Mở ðầ u - VNUtainguyenso.vnu.edu.vn/jspui/bitstream/123456789/2161/1/luan van(… · 1 Mở...

1

Mở ðầu

Ô nhiễm môi trường ñược xem là vấn ñề bức xúc hiện nay, không chỉ riêng ở

Việt Nam, mà cả trên Thế giới. Trong cuộc sống hàng ngày chúng ta tiêu thụ và sử

dụng một lượng lớn các nhiên liệu, nguyên liệu, sản phẩm từ thiên nhiên, từ sản

xuất ñể tồn tại và phát triển ñồng thời cũng thải vào môi trường tự nhiên các phế

thải, rác thải. Khi nền kinh tế càng phát triển, dân số tại các vùng ñô thị, trung tâm

công nghiệp càng tăng nhanh thì phế thải, rác thải càng nhiều làm ô nhiễm môi

trường xung quanh, ảnh hưởng tới sức khỏe cộng ñồng và làm giảm ñi vẻ ñẹp cảnh

quan thiên nhiên.

Chất thải rắn nói chung và rác thải sinh hoạt nói riêng ñang là một vấn ñề nổi

cộm ở Việt Nam, ñặc biệt là các ñô thị lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh. Do

nhu cầu ăn uống ở các nhà hàng, khách sạn ngày càng tăng ñặc biệt trong các dịp lễ,

tết, cưới xin và những ngày cuối tuần. Vì thế có một lượng lớn thức ăn thừa giàu

dinh dưỡng ñược thải ra. Với chất thải thô có thể sử dụng làm thức ăn cho gia súc

nên các cơ sở chăn nuôi nhỏ lẻ ñã cố gắng thu gom nhưng không triệt ñể và ñôi khi

còn gặp khó khăn do không ñảm bảo vệ sinh trong chăn nuôi, dễ gây bệnh cho gia

súc gia cầm nên phần nhiều vẫn ñược thu gom ñể chôn lấp. Với chất thải khác dạng

vụn, lỏng theo nước rửa tới hệ thống cống ngầm. Sau một thời gian các chất thải

này kết hợp với nhau tạo thành lớp váng mỡ dày nổi lên trên mặt nước. ðây là vấn

ñề nhức nhối không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn gây ách tách dòng chảy

trong các cống thoát ñối với các nhà hàng, khách sạn, các cơ sở sản xuất dầu ăn,

giết mổ gia súc gia cầm và ñôi khi cả ở các gia ñình.

Vì thế trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi ñã tập trung nghiên cứu xử lý

váng mỡ nhà hàng bằng các phương pháp hóa học và sinh học. ðối tượng nghiên

cứu là váng mỡ ở nhà hàng Phương Nguyên Tây Hồ Hà Nội.

2

Chương 1.Tổng quan

1. Chất thải nhà hàng ăn uống

1.1. Sự phát sinh chất thải

ðể nấu các món ăn, các gia ñình, các bếp nấu nhà hàng, khách sạn phải vứt

bỏ ñi các loại lá, vỏ, hạt của rau củ qủa, các phế thải từ thịt, trứng…Sau khi ăn xong

thì bỏ ñi ñồ ăn thừa như vỏ hoa qủa, lá gói bánh, xương xẩu…Thức ăn thừa thường

ñược ñổ chung ñến khu tập kết rác thải rắn.

Ngoài ra, trong qúa trình chế biến thức ăn, rửa bát ñĩa một phần thức ăn tươi

và thức ăn thừa như mỡ, bột, nước mắm, vụn thịt,…cùng với chất tẩy rửa theo nước

tới hệ thống xử lý nước thải của nhà hàng. Như vậy thành phần của hỗn hợp này

gồm các huyền phù, nhũ tương của lipit, gluxit, protein, các chất tẩy rửa và các

thành phần khác.

Hàm lượng các chất trên khác nhau tùy theo thời gian trong ngày, trong tuần

và tùy theo mùa, nhưng thành phần chủ yếu là dầu ăn. Trong qúa trình chiên, rán

chỉ một lượng nhỏ dầu ăn là bám vào thức ăn còn lại dính vào dụng cụ chế biến, bát

ñĩa chúng ñược cuốn theo nước rửa. Vì có tỉ khối nhẹ hơn chúng kéo theo một phần

các chất khác nổi lên trên mặt nước tạo thành một lớp váng mỡ dày. Theo thời gian

các thành phần dễ phân hủy yếm khí như protein, gluxit làm tăng COD, sinh ra mùi

khó chịu gây ô nhiễm môi trường nước và khu vực lân cận. ðây là vấn ñề nhức nhối

với các nhà hàng, chính vì vậy phải có biện pháp thu gom nhanh, triệt ñể và xử lý

hiệu qủa lớp váng mỡ.

1.2. Thành phần chính của váng mỡ

1.2.1. Lipit

1.2.1.1. ðịnh nghĩa và phân loại [1]

- ðịnh nghĩa: Lipit là những hợp chất của axit béo với ancol hoặc

aminoancol

- Phân loại: Lipit ñược chia làm hai loại: lipit thuần và lipit tạp.

+ Lipit thuần: triglixerit (gilixerit), sterit, xerit (sáp)

Glixerit: este của axít béo với glixerin

3

Sáp: Este của monoancol phân tử khối lớn với axit béo phân tử khối lớn là

chất rắn ở ñiều kiện thường (sáp ong…)

Sterit: Este của axit béo có phân tử khối lớn với monoancol ña vòng có phân

tử khối lớn (gọi chung là sterol) là chất rắn không màu, không tan trong nước.

+ Lipit tap:

Photpholipit: có chứa thêm một gốc axit photphoric, thông thường có kèm

theo các bazơ nitơ và các nhóm thế khác.

Ví dụ: Glixerophotpholipit: ancol là glixerin và ñối với Shingophotpholipit:

ancol là sphingozin

Glicolipit (glicosphingolipit): có chứa một axit béo, sphingozin và ñường

Các lipit phức tạp khác: sunfolipit, aminolipit, lipprotein.

1.2.1.2. Khái niệm chất béo

Chất béo là trieste của glixerin với các axit monocacboxylic có số chẵn

nguyên tử C (thường từ 12C ñến 24C) không phân nhánh, gọi chung là triglixerit.

Khi thủy phân chất béo thì thu ñược glixerin và axit béo (hoặc muối).

Chất béo có công thức chung là:

(R1, R2, R3 là các gốc hiñrocacbon no hoặc không no, không phân nhánh, có

thể giống nhau hoặc khác nhau).

- Axit béo no thường gặp là:

C15H31COOH (axit panmitic, tnc = 630C)

C17H35COOH (axit stearic, tnc = 700C)

- Axit béo không no thường gặp là:

C17H33COOH (axit oleic hay axit cis-octañeca-9-enoic, tnc = 130 C)

C17H31COOH (axit linoleic hay axit cis,cis-octañeca-9,12-ñienoic, tnc = 50C)

4

- Tristearin (glixerin tristearat) có tnc = 71.50C; tripanmitin (glixerin

panmitat) có tnc = 65.50 C; triolein (glixerin trioleat) có tnc = - 5.50 C.

1.2.1.3. Tính chất của chất béo

Tính chất vật lí

- Các chất béo không tan trong nước do gốc hiñrocacbon lớn của các axit béo

làm tăng tính kị nước của các phân tử chất béo.

- Dầu thực vật thường có hàm lượng axit béo chưa no (ñều ở dạng –cis) cao

hơn mỡ ñộng vật làm cho nhiệt ñộ nóng chảy của dầu thực vật thấp hơn so với mỡ

ñộng vật. Thực tế, mỡ ñộng vật hầu như tồn tại ở trạng thái rắn còn dầu thực vật tồn

tại ở trạng thái lỏng.

Tính chất hóa học

Phản ứng thủy phân trong môi trường axit:

Triglixerit Glixerin Axit béo

Phản ứng xà phòng hóa:

Triglixerit Glixerin Xà phòng

- Khi ñun nóng chất béo với dung dịch kiềm thì tạo ra glixerin và hỗn hợp

muối của các axit béo. Muối natri (hoặc kali) của axit béo chính là xà phòng.

- Phản ứng xà phòng hóa xảy ra nhanh hơn phản ứng thủy phân trong môi

trường axit và không thuận nghịch.

5

- ðể xác ñịnh chất lượng của chất béo người ta thường dựa vào một số chỉ số

sau:

+ Chỉ số axit: là số miligam KOH ñể trung hòa hoàn toàn các axit tự do có

trong 1 gam chất béo.

+ Chỉ số xà phòng hóa: là tổng số miligam KOH ñể xà phòng hóa chất béo

và axit tự do có trong 1 gam chất béo.

+ Chỉ số este: là hiệu của chỉ số xà phòng hóa và chỉ số axit.

+ Chỉ số iot: là số gam iot có thể cộng vào liên kết bội trong mạch cacbon

của 100 gam chất béo.

Phản ứng hiñro hóa:

Triolein (lỏng) Tristearin (rắn)

Phản ứng hiñro hóa chất béo làm tăng nhiệt ñộ nóng chảy của chất béo.

Phản ứng oxi hóa:

Nối ñôi C=C ở gốc axit không no của chất béo bị oxi hóa chậm bởi oxi

không khí tạo thành peoxit, chất này bị phân hủy thành anñehit có mùi khó chịu. ðó

là nguyên nhân của hiện tượng dầu mỡ bị ôi thiu.

1.2.1.4. Vai trò của chất béo trong cơ thể

Chất béo là thức ăn quan trọng của con người. Ở ruột non, nhờ tác dụng xúc

tác của các enzim như lipaza và dịch mật, chất béo bị thủy phân thành axit béo và

glixerol rồi ñược hấp thụ vào thành ruột. Ở ñó, glixerol và axit béo lại kết hợp với

nhau tạo thành chất béo rồi ñược máu vận chuyển ñến các tế bào. Nhờ những phản

ứng sinh hóa phức tạp, chất béo bị oxi hóa thành CO2, nước và cung cấp năng lượng

cho cơ thể. Chất béo chưa sử dụng ñược tích lũy vào các mô mỡ. Vì thế trong cơ thể

chất béo là nguồn cung cấp và dự trữ năng lượng. Chất béo còn là nguyên liệu ñể

6

tổng hợp một số chất khác cần thiết cho cơ thể. Nó còn có tác dụng bảo ñảm sự vận

chuyển và hấp thụ các chất hòa tan ñược trong chất béo.

1.2.2. Protein

1.2.2.1. Khái niệm và phân loại

Khái niệm: Protein là một polime sinh học của L - α - aminoaxit kết hợp với

nhau bằng liên kết peptit. Có khoảng 20 aminoaxit này ñược mã hóa trong gen và

ñược hợp nhất trong protein.

Phân loại: Protein ñược phân thành 2 loại

- Protein ñơn giản: ñược tạo thành chỉ từ các α-aminoaxit

Thí dụ một số enzyme của tụy bò như ribonucleaza gồm hoàn toàn amino

axit nối với nhau thành một chuỗi polypeptit duy nhất (có 124 gốc aminoaxit, khối

lượng phân tử 12.640 ñvc), chymotripsin gồm toàn aminoaxit nối với nhau thành

chuỗi polypeptit (có 241 gốc aminoaxit, khối lượng phân tử 22.600 ñvc) v.v...

- Protein phức tạp: là những protein mà thành phần phân tử của nó ngoài các

α- aminoaxit như protein ñơn giản còn có thêm thành phần khác có bản chất không

phải là protein còn gọi là nhóm ngoại (nhóm thêm). Tuỳ thuộc vào bản chất của

nhóm ngoại, người ta chia các protein phức tạp ra các nhóm nhỏ và thường gọi tên

các protein ñó theo bản chất nhóm ngoại:

- Lipoprotein: nhóm ngoại là lipit.

- Nucleoprotein: nhóm ngoại là axit nucleic.

- Glycoprotein: nhóm ngoại là gluxit và dẫn xuất của nó.

- Photphoprotein: nhóm ngoại photphat, ví dụ casein sữa

- Cromoprotein: nhóm ngoại là hợp chất có màu.

Tuỳ theo tính chất của từng nhóm ngoại mà có những màu sắc khác nhau

như ñỏ (ở hemoglobin), vàng (ở flavoprotein)..

1.2.2.2. Vai trò và chức năng của protein

Protein là thành phần không thể thiếu của tất cả các cơ thể sinh vật, nó là cơ

sở của sự sống. Không những thế, protein còn là một loại thức ăn chính của con

người và nhiều loại ñộng vật dưới dạng thịt, cá, trứng…

Tám chức năng quan trọng của protein là:

7

+ Xúc tác

+ Vận tải

+ Vận ñộng

+ Bảo vệ

+ ðiều hoà

+ Truyền xung thần kinh

+ Cấu trúc

+ Dự trữ.

1.2.2.3. Tính chất của protein

Tính chất vật lý

a) Hình dạng:

- Dạng sợi: như keratin (trong tóc, móng sừng), miozin (trong cơ bắp),

fibroin (trong tơ tằm, mạng nhện).

- Dạng cầu: như albumin (trong lòng trắng trứng), hemoglobin (trong máu).

b) Tính tan:

Protein hình sợi không tan, protein hình cầu tan trong nước tạo thành các

dung dịch keo như albumin (lòng trắng trứng), hemoglobin (máu).

- Albumin: tan trong nước, bị kết tủa ở nồng ñộ muối (NH4)2SO4 khá cao

(70-100%).

- Globulin: không tan hoặc tan ít trong nước, tan trong dung dịch muối loãng

của một số muối trung tính như NaCl, KCl, Na2SO4...,và bị kết tủa ở nồng ñộ muối

(NH4)2SO4 bán bão hoà.

- Prolamin: không tan trong nước hoặc dung dịch muối loãng, tan trong

etanol, isopropanol 70-80%.

- Glutein: chỉ tan trong dung dịch kiềm hoặc axit loãng.

- Histon: là protein có tính kiềm dễ tan trong nước, không tan trong dung

dịch amoniac loãng.

c) Sự ñông tụ:

Là sự ñông lại của protein và tách ra khỏi dung dịch khi ñun nóng hoặc thêm

axit, bazơ, muối.

8

Tính chất hóa học

a) Phản ứng thủy phân:

- ðiều kiện thủy phân: xúc tác axit hoặc kiềm và ñun nóng hoặc xúc tác enzim

- Sản phẩm: các α-aminoaxit.

b) Phản ứng màu:

Albumin (protein có trong lòng trắng trứng)

HNO3 ñặc Kết tủa màu vàng (do sản phẩm có nhóm NO2)

Cu(OH)2 Phức chất có màu tím ñặc trưng (phản ứng biure)

1.2.3. Cacbohydrat

1.2.3.1. ðịnh nghĩa và phân loại

ðịnh nghĩa: Cacbohydrat hay saccarit là những hợp chất hữu cơ tạp chức

thường có công thức trung là Cn(H20)m.

Phân loai: Cacbohydrat ñược phân thành 3 nhóm chính sau.

+ Monosaccarit (ozơ, ñường ñơn): Là nhóm cacbohydrat ñơn giản nhất

không có thể thủy phân ñược.

Thí dụ: triozơ, tetrozơ, pentozơ, hexozơ, heptozơ.

+ Oligosaccarit (oligozơ, trong phạm vi từ 2 ñến 10 phân tử ñường)

Thí dụ: ðisaccarit, trisaccarit, tetrasaccarit.

+ Polisaccarit (pliozơ, trên 10 phân tử ñường):

Polisaccarit thuần (holopolisaccarit, holoozit: Polihomosaccarit (gồm một

loại ozơ trong phân tử) và poliheterosaccarit (gồm nhiều ozơ trong phân tử).

Polisaccarit tạp (heteropolisaccarit, heteroozit): N-heteropolisaccarit (ngoài

hợp chất của ozơ còn có những hợp chất của nitơ), S-heteropolisaccarit (ngoài hợp

chất của ozơ có những hợp chất của lưu huỳnh).

1.2.3.2. Chức năng

Làm nhiên liệu, cung cấp 60% năng lượng cho cơ thể sống.

Làm bộ khung cấu trúc và vỏ bảo vệ, thường có mặt ở vách của tế bào vi

khuẩn và thực vật cũng như ở mô nối và vỏ bảo vệ ñộng vật.

Liên kết với protein và lipit màng ñóng vai trò làm phương tiện vận chuyển

tín hiệu giữa các tế bào.

9

1.3. Sự biến ñổi các chất trong quá trình chiên rán [15]

Rán là cho nguyên liệu vào trong dầu ở nhiệt ñộ cao. Dầu dùng ñể rán

nguyên liệu có thể là dầu lạc, dầu bông, dầu hướng dương, dầu ñậu nành, dầu cọ.

ðối với thịt, có thể dùng mỡ ñộng vật ñể rán.

Mục ñích khi rán là

- Tăng giá trị cảm quan của sản phẩm.

- Tăng giá trị dinh dưỡng của sản phẩm.

- Tiêu diệt hệ thống men và vi sinh vật.

Yêu cầu và tính chất của dầu mỡ dùng ñể rán

Có thể dùng dầu hoặc mỡ, nên dùng dầu ñã tinh chế.

Dầu rán phải ñạt các yêu cầu sau:

- Mùi vị: không ôi, khét, có mùi ñặc trưng.

- Màu sắc: trong, sáng, không lắng cặn.

- Lượng ẩm và các chất bay hơi không quá 0.3 %.

- Chỉ số axit của dầu < 0.2.

• Những biến ñổi trong quá trình rán

Biến ñổi của nguyên liệu

- Protein trong nguyên liệu bị biến tính. Rau chứa ít protein nên khi ñông,

protein chuyển thành dạng hạt rời, rồi phân hủy thành dạng bông. Sự biến ñổi của

protein bắt ñầu ở nhiệt ñộ 30 – 350C, và tốc ñộ tăng dần theo nhiệt ñộ, ở nhiệt ñộ 60

– 650C thì protein ñã bị biến tính. Các protein mất tính tan, các phân tử protein chứa

S bị cắt ñứt, giải phóng H2S.

- Gluxit bị biến ñổi, ñường và tinh bột ở lớp bề mặt bị caramel hóa.

Protopectin bị thủy phân thành pectin hòa tan, làm rau rán trở nên mềm.

- Chlorophyl chuyển thành pheophytin, caroten ít bị phân hủy, nhưng lại tan

nhiều trong dầu nóng làm cho dầu có màu da cam. Các chất hữu cơ hòa tan và các

vitamin hòa tan trong chất béo ñều chuyển vào dầu. Vitamin B1, B2 tổn thất ít.

Vitamin C bị phá hủy 7 – 18%. Các este và các chất thơm bay hơi cũng bị tổn thất khi

rán.

- Nước thoát ra làm tăng nồng ñộ chất khô.

10

Biến ñổi của dầu

Trong quá trình rán, do tác dụng của nhiệt ñộ cao và thời gian dài, do tác

dụng của nước thoát ra từ nguyên liệu và do sự hòa lẫn các chất gluxit, protein, lipit,

tạo thành nhũ tương, do tiếp xúc với không khí trên mặt thoáng và với mặt truyền

nhiệt, nên dầu bị biến tính.

- Khi rán ñộ nhớt của dầu tăng do các chất dinh dưỡng trong nguyên liệu

dịch chuyển vào dầu, dầu bị xẫm màu.

- Ở nhiệt ñộ cao, dầu tiếp xúc với hơi nước và oxi nên bị thủy phân và oxi

hóa thành axit béo, glixerin, rồi thành các chất peoxit, anñehit, xeton (có mùi ôi

khét) và acrolein (là chất lỏng, ñộc, khi rán bốc thành khói xanh thoát ra trên mặt

thoáng của dầu làm cay mắt) theo sơ ñồ sau:

ChÊt bÐo (dÇu, mì)NhiÖt, oxi

NhiÖt

Acrolein(G©y ®éc)

+ Axit bÐo

An®ehit, xeton (¤i dÇu)

Oxi hãa

Glixerin

Hiện nay, biện pháp chủ yếu ñể chống hiện tượng hư hỏng dầu trong khi rán

là duy trì dầu rán trong lò rán với thời gian ngắn nhất. Người ta còn chống oxi hóa

dầu bằng cách cho chất chống oxi hóa vào dầu rán.

2. Các phương pháp xử lý váng mỡ nhà hàng ăn uống

2.1. Thu gom

Váng mỡ từ các nhà hàng ăn uống là một khối nổi trên mặt nước có thành

phần phức tạp gồm chủ yếu là mỡ, nước, ngoài ra còn có tinh bột, protein, chất hoạt

ñộng bề mặt và các thành phần khác…Như vậy cần phải thu gom nhanh triệt ñể,

tránh ñể quá trình phân huỷ sinh học làm tăng COD, mùi khó chịu gây khó khăn

cho qúa trình xử lý nước tiếp theo.

Váng mỡ có thể ñược vớt vào các bao tải ñể loại bỏ một phần nước tích tụ

trong ñó.

ðể thu gom triệt ñể hơn chúng ta có thể dùng phương pháp keo tụ hoặc tuyển

nổi.

11

2.2. Các phương pháp xử lý với chất thải sau thu gom

Hiện nay có ba phương pháp chủ yếu xử lý chất thải rắn là: chôn lấp, xử lý

bằng nhiệt và phân hủy sinh học.

2.2.1. Chôn lấp

Với váng mỡ ở nhà hàng có thể loại bớt nước, sau ñó ñóng bao tải ñể chôn lấp

Phương pháp chôn lấp hoàn toàn: ñối với các loại chất thải sinh hoạt, công

nghệ ít ñộc hại ñược thu gom sau ñó chuyển tới bãi chứa ñể tiến hành chôn lấp. ðây

là phương pháp ñơn giản nhất, rẻ tiền nhưng không vệ sinh dễ gây ô nhiễm cho các

nguồn nước ngầm, tốn diện tích ñất chứa bãi rác và dễ bị khu dân cư gần ñó lên án.

Phương án này chỉ phù hợp với các nước chưa phát triển, kinh tế còn khó khăn,

thường ñược áp dụng ở các ñô thị nhỏ trong giai ñoạn tạm thời. ðối với các chất

thải ñộc hại thì ñáy bãi chôn lấp phải ñược xử lý ñầm nén hoặc phải dùng tấm lót

polime ñặc biệt như một cái túi chứa rác do vậy rất tốn kém.

Phương pháp chôn lấp có xử lý thích hợp: rác thải ñược thu gom và vận

chuyển ñến bãi chứa rác. Các bể này phải có xử lý ñáy thích hợp ñể bảo vệ nguồn

nước mặt và nước ngầm. Có hệ thống thu gom và xử lý nước thải rò rỉ cũng như xử

lý khí thoát ra từ quá trình phân hủy rác.

Ưu ñiểm

+ ðầu tư ban ñầu thấp

+ Chi phí bảo hành và bảo dưỡng thấp

+ Không ñòi hỏi công nghệ phức tạp và giải pháp ñơn giản nhất ñể xử lý

những nguyên liệu không thể sử dụng ñược.

Nhược ñiểm

+ Về lâu dài giải pháp này sẽ trở lên ñắt vì ñòi hỏi ñiện tích ñất tăng. Ngoài

ra bãi chôn lấp rác là nguồn gây ô nhiễm lớn ñến ñất, nguồn nước, không khí trên

phạm vi rộng. ðiều này thường ñòi hỏi những biện pháp tốn kém ñể xử lý trong quá

trình sử dụng và khi không hoạt ñộng.

+ Không tái sinh, sử dụng ñược nguồn nguyên liệu có trong rác.

Chính vì vậy ở các nước phát triển giải pháp này ñang bị thu hẹp theo thời

gian.

12

2.2.2. Xử lý bằng nhiệt

ðốt rác hoặc sản xuất thành chất ñốt

Phương pháp này hoạt ñộng theo nguyên tắc: nguyên liệu ñốt cháy dưới

nhiệt ñộ cao trên 8000C. Sản phẩm cháy là nhiệt lượng, tro và các khí như nitơ,

cacbonic, hơi nước.

Có nhiều công nghệ khác nhau ñể ñốt rác, thông thường một nhà máy ñốt rác

luôn có:

+ Hệ thống lò ñốt

+ Hệ thống nồi hơi và máy phát ñiện ñể biến nhiệt năng từ quá trình ñốt

thành ñiện.

+ Hệ thống xử lý khí thải

+ Bãi chôn tro và quặng

Ưu ñiểm

+ Giảm thể tích rác ñáng kể từ 70- 85%

+ Xử lý nhiều loại rác

+ Tốn ít diện tích

+ Tạo ra nhiệt lượng

Nhược ñiểm

+ Chi phí cho công nghệ, vận hành và bảo dưỡng cao

+ Chỉ áp dụng thích hợp cho các nguyên liệu có nhiệt năng cao

Như vậy xử lý bằng phương pháp thiêu ñốt không thích hợp với cơ sở sản

xuất nhỏ như khách sạn, nhà hàng ăn uống.

2.2.3. Phân hủy sinh học

Phương pháp phân huỷ sinh học ñược áp dụng với rác thải hữu cơ. Có hai

phương pháp là phân hủy yếm khí và hiếu khí. Nó ñược áp dụng chủ yếu vào hai

công nghệ compost và biogas. So với phương pháp chôn lấp và thiêu ñốt phương

pháp sinh học có nhiều ưu thế hơn, bởi sản phẩm vừa có giá trị kinh tế, vừa góp

phần hạn chế ñược tình trạng ô nhiễm môi trường.

Với thành phần hữu cơ cao, rác thải sinh hoạt rất thích hợp với phương pháp

xử lý bằng công nghệ sinh học. Nhưng với váng mỡ nhà hàng tuy hàm lượng chất

13

hữu cơ cao, song lại chứa qúa nhiều lipit là chất rất khó bị phân hủy sinh học. Vì

vậy trong khóa luận này chúng tôi ñã ñi sâu vào nghiên cứu khả năng tạo khí metan

bằng qúa trình phân hủy vi sinh yếm khí ñối với váng mỡ nhà hàng.

2.2.3.1. Nguyên lý chung

Phân hủy sinh học yếm khí gồm một chuỗi quá trình vi sinh học chuyển hoá

các hợp chất hữu cơ thành khí metan [4]. Quá trình tạo ra khí metan là một hiện

tượng thông thường trong một số môi trường tự nhiên khác nhau như: các lớp trầm

tích, ñầm lầy, dạ dày các loài ăn cỏ hay ở các giếng dầu.

Qúa trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ ñược ñơn giản hóa theo phương

trình sau ñây.

(CHO)nNS + Vi sinh vật yếm khí → CO2 + H2O + tế bào vi sinh + các sản phẩm dự

trữ + các chất trung gian + CH4 + H2 + NH4+ + H2S + năng lượng.

Ở ñiều kiện yếm khí sinh khối vi sinh vật ñược tạo thành ít, ngoài các chất

trung gian có tới (70%) một sản phẩm ñược quan tâm nhiều là khí metan.

2.2.3.2. Quá trình phân hủy sinh học yếm khí

Quá trình xử lý yếm khí về mặt hóa học và vi sinh vật phức tạp hơn xử lý

hiếu khí. ðó là quá trình chuyển hóa các chất của vi sinh vật liên quan ñến sự

chuyển hóa toàn bộ vật chất hữu cơ hỗn hợp thành metan bắt ñầu với vi khuẩn thủy

phân vật chất hữu cơ phức tạp như cacbohydrat, protein, và chất béo thành

cacbohydrat ñơn giản, aminoaxit, và axit béo. ðường ñơn và axit sau ñó ñược sử

dụng ñể thu ñược năng lượng cho sự sinh trưởng bởi vi khuẩn lên men, sự sinh ra

axit hữu cơ và hiñro ở các sản phẩm trung gian. Axit hữu cơ sau ñó ñược oxi hóa

một phần bởi những vi khuẩn lên men khác, sản xuất thêm hiñro và axit axetic.

Hiñro và axit axetic là cơ chất chính ñược sử dụng bởi vi khuẩn sinh metan, ñể

chuyển chúng thành metan. H2 ñược sử dụng như phần tử cho electron, với CO2 như

một phần tử nhận electron ñể hình thành metan, trong khi axetat ñược tách ra (phản

ứng acetoclactic) ñể tạo thành metan từ nhóm metyl và CO2 từ nhóm cacboxyl trong

phản ứng lên men.

. Về mặt hóa học: Quá trình phân hủy thực tế này rất phức tạp, có khả năng

liên quan ñến hàng trăm phản ứng và hợp chất trung gian, rất nhiều trong số ñó có

14

yêu cầu bổ sung chất xúc tác, enzim hoặc chất ñiều phối. Quá trình phân giải yếm

khí xảy ra ở một trong ba khoảng nhiệt ñộ riêng biệt sau ñây:

Ưa lạnh (< 20 °C);

Ưa ấm (< 40 °C);

Ưa nóng (> 45 °C).

Vì phân giải yếm khí tỏa nhiệt kém hơn nhiều so với quá trình ủ ñống, các bãi

chôn rác thải, vùng lầy và ñầm lầy, nó tiến hành trong ñiều kiện lạnh. ðể khắc phục

những hạn chế này, bể phản ứng yếm khí ñược thiết kế thường chạy tại một hoặc

nhiều khoảng nhiệt ñộ cao hơn, nhiệt ñược cung cấp từ bên ngoài ñể nâng cao nhiệt

ñộ lên mức yêu cầu. Một loạt các nhà cung cấp công nghệ ñã phát triển hệ thống dựa

trên sự phân giải ưa ấm hoặc ưa nóng, trong ñó có các ñặc tính riêng. Một ñiều ñáng

chú ý là các ñiều kiện nội tại tỏ ra có lợi ñối với sự bổ sung vi khuẩn khác nhau và

diện mạo của các phản ứng chi tiết cũng khác nhau. Do ñó, với bất kì ứng dụng nào

ñược ñưa ra, một hoặc hơn có thể là ñặc biệt phù hợp, phụ thuộc vào ñặc trưng

nguyên liệu ñược xử lý và yêu cầu tổng thể ñể xử lý.

Quá trình phân hủy yếm khí gồm ba giai ñoạn.

• Thủy phân

ðường, xenlulozơ, protein và chất béo bị phân hủy thành các chất hữu cơ ñơn

giản, dễ tan trong nước bởi các enzim ngoại bào (enzim hydrolaza) ñược sản xuất

bởi vi khuẩn thủy phân. Protein bị phân hủy thành các aminoaxít, chất béo thành axit

béo mạch dài và ñường thành ñường ñơn giản, trong ñó các chất tan có bậc tỉ lệ giới

hạn trong sự phân hủy. Tốc ñộ thủy phân phụ thuộc vào cấu tạo và tính chất của chất

nền, tập hợp vi khuẩn, nhiệt ñộ và pH.

• Sinh axit

Ở giai ñoạn này, dưới tác dụng của các vi khuẩn sinh axit, các monome ñược

giải phóng bởi sự thủy phân, cùng với các axit béo dễ bay hơi nhận ñược từ các

thành phần protein, chất béo, ñường của nguyên liệu ñược xử lý biến ñổi thành các

axit hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn như axetic, lactic, propionic axit,… Metanol

và các rượu ñơn giản khác, cacbon ñioxit và hiñro cũng ñược sinh ra trong suốt

quá trình này. pH giảm do sự tăng lên của các chất này. Tỉ lệ chính xác của các

15

sản phẩm phụ phụ thuộc vào loại vi khuẩn và ñiều kiện môi trường trong bể phản

ứng. Một số tác giả chia giai ñoạn này thành acidogenesis và acetogenesis ñể làm

nổi bật tầm quan trọng của axit axetic, nguyên liệu chủ yếu chiếm tới 75% metan

ñược sinh ra trong bậc tiếp theo.

• Sinh metan

ðây là giai ñoạn quan trọng nhất của quá trình. Dưới tác dụng của các vi

khuẩn sinh metan, các axit hữu cơ và các chất ñơn giản khác ñược chuyển hóa thành

khí CH4, CO2, H2S,…Với sự yếm khí bắt buộc, vi khuẩn sinh metan có tốc ñộ sinh

trưởng chung chậm hơn so với tốc ñộ sinh trưởng của vi sinh vật chịu trách nhiệm

giai ñoạn trước ñó, giai ñoạn cuối cùng này liên quan ñến sản xuất metan từ nguyên

liệu thô ñược tạo ra trước ñó. Trong số này, axit axetic và axetat có vai trò quan trọng

nhất, vì lý do ñã ñề cập ở trên. Có các chất khác ñược tạo thành do vi khuẩn yếm khí.

Sự tạo thành CH4 có thể ñược tóm lại trong ba phương trình phản ứng chính như sau:

Axetic axit:

CH3 COOH → CH4 + CO2

Metanol:

CH3 OH + H2 → CH4 + H2 O

Dưới tác dụng của vi khuẩn, một phần CO2 bị khử thành CH4:

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2 O

Vi khuẩn sinh metan giữ vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy tổng thể,

do sự chuyển hóa axit béo dễ bay hơi thành metan, hoạt ñộng của chúng làm pH

trong bể giảm. Với sự cân bằng axit/bazơ tự nhiên ñược ñiều chỉnh trong cách này,

bất cứ khả năng cản trở vi khuẩn nào bởi sự axit hóa cũng ñược sửa chữa có hiệu quả.

ðiều này ñặc biệt quan trọng ñối với vi khuẩn sinh metan, bởi vì chúng phát triển

mạnh trong khoảng pH tương ñối hẹp từ 6.6 – 7.0, dần dần trở nên suy yếu khi pH

giảm xuống 6.4. Trong biến cố này, tính bền của axit béo dễ bay hơi có khả năng

tác ñộng nghiêm trọng ñến sự sử dụng cuối cùng hoặc sự sử dụng các nguyên liệu

nhận ñược.

16

Có bốn nhóm chính liên quan ñến phân giải yếm khí, với một số ví dụ ñiển

hình, ñược chỉ ra dưới ñây:

Vi khuẩn lên men thủy phân - Clostridium và Peptococcus.

Vi khuẩn Acetogenic - Syntrophobacter và Syntrophomonas.

Vi khuẩn lên men metan acetoclactic - Methanosarcina và Methanothrix.

Vi khuẩn lên men metan hydrogenotrophic - Methanobacterium và

Methanobrevibacterium.

Bảng 1.1. Một số loại vi khuẩn sinh metan

Tên vi khuẩn pH Nhiệt ñộ (°C) Axit bị chuyển hóa

Methanobacterium omelianskii 6.5 – 8 37 – 40 CO2, H2, rượu I và II

Methanopropionicum Axit propionic

Methanoformicum H2, CO2, axit focmic

Methanosochngenii Axit axetic

Methanosuboxydans Axit butyric, valeric

caprionic

Methanoruminanticum H2, axit focmic

Methanococcus vanirielii 1.4 – 9 Axit focmic, H2

Methanococcuss mazei 30 – 37 Axit axetic, butyric

Methanosarcina methanica 35 – 37 Axit axetic, butyric

Methanosarcina barkerli 7 30 CO2, H2, axit axetic,

metanol

Trong thực tế, ñây là những loại không chỉ xuất hiện trong một bể phân hủy,

mặc dù các giai ñoạn trước ñã miêu tả tượng trưng các phản ứng hóa sinh chính,

số lượng các vi khuẩn bổ sung và các con ñường hóa sinh chiếm một vai trò quan

trọng trong quá trình phân hủy tổng thể. ðây là sự tác ñộng qua lại giữa các cơ thể

khác nhau này.

17

2.2.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình sản sinh khí sinh học

Môi tr ường yếm khí

Quá trình lên men tạo khí sinh học có sự tham gia của nhiều vi khuẩn, trong ñó

các vi khuẩn sinh metan là những vi khuẩn quan trọng nhất, chúng là những vi

khuẩn yếm khí bắt buộc. Sự có mặt của oxi sẽ kìm hãm hoặc tiêu diệt các vi khuẩn

này, vì vậy phải ñảm bảo ñiều kiện yếm khí tuyệt ñối của môi trường lên men. Sự

có mặt của oxi hoà tan trong dịch lên men là một yếu tố không có lợi cho quá trình

phân huỷ yếm khí.

Nhiệt ñộ

Hoạt ñộng của vi khuẩn sinh metan chịu ảnh hưởng rất lớn của nhiệt ñộ. Trong

ñiều kiện vận hành ñơn giản, nhiệt ñộ lý tưởng vào khoảng 35°C. Sản lượng khí

giảm rõ rệt khi nhiệt ñộ môi trường giảm. Dưới 10°C quá trình sinh metan hầu như

ngừng hẳn. ðồ thị ở hình 1 cho thấy ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñối với sản lượng khí

với thời gian phân hủy 120 ngày với các loại phân.

Hình 1.1. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñối với sản lượng khí [16]

Các vi khuẩn sinh metan không chịu ñược sự thăng giáng nhiệt ñộ quá nhiều

trong ngày. ðiều này sẽ làm giảm sản lượng khí. Vì vậy vào mùa ñông cần phải giữ

ấm cho thiết bị, thậm chí ñối với những vùng lạnh cần phải ñảm bảo cách nhiệt tốt

cho quá trình lên men. ðôi khi ở những quá trình lên men nhanh người ta phải gia

nhiệt cho dịch lên men ñể giảm thời gian lưu trong các thiết bị lên men.

18

ðộ pH

Hầu hết các vi khuẩn tạo metan hoạt ñộng trong phạm vi pH từ 6.7 ñến 7.4,

tối ưu là từ 7.0 ñến 7.2, sự phân hủy có thể thất bại nếu pH gần ở mức 6.0. Vi khuẩn

tạo axit tạo ra những axit hữu cơ có khuynh hướng làm giảm ñộ pH trong bồn phản

ứng. Dưới ñiều kiện bình thường sự giảm pH này sẽ ñược giảm ñi do chất ñệm

(bicarbonate) tạo ra bởi nhóm vi khuẩn tạo metan. Trong những ñiều kiện môi

trường khắc nghiệt, khả năng tạo chất ñệm có thể không xảy ra và cuối cùng làm

ngưng việc tạo ra metan. Axit gây cản trở nhiều hơn cho nhóm vi khuẩn tạo metan

so với nhóm vi khuẩn tạo axit. Sự tăng axit dễ bay hơi như thế sẽ là dấu hiệu cho

thấy hệ thống không còn hoạt ñộng hiệu quả. Theo dõi tỷ lệ tổng mức axit dễ bay

hơi (như axit acetic) so với tổng ñộ kiềm (như cacbonat canxi) ñể bảo ñảm rằng tỷ

lệ này luôn dưới 0.1.

Bề mặt dung dịch lên men bị một lớp váng bao phủ. Chúng ta có thể ñiều

chỉnh pH cho thích hợp bằng cách giảm tốc ñộ bổ sung nguyên liệu ñầu vào, tìm

cách ổn ñịnh nhiệt ñộ môi trường xung quanh, thêm vôi hoặc amoniac hay phá tan

lớp váng.

ðặc tính của nguyên liệu

a. Hàm lượng chất khô

Hình 1.2. Quan hệ giữa hàm lượng chất khô và sản lượng khí [16]

Hàm lượng chất khô thường ñược biểu thị là phần trăm. Quá trình phân huỷ

sinh metan xảy ra thuận lợi nhất khi môi trường có hàm lượng chất khô tối ưu vào

19

khoảng 7 - 9%. ðối với bèo tây hàm lượng này là 4 - 5%, còn rơm rạ là 5 - 8%.

Nguyên liệu ban ñầu thường có hàm lượng chất khô cao hơn giá trị tối ưu nên khi

nạp vào thiết bị khí sinh học cần phải pha thêm nước. Tỷ lệ pha loãng thích hợp là

1-3 lít nước cho 1 kg phân tươi.

b.Tỷ lệ cacbon và nitơ của nguyên liệu

Các chất hữu cơ ñược cấu tạo bởi nhiều nguyên tố hoá học trong ñó chủ yếu

là cacbon (C), hydrô (H), nitơ (N), phôtpho (P) và lưu huỳnh (S). Tỷ lệ giữa lượng

cacbon và nitơ (C/N) có trong thành phần nguyên liệu là một chỉ tiêu ñể ñánh giá

khả năng phân huỷ của nó. Vi khuẩn yếm khí tiêu thụ cacbon nhiều hơn nitơ

khoảng 30 lần. Vì vậy tỷ lệ C/N của nguyên liệu bằng 30/1 là tối ưu. Tỷ lệ này quá

cao thì quá trình phân huỷ xảy ra chậm. Ngược lại tỷ lệ này quá thấp thì quá trình

phân huỷ ngừng trệ vì tích luỹ nhiều amoniac là một ñộc tố ñối với vi khuẩn ở nồng

ñộ cao. Nói chung phân trâu bò và lợn có tỷ lệ C/N thích hợp. Phân người và gia

cầm có tỷ lệ C/N thấp. Các nguyên liệu thực vật tỷ lệ này lại cao, nguyên liệu càng

già thì tỷ lệ này càng cao. ðể ñảm bảo tỷ lệ C/N thích hợp ñối với các loại nguyên

liệu này ta nên dùng hỗn hợp nhiều nguyên liệu.

Thời gian lưu

Hình 1.3. Quan hệ giữa sản lượng khí với thời gian phân huỷ

và nhiệt ñộ [16]

Trong thực tế, quá trình phân huỷ của nguyên liệu trong ñiều kiện nhiệt ñộ khí

quyển xảy ra với tốc ñộ chậm vì ñiều kiện nhiệt ñộ không thuận lợi: Thấp hơn nhiệt

20

ñộ tối ưu (370C) và thăng giáng ngày ñêm. ðối với phân ñộng vật thời gian phân

huỷ hoàn toàn có thể kéo dài tới vài tháng. ðối với nguyên liệu thực vật, thời gian

này kéo dài tới hàng năm. Tuy nhiên tốc ñộ sinh khí chỉ cao ở thời gian ñầu, càng

về sau tốc ñộ sinh khí càng giảm. Quá trình phân huỷ của nguyên liệu xảy ra trong

một thời gian nhất ñịnh.

Ta gọi thời gian lưu là thời gian nguyên liệu nằm trong thiết bị phân huỷ.

ðây là khoảng thời gian dịch phân huỷ sản sinh ra khí sinh học. ðối với chế ñộ nạp

liên tục, nguyên liệu ñược bổ sung hàng ngày. Khi một lượng nguyên liệu mới nạp

vào, nó sẽ chiếm chỗ của nguyên liệu cũ và ñẩy dần nguyên liệu cũ về phía lối ra.

Thời gian lưu chính bằng thời gian nguyên liệu chảy qua thiết bị từ lối vào tới lối ra.

Thời gian này ñược tính bằng tỷ số giữa thể tích phân huỷ và thể tích nguyên liệu

nạp bổ sung hàng ngày. Trong ñiều kiện nhiệt ñộ khí quyển, nếu chúng ta lưu giữ

nguyên liệu trong bể phân huỷ cho tới khi chúng phân huỷ hoàn toàn thì chúng ta

phải xây bể phân huỷ rất lớn. Thí dụ ñể phân lợn phân huỷ hết phải mất trên 120

ngày. Nếu mỗi ngày ta nạp 10 kg phân (thể tích gần bằng 10 lít) pha với 10 lít nước

thì ta phải có bề chứa dung tích: (10 lít phân + 10 lít nước) x 120 ngày = 2400 lít =

2.4m3. Mặc dù thời gian lưu càng lớn thì khí thu ñược từ một lượng nguyên liệu

nhất ñịnh càng nhiều. Song như vậy thiết bị phải có thể tích phân huỷ rất lớn và vốn

ñầu tư sẽ nhiều. Vì thế người ta phải lựa chọn thời gian lưu sao cho trong khoảng

thời gian này tốc ñộ sinh khí là mạnh nhất và sản lượng khí thu ñược chiếm khoảng

75% tổng sản lượng khí của nguyên liệu. Thời gian này phụ thuộc vào loại nguyên

liệu và nhiệt ñộ môi trường. Trong ñiều kiện Việt Nam, Tiêu chuẩn ngành 10 TCN

492 - 2002 ñã qui ñịnh thời gian lưu ñối với phân ñộng vật như sau:

Bảng 1.2. Thời gian lưu ñối với phân ñộng vật theo Tiêu chuẩn ngành

Vùng Nhiệt ñộ trung bình về mùa ñông (0C) Thời gian lưu (ngày)

I 10 – 15 60

II 15 – 20 50

III > 20 40

21

Thời gian lưu ñối với nguyên liệu thực vật ñược qui ñịnh là 100 ngày.

Khuấy trộn

Khuấy trộn tạo ñiều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất thải làm tăng qúa

trình sinh khí. Nó còn làm giảm thiểu sự lắng ñọng của các chất rắn xuống ñáy và

sự tạo bọt, váng trên mặt. Khuấy ñảo ñược thực hiện tốt nhất bằng cánh khuấy.

Các ñộc tố

Hoạt ñộng của vi khuẩn chịu ảnh hưởng của một số các ñộc tố. Khi hàm

lượng của các loại này có trong dịch phân huỷ vượt quá một giới hạn nhất ñịnh sẽ

giết chết các vi khuẩn, vì thế không cho phép các chất này có trong dịch phân huỷ.

Trong thực tế các loại thuốc hoá học như thuốc trừ sâu, diệt cỏ, thuốc sát trùng, các

chất kháng sinh, nước xà phòng, thuốc nhuộm, dầu nhờn không ñược phép ñổ vào

các thiết bị khí sinh học.

Tóm tắt các ñiều kiện tối ưu cho quá trình sản xuất khí sinh học ñược cho ở

bảng dưới ñây.

Bảng 1.3. ðiều kiện tối ưu cho quá trình lên men tạo khí sinh học

TT Yếu tố ảnh hưởng Giá trị tối ưu

1. Nhiệt ñộ (0C) 30 - 40

2. pH 6.5 – 7.5

3. Thời gian lưu (ngày) - Phân ñộng vật 30 - 60

4. Thời gian lưu (ngày) - Thực vật 100

5. Hàm lượng chất khô (%) - Phân ñộng vật 7 - 9

6. Hàm lượng chất khô (%) - Thực vật 4 - 8

7. Tỷ lệ C/N 30/1

2.2.3.4. Phân hủy yếm khí của lipit

Phân giải của lipit và các hợp chất béo: Lipit ñược nhiều loại vi sinh vật sử

dụng làm nguồn dinh dưỡng. Lipit có nhiều trong các loại nước thải của các xí

nghiệp sản xuất dầu ăn, các lò mổ gia súc và các loại nước thải sinh hoạt. So với các

nguồn cơ chất khác lipit phân hủy chậm hơn. Bước ñầu tiên của qúa trình phân giải

22

lipit là phân giải chúng thành glixerin (hoặc các rượu ñơn chức) và các axit béo.

Lipaza của các vi sinh vật có phổ tác dụng khá rộng. Một số vi sinh vật sinh ra

enzyme photpholipaza xúc tác cho qúa trình phân giải lipit.

Sau khi phosphoril hóa thành glixerin sẽ tiếp tục chuyển hóa theo ñường

Embden – Meyerhof – Parnas và tích lũy lại năng lượng trong ATP. Các axit béo

ñược ñồng hóa nhờ quá trình β oxy hóa.

Ảnh hưởng của nồng ñộ lipit ñối với sự thủy phân và quá trình tạo khí metan

của mẫu nước thải giàu lipit ñược ñánh giá trong các quá trình phản ứng gián ñoạn

khi tăng nồng ñộ lipit từ 5% - 47% theo thành phần khối lượng, dựa trên nhu cầu

oxi hóa hóa học (COD) ñã ñược nghiên cứu [11]. Khí metan thu hồi ñược là trên

93% ñối với tất cả các thí nghiệm. Giai ñoạn ñầu của pha lag (giai ñoạn vi khuẩn

thích nghi) là khoảng 6 -10 ngày, ñược quan sát ñối với tất cả các thí nghiệm. Tốc

ñộ sản xuất khí metan ñược quan sát thấy là tương ñương nhau ñối với các thí

nghiệm sử dụng hàm lượng lipit là 5, 10, 18% (dựa vào số liệu COD). Khi hàm

lượng lipit cao hơn (31, 40, 47%), có sự ức chế mạnh ñược quan sát thấy. Tuy

nhiên, quá trình này có khả năng phục hồi từ sự ức chế. Khi nghiên cứu ảnh hưởng

của việc bổ sung enzim lipaza (thủy phân lipit), kết quả cho thấy nồng ñộ enzim cao

gây ức chế quá trình sản xuất metan. Sự có mặt của các enzim này làm tăng quá

trình thủy phân, nhưng các hợp chất trung gian sinh ra lại gây ức chế cho các bước

tiếp theo. Vì vậy, các axit béo dễ bay hơi cho thấy có xu hướng tương tự nhau trong

các thí nghiệm với các nồng ñộ lipit khác nhau, nhưng trở ngại chính cho quá trình

sản xuất khí metan là sự hình thành lên các axit béo mạch dài.

2.2.3.5. Ưu ñiểm và nhược ñiểm của các quy trình phân hủy sinh học yếm khí

Ưu ñiểm

Quá trình phân hủy yếm khí dùng CO2 có sẵn như một tác nhân nhận ñiện tử

làm nguồn oxi của nó. Quá trình này không ñòi hỏi oxi vì việc cung cấp oxi sẽ làm

tăng ñáng kể chi phí xử lý nước thải.

Quá trình phân hủy yếm khí tạo ra lượng bùn thấp hơn (từ 3 ñến 20 lần so

với quá trình hiếu khí), vì năng lượng do vi khuẩn yếm khí tạo ra tương ñối thấp.

Hầu hết năng lượng rút ra từ sự phân hủy chất nền là từ sản phẩm cuối cùng ñó là CH4.

23

Quá trình phân hủy yếm khí tạo ra một loại khí có ích ñó là metan. Chất khí

này có chứa 90% năng lượng, có thể dùng ñể ñốt tại chỗ cho các lò phân hủy chất

thải, hay dùng ñể sản xuất ñiện năng. Khoảng 3 - 5% bị thải bỏ dưới hình thức

nhiệt. Việc tạo ra metan góp phần làm giảm BOD (nhu cầu oxi sinh hóa) trong bùn

ñã bị phân hủy.

Năng lượng cần cho xử lý nước thải cũng giảm.

Sự phân hủy yếm khí thích hợp cho chất thải có ñộ ô nhiễm cao.

Nhược ñiểm của qúa trình yếm khí

Quá trình này xảy ra chậm hơn quá trình hiếu khí.

Rất nhạy với chất ñộc.

ðòi hỏi một thời gian dài ñể khởi ñầu qúa trình này.

Thiết bị sử dụng cho qúa trình yếm khí ñòi hỏi kỹ thuật cao và phức tạp

Vì ñược coi là phân hủy sinh học các hợp chất qua một quá trình ñồng trao

ñổi chất, quá trình phân hủy yếm khí ñòi hỏi nồng ñộ chất nền ban ñầu cao.

2.2.4. Tái sinh chất thải

Khái niệm tái sử dụng rác thải của qúa trình sản xuất và sinh hoạt ñã có từ rất

lâu. Từ xưa, ông cha ta ñã tận dụng sắt vụn, ñồng vụn trong sản xuất nông cụ và vật

dụng sinh hoạt. Những hoạt ñộng tái chế sơ khai này ñã góp phần làm giảm giá

thành và giúp giải quyết vấn ñề khan hiếm nguyên liệu sản xuất thời ñó.

Ngày nay, trong bối cảnh cạnh tranh khốc liệt, vai trò của tái chế rác thải như

là nguồn cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu giá rẻ cho các công ty, xí nghiệp sản xuất

ngày càng trở nên quan trọng hơn. Nguồn nguyên liệu, nhiên liệu từ rác thải có thể

coi là vô tận vì có sản xuất là có rác thải và có cơ hội cho tái chế. Mặt khác việc tái

chế rác còn là một giải pháp hữu hiệu làm giảm chi phí cho sản xuất, giảm chi phí

xử lý chất thải và do ñó giá thành sản phẩm có thể giảm ñi. Bên cạnh ñó, tái chế rác

còn góp phần làm cho môi trường trong sạch hơn, cải thiện sức khỏe cộng ñồng và

còn là giải pháp quan trọng ñảm bảo cho sự phát triển bền vững của xã hội.

Với thành phần chủ yếu là các chất hữu cơ váng mỡ nhà hàng có thể phơi

khô hoặc nén lại ñể sử dụng làm chất ñốt.

24

Sử dụng chất thải tách lipit ñể làm ñiezen sinh học, cồn khô. Phần bã có thể

sử dụng làm thức ăn gia súc.

2.2.4.1. ðiezen sinh học

ðiezen sinh học: ðiezen sinh học ñược ñịnh nghĩa là các este mono ankyl

của các axit béo mạch dài chuyển hóa từ các nguồn nguyên liệu béo có khả năng tái

tạo như dầu thực vật.

ðể sản xuất ñiezen sinh học người ta cho ancol vào dầu thực vật và dùng

nhiều chất xúc tác khác nhau (ñặc biệt là hydroxit kali, hydroxit natri và các

ancolat). Ở áp suất thông thường và nhiệt ñộ vào khoảng 60°C liên kết este của

glixerin trong dầu thực vật bị phá hủy và các axít béo sẽ ñược este hóa với ancol.

Chất glixerin hình thành phải ñược tách ra khỏi dầu ñiezen sinh học sau ñấy.

H2C

HC

H2C

OCOR1

OCOR2

OCOR3

+ 3ROH

xúc tác

ROCOR1

ROCOR2

+

+

ROCOR3

+

H2C

HC

H2C

OH

OH

OH

Triglixerit ancol este glixerin

Thông qua việc chuyển ñổi este này dầu ñiezen sinh học có ñộ nhớt ít hơn

dầu thực vật rất nhiều và có thể ñược dùng làm nhiên liệu thay thế cho dầu ñiezen

mà không cần phải cải biến ñộng cơ ñể phù hợp.

ðiezen sinh học có nhiều ưu ñiểm ñối với môi trường so với ñiezen thông

thường: ví dụ như ñiezen sinh học từ cây cải dầu phát sinh khí thải ít hơn rất nhiều

so với nhiên liệu hóa thạch. Bụi trong khí thải ñược giảm một nửa, các hợp chất

hyñrocacbon ñược giảm thiểu ñến 40%. ðiezen sinh học gần như không chứa ñựng

lưu huỳnh, không ñộc và có thể dễ dàng phân hủy bằng phương pháp sinh học.

ðiezen sinh học hiện nay ñược coi là một trong những nhiên liệu thân thiện với môi

trường nhất trên thị trường.

Dầu nấu ăn thải từ các nhà hàng ở thành phố Hồ Chí Minh ñã ñược sử dụng

làm nguyên liệu ñể sản xuất ñiezen sinh học [10]. Hóa chất ñược dùng ở ñây là

ancol metylic, xúc tác là KOH. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng ñộ xúc tác, nhiệt

ñộ, tỉ lệ metanol/ khối lượng chất thải tới hiệu suất hình thành ñiezen sinh học. Kết

25

qủa hiệu suất từ 88 - 90% khi tỉ lệ metanol/khối lượng chất thải 7:1 - 8:1, nhiệt ñộ

300 – 500C, khối lượng xúc tác là 0.75% so với khối lượng chất thải. ðiezen sinh

học và hỗn hợp của nó với ñiezen có những tính chất vật lý ñặc trưng cho nhiên liệu

ñiezen . Như vậy nếu tách ñược lipit chúng ta có thể sản xuất ñược ñiezen sinh học.

2.2.4.2. Cồn khô

Cồn khô ở dạng gel ñó là một trạng thái vật chất của một hệ keo có môi

trường phân tán ở thể rắn và chất phân tán ở thể lỏng. Chất phân tán ở ñây là ancol

etylic, môi trường phân tán là các chất rắn như C17H35COONa.

Trong thành phần của nhiên liệu cồn khô dạng gel này cũng có thể ñược trộn

vào một số chất mà vẫn không có ảnh hưởng bất lợi ñến tính chất của sản phẩm.

Các chất ñó có thể là: Thuốc nhuộm (như Phenolphtalein, Rose Bengal) dùng

ñể chỉ thị hoặc ñể gia tăng giá trị thẩm mỹ cho sản phẩm; những chất dùng ñể tạo

màu ngọn lửa như muối Natri và muối Kali của Nitrat và Clorat, cũng như các muối

của Li, Bo, Cu…Những thành phần này chỉ ñược sử dụng với một lượng nhỏ,

thường thì sử dụng không vượt quá 1% khối lượng và thích hợp nhất là 0.5%.

Có rất nhiều phương pháp khác nhau dùng ñể ñiều chế cồn khô như:

2.2.4.2.1. Phương pháp ñiều chế cồn khô có sử dụng Canxi axetat bão hoà.

Khi trộn Canxi axetat bão hòa trong dung môi nước với rượu thì sẽ tạo thành

cồn khô dưới dạng keo Canxi axetat.

Kết quả trên có thể ñược giải thích bằng “phương pháp thay dung môi”: Khi

thông số trạng thái thay ñổi làm cho hóa thế cấu tử tồn tại trong môi trường phân

tán trở nên lớn hơn ở trạng thái cân bằng, do ñó xu hướng của quá trình sẽ diễn ra

theo chiều chuyển về trạng thái cân bằng, tức là pha mới ñược tạo ra [14]. Trong

phương pháp này dung môi ñược thay thế, tức là thay ñổi thành phần môi trường.

Do vậy, Canxi axetat bão hòa trong môi trường nước, nhưng nó trở thành quá bão

hoà trong môi trường rượu - nước (Canxi axetat không tan trong rượu) nên quá trình

ngưng tụ sẽ xảy ra.

2.2.4.2.2. Phương pháp ñiều chế cồn khô có sử dụng axit béo và kiềm

Trong ancol etylic nóng, axit béo ñược hòa tan tốt hơn và phản ứng nhanh

với kiềm tạo thành một tác nhân tạo gel là xà phòng axit béo và nước.

26

C17H35COOH + NaOH ---> C17H35COONa +H2O

Natri stearat ñược tạo thành sẽ hòa tan một phần trong nước và hình thành

một lớp vỏ cứng. Khi ñó rượu sẽ thấm vào lớp vỏ cứng này và tạo thành cồn khô.

Sản phẩm có những tính chất sau

+ Không bị hoá lỏng trong suốt quá trình cháy.

+ Vẫn duy trì ñược hình dạng ban ñầu của nó.

+ Sản phẩm cháy sạch, không có bồ hóng.

+ Khi cháy không có khói, không mùi và ngọn lửa có thể nhìn thấy ñược.

2.2.4.2.3. Phương pháp ñiều chế cồn khô có sử dụng dẫn xuất xenlulozơ

Ở vùng pH của dung dịch nhỏ, chính các nhóm ion ñược ion hoá gây tác

dụng qua lại làm cho mạch phân tử có phần bị co lại, nên ñộ nhớt cũng giảm. Khi

tăng pH của dung dịch thì mạch phân tử của các chất cao phân tử ñiện li giãn ra do

sự ion hoá tăng lên, nên ñộ nhớt của dung dịch cũng tăng lên. Do ñó khi trộn lẫn các

thành phần nước, cồn, Hydroxypropyl metyl xenlulozơ ñược thực hiện bằng cách hạ

thấp ñộ pH của hỗn hợp. Sau ñó ñộ pH của hỗn hợp ñược tăng lên làm tăng ñộ nhớt

và cồn ñược chuyển sang dạng gel.

(1): Trước tiên trộn 200 ml cồn với 50 ml nước.

(2): Sau ñó 10 g Methocel J75 MS ñược thêm vào, thu ñược dung dịch sệt có

chứa nước.

(3): ðổ dung dịch sệt này vào vật chứa có chứa sẵn một lượng chất kiềm ñủ

ñể tăng pH ñến 8 hoặc trên 8 (lượng Natri hydroxit sử dụng là từ 2 ñến 4 gam). Sự

tạo gel sẽ lập tức xảy ra.

Nhiên liệu cồn khô ñược ñều chế theo phương pháp này gồm có:

+ 10 g Methocel J75 MS

+ 50 g nước

+170 g rượu

+ 2 – 4 g NaOH

+ Một lượng rất ít nhôm trihydrat ñược thêm vào ñể ngăn chặn sự hydrat hóa

Sản phẩm ñược tạo thành có các ñặc ñiểm như:

+ Hạn chế sinh ra thành phần ñộc hại khi cháy.

27

+ An toàn và tiện lợi khi vận chuyển và sử dụng

2.2.4.2.4. Phương pháp ñiều chế cồn khô có sử dụng nguyên liệu vô cơ

+ Cho 72 g Silic ñioxit và 1.2 g Canxi hydroxit vào 2874 g Etanol và khuấy

nhanh khoảng 15 phút. Sau ñó thêm vào 54 g Hydroxypropyl xenlulozơ và trộn ñều.

Hỗn hợp này sẽ ñông ñặc dần cho ñến khi giống như một khối gel ñồng nhất

(khoảng 1.5 giờ).

+ Cho 6 g Silic ñioxit, 6 g Titan ñioxit và 0.1 g Canxi hydroxit vào 2898 g

Etanol. Sau ñó thêm vào 90 g Hydroxypropyl xenlulozơ và trộn ñều.

+ 6 g Silic ñioxit, 6 g Nhôm oxit vào 1026 g Etanol.

Cho vào 84 g Metylhydroxybutyl và trộn ñều trong khoảng 10 phút

Sau ñó thêm vào 374 g nước.

Sau 20 phút cho vào thêm 1504 g Etanol sẽ thu ñược khối gel ñồng nhất.

2.2.4.3 Thức ăn gia súc

ðịnh nghĩa: Thức ăn là những sản phẩm của thực vật, ñộng vật, khoáng vật

và các chất tổng hợp khác, mà ñộng vật có thể ăn, tiêu hóa, hấp thu ñể duy trì sự

sống, phát triển và tạo ra sản phẩm.

Phân loại: Có nhiều phương pháp phân loại thức ăn khác nhau, căn cứ vào

nguồn gốc, ñặc tính dinh dưỡng, tính chất thức ăn [5].

- Phân loại theo nguồn gốc

Căn cứ vào nguồn gốc thức ăn ñược chia thành các nhóm sau:

+ Thức ăn có nguồn gốc từ thực vật: Trong nhóm này gồm các thức ăn xanh,

thức ăn rễ, củ, quả, thức ăn hạt các sản phẩm phụ của ngành chế biến nông sản: thức

ăn xơ, rơm rạ, dây lang, thân lá lạc, thân cây ngô các loại cám, khô dầu (do các

ngành chế biến dầu) bã bia, rượu, sản phẩm phụ. Nhìn chung, loại thức ăn này là

nguồn năng lượng chủ yếu cho người và gia súc, ngoài ra nó còn cung cấp vitamin,

protein thô, các loại vi khoáng, kháng sinh, hợp chất sinh học.

+ Thức ăn có nguồn gốc từ ñộng vật: gồm tất cả các loại sản phẩm chế biến

từ nguyên liệu ñộng vật như bột cá, bột tôm, bột thịt, bột nhộng tằm, bột sữa và bột

máu. Hầu hết thức ăn ñộng vật có protein chất lượng cao, có ñủ các axit amin thiết

yếu, các nguyên tố khoáng và một số vitamin A, D, E, K, B12.., tỷ lệ tiêu hóa và

28

hấp thụ các chất dinh dưỡng trong thức ăn ñộng vật cao hay thấp phụ thuộc vào

cách chế biến, làm thức ăn bổ sung protein quan trọng trong khẩu phần của gia súc

gia cầm.

+ Thức ăn nguồn khoáng chất: Gồm các loại bột sò, ñá vôi và các muối

khoáng khác nhằm bổ sung các chất khoáng ña và vi lượng.

- Phân loại theo thành phần các chất dinh dưỡng

Phương pháp này chủ yếu dựa vào hàm lượng các chất dinh dưỡng chính

trong thức ăn: protein, lipit, gluxit, nước..

+ Thức ăn giàu protein: Tất cả những loại thức ăn có hàm lượng protein thô

chiếm trên 20% (tính theo vật chất khô) thì ñược gọi là những loại thức ăn giàu

protein.

+ Thức ăn giàu lipit: Gồm các loại thức ăn mà hàm lượng lipit chiếm trên

20%. Mục ñích sử dụng thức ăn này là cung cấp một lượng lipit thích hợp trong

khẩu phần ñã ñủ hàm lượng vật chất khô nhưng giá trị năng lượng còn quá thấp.

+ Thức ăn giàu gluxit: Là loại thức ăn trong ñó có hàm lượng gluxit 50% trở

lên, gồm các loại hạt ngũ cốc, ngô, thóc cám, bột khoai, bột sắn. Thức ăn này chiếm

tỷ lệ rất lớn trong khẩu phần thức ăn gia súc dạ dầy ñơn, nó là nguồn năng lượng dễ

tiêu hóa, hấp thụ và ít gây tai biến trong quá trình sử dụng mà giá thành rẻ.

+ Thức ăn nhiều nước: Gồm các loại thức ăn có hàm lượng nước từ 70% trở lên.

Ví dụ: thức ăn củ quả, bã rượu, bia, rau xanh, bèo...

+ Thức ăn nhiều xơ: Gồm các loại thức ăn mà hàm lượng xơ thô 18% trở lên.

Loại thức ăn này là sản phẩm chế biến ngành trồng trọt, như rơm rạ, dây lang, dây

lạc.. những loại thức ăn này ít có ý nghĩa với gia súc dạ dày ñơn nhưng chiếm tỷ

trọng lớn trong khẩu phần gia súc nhai lại.

+ Thức ăn giàu khoáng: gồm các loại muối khoáng, bột xương, muối ăn, bột

sò...

+ Thức ăn giàu vitamin: gồm những loại vitamin hoặc những loại thức ăn

giàu vitamin như: bột rau xanh, dầu gan cá...

+ Thức ăn bổ sung khác: gồm các loại thức ăn có nguồn gốc ñặc biệt như

kháng sinh,

29

các hợp chất chứa nitơ, các chất chống oxy hóa, các chất kích thích sinh trưởng.

- Phân loại theo ñương lượng tinh bột

Theo phương pháp này, người ta phân thức ăn thành 2 loại: thức ăn tinh và

thức ăn thô.

+ Thức ăn thô: bao gồm các loại thức ăn có ñương lượng tinh bột dưới 45%

nghĩa là trong 100 kg thức ăn có giá trị không quá 45 ñơn vị tinh bột.

+ Thức ăn tinh: bao gồm các loại thức ăn có ñương lượng tinh bột trên 45%

(trong vật chất khô) như các hạt ngũ cốc, bột củ quả, các hạt khô dầu. Trong thức ăn

tinh còn phân ra thức ăn giàu protein, gluxit, lipit...

- Phân loại theo tính axit và kiềm

Người ta căn cứ vào ñộ pH của sản phẩm chuyển hóa cuối cùng ñể chia thức

ăn thành axit hay kiềm. Thường những thức ăn có chứa nhiều P, Cl, S thì sản phẩm

cuối cùng của sự chuyển hóa mang tính axit.

Ví dụ: P cho H3PO4, S cho H2SO4, Cl cho HCl, còn loại thức ăn nhiều Ca, K,

Na, Mg thì sản phẩm chuyển hóa cuối cùng mang tính kiềm.

Những loại thức ăn kiềm tính gồm: thức ăn xanh, củ quả, thức ăn ủ xanh...

Những loại thức ăn này thích hợp cho gia súc sinh sản, tác dụng tốt ñối với kích

thích tiết sữa. Trong khi, những loại thức ăn toan tính như: các loại thức ăn ñộng

vật, hạt họ ñậu và một vài loại thức ăn giàu protein lại thích hợp với gia súc ñực, gia

súc ñực sinh sản nhất là trong thời gian lấy tinh.

- Hiện nay trên thế giới người ta phân thức ăn thành tám nhóm:

+ Thức ăn thô khô: Tất cả các loại cỏ xanh tự nhiên thu cắt và các loại phế

phụ phẩm của cây trồng ñem phơi khô có hàm lượng xơ trên 18% ñều là thức ăn thô

khô. Bao gồm: cỏ khô họ ñậu hoặc hòa thảo, rơm rạ, dây lang, dây lạc và thân cây

ngô... phơi khô. Ngoài ra còn gồm vỏ các loại hạt thóc, lạc, ñậu, lõi và bao ngô.

+ Thức ăn xanh: Tất cả các loại cỏ trồng, cỏ tự nhiên, các loại rau xanh cho

gia súc sử dụng ở trạng thái tươi, xanh bao gồm: rau muống, bèo hoa dâu, lá bắp

cải, su hào, cỏ tự nhiên, cỏ trồng như cỏ voi và cỏ sả, bèo tấm, rau dừa nước, rau

dền, rau lấp, thân lá khoai lang...

30

+ Thức ăn ủ chua: Tất cả các loại thức ăn chua, các loại cỏ hòa hoặc thân, bã

phụ phẩm của ngành trồng trọt như thân, lá lạc, bã dứa, vỏ chuối, thân cây ngô...

ñem ủ chua.

+ Thức ăn giàu năng lượng: Tất cả các loại thức ăn có hàm lượng protein

dưới 20% và xơ thô dưới 18%. Bao gồm các loại hạt ngũ cốc như ngô, gạo, sắn, củ

khoai lang, cao lương, mạch, mỳ... và phế phụ phẩm của ngành xay xát như cám

gạo, cám ngô, cám mỳ, tấm...nhóm nguyên liệu này chiếm tỷ lệ cao nhất trong công

thức thức ăn hỗn hợp, thường chiếm 40 - 70% tỷ trọng. Một số loại dầu thô, mỡ thô

cũng ñược dùng bổ sung vào công thức thức ăn hỗn hợp nhưng không vượt quá 4-

5%. Ngoài ra còn có các loại củ, quả như sắn, khoai lang, khoai tây, bí ñỏ....

+ Thức ăn giàu protein: Tất cả các loại thức ăn có hàm lượng protein trên

20%, xơ thô dưới 18%. Thức ăn giàu protein có nguồn gốc ñộng vật: bột cá, bột

thịt, sữa bột, bột thịt xương, bột máu, nước sữa..; thức ăn giàu protein có nguồn gốc

thực vật: hạt ñỗ tương, lạc, ñậu xanh, ñậu triều, ñậu nho nhe, khô ñỗ tương, khô lạc,

khô dầu hướng dương, khô dầu dừa, khô dầu bông.

+ Thức ăn bổ sung khoáng: Bột vỏ sò, bột ñá, vỏ hến, dicanxiphotphat, bột

xương...

+ Thức ăn bổ sung vitamin: Các loại vitamin B1, B2, B3, D, A hoặc premix

vitamin.

+ Các loại thức ăn bổ sung khác

31

Chương 2. Thực nghiệm

1. ðối tượng nghiên cứu

ðối tượng nghiên cứu của luận văn này là

- Nghiên cứu khả năng phân hủy sinh học yếm khí sinh khí metan với chất

thải là váng mỡ nhà hàng Phương Nguyên.

- Nghiên cứu khả năng tách mỡ bằng nhiệt của chất thải, từ mỡ thu ñược thí

nghiệm làm cồn khô, từ phần bã thu ñược sau khi sấy chất thải thử nghiệm làm thức

ăn gia súc trên chuột.

2. Các phương pháp phân tích

2.1. Xác ñịnh chỉ số COD

• Nguyên tắc

Dùng K2Cr2O7 là chất oxi hóa mạnh ñể oxi hóa các hợp chất hữu cơ. Sau ñó,

chuẩn ñộ lượng K2Cr2O7 bằng dung dịch muối Mohr với chỉ thị feroin. ðể oxi hóa

hoàn toàn các hợp chất hữu cơ mạch thẳng, các hydrocacbon thơm khó bị oxi hóa

có mặt trong nước thải cần cho Ag2SO4 làm xúc tác, 80 – 90% sẽ ñược oxi hóa.

Phản ứng oxi hóa:

Chất hữu cơ + Cr2O−2

7 + H+ → 2Cr3+ + H2O + CO2

Phản ứng ñược tiến hành ở 80 – 900 C với xúc tác Ag2SO4 trong thời gian tối

thiểu là 2 giờ. Hầu hết các chất hữu cơ bị oxi hóa bởi hỗn hợp sôi của K2Cr2O7 và

H2SO4. Nước thải chứa ion Cl− và các hợp chất khác của clo cần sử dụng HgSO4 ñể

che ion Cl− làm ảnh hưởng tới phép phân tích.

Chuẩn bị hóa chất

- Dung dịch K2Cr2O7 0.25N (cân chính xác 12.259 g K2Cr2O7 hòa tan trong

500 ml nước cất và ñịnh mức tới 1lít)

- Dung dịch muối Mohr

- Chỉ thị feroin (hòa tan 1.48 g octophenanthrolinmonohydrat với 0.695 g

FeSO4.7H2O trong nước cất hai lần. ðịnh mức tới 100 ml).

Mỗi lần dùng muối Mohr phải xác ñịnh lại nồng ñộ bằng cách: lấy 5 ml

K2Cr2O7 0.25N, thêm 5 ml H2SO4 ñặc, thêm hai giọt chỉ thị feroin, chuẩn bằng dung

dịch muối Mohr cho ñến khi dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu ñỏ nâu.

32

Nồng ñộ muối Mohr ñược xác ñịnh theo công thức:

N = 5.0.25

V

• Tiến hành thí nghiệm và tính toán

Lấy 2.5 ml mẫu nước thải vào bình cầu cổ nhám, cho 2.5 ml dung dịch

K2Cr2O7 0.25N, sau ñó thêm 5 ml dung dịch Ag2SO4/H2SO4, cho vài viên ñá bọt.

Lắp bình cầu vào sinh hàn. ðun sôi trong khoảng 15 phút tính từ lúc sôi. Sau ñó ñể

nguội, ñổ dung dịch vào bì nh nón. Chuẩn lượng K2Cr2O7 dư bằng dung dịch muối

Mohr 0.25N với 2 – 3 giọt feroin cho ñến khi dung dịch có màu ñỏ nâu. Ghi lại

lượng muối Mohr tiêu tốn.

Tính toán kết quả:

COD = ( )

80

1008000

. 211 ××−

m

morh

V

NVNV

Trong ñó:

- V1: thể tích dung dịch K2Cr2O7 ban ñầu (ml)

- VMohr: thể tích dung dịch muối Mohr dùng ñể chuẩn ñộ lượng K2Cr2O7 dư (ml)

- Vm: thể tích của mẫu nước thải ñem phân tích (ml)

- N1: nồng ñộ ñương lượng của dung dịch K2Cr2O7 (ñlg)

- N2: nồng ñộ ñương lượng của dung dịch muối Mohr (ñlg)

2.2. Phương pháp xác ñịnh NH4+

• Nguyên tắc

Ion NH+4 trong môi trường kiềm phản ứng với thuốc thử Nessler (K2HgI4),

tạo phức màu vàng hay màu nâu sẫm tùy thuộc vào hàm lượng amoni có trong mẫu

nước. Sau ñó ño quang ở bước sóng λ = 420 ηm.

• Chuẩn bị hóa chất

- Xecnhet: Cân 50 g Kali natritactrat KNaC4H12O6 trong 100 ml nước cất;

- Nessler:

Nessler A: K2HgI4: 36 g KI trong 100 ml nước cất. Hòa tan 13.55 g HgCl2

trong 1 lít nước;

Σ Nessler A: 1100 ml;

Nessler B: 56 g NaOH hoặc 57.5 g KOH trong 30ml;

33

Dung dịch Nessler: 100 ml A + 30 ml B;

Hoặc 2KI + HgI2 → K2HgI4

Pha 3.32 g KI + 4.55 g HgI2 trong 200 ml nước cất ta ñược dung dịch

Nessler.

• Xác ñịnh ñường chuẩn

Cân 0.2965 g NH4Cl (ñã sấy ở 105 0C trong 2 giờ). Hòa tan bằng nước cất

hai lần, ñịnh mức ñến vạch 1000 ml. ðược dung dịch A nồng ñộ NH4+ bằng 100

mg/l. Sau ñó, pha loãng dung dịch A 10 lần ñược dung dịch B có nồng ñộ NH4+

bằng 10 mg/l. Chuẩn bị 11 ống nghiệm khô với các thể tích dung dịch NH+4 khác

nhau.

Sau ñó cho thêm 0.2 ml Xecnhet; 0.3 ml Nessler vào các ống nghiệm. Tiến

hành ño quang ở bước sóng 420 ηm, sau ñó xây dựng ñường chuẩn.

Bảng 2.1. Sự thay ñổi mật ñộ quang theo nồng ñộ amoni ở các mẫu thí nghiệm

Ống

nghiệm

Thể tích

dd B

(ml)

Thể tích

nước cất

(ml)

Nồng ñộ

NH +4 (mg/l)

Xecnhet

ml

Nessler

ml

ABS (mật

ñộ quang)

1 0 5 0 0.2 0.3 0

2 0.2 4.8 0.4 0.2 0.3 0.054

3 0.4 4.6 0.8 0.2 0.3 0.11

4 0.6 4.4 1.2 0.2 0.3 0.171

5 0.8 4.2 1.6 0.2 0.3 0.211

6 1 4 2 0.2 0.3 0.263

7 1.2 3.8 2.4 0.2 0.3 0.314

8 1.4 3.6 2.8 0.2 0.3 0.366

9 1.6 3.4 3.2 0.2 0.3 0.412

10 1.8 3.2 3.6 0.2 0.3 0.471

11 2 3 4 0.2 0.3 0.519

34

ñ��ng chu �n xác ñ�nh n�ng ñ� amoni

y = 0.1287x + 0.0055

R2 = 0.9993

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 1 2 3 4 5

nồng ñộ amoni (mg/l)

AB

S

Hình 2.1. ðường chuẩn amoni

2.3. Phương pháp xác ñịnh nồng ñộ NO −2

• Nguyên tắc

Phương pháp này dựa trên phản ứng của NO−2 với thuốc thử Griss cho một

hợp chất màu hồng.

• Chuẩn bị hóa chất

Thuốc thử Giss A: cân 0.5 g axit Sunfanilic vào 150 ml dung dịch axit axetic

loãng 10%, ñun nhỏ lửa cho tan;

Thuốc thử Giss B: cân 0.1 g Naphtylamin cho vào 200 ml nước cất. ðun cách

thủy 15 phút, sau ñó chắt lấy nước trong cho vào 150 ml dung dịch axit axetic 10%.


Hòa tan 0.1497 g NaNO2 tinh khiết (ñã sấy khô ở 105 0C trong 2 giờ) bằng

nước cất hai lần. ðịnh mức ñến 1000 ml ñược dung dịch A có nồng ñộ NO−2 100

mg/l. Tiếp theo pha loãng 100 lần ñược dung dịch B có nồng ñộ NO−2

là 1mg/l.

Chuẩn bị 11 ống nghiệm khô với các thể tích dung dịch NO−2 khác nhau. Sau ñó

cho lần lượt 1 ml Sunfanilic, 1 ml α-Naphtylamin vào các ống nghiệm. Tiến hành

ño quang ở bước sóng 520 ηm, sau ñó xây dựng ñường chuẩn.

35

ðường chu ẩn xác ñịnh nồng ñộ nitrit

y = 0.6354x + 0.0061

R2 = 0.9996

00.10.20.3

0.40.50.60.7

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

nồng ñộ nitrit (mg/l)

AB

S

Bảng 2.2. Sự thay ñổi mật ñộ quang theo nồng ñộ nitrit ở các mẫu thí nghiệm

Ống

nghiệm

Thể

tích dd

B (ml)

Thể tích

nước

cất (ml)

Nồng ñộ

NO −2 (mg/l)

Axit

sunfanilic

ml

α-

Naphtylamin

ml

ABS

(mật ñộ

quang)

1 0 5 0 1 1 0

2 0.2 4.8 0.04 1 1 0.027

3 0.4 4.6 0.08 1 1 0.055

4 0.5 4.5 0.1 1 1 0.071

5 0.8 4.2 0.16 1 1 0.112

6 1 4 0.2 1 1 0.137

7 1.5 3.5 0.3 1 1 0.198

8 2 3 0.4 1 1 0.261

9 2.5 2.5 0.5 1 1 0.327

10 3.5 1.5 0.7 1 1 0.455

11 5 0 1 1 1 0.635

Hình 2.2. ðường chuẩn nitrit

2.4. Phương pháp xác ñịnh NO −3

• Nguyên tắc

36

NO −3 tác dụng với thuốc thử phenoldisunfonic tạo axit Nitrophenoldisunfonic.

Axit này phản ứng với NO −3

cho phức màu vàng. Cường ñộ màu tỉ lệ với nồng ñộ

NO −3 trong dung dịch. ðo quang ở bước sóng λ = 410 ηm.

• Hóa chất

- Axit phenoldisunfonic;

- Dung dịch NH4OH 25 – 28 %.


Cân 0.1647 g KNO3 99% ñã sấy 2 giờ ở 105 0C pha trong 1 lít nước cất 2 lần

ñược dung dịch A có nồng ñộ NO−3

là 100 mg/l. Pha loãng dung dịch A 10 lần ñược

dung dịch B có nồng ñộ NO−3

là 10 mg/l. Chuẩn bị 9 cốc khô ñể cô cạn dung dịch B

với các thể tích khác nhau. Sau ñó thêm vào từng cốc 0.5 ml Phenoldisunforic.

Thêm 5 ml NH3 ñặc, ñịnh mức thành 25 ml. Tiến hành ño quang, sau ñó xây dựng

ñường chuẩn. Kết qủa chỉ ra ở bảng và hình sau:

Bảng 2.3. Sự thay ñổi mật ñộ quang theo nồng ñộ nitrat ở các mẫu thí nghiệm

Ống

nghiệm

Thể

tích dd

B (ml)

Thể tích

nước

cất (ml)

Nồng ñộ

NO −3

(mg/l)

Thể tích

Phenoldisunforic

(ml)

Thể tích

NH3 ñặc

(ml)

ABS

(mật ñộ

quang)

1 0 5 0 0.5 5 0

2 0.2 4.8 0.4 0.5 5 0.008

3 0.5 4.5 1 0.5 5 0.015

4 1 4 2 0.5 5 0.023

5 1.5 3.5 3 0.5 5 0.03

6 2 3 4 0.5 5 0.044

7 3 2 6 0.5 5 0.065

8 4 1 8 0.5 5 0.085

9 5 0 10 0.5 5 0.105

37

ñường chu ẩn xác ñịnh nồng ñộ nitrat

y = 0.0103x + 0.0023

R2 = 0.9976

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0 5 10 15

nồng ñộ nitrat (mg/l)

AB

S

Hình 2.3. ðường chuẩn nitrat

2.5. Phương pháp xác ñịnh PO −34

• Nguyên tắc

PO −34

phản ứng với Vanadat – Molipdat tạo ra phức có màu vàng. Cường ñộ

màu tùy thuộc vào hàm lượng PO −34

có trong mẫu. Sau ñó ño quang ở bước sóng

470 ηm..

• Hóa chất

- Vanadat – Molipdat.


Cân 1.211 g NH4H2PO4 ñã sấy khô ở 105 0C trong 2 giờ pha trong 1lít nước.

ðược dung dịch A có nồng ñộ PO43- là 1000 mg/l. Sau ñó pha loãng dung dịch A 10

lần ñược dung dịch B có nồng ñộ PO −34

là 100 mg/l. Cho dung dịch PO −34 vào các

bình ñịnh mức theo tỷ lệ khác nhau, cho thêm 5 ml Vanadat – Molipdat và ñịnh

mức bằng nước cất ñến vạch 25 ml. Sau ñó tiến hành ño quang và xây dựng ñường

chuẩn, kết qủa chỉ ra ở bảng và hình sau:

38

ñường chu ẩn xác ñịnh nồng ñộ photphat

y = 0.0042x + 0.0011

R2 = 0.9999

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0 20 40 60 80

nồng ñộ photphat (mg/l)

AB

S

Bảng 2.4. Sự thay ñổi mật ñộ quang theo nồng ñộ photphat ở các thí nghiệm

Ống

nghiệm

Thể tích

dd B

(ml)

Thể tích

nước cất

(ml)

Nồng ñộ

PO −34

(mg/l)

Thể tích

Vanadat-

Molipdat

ml

Thể tích

nước cất ñể

ñịnh mức

(ml)

ABS

(mật ñộ

quang)

1 0.0 17.5 0 5 2.5 0

2 0.7 16.8 4 5 2.5 0.017

3 1.4 16.1 8 5 2.5 0.035

4 2.1 15.4 12 5 2.5 0.051

5 2.8 14.7 16 5 2.5 0.069

6 3.5 14.0 20 5 2.5 0.084

7 4.2 13.3 24 5 2.5 0.101

8 5.6 11.9 32 5 2.5 0.136

9 7.0 10.5 40 5 2.5 0.168

10 8.4 9.1 48 5 2.5 0.201

11 10.5 7.0 60 5 2.5 0.25

Hình 2.4. ðường chuẩn photphat

39

• Tiến hành thí nghiệm và tính toán

Lấy 17.5 ml mẫu cho vào bình ñịnh mức; thêm 5 ml Vanadat – Molipdat,

sau ñó ñịnh mức ñến 25 ml. ðo quang ở bước sóng 470 ηm.

2.6. Phương pháp xác ñịnh protein

2.6.1. Hoá chất

- Thuốc thử: Biure, Folin – Ciocalteux

Dung dịch Fehling A: Hoà tan 40 g CuSO4. 5H2O pha trong 1 lít nước cất

(nếu dung dịch ñục thì lọc).

Dung dịch Fehling B: Hoà tan 20 g Kali natri tactrat (C4H4O6NaK.4H2O) và

150 g NaOH trong 1lít nước cất. Bảo quản trong bình nâu nút kín.

Dung dịch C: Hoà tan 20.49 g Na2 CO3 2% trong 1 lit dung dịch NaOH 0.1N

+ Thuốc thử Biure (chỉ pha trước khi dùng) = 1 ml A + 1ml B + 98 ml C

+ Thuốc thử Folin – Ciocalteux: Hòa tan 100 g natri volframat

Na2WO4.2H2O), 25 g Natri molipñat (Na2MoO4.2H2O) vào 800 ml nước cất. Thêm

vào 50 ml axit photphoric 85% và 100 ml HCl ñặc. Lắp ống sinh hàn ngược và ñun

hỗn hợp trong 10h. Sau ñó thêm vào hỗn hợp 150 g LiSO4, 50 ml nước và vài giọt

brôm, ñun 15 phút không có ống sinh hàn ñể loại bỏ brôm dư. Sau ñó làm nguội

dung dịch, lấy 5 ml và chuẩn ñộ bằng dung dịch NaOH 0.1N. Dựa vào kết qủa

chuẩn ñộ, bổ sung nước ñể dung dịch có nồng ñộ cuối cùng là 2N, lọc nếu dung

dịch có kết tủa, giữ dung dịch trong lọ màu. Trước khi dùng thuốc thử cần pha

loãng gấp ñôi bằng nước [7].

2.6.2. Xác ñịnh protein theo phương pháp lowry

Nguyên tắc: Protein tác dụng với thuốc thử Folin tạo thành sản phẩm màu

xanh tím. ðây là sản phẩm khử của photphomolipñen – photphovolframat bởi phức

chất ñồng – protein và có ñộ hấp phụ cực ñại ở bước sóng 750 ηm. Dùng máy so

màu ñể xác ñịnh cường ñộ màu trong các mẫu và so sánh với dịch protein chuẩn ñể

tính ra nồng ñộ.

Phương pháp lowry sử dụng kết hợp phản ứng biure (tác dụng lên liên kết

peptit) và phản ứng với thuốc thử Folin (tác dụng lên các gốc tirozin, triptophan,

histidin) ñể tạo phức có màu ñặc trưng. Phương pháp có ñộ nhạy tương ñối cao, cho

40

H2N C NH2

O

H2N C N C NH2

O O

H

HN C N C NH

OHOH

H

NH3

2- NH 3

Ure Biure (xeto) Biure (enol)

2C N C NH

H

OHOH

HN + Cu(OH)2 + NaOH

HN

C

C

ONa

N

N

O Cu O

C

NH

CN

N

ONa

2 24H O +

phép xác ñịnh ñược nồng ñộ ñến vài µg protein, do vậy ñược sử dụng rộng rãi ñể

xác ñịnh nhiều loại protein. Tuy nhiên nó có nhược ñiểm là màu của phức chất bị

ảnh hưởng nếu trong dung dịch có một số chất như EDTA, ñệm Tris, sacarozơ hay

một số chất khử như xistein, ditiotreitol…

Phản ứng tạo biure

Phản ứng tạo phức với Cu2+

Các gốc phản ứng với thuốc thử Folin – Ciocalteux

H2N CH C

H2C

OH

O

OH

H2N CH C

CH2

OH

O

HN

H2N CH C

CH2

OH

O

N

NH

Tyrozin Tryptophan Histindin

Lập ñường chuẩn protein với Albumin tinh khiết: Dùng pipet lấy chính xác 1

ml dung dịch chuẩn Albumin có nồng ñộ chuẩn lần lượt là 0.01, 0.02, 0.04, 0.06,

0.08, 0.10, 0.15, 0.20 (mg/ml) vào các ống nghiệm sạch, khô. Thêm 5 ml dung dịch

thuốc thử Biure, lắc ñều giữ ở nhiệt ñộ phòng trong 10 phút. Sau ñó thêm chính xác

41

0.5 ml dung dịch Folin – Ciocalteux nồng ñộ 1N, lắc ñều, sau 30 phút ñem so màu

trên máy ở bước sóng 750 ηm. Từ kết qủa so màu, lập ñường chuẩn xác ñịnh nồng

ñộ protein.

Albumin có tỉ lệ các gốc tyrozin, tryptophan, hystidin phổ biến với nhiều

protein khác tan dễ dàng trong nước ở pH = 7 nên ñược chọn làm ñường chuẩn.

Phương trình ñường chuẩn y = 3.183x + 0.1135

Y là ñộ hấp thụ quang (ABS), x là nồng ñộ protein (mg/ml)

Tiến hành làm thí nghiệm xác ñịnh nồng ñộ protein như sau

Cân chính xác m (g) mẫu khô, thêm vào 20 ml axit HCl ñặc chuyển vào bình

cầu, ñun hồi lưu trong 10h. Sau ñó trung hòa bằng NaOH 6N, ñịnh mức ñể ño

protein, gluxit. Giả sử thể tích ñịnh mức là V (ml).

Lấy 1ml cho vào ống nghiệm sạch, thêm thuốc thử như phương pháp lập

ñường chuẩn. Tiến hành so màu ở bước sóng 750 ηm, từ ñây dựa vào ñường chuẩn

ta xác ñịnh ñược nồng ñộ là Cp.

Khối lượng protein trong mẫu là: mp = Cp x V x 10-3(g)

% của protein là ñược tính theo công thức sau

%protein = pm

m x 100% = .pc v

m x 10-3 x 100%

2.7. Xác ñịnh tương ñối tổng gluxit qua ñịnh lượng ñường khử theo phương

pháp Bertrand [6,7]

Với việc xử lý mẫu bằng axit ñặc thì hầu hết các polisaccarit (ñặc biệt là tinh

bột) sẽ bị thủy phân thành các ñường ñơn và ñường ñôi. Do ñó có thể xác ñịnh tổng

gluxit theo cách ñịnh lượng ñường khử theo phương pháp Bertrand như sau:

Nguyên tắc: Tất cả các ñường có nhóm anñehit hay nhóm xeton tự do trong

những ñiều kiện nhất ñịnh có thể tham gia vào phản ứng oxi hoá khử với ion kim

loại ñược gọi là ñường khử.

Phương pháp Bertrand dựa vào khả năng khử dung dịch Cu2+ trong môi

trường kiềm ñể ñịnh lượng các loại anñozơ, xetozơ hay các ñisacarit có tính khử

như mantozơ, lactozơ.

Quá trình ñường khử tiến hành lần lượt theo các bước:

42

- ðun dung dịch kiềm của Cu2+ (dung dich Fehling) với dung dịch ñường ñể

tạo kết tủa Cu2O.

O

H

OH

CH2OH

OHH

OH

HH

H

HO

+ 2Cu2+ + 5OH-OH

CH2OHH

OH

H

H

OH

OH

HO-

O+ Cu2O + 3H2O

β-D- Glucopiranozơ Axit D- Gluconic

- Sau khi rửa sạch, kết tủa ñược hòa tan bằng dung dịch sắt (III) sunfat, axit

khi ñó Cu+ chuyển thành Cu2+ và Fe3+ chuyển thành Fe2+.

Cu2O + 2Fe3+ + 2H+ = 2Cu2+ + 2Fe2+ + H2O

- Chuẩn ñộ Fe2+ bằng dung dịch KmnO4 0.1N

10Fe2+ + 2MnO4- + 16H+ = 10Fe3+ + 2 Mn2+ + 8H2O

Biết lượng KMnO4 ñã dùng ñể chuẩn ñộ, tính ra lượng ñồng theo tỉ lệ: Cứ

1ml KMnO4 0.1N tương ứng với 6.36 mg Cu. Từ lượng ñồng ấy ñối chiếu với bảng

[6], sẽ biết ñược lượng ñường tương ứng.

Tiến hành:

- Cho vào bình nón 20 ml dung dịch mẫu, thêm 20ml hỗn hợp Fehling (tỉ lệ

dung dich A và B là 1:1 về thể tích). ðậy bình bằng nút thủy tinh và ñun trên bếp có

lưới amiăng. ðun sôi ñúng 3 phút từ khi xuất hiện bọt ñầu tiên. Kết tủa ñỏ gạch của

ñồng (I) oxit xuất hiện trong bình. Lấy bình ra ñể nguội.

- Rửa kết tủa vài lần bằng nước ấm ñã ñun sôi (mục ñích loại oxi) cho ñến

khi dung dịch rửa có pH =7. Qúa trình rửa ñược tiến hành trên phễu lọc Buchner

(ñược gắn liền với bình Buchner và bơm hút chân không) với giấy lọc băng xanh.

Luôn ñể kết tủa trong bình cũng như trong giấy lọc có lớp nước ñể Cu2O không bị

oxi hóa bởi oxi không khí.

- ðể hòa tan kết tủa Cu2O, ñặt phễu lọc Buchner lên bình nón. ðổ vào phễu

15 ml dung dịch sắt (III) sunfat cho chảy từ từ xuống bình và lắc nhẹ. Quan sát xem

kết tủa ñã tan hết chưa, nếu không thì thêm tiếp muối sắt sunfat. Chuẩn ñộ dung

43

dịch trong bình Fe2+ bằng dung dịch KMnO4 0.1N cho ñến khi xuất hiện màu hồng

bền trong 30 giây.

Tính toán kết qủa: Từ thể tích V0 ml dung dich KMnO4 ñã dùng ñể chuẩn ñộ

tính ra lượng ñồng. Từ lượng ñồng tra bảng cho ta lương ñường tương ứng a (g) [6]

Hàm lượng ñồng tính theo công thức: mCu = V0 x 6.36 (mg)

Vậy % gluxit theo khối lượng khô là

%gluxit = .

.20

aV

m x 100%

Với V là thể tích ñịnh mức

2.8. ðịnh lượng lipit

Lipit với hầu hết các phân tử có ñộ phân cực rất thấp và không phân cực. Do

ñó có thể dùng những dung môi có ñộ phân cực thấp ñể xác ñịnh hàm lượng lipit có

trong mẫu theo phương pháp sau:

Chọn dung môi có ñộ phân cực thấp là: Petroleum ete (hỗn hợp một số ankan

và anken mạch ngắn) với ñộ phân cực thấp.

Nguyên tắc: Dựa trên cơ sở xác ñịnh khối lượng nguyên liệu trước và sau khi

chiết rút lipit khỏi nguyên liệu bằng dung môi hữu cơ. Bằng phương pháp này,

ngoài lipit ra, có thể có một số hợp chất khác như vitamin tan trong chất béo cũng

ñược chiết rút ra khỏi nguyên liệu. Tuy nhiên hàm lượng các hợp chất ñó là không

ñáng kể nên vẫn có thể xác ñịnh tương ñối hàm lượng lipit.

Tiến hành:

- Chuẩn bị túi bằng giấy lọc ñể ñựng nguyên liệu: Giấy lọc ñược cắt thành

hình chữ nhật. Túi giấy ñược gói sau ñó sấy khô ñến khối lượng không ñổi.

- Cho lượng mẫu ñã sấy khô a (g) vào túi ñem khâu kín phần trên túi và cân trên cân

phân tích m1 (g). Sau ñó cho túi vào cốc và cho 20 ml Petroleum ete, ñậy kín cốc lại,

ñể chỗ tối trong thời gian một tuần. Lấy túi ra ñể bay hơi hết dung môi, sấy ñến

khối lượng không ñổi m2 (g).

Tính toán kết quả

- Khối lượng lipit trong mẫu là m1 – m2 (g)

% lipit = 1 2m m

a

− x 100%

44

1

2

4

5

6 3

2.9. Phân tích hàm ẩm và ñộ tro

Hàm ẩm: lấy cốc sứ sạch sấy khô ở 1050C tới khối lượng không ñổi a(g) cho

vào ñó m0 (g) chất. ðem sấy ở 1050C tới khối lượng không ñổi lấy ra ñể nguội cho

vào bình hút ẩm sau ñó ñi cân trên cân phân tích ñược b (g).

Khối lượng chất rắn còn lại là m1= b-a (g)

Hàm ẩm ñược xác ñịnh theo công thức

HS = 0 1

0

m m

m

− x 100%

ðộ tro: lấy một cốc khô ñã biết trước khối lượng cho vào lượng m0(g) chất

ñem ñốt còn lại m1 (g)

ðT = 1

0

m

m x 100%

2.10. Phương pháp phân tích khí

- Phương pháp xác ñịnh thể tích khí thoát ra hàng ngày

Trong qúa trình phân hủy yếm khí, khí thoát ra hệ thống phản ứng ñược thu

vào bình thủy tinh. Khí thoát ra hàng ngày ñược xác ñịnh bằng phương pháp thể

tích. Khí thoát ra theo ống dẫn vào bình chứa dung dịch NaCl bão hòa. Do sự chênh

lệch áp suất nước từ bình thủy tinh sẽ chảy tới cốc có chia vạch thể tích như vậy

chúng ta có thể xác ñịnh ñược thể tích khí thoát ra hàng ngày.

- Phân tích xác ñịnh phần trăm các khí trong biogas

Lấy Vml (khoảng 10ml) khí dẫn vào cột chứa chất hấp thụ thích hợp. Sau

một thời gian thể tích khí giảm ñi một lượng xác ñịnh. Từ ñộ giảm thể tích ta xác

ñịnh ñược phần trăm các khí có trong hỗn hợp. Hệ thống xác ñịnh % khí ñược minh

họa từ hình sau.

1. Nút kín

2. Ống chứa biogas

3. Cốc ñựng dung dịch hấp thụ

4. Con từ

5. Máy khuấy từ

6. Giá ñỡ

Hình 2.5. Sơ ñồ phân tích khí

45

Phương pháp xác ñịnh H2S: Dựa vào phản ứng của H2S với Cu2+ trong môi

trường axit yếu.

Phương pháp xác ñịnh CO2: Dựa vào phản ứng giữa CO2 và H2S với dung

dịch NaOH.

Phương pháp xác ñịnh hơi nước: Dựa vào sự hút nước mạnh của dung dịch

axit sunfuric ñặc.

Xác ñịnh phần trăm các khí có trong hỗn hợp bằng phương pháp thể tích.

Lấy V ml khí dẫn vào cột có chứa chất hấp thụ thích hợp. Sau một thời gian

sau một thời gian thể tích khí giảm ñi một thể tích nhất ñịnh. Từ ñộ giảm thể tích ta

xác ñịnh ñược phần trăm các khí có trong hỗn hợp.

a. Xác ñịnh phần trăm khí CO2 và H2S có trong hỗn hợp khí

Lấy V ml hỗn hợp khí dẫn vào cột có chứa dung dịch NaOH 1M. Sau một

thời gian khuấy trộn thể tích còn lại là V1 (ml). Từ ñó xác ñịnh thành phần % các

khí có trong hỗn hợp theo công thức.

%(CO2+ H2S) = 1V V

V

− x 100%

b. Xác ñịnh thành phần % H2S có trong hỗn hợp khí

Lấy V ml hỗn hợp khí dẫn vào cột có chứa dung dịch CuSO41M. Sau một thời

gian khuấy trộn thể tích khí còn lại là V2 (ml). %H2S ñược xác ñịnh theo công thức.

% H2S = 2V V

V

− x 100%

c. Xác ñịnh %H2O có trong hỗn hợp khí

Lấy V ml hỗn hợp khí dẫn vào cột có chứa dung dịch H2SO4 ñặc. Sau một

thời gian khuấy trộn thể tích khí còn lại là V3 (ml). % H2O ñược xác ñịnh theo công

thức sau.

% H2O = 3V V

V

− x 100%

d. Xác ñịnh %CO2 có trong hỗn hợp khí

Dựa vào %H2S ta xác ñịnh % CO2 theo công thức sau

%CO2 = %(CO2+ H2S) - %H2S

46

3

2

4

7

8

5

6

1

N 1N 4 N 2N 3

Song ch¾n r¸c

e. Xác ñịnh %CH4 có trong hỗn hợp khí

Nếu giả thiết rằng trong hỗn hợp khí có thành phần chủ yếu là CO2, H2S,

H2O, CH4, còn các khí khác là không ñáng kể. Khi ñó %CH4 sẽ ñược xác ñịnh từ

công thức.

%CH4 = 100% - %CO2 - %H2O - %H2S

3. Hệ thống thu gom

Sơ ñồ thu gom chất thải

Hình 2.6. Sơ ñồ thu gom váng mỡ và hệ thống xử lý nước thải

tại nhà hàng Phương Nguyên

Nước thải nhà hàng cho qua một song chắn rác tới bể 1 gồm bốn ngăn, tiếp

ñó nước chảy qua các bể 2 → 3 → 4. Sau ñó nước ñược xử lý trong bể 5 và bể số 6

là hai bể sinh học hiếu khí. Cuối cùng nước sang bể lắng 7 và ñược sát trùng bằng

ozon ở bể số 8 trước khi chảy ra cống thành phố.

Phần nổi (váng mỡ) ở các bể số 1, 2, 3, 4 ñược vớt vào các tải ñể loại bớt

một phần nước trước khi ñem xử lý.

47

1

2

4. Xử lý chất thải sau thu gom

4.1. Tái sinh

Chất thải sau thu gom tách mỡ, sau ñó phần mỡ ñược xà phòng hoá ñể làm

cồn khô, phần bã ñược thử nghiệm làm thức ăn gia súc thí ñiểm trên chuột.

4.1.1. Tách mỡ

Sơ ñồ tách mỡ

1. Rây

2. Khay

Hình 2.7. Sơ ñồ tách mỡ

Chất thải ñược dàn mỏng ñều trên một rây có kích thước lỗ vừa phải, rây

ñược ñặt trên một chiếc khay. Sấy ở nhiệt ñộ 1050C nước bay hơi, mỡ nóng chảy

chảy qua lỗ rây tới khay. Sau một thời gian ta sẽ thu ñược phần mỡ dưới khay và

phần bã trên rây.

4.1.2. Xà phòng hóa

+ Phần mỡ thu ñược cho ly tâm lắng cặn, tách phần lỏng ñồng nhất phía trên.

Tiến hành xác ñịnh khối lượng riêng của mỡ thu ñược: Lấy V ml mỡ lỏng ñem cân

ñược m (g) khi ñó khối lượng riêng của mỡ là D = m/V (g/ml).

+ Xà phòng hóa mẫu: Lấy V ml mỡ vào cốc 250 ml ñun trên bếp ñiện có lót

tấm amiăng, khuấy và bổ sung dung dịch kiềm tới dư. ðun sôi trong khoảng 30

phút, nếu cạn có thể bổ sung một ít nước cất sau ñó bắt ra, ñể nguội. Chuẩn bị trước

dung dịch muối NaCl bão hoà ñổ vào cốc, khuấy ñều trong một vài phút, làm lạnh.

Xà phòng sẽ tách ra khỏi dung dịch, phần dung dịch gồm muối ăn, glixerin và kiềm

dư. Tiến hành lọc hút chân không, thu hồi phần rắn phía trên giấy lọc, ñể khô.

4.1.3. Cồn khô

Lấy m (g) axit stearic (hoặc xà phòng) và 40ml cồn cho vào bình cầu lắp sinh

hàn hồi lưu ñun cách thủy. ðến khi phần chất rắn trên bình cầu tan hết thì bổ sung

dung dịch NaOH ñặc (sao cho số mol NaOH bằng số mol của axit streric), lúc này

bắt ñầu có qúa trình tạo gel. Có thể cho thêm một vài ml nước cất ñun tới khi hệ

ñồng nhất, tháo nhanh bình cầu ñổ ra cốc nhựa tao khuôn, làm lạnh (tránh ñể cồn

bay hơi). Khoảng 20 phút sau dung dịch sẽ ñông ñặc lại ta sẽ thu ñược cồn khô.

48

1

23

4

5

6

7

8

Tiến hành khảo sát làm cồn khô trong 3 trường hợp:

+ Chỉ có axit stearic

+ Chỉ có xà phòng

+ Hỗn hợp xà phòng và axit strearic

So sánh các sản phẩm qua thời gian cháy, ñộ tro, mức ñộ mềm rắn, ñộ bền ở

nhiệt ñộ phòng.

4.1.4. Thử nghiệm làm thức ăn gia súc trên chuột

Phần bã sau khi sấy ñược thử nghiệm làm thức ăn trên chuột: Thử nghiệm

trên 2 lô chuột mỗi lô 10 con, một lô dùng thức ăn trên thị trường, một lô dùng thức

ăn thử. Hàng tuần ñem cân, ño thể lực của từng con chuột.

4.2. Phân hủy sinh học

Lấy chất thải từ các bể số 2, 3, 4 nơi có hàm lượng lipit thấp cho vào hệ

thống phân hủy sinh học yếm khí (hình 2.8).

Hệ thống là khối hình trụ dung tích 200 lít, chứa 150 lít dịch của những lần

làm yếm khí trước. Như vậy hệ thống ñã có một lượng vi sinh vật yếm khí lớn ñang

rất cần nguồn dinh dưỡng.

Hàng ngày lấy mẫu ở van phía dưới hệ thống ñi ño COD, pH, NH4+, NO2

-,

NO3-, PO4

3- và thể tích khí thoát ra hàng ngày.

1. Áp kế

2. Bể yếm khí

3. Van

4. Ống cấp liệu

5. Van tháo bùn

6. Bình thủy tinh

7. Cốc chia thể tích

8. Ống dẫn khí (nước)

Hình 2.8. Hệ thống phân hủy sinh học yếm khí

49

Chương 3: Kết qủa nghiên cứu

1. Kết qủa

1.1.Sự biến thiên hàm lượng mỡ ở các bể thu gom

Từ các bể thu gom lấy mẫu phân tích lipit.

Bảng 3.1. Kết qủa phân tích lipit ở các bể thu gom

% lipit theo hàm lượng khô Bể

Lần 1 Lần 2 Trung bình

Ngăn 1 67.8 61.07 64.43

Ngăn 2 60.4 58.95 59.68

Ngăn 3 46.1 56.7 51.4 Bể 1

Ngăn 4 44.25 46.7 45.48

Bể 2 36.17 31.28 33.73

Bể 3 34.45 26.25 30.35

Bể 4 32.9 18.93 25.92

010

203040506070

% k

hối

lượn

g lip

it

Hình 3.1. Sự biến ñổi hàm lượng lipit qua các bể thu gom

Nhận xét: Hàm lượng lipit giảm dần qua các ngăn 1, 2, 3, 4 và giảm dần qua

các bể thu gom 1, 2, 3, 4. Có thể giải thích cho sự biến thiên hàm lượng lipit ở các

bể như sau. Trong dòng nước tất cả các chất ñược trộn ñều với nhau, khi qua song

chắn rác, phần rác thô bị giữ lại. Theo dòng chảy, theo thời gian lipit có tỉ khối nhỏ

hơn nước sẽ nổi ở các bể ñầu tiên, ñồng thời kéo theo các hạt lơ lửng trong nước

(hạt tinh bột, protein). Do ñó ở bể 1 hàm lượng lipit sẽ lớn hơn các bể khác. Vì vậy,

50

có thể lấy chất thải bể 1 ñể tách mỡ, các bể khác có thể thực hiện qúa trình phân hủy

sinh học yếm khí hay sấy khô làm thức ăn gia súc.

1.2. Kết qủa tách mỡ và khối lượng chất rắn sau sấy

Lấy ít chất ở bể số 1 ở các ngày khác nhau ñem phân tích hàm ẩm, protein,

gluxit, lipit.

