với nội dung nghiên cứu, từ đó mới có thể sử dụng số liệu thực nghiệm vào trong báo cáo khóa luận tốt nghiệp.

Cụ thể trong nghiên cứu này, để có thể sử dụng được số liệu từ quá trình thực nghiệm, trước hết cần phải thu thập thông tin từ các giáo trình, bài báo, ấn phẩm tạp chí có nội dung liên quan. Tiếp đến, cần nắm vững lý thuyết, bản chất các quá trình và những yếu tố ảnh hưởng đến sự diễn biến của số liệu, qua đó kiểm soát tối ưu quá trình hoạt động của thiết bị thực nghiệm. Số liệu thực nghiệm được ghi chép và lưu trữ cẩn thận hằng ngày, phân tích và đối chứng với các nghiên cứu đã công bố có nội dung liên quan. Từ quá trình phân tích, đánh giá độ tin cậy của số liệu sẽ có những thay đổi về chế độ làm việc, bổ sung và hạn chế các yếu tố ảnh hưởng để những lần phân tích sau sẽ thu thập được số liệu theo đúng xu hướng biến đổi và sử dụng được vào trong báo cáo.

Đối với số liệu phân tích các thông số về hợp chất của Nitơ, trong quá trình nhập liệu cần lưu ý đến việc chuyển đổi giữa nồng độ NH4+, NO2- và NO3- và nồng độ N – NH4+, N – NO2- và N – NO3-. Cụ thể cách chuyển đổi như sau:

[NH+]×14

4

[N-NH+]=

4 ( mg⁄l ) 18

2

[N-NO- ]=

3

[N-NO- ]=

[NO- ]×14

2

46

3

[NO- ]×14

62

( mg⁄l )

( mg⁄l )

 Cách tính tải trọng COD và T – N:

LCOD

LT - N

CCODvào × Qvào

= V × 1000

CCODvào × Qvào

= V × 1000

(kg/m3/ngày)

(kg/m3/ngày)

 Tính hiệu suất xử lý COD, NH4+ và T – N:

(CCOD, T-N, NH+ - CCOD, T-N, NH+ )

H =4 vào 4ra

4 vào

CCOD, T-N, NH+

× 100

 Tính thời gian lưu

 Tính tỷ lệ C/N:

V

T =

Qvào

Trong đó:

C⁄N

CCODvào

C

=

T-Nvào

4 vào

 CCOD, T-N, NH+

: Nồng độ COD, T – N, NH4+ đầu vào (mg/L)

 Qvào: Lưu lượng dòng vào (L/ngày)

 V: Thể tích thiết bị (L)

 LCOD, LT – N: Tải trọng COD, N (kg/m3/ngày)

 T: Thời gian lưu nước thải (ngày); H: Hiệu suất xử lý (%)