ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH: TÌM HIỂU XỬ LÝ CHẤT THẢI TRONG HÓA HỌC XANH docx

Vì nó là một mục tiêu quan trọng của hóa học xanh để tối đa hóa hiệu quả của các chất phản ứng và giảm thiểu việc sản sinh ra các chất thải, do đó D hoặc là phải được đưa vào ứng dụng, h

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

TÌM HIỂU XỬ LÝ CHẤT THẢI

TRONG HÓA HỌC XANH

Giảng viên hướng dẫn: T.S LÊ THỊ THANH HƯƠNG Sinh viên thực hiện: VŨ VĂN ĐẠT

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

TÌM HIỂU XỬ LÝ CHẤT THẢI

TRONG HÓA HỌC XANH

Giảng viên hướng dẫn: T.S LÊ THỊ THANH HƯƠNG Sinh viên thực hiện: VŨ VĂN ĐẠT

MSSV: 09070271

Lớp: DHHC5

Khoá: 2009-2013

Tp Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH (KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP)

Họ và tên sinh viên: Vũ Văn Đạt

MSSV: 09070271

Lớp: DHHC5

Chuyên ngành: Công nghệ Hóa hữu cơ

Tên đề tài đồ án: Tìm hiều xử lý chất thải trong hóa học xanh

Nhiệm vụ của khóa luận:

1 Vai trò của ngành công nghiệp hóa chất

2 Những nguồn gây nguy hại môi trường

3 Hóa học xanh và kỹ thuật xanh

3.1 Định nghĩa hóa học xanh

3.2 Định nghĩa hóa học xanh

3.3 Các nguyên tắc của hóa học xanh

3.4 Tiết kiệm “nguyên tử”

3.5 Xử lý chất thải

3.5.1 Các vấn đề của chất thải

3.5.2 Các nguồn phát sinh chất thải trong công nghiệp hóa chất

3.5.3 Một số vấn đề gây ra do chất thải và chi phí xử lý chất thải

3.6 Các kỹ thuật giảm thiểu phát sinh chất thải

3.6.1 Thiết kế quy trình giảm thiểu chất thải

3.6.2 Giảm thiểu chất thải từ các quá trình hiện hữu

3.7 Xử lý chất thải tại chỗ

3.8.3 Một số quy luật của sự giảm cấp

3.8.4 Vấn đề tái sinh polymer

3.8.5 Tách và sàng lọc

3.8.6 Thiêu kết

3.8.7 Tái sinh cơ học

3.8.8 Tái sinh hóa học thành các monomer

3.8.9 Thiết kế dành cho quá trình giảm cấp

Ngày giao khóa luận: 14/01/2013

Ngày hoàn thành khóa luận: 05/2013

Họ tên giáo viên hướng dẫn: T.S Lê Thị Thanh Hương

Chủ nhiệm bộ môn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 6 năm 2013

Giáo viên hướng dẫn

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin cảm ơn gia đình là điểm tựa, là nguồn động lực rất lớn giúp tôi hoàn thành tốt việc học trong suốt thời gian qua

Em chân thành biết ơn sâu sắc đến:

Cô TS.Lê Thị Thanh Hương đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp

Cảm ơn thầy cô bộ môn Hóa Hữu Cơ, thầy cô khoa Hóa đã tận tình truyền dạy, giúp đỡ em trong quá trình học tập

Cuối cùng em xin cảm ơn các anh chị và các bạn khoa Hóa đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài

TP Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 6 năm 2013

Họ tên sinh viên

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện:

 Nội dung thực hiện:

 Hình thức trình bày:

 Tổng hợp kết quả:

Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện:

 Nội dung thực hiện:

 Hình thức trình bày:

 Tổng hợp kết quả:

Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Vai trò của ngành công nghiệp hóa chất 1

1.2 Công nghệ xanh 1

1.3 Hóa học xanh 3

1.3.1 Định nghĩa 3

1.3.2 Các nguyên tắc của hóa học xanh 4

1.3.3 Tiết kiệm nguyên tử 5

1.4 Những nguồn gây nguy hại môi trường 6

1.4.1 Chất thải 6

1.4.2 Sự phát sinh chât thải trong xã hội công nghiệp 7

1.4.3 Ảnh hưởng của chất thải 8

1.5 Giảm thiểu chất thải 9

1.5.1 Khái niệm 9

1.5.2 Giảm thiểu tại nguồn 11

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ NƯỚC THẢI 13

2.1 Một số khái niệm 13

2.1.1 Sự ô nhiễm nước, các dạng và thành phần của nước thải 13

2.1.2 Các tiêu chuẩn và chỉ tiêu đánh giá bộ ô nhiễm của nước thải 13

2.1.3 Điều kiện xả nước thải ra nguồn 15

2.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 18

2.2.1 Song chắn rác 18

2.2.2 Bể lắng cát 19

2.2.3 Bể lắng 20

2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 22

2.3.1 Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên 22

2.3.2 Các loại bể lọc sinh học (bể biophil) 26

2.3.3 Bể thổi khí có bùn hoạt tính (bể Aerotank) thường đạm 28

2.3.4 Bể lắng đợt II và bể nén bùn 29

2.4 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý 30

2.4.1 Phương pháp đông tụ và keo tụ 31

2.4.2 Tuyển nổi 38

2.4.3 Hấp phụ 43

2.4.4 Trao đổi ion 48

2.4.5 Các quá trình tách bằng màng 54

2.4.6 Các phương pháp điện hóa 60

2.5 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học 67

2.5.1 Phương pháp trung hòa 68

2.5.2 Phương pháp oxy hóa và khử 73

2.6 Xử lý bùn cặn 80

2.7 Xả nước thải ra nguồn 82

CHƯƠNG 3: XỬ LÝ CHẤT THẢI KHÍ VÀ CHẤT THẢI RẮN 83

3.1 Xử lý chất thải khí 83

3.1.1 Xử lý cơ học 83

3.1.2 Xử lý bằng phương pháp hóa lý 83

3.2 Xử lý chất thải rắn 90

3.2.1 Các phương pháp chung: 90

3.2.2 Phương pháp cơ học 91

3.2.2 Phương pháp nhiệt 93

3.2.3 Phương pháp tuyển chất thải 94

3.2.5 Phương pháp hóa lý 96

3.2.6 Phương pháp sinh hóa 99

CHƯƠNG 4: XỬ LÝ DDT VÀ RÁC THẢI POLYMER 101

4.1 Thuốc DDT 101

4.1.1 Khái niệm về DDT 101

4.1.2 Ảnh hưởng của DDT tới môi trường và sức khỏe 102

4.1.3 Các phương pháp xử lý DDT 106

4.1.4 Phân hủy sinh học DDT 109

4.2 Tái sinh nhựa 116

4.2.1 Giảm cấp phế thải 118

4.2.2 Tái sinh cơ học 119

4.2.3 Tái sinh hóa học 121

4.3 Tái sinh cao su 122

4.3.1 Chuẩn bị cho quá trình tái sinh 123

4.3.2 Các phương pháp tái sinh cao su 124

KẾT LUẬN 128

TÀI LIỆU THAM KHẢO 129

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Sơ đồ phát sinh chất thải trong sản xuất công nghiệp 7

Hình 2 Tác động trực tiếp của chất thải đối với người và động vật 9

Hình 3 Các kỹ thuật giảm thiểu chất thải 10

Hình 4 Song chắn rác cào bằng tay 18

Hình 5 Song chắn rác có bộ phận lấy rác bằng cơ giới 19

Hình 6 Bể lắng cát nước chảy thẳng 20

Hình 7 Hồ hiếu khí 23

Hình 8 Hồ sinh vật tùy tiện 23

Hình 9 Hoạt động của hồ sinh vật yếm khí (kỵ khí) 24

Hình 10 Sơ đồ lọc bằng bể lọc sinh học nhỏ giọt 26

Hình 11 Sơ đồ aerotank xử lý sinh học nhiều bậc 28

Hình 12 Sơ đồ xử lý bằng bể bùn hoạt tính và bể lắng sinh học 29

Hình 13 Điên tích trên hạt lơ lửng khi giải thích bằng lý thuyết hai lớp 31

Hình 14 Giảm điện tích thực trên hạt rắn bằng thêm các ion trái dấu hóa trị 3 32

Hình 15 Sơ đồ thiết bị làm sạch nước thải bằng đông tụ 35

Hình 16 Các thiết bị đông tụ 36

Hình 17 Sự kết dính của hạt rắn và bóng khí trong tuyển nổi 37

Hình 18 Hệ thống tuyển nổi băng không khí hòa tan không có tuần hoàn 39

Hình 19 Hệ thống tuyển nổi băng không khí hòa tan có tuần hoàn 39

Hình 20 Thiết bị tuyển nổi cấp không khí qua đầu khuếch tán bằng vật liệu xốp 41

Hình 21 Thiết bị tuyển nổi cấp khí qua tấm lọc 41

Hình 22 Hệ thống với cấp chất hấp phụ nổi tiếp 43

Hình 23 Hệ thống cấp chất hấp phụ ngược chiều 43

Hình 24 Sơ đồ các hệ thống hấp phụ 44

Hình 25 Sơ đồ một số loại tháp hấp phụ 46

Hình 26 Trao đổi anion kiềm yếu 50

Hình 27 Trao đổi hỗn hợp cation và anion 50

Hình 28 Quá trình trao đổi ion sử dụng sơ đồ lọc nhúng 51

Hình 29 Thiết bị trao đổi ion với lớp ionit chuyển động 52

Hình 30 Các loại thiết bị thẩm thấu ngược 55

Hình 31 Sơ đồ kết hợp siêu lọc và thảm thấu ngược 57

Hình 32 Nguyên lý của điện thẩm tách 58

Hình 33 Sơ đồ điện phân 59

Hình 34 Sơ đồ hệ thống đông tụ bằng điện 63

Hình 35 Sơ đồ hệ thống thiết bị tuyển nổi điện một ngăn 64

Hình 36 Sơ đồ nguyên lý trạm trung hòa nước thải bằng sơ đồ bổ