Bảng 3.2. Hàm ẩm và hàm lượng các chất dinh duỡng trong váng mỡ

Mẫu Hàm ẩm %protein %gluxit %lipit

Mẫu 1 70% 3.31 18.75 54.15

Mẫu 2 68% 3.09 19.26 46.7

Mẫu 3 74.15% 3.16 20.37 55.63

Lấy một lít mỗi mẫu ñem cân, dựa vào hàm ẩm, % lipit vừa tính ở bảng trên,

tính khối lượng khô và khối lượng lipit ban ñầu ứng với một lít chất thải. Sau ñó sấy

ở nhiệt ñộ 1050C ñến khi lipit không chảy xuống khay thì dừng lại. Cân, ño thể tích

lượng lipit tách ra và phần chất rắn sau sấy. Kết qủa chỉ ra ở bảng sau:

Bảng 3.3. Kết qủa tách mỡ

Mẫu

Khối

lượng của

1 lít mẫu

(g)

Khối

lượng

khô ứng

1 lít (g)

Khối

lượng lipit

trong 1 lít

mẫu (g)

Thể tích

lipit tách

ra sau sấy

(ml)

Khối

lượng lipit

tách ra sau

sấy (g)

Khối

lượng chất

rắn sau sấy

(g)

Mẫu 1 860 258 129.39 120 99.6 153

Mẫu 2 850 272 127.02 110 90.2 161

Mẫu 3 875 226.2 125.6 115 94.9 122

Trung bình 861.66 264.06 127.33 115 94.9 145.33

Từ kết qủa trên ñánh giá tương ñối hiệu suất tách lipit với từng mẫu

Mẫu 1: Hiệu suất tách lipit là 99.6

129.39 x 100% = 76.98%


127.02 x 100% = 71.02%


125.6 x 100% = 75.16%

Hiệu suất tách trung bình là 74.4%

51

Ở ñây có sự chênh lệch về khối lượng giữa tổng khối lượng của lipit tách ra

và khối lượng chất rắn sau sấy so với khối lượng khô ban ñầu là do một phần chất

còn bám lại trên rây và khay thu hồi lipit.

Từ kết qủa trên ta cũng ñánh giá khối lượng nước trung bình ñã bay hơi ứng

với một lít chất thải sau sấy là

861.66 – 264.06 = 597.6 (g)

1.3. Kết qủa làm cồn khô

Lấy 30 ml mỡ tách ñược bổ sung lượng kiềm dư (xà phòng hóa), khối lượng

xà phòng thu ñược 2 thí nghiệm khác nhau ñược chỉ ra ở bảng sau.

Bảng 3.4. Kết qủa xà phòng hóa

Mẫu thí

nghiệm

thể tích

mỡ (ml)

Khối lượng riêng

của mỡ (g/ml) Lượng NaOH

Khối lượng

xà phòng (g)

Mẫu 1 30 0.831 50 ml NaOH 2.5M 24.56

Mẫu 2 30 0.831 50 ml NaOH 2.5M 24.68

1.3.1. Kết quả làm cồn khô ở các nồng ñộ cồn khác nhau

Tiến hành làm cồn khô từ 4 g axit stearic và cồn 700, 750, 800, 850, 900, 950,

cồn tuyệt ñối (40ml/mẫu). Các mẫu tương ứng là M01, M02, M03, M04, M05,

M06, M07.

Bảng 3.5 . Kết qủa làm cồn khô từ các ñộ cồn khác nhau

Mẫu ðộ tan Thời gian

tan (phút)

Thời gian

ñông

tụ (phút)

Dung dịch

NaOH 2.5M

(ml)

Khối lượng

sau ñông tụ

(g)

Cảm quan

M01 Tan hết 18 26 5.6 37.50 Cứng, bền

M02 Tan hết 21 24 5.6 37.89 Cứng, bền

M03 Tan hết 20 23 5.6 37.65 Cứng, bền

M04 Tan hết 20 23 5.6 38.21 Cứng, bền

M05 Tan hết 19 22 5.6 38.11 Cứng, bền

M06 Tan hết 19 22 5.6 38.58 Cứng, bền

M07 Tan hết 18 21 5.6 38.44 Cứng, bền

52

So sánh giữa các mẫu cồn khô Bảng 3.6. Kết qủa so sánh giữa các mẫu cồn khô

Mẫu

Khối

lượng ñốt

(g)

Ngọn lửa Thời gian

(Giây)

Khối lượng

còn lại (g)

% tro theo

khối lượng

Nhiệt ñộ

của 40ml

nước trong

cốc ( 0C)

M01 2 Cháy yếu 115 1.59 79.5 40

M02 2 Cháy yếu 142 1.33 66.5 46

M03 2 Cháy tốt 236 0.18 9 77

M04 2 Cháy tốt 225 0.17 8.5 79

M05 2 Cháy tốt 213 0.17 8.5 80

M06 2 Cháy tốt 198 0.15 7.5 81

M07 2 Cháy tốt 186 0.14 7 83

Nhận xét: Dễ thấy khi nồng ñộ cồn từ 800 trở lên khả năng cháy tốt hơn, ñộ

tro cũng giảm dần từ 9% xuống 7%, nhiệt ñộ trong cốc nước tăng dần từ 770 ñến

830. Ở các mẫu nồng ñộ cồn thấp 700, 750 khả năng cháy rất yếu, nên ở nồng ñộ này

không thể sản xuất cồn khô chất lượng tốt. Mẫu M03 nồng ñộ cồn là 800 cho kết qủa

cháy tốt, ñộ tro cũng không quá lớn và nhiệt lượng tỏa ra cũng không quá thấp so

với các mẫu cồn khô có nồng ñộ cồn cao. Vì thế ñể tính ñến hiệu quả kinh tế, chất

lượng có thể làm cồn khô ở nồng ñộ cồn là 800.

1.3.2. Kết quả làm cồn khô với xà phòng thu ñược

Cân chính xác trên cân phân tích các mẫu M11, M12, M13, M14, M15, M16,

M17 có khối lượng lần lượt là 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5 (g) xà phòng thu ñược cho vào

40ml cồn 800. Quan sát ñộ tan, thời gian tan hết, thời gian ñông tụ khi làm lạnh,

khối lượng sau làm lạnh và ñộ bền khi ñể ở nhiệt ñộ phòng. Kết quả chỉ ra ở bảng

sau cho 7 mẫu nghiên cứu.

53

Bảng 3.7. Kết qủa làm cồn khô với xà phòng thu ñược

Mẫu ðộ tan Thời

gian tan

Thời gian ñông

tụ (phút)

Khối lượng

sau ñông tụ Cảm quan

M11 Tan hết 18 Không ñông tụ



M14 Không tan hết Không ñông tụ

M15 Không tan hết 20 34.41 Không bền



Nhận xét: Xà phòng thu ñược tan kém trong kiềm nóng, hơn nữa khả năng

tạo gel của xà phòng thu ñược không tốt, vì với các mẫu có khả năng ñông tụ thì lại

không bền khi ñể ở nhiệt ñộ phòng. Như vậy không thể dùng xà phòng thu ñược ñể

làm cồn khô, ta cần phải thêm vào ñó một lượng chất có khả năng tạo gel bền hơn

như natri strearat.

1.3.3. Kết qủa làm cồn khô với axit stearic.

Ta làm thí nghiệm với 7 mẫu khối lượng axit strearic khác nhau: mẫu M21,

M22, M23, M24, M25, M26, M27 với khối lượng axit strearic tương ứng là 2.0,

2.5, 3, 3.5, 4.0, 4.5, 3.0 (g) vào 40ml cồn 800, mẫu M27 không bổ sung kiềm. Quan

sát thời gian tan hết, thời gian ñông tụ, khối lượng sau khi ñông, ñộ bền ở nhiệt ñộ

phòng. Kết qủa chỉ ra ở bảng sau.

54

Bảng 3.8. Kết qủa làm cồn khô với axit stearic

Mẫu ðộ tan

Thời gian

tan

(phút)

Thời gian

ñông

tụ (phút)

Thể tích dung

dịch NaOH

2.5M (ml)

Khối

lượng sau

ñông tụ

Cảm quan

M21 Tan hết 12 41 3 33.20 Ướt, mềm,

không bền

M22 Tan hết 14 39 3.2 33.75 Ướt, mềm,

không bền

M23 Tan hết 18 32 4 34.91 Mềm, bền

M24 Tan hết 21 27 4.8 36.00 Mềm, bền

M25 Tan hết 23 24 5.6 37.85 Khá cứng, bền

M26 Tan hết 26 13 6.4 38.27 Cứng, bền

M27 Tan hết 8 Không ñông

tụ

Nhận xét: Qua kết qủa thu ñược ở bảng trên ta thấy mẫu M27 không ñông

tụ hay axit stearic không có khả năng tạo gel với cồn. Khi thêm kiềm sẽ tạo thành

natri stearat ta thấy có hiện tượng ñông tụ ở các mẫu thí nghiệm hay natri stearat

là chất tạo gel với cồn. Khi hàm lượng axit stearic tăng khả năng ñông tụ nhanh

hơn, tạo gel bền hơn. Khi hàm lượng axit stearic là 2 g thì sản phẩm còn mềm,

thời gian ñông tụ lâu (41 phút) nhưng khi hàm lượng axit stearic là 4 g và 4.5 g

thì thời gian ñông tụ tương ứng là 24, 13 (phút) sản phẩm cứng, bền hơn. ðể tính

tới hiệu qủa kinh tế, chất lượng có thể chọn mẫu M25 là mẫu cho khối lượng lớn,

ñộ bền cao, dễ bảo quản và hàm lượng axit stearic cũng không quá lớn.

1.3.4. Kết qủa làm cồn khô với hỗn hợp axit stearic và xà phòng thu ñược

Làm thí nghiệm với tỉ lệ khối lượng axit stearic và xà phòng khác nhau, mục

ñích giảm dần hàm lượng axit stearic và tận dụng xà phòng ñiều chế từ mỡ tách

ñược sau khi sấy. Các mẫu thí nghiệm ñược chỉ ra ở bảng sau:

55

Bảng 3.9. Tỉ lệ trộn giữa axit stearic và xà phòng

Mẫu Khối lượng

axit (g)

Khối lượng

xà phòng (g)

Tỉ lệ khối lượng axit

stearic và xà phòng

Khối lượng

hỗn hợp (g)

M31 3 1 3:1 4

M32 2 2 1:1 4

M33 1.6 2.4 2:3 4

M34 1.333 2.667 1:2 4

M35 1 3 1:3 4

M36 0.8 3.2 1:4 4

M37 0.667 3.333 1:5 4

Bảng 3.10. Kết qủa làm cồn khô với hỗn hợp xà phòng và axit stearic

Mẫu ðộ tan

Thời

gian tan

(giây)

Thời

gian

ñông tụ

(phút)

Dung

dịch

NaOH

2.5M (ml)

Khối

lượng

sau ñông

tụ (g)

Cảm quan

M31 Tan hết 18 32 4 35.52 Cứng, màu vàng

nhạt, bền

M32 Tan hết 22 33 3.2 35.22 Cứng, màu vàng

nhạt, bền


nhạt, bền


nhạt, bền

M35 Tan

không hết 39 1.6 34.65

Màu vàng nhạt,

mềm, không bền

M36 Tan

không hết 41 1.2 32.94

Màu vàng ñậm,

mềm, không bền

M37 Tan

không hết 42 1 31.68

Màu vàng ñậm,

mềm, không bền

56

Nhận xét: Với kết qủa như trên dễ thấy khi hàm lượng axit stearic giảm thì

thời gian tan, ñông tụ tăng lên và ñộ bền sản phẩm cũng giảm. Các mẫu M31, M32,

M33, M34 cho kết qủa tốt về ñộ bền và khối lượng lớn, trong ñó mẫu M34 lượng

axit stearic ít hơn và khối lượng cồn khô khá cao 35.07g.

1.3.5. Kết qủa so sánh giữa các mẫu cồn khô

Lấy các mẫu cồn khô M25, M31, M32, M33, M34 so sánh với cồn thị trường

M0 ở khả năng cháy, phần trăm tro. Lấy mỗi mẫu 2 gam cho vào cốc thủy tinh

giống nhau ñã biết trước khối lượng ñặt trên cốc giá ñỡ, ñể trên giá ñỡ cốc thủy tinh

nhỏ chứa 40 ml nước máy tiến hành thí nghiệm ñốt cồn và ño nhiệt ñộ của nước

trong cốc thủy tinh sau khi ñốt xong.

Bảng 3.11. Kết qủa so sánh giữa các mẫu cồn

Mẫu Khối lượng

ñốt (g)

Ngọn

lửa

Thời gian

cháy

(giây)

Khối

lượng còn

lại (g)

% tro

theo khối

lượng

Nhiệt ñộ

40ml nước

trong cốc

(0C)

M0 2 Cháy tốt 217 0.50 25% 62

M25 2 Cháy tốt 234 0.17 8.5% 77

M31 2 Cháy tốt 187 0.28 14.0% 65

M32 2 Cháy tốt 215 0.24 12% 73

M33 2 Cháy tốt 233 0.19 9.5% 75

M34 2 Cháy tốt 245 0.15 7.5% 79

Nhận xét: Qua bảng số liệu trên ta thấy cồn thị trường có hàm lượng tro rất

cao 25% trong khi mẫu chỉ sử dụng axit stearic là 8.5% và mẫu M34 là 7.5%, hơn

nữa nhiệt lượng tỏa ra chỉ làm cốc nước nóng tới 620 không lớn bằng các mẫu cồn

khô chỉ có axit stearic nhiệt ñộ lên tới 770C, mẫu M34 nhiệt ñộ lên 790C. Như vậy

chúng ta có thể sử dụng xà phòng ñiều chế kết hợp với axit stearic ñể làm cồn khô

với chất lượng tốt hơn.

1.4. Kết qủa thử nghiệm làm thức ăn gia súc.

1.4.1. Kết qủa về khối lượng của chuột sau ba tuần cho ăn

Với thức ăn ngoài thị trường

57

Bảng 3.12. Kết quả tăng trọng của chuột với thức ăn trên thị trường

Khối lượng chuột hàng tuần (g) Chuột

Ban ñầu Tuần 1 Tuần 2 Tuần 3 1 15.5 17 20.5 24 2 16.2 17.3 20.4 24.5 3 16.5 18 21.5 23.6 4 14.5 16.5 20 24 5 15 16 19 22 6 15.5 17.4 20.5 23 7 15.5 16.5 19.5 23.5 8 16 18.2 22 26.4 9 17.2 18.5 22.8 25.1 10 17 18 21 24.5

Trung bình 15.89 17.34 20.72 24.06 ðộ lệch chuẩn 0.86 0.84 1.15 1.19

Khối lương tăng trung bình theo tuần

1.45 3.38 3.34

Khối lượng trung bình tăng trong ba tuần 8.17

Với thức ăn thử nghiệm từ chất thải sau khi tách mỡ

Bảng 3.13. Kết qủa tăng trọng của chuột với thức ăn thử nghiệm

Khối lượng chuột hàng tuần (g) Chuột

Ban ñầu Tuần 1 Tuần 2 Tuần 3

1 17.5 19.3 22.3 25 2 16.5 19.5 23.8 26.3 3 16.4 18.8 22.4 25.4 4 14.9 17 21.1 23.8 5 17.5 18.8 20.5 24.3 6 16.2 17.7 21.6 23.5 7 15.6 17.2 20.6 23.5 8 16.2 18.2 21.4 25.4 9 15.5 18.5 21.8 24.7 10 15.4 16.3 20.6 24.5


T - tính 0.145 0.371 0.365 0.244 Khối lượng trung bình tăng theo

tuần 1.96 3.48 3.03

Khối lượng trung bình tăng trong ba tuần 8.47 T – tính: là giá trị chuẩn student cho hai tập số liệu, mỗi tập có 10 số liệu.

58

8.17 8.47

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Tuần 1 Tuần 2 Tuần 3 Tổng

gam

Mẫu thứcăn trên thịtrường

Mẫu thứcăn thửnghiệm

Hình 3.2. So sánh khả năng tăng trọng của chuột khi dùng thức ăn thử

nghiệm và thức ăn trên thị trường.

Nhận xét: Từ kết quả thu ñược ta thấy với khối lượng chuột gần như nhau thì

khả năng tăng trọng với 2 loại thức ăn không khác nhau nhiều. Trong tuần thứ nhất,

thứ hai, thứ ba thì khối lượng tăng trung bình của chuột với thức ăn thử nghiệm

tương ứng là 1.96, 3.48, 3.03 (g) trong khi với thức ăn trên thị trường là 1.45, 3.38,

3.36 (g). Về khối lượng trung bình trong ba tuần thì chuột khi ăn thức ăn thử

nghiệm tăng 8.47 g lớn hơn khi ăn thức ăn trên thị trường là 8.17 g.

Dùng phân phối student ñể so sánh hai tập số liệu không liên quan từng ñôi

một.

Ta có giá trị t tra bảng tb(95,18) = 2.1.

Như vậy mọi giá trị t tính ñều nhỏ hơn t tra bảng tức là không có sự khác

nhau giữa hai kết qủa nghiên cứu.

1.4.2. Kết qủa về ño thể lực của chuột trên 2 loại thức ăn

Hàng tuần ngoài việc cân khối lượng của từng con chuột chúng tôi còn thử

nghiệm thể lực của chuột qua khả năng bám trên trục quay (phút) và thời gian bơi

trong nước (phút).

1.4.2.1. Kết qủa về khả năng bám trên trục quay của chuột

Với loại thức ăn trên thị trường

59

Bảng 3.14. Kết qủa bám trên trục quay với chuột khi dùng thức ăn

trên thị trường

Khả năng bám trên trụ quay (phút)

Chuột Ban ñầu Tuần 1 Tuần 2 Tuần 3

1 2.3 2.0 3.1 1.8 2 2.0 3.1 2.8 3.1 3 2.4 1.9 2.0 2.4 4 3.5 2.5 3.1 3.3 5 2.6 3.3 1.7 2.0 6 3.2 3.0 2.5 2.6 7 2.9 2.9 1.9 2.0 8 2.0 2.0 3.0 2.6 9 1.5 2.7 2.0 1.9 10 2.1 1.6 1.8 2.7


Với loại thức ăn thử nghiệm

Bảng 3.15. Kết qủa bám trên trục quay với chuột khi dùng thức ăn thử nghiệm

Khả năng bám trên trụ quay (phút)

Chuột Ban ñầu Tuần 1 Tuần 2 Tuần 3

1 3.4 3.0 2.5 2.1 2 2.1 2.5 2.7 3.5 3 2.3 1.4 2.2 2.9 4 3.5 2.6 3.2 4.1 5 2.8 2.9 1.9 2.1 6 3.3 3.2 2.4 2.1 7 3.1 2.6 2.8 2.7 8 2.4 2.3 3.3 2.8 9 1.9 2.1 2.7 1.4 10 2.2 3.6 3.4 2.9


T - tính 0.197 0.088 0.277 0.168 .

60

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8


Thời gian (tu ần)

Thờ

i gia

n bá

m trụ

(phú

t)

Mẫu thức ăn trên thị trường Mẫu thức ăn thử nghiệm

Hình 3.3. So sánh khả năng bám trên trục quay của chuột khi dùng thức ăn

thử nghiệm và thức ăn trên thị trường

Nhận xét: Từ bảng số liệu và biểu ñồ ta thấy thời gian bám trụ trung bình

trên trục quay của chuột qua các tuần thay ñổi rất nhỏ với hai tập số liệu nghiên

cứu. Giá trị t tính luôn nhỏ hơn giá trị t tra bảng (t tra bảng là 2.1) hay hai kết qủa

nghiên cứu không khác nhau.

1.4.2.2. Kết qủa về khả năng bơi của chuột

Với loại thức ăn trên thị trường

Bảng 3.16. Kết qủa thời gian bơi của với chuột khi dùng thức ăn

trên thị trường

Thời gian bơi (phút) Chuột


1 4.9 5.3 6.1 5.5 2 3.9 4.7 3.8 3.1 3 5.2 5.9 5.0 4.6 4 4.6 4.7 5.3 5.7 5 4.7 3.7 4.5 4.2 6 5.2 4.1 3.6 3.5 7 3.5 3.7 4.2 4.0 8 4.0 4.7 5.6 5.0 9 3.5 4.6 4.8 4.9 10 5.4 4.6 4.2 4.4


61

Với loại thức ăn thử nghiệm

Bảng 3.17. Kết qủa thời gian bơi của với chuột khi dùng thức ăn thử nghiệm

Thời gian bơi (phút) Chuột


1 5.4 6.1 4.6 5.2 2 4.6 5.2 6.8 2.9 3 4.1 5.6 4.6 4.1 4 3.9 3.4 5.0 5.2 5 4.4 3.4 3.9 4.0 6 5.1 4.1 3.7 3.5 7 3.7 3.9 4.1 3.7 8 3.2 4.0 5.5 4.3 9 3.7 2.8 5.8 5.3 10 5.6 4.7 3.4 3.2


T - t ính 0.065 0.131 0.014 0.194

.

3.83.9

4

4.14.24.34.44.5

4.64.74.8


Thời gian (tu ần)

Thờ

i gia

n bơ

i (ph

út)

Mẫu dùng thức ăn trên thị trường Mẫu dùng thức ăn thử nghiệm

Hình 3.4. So sánh khả năng bơi của chuột khi dùng thức ăn thử nghiệm và

thức ăn trên thị trường

62

Nhận xét: Với hai tập số liệu nghiên cứu thời gian bơi trung bình khác nhau

không nhiều qua các tuần thí nghiệm. Chuột khi dùng thức ăn trên thị trường thì

thời gian bơi trung bình ban ñầu, tuần 1, tuần 2, tuần 3 tương ứng là 4.48, 4.58,

4.71, 4.49 (phút). Chuột khi dùng thức ăn thử nghiệm thì thời gian bơi trung bình

ban ñầu, tuần 1, tuần 2, tuần 3 tương ứng là 4.37, 4.32, 4.74, 4.14 (phút). Tất cả các

giá trị t tính ñều nhỏ hơn giá trị t tra bảng. Vậy hai kết qủa nghiên cứu không có sự

khác nhau.

1.5. Kết qủa phân hủy sinh học

Một số thông số ñầu vào:

+ Khối lượng ướt 11.8 kg

+ Hàm ẩm: 87.05%

+ % lipit: 18.35%

+ pH: 7

+ N (NH4+): 264 (mg/l)

+ P (PO43-): 67 (mg/l)

Quá trình phân hủy sinh học yếm khí tạo khí metan tại nhiệt ñộ phòng ñược

khảo sát liên tục trong 30 ngày. Các thông số như pH, COD, NH4+, NO2

-, NO3-,

PO43- , tổng thể tích khí thoát ra hàng ngày ñược xác ñịnh.

1.5.1. Sự biến thiên COD theo thời gian

Tiến hành ño COD theo thời gian bằng phương pháp chuẩn ñộ kết qủa chỉ

trên bảng 3.16 và hình 3.5.

Bảng 3.18. Kết qủa COD theo thời gian phân hủy yếm khi

Nhận xét: Từ ngày ñầu tiên ñến ngày thứ 4 COD tăng rất nhanh từ 420 ñến

giá trị cực ñại 2312 (mg/l). Nguyên nhân là trong hệ thống ñã có một lượng lớn vi

Ngày COD Ngày COD Ngày COD

0 420 12 1380 24 856 2 2125 14 1529 26 792 4 2312 16 1578 28 624 6 2067 18 1328 30 521 8 1515 20 1174 32 10 1098 22 1080 34

63

sinh vật yếm khí và chất thải cũng ñang trong giai ñoạn tiền phân hủy trước khi cho

vào bể yếm khí. Do ñó qúa trình phân hủy các chất hữu cơ như gluxit, protein rất

nhanh làm tăng lượng chất hữu cơ hòa tan trong nước. Từ ngày thứ 4 ñến ngày thứ

10 COD lại có xu hướng giảm, do tốc ñộ của các chất hữu cơ hòa tan chuyển hóa

thành khí lớn hơn tốc ñộ phân hủy của các chất khó phân hủy như lipit làm cho

lượng chất hữu cơ hòa tan vào nước giảm dần. Tiếp ñó từ ngày thứ 10 ñến ngày thứ

16 COD tiếp tục tăng, ñây có thể là giai ñoạn phát triển mạnh của các enzim lipaza,

làm tăng tốc ñộ thủy phân lipit ñặc biệt là các lipit dạng lỏng, làm lượng chất hữu

cơ hòa tan tăng lên. Từ ngày thứ 16 trở ñi COD giảm dần ñến ngày 30 là 521. COD

giảm là do lượng chất hữu cơ hoà tan vào nước ñã hết hoặc rất ít, mặt khác là sự

chuyển hóa thành cacbonic, metan của các chất hữu cơ dễ phân giải hòa tan trong

nước. ðến khi còn lại những chất hữu cơ khó phân giải thì COD gần như không

tăng nữa.

0

500

1000

1500

2000

2500

0 10 20 30 40

thời gian (ngày)

CO

D (m

g/l)

Hình 3.5. Sự biến thiên COD theo thời gian

1.5.2. Biến thiên thể tích khí theo thời gian

Tiến hành do thể tích khí theo thời gian, kết qủa chỉ ra ở bảng và hình sau:

64

0102030405060708090

100

0 10 20 30 40

thời gian (ngày)

thể

tích

(lít)

Bảng 3.19. Sự biến ñổi thể tích theo thời gian

Ngày Thể tích (l) Ngày Thể tích (l) Ngày Thể tích (l) 0 0 12 50 24 10 2 80 14 80 26 7 4 90 16 60 28 5 6 80 18 40 30 0 8 60 20 30 32 10 40 22 20 34

Hình 3.6. Sự biến thiên thể tích theo thời gian

Nhận xét: Thể tích tăng rất nhanh từ ngày ñầu ñến ngày thứ 2 và ñạt cực ñại

ngày thứ 4 là 90 lít. Vì trong hệ thống ñã có sẵn lượng lớn vi sinh vật sinh yếm khí,

khi cho chất thải vào thì có nhiều chất ñã bị phân hủy và dễ phân hủy như protein,

gluxit, một phần là các dạng lipit lỏng chuyển biến rất nhanh thành các chất hữu cơ

hòa tan qua giai ñoạn thủy phân tiếp ñó chuyển thành khí trong giai ñoạn tạo thành

axit và giai ñoạn tạo thành metan. Từ ngày thứ 4 ñến ngày thứ 10 thể tích khí giảm

do lượng chất dễ phân hủy như protein, gluxit ñã hết hoặc còn ít và cũng là giai

ñoạn mà lipit ñang phân hủy chậm. Từ ngày thứ 10 ñến ngày thứ 14 thể tích khí lại

tăng nhanh và từ ngày thứ 14 lại giảm, ñến ngày 30 khí không thoát ra nữa. ðây là

giai ñoạn mà khả năng phân hủy lipit diễn ra nhanh làm tăng lượng chất hữu cơ hoà

tan trong nước, khi mà lượng lipit còn ít thì lượng chất hữu cơ hoà tan trong nước

65

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 160

500

1000

1500

2000

2500

V (lit) COD (mg/l)

cũng sẽ giảm dần. ðến khi khí không thoát ra nữa thì trong hệ chỉ còn lại những

chất khó bị phân hủy.

1.5.3. Mối liên quan giữa COD và tổng thể tích khí thoát ra

Từ số liệu thể tích và COD theo thời gian ta lập ñồ thị biến thiên của thể tích

và COD theo thời gian trên cùng một hình.

Hình 3.7. Liên quan giữa thể tích khí thoát ra và COD

Nhận xét: Qua hình 3.7 dễ dàng thấy ñược gần như biến thiên tổng thể tích

khí gắn liền với biến thiên COD. Có một vài giá trị COD thấp mà thể tích khí cao,

vì lượng chất hữu cơ hoà tan chứa nhiều chất dễ phân hủy, mạch ngắn hơn như axit

axetic, propionic…, chúng dễ chuyển nhanh thành khí. Ngược lại, có vài giá trị

COD cao nhưng thể tích khí thấp, vì lượng chất hòa tan chứa nhiều chất hữu cơ

mạch dài như các axit mạch dài ñang trong giai ñoạn phân giải thành các hợp chất

có mạch ngắn hơn hoặc các chất khó phân giải.

1.5.4. Kết qủa phân tích khí

Sau một thời gian khí thoát ra ổn ñịnh ta bắt ñầu phân tích khí ñể ñánh giá

hàm lượng khí metan. Lấy mẫu khí bằng một xi lanh 10 ml sau ñó phân tích khí.

66

Kết qủa chỉ ra ở bảng sau:

Bảng 3.20. Kết qủa phân tích khí biogas

Ngày %CO2 %H2O %H2S %CH4

4 23 2 2 73

6 26.5 2 1.5 70

8 27.5 2 1.5 69

Hàm lượng khí metan trung bình là 70.67%

2. Tính toán kết qủa

2.1. Tính toán kết qủa làm cồn khô và thức ăn gia súc từ một lít chất thải

Từ một lít chất thải sau khi sấy sẽ thu ñược trung bình là 115 ml mỡ và 145 g

thức ăn.

Trong thí nghiệm xà phòng hóa 30ml mỡ thu ñược trung bình khoảng 24.5 g

xà phòng, tốn 0.125 mol NaOH.

Vậy trung bình từ một lít chất thải

Khối lượng xà phòng sẽ khoảng: 24.5x 115

30= 93.92 (g)

Khối lượng NaOH tiêu tốn sẽ là: 0.125 x 115

30x 40 = 19.16 (g)

Trong thí nghiệm làm cồn khô nếu chọn mẫu M34 tức là ứng với 40 ml cồn

800 cần 2.667 g xà phòng, 1.333 g axit stearic, 0.002 x 2.5 x 40 = 0.2 g NaOH, khối

lượng cồn khô thu ñược là 35.07g.

Vậy trung bình từ một lít chất thải:

Khối lượng cồn khô là

35.07 x 93.92

2.667 = 1235 (g)

Khối lượng axit stearic tiêu tốn là

1.333 x 93.92

2.667 = 46.94 (g)

Khối lượng NaOH tiêu tốn làm cồn khô là

0.2 x 93.92

2.667 = 7.04 (g)

67

Tổng khối lượng NaOH là

19.16 + 7.04 = 26.20 (g)

Thể tích cồn 800 là

40 x 93.92

2.667 = 1409 (ml)

Ngoài ra khi sấy một lít chất thải phải làm bay hơi khoảng 600 g nước và

trong qúa trình làm cồn cũng cần nhiệt lượng ñể làm nóng cồn cho việc hoà tan xà

phòng (hoặc axit stearic).

2.2. Tính toán kết qủa từ qúa trình phân hủy sinh học yếm váng mỡ sinh khí

metan.

Từ kết qủa ta thấy 11.8 kg (hàm ẩm 87.05%) chất thải ướt lấy từ các bể 2, 3,

4 tiến hành phân hủy sinh học yếm khí ta thu ñược 652 lít khí. Hàm lượng khí

metan trung bình khoảng 70.67 %.

Tức từ 11.8 x (1-0.8705) = 1.52 kg khô sinh ra 652 lít khí.

Và từ 1 kg chất thải uớt lượng khí sinh ra là 652

11.8 = 55.25 (lít), ứng với lượng

khí metan là 55.25 x 0.7067 = 39.04 (l) hay số mol metan khoảng

1 39.04

298 0.082

x

x = 1.6 (mol)

( giả thiết nhiệt ñộ ngoài trời khoảng 250C, áp suất 1amt và metan là khí lý tưởng).

Nhiệt lượng sinh ra khi ñốt metan ở ñiều kiện chuẩn là 889.9 kJ/mol và nhiệt

lượng chuyển hóa nước lỏng thành hơi ở ñiều kiện chuẩn là 44 kJ/mol.

Vậy từ 1 kg chất thải lượng khí metan sinh ra khi ñốt cháy sinh ra nhiệt

lượng là:

1.6 x 889.9 = 1423.84 kJ

Nhiệt lượng này có thể làm bay hơi

1423.84

44 x 18 = 582.48 gam nước.

Như vậy có thể tận dụng nhiệt lượng này ñể sấy váng mỡ.

68

Kết luận

Qua thời gian khảo sát nghiên cứu khả năng tách và chuyển hóa váng mỡ ở

nhà hàng Phương Nguyên. Chúng tôi rút ra những kết qủa sau:

− Với bể 1 hàm lượng mỡ cao, khả năng tách mỡ ở nhiệt ñộ 1050 ñạt khoảng

75% so với hàm lượng lipit ban ñầu,

− Dùng mỡ tách ñược làm cồn khô, thu ñược cồn khô có chất lượng khá tốt so

với cồn khô ngoài thị trường, từ một lít chất thải có thể sản suất khoảng 1.235 kg

cồn khô,

− Chất thải có hàm lượng các chất dinh dưỡng cao, từ một lít chất thải sau khi

sấy tách mỡ thu ñược khoảng 145 g làm thức ăn gia súc,

− Thử nghiệm làm thức ăn gia súc mới tiến hành một thời gian ngắn trên chuột,

nhưng cho kết qủa tốt khi so sánh thức ăn thử nghiệm với thức ăn trên thị

trường. Sau 3 tuần với thức ăn thử nghiệm khối lượng trung bình mỗi con chuột

tăng 8.47 g trong khi với thức ăn trên thị trường là 8.17 g. Ngoài ra thể lực của

chuột khi dùng loại thức ăn thử nghiệm không khác so với chuột khi dùng thức

ăn trên thị trường,

− Qúa trình phân hủy sinh học sinh khí metan với chất thải bể 2, 3, 4 từ 1 kg

chất thải ướt (hàm ẩm 87.05%) sinh ra 55.25 lít khí sinh học với hàm lượng khí

metan chiếm 70.67% về thể tích. Có thể tận dụng nhiệt lượng ñốt khí biogas ñể

sấy váng mỡ.

Như vậy ñối với váng mỡ của nhà hàng, có thể tách mỡ sử dụng vào mục

ñích như làm cồn khô hay ñiezen sinh học, phần bã có thể ñược sử dụng làm

thức ăn gia súc.

69

Tài liệu tham khảo

Tài li ệu tiếng Việt

1. Trịnh Lê Hùng (2006), cơ sở hóa sinh, NXB Giáo dục, Hà Nội.

2. ðại học Bách Khoa ðà nẵng (2005), kỹ thuật sản xuất các sản phẩm nhiệt ñới,

Ebook.edu.vn.

3. PGS. TS. Nguyễn Văn Phước (2006), Quản lý và xử lý chất thải rắn, ðại học

Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Ebook.edu.vn.

4. Trịnh Lê Hùng (2008), kỹ thuật xử lý nước thải, NXB Giáo dục, Hà Nội

5. PGS. TS. Lê ðức Ngoan - chủ biên, Ths. Nguyễn Thị Hoa Lý, Ths. Dư Thị

Thanh Hằng (2004) Giáo trình thức ăn gia súc, trường ðại học nông lâm Huế,

Ebook.edu.vn.

6. Lê Thanh Mai, Nguyễn Thị Hiền, Phạm Thu Thủy, Nguyễn Thanh Hằng, Lê Thị

Lan Chi (2005), Các phương pháp phân tích ngành công nghệ lên men, NXB Khoa

học và kỹ thuật, Hà Nội.

7. Nguyễn Quang Vinh, Bùi Phương Thuận, Phan Tuấn Nghĩa (2005), Thực tập hóa

sinh, NXB ðại học Quốc gia Hà Nội.

8. Cao Thế Hà, Nguyễn Hoài Châu (1999), Công nghệ xử lý nước nguyên lý và

thực tiễn, NXB Thanh niên.

9. Nguyễn Doãn Ý (2009), Xử lý số liệu thực nghiệm trong kỹ thuật, NXB Khoa

học và kỹ thuật.

Tài li ệu tiếng Anh

10. Anh N. Phan, Tan M. Phan (2008), Biodiesel production from waste cooking

oils, Elsevier.

11. D.G. Cirne; X. Paloumeta; L.Björnssona, M.M. Alves and B. Mattiasson,

Anaerobic digestion of lipid-rich waste—Effects of lipid concentration. Renewable

Energy, Volume 32, Issue 6, May 2007, Pages 965-975, Science Direct.

12. Ayhan Demirbas (2009), Biodiesel from waste cooking oil via base-catalytic

and supercritical methanol transesterification. Energy Conversion and Management,

pp 923-927, Elsevier.

70

13. YingmingChen, BoXiao, JieChang, YanFu, PengmeiLv, XueweiWang

Synthesis of biodiesel from waste cooking oil using immobilized lipase infixed,

Energy Conversion and Management 50 (2009), pp 668–673, Elsevier.

14. http://community.h2vn.com/index.php?topic=6283.0.

15. http://www.vocw.edu.vn/content/m10519/latest/.

16. http://www.ctu.edu.vn/colleges/tech/bomon/ttktmoitruong/daotao/giao%20

trinh%20dien%20tu/xlnt/anaerobictreatment.htm.

Mở ðầ u - VNUtainguyenso.vnu.edu.vn/jspui/bitstream/123456789/2161/1/luan van(… · 1 Mở...

Documents

Transcript of Mở ðầ u - VNUtainguyenso.vnu.edu.vn/jspui/bitstream/123456789/2161/1/luan van(… · 1 Mở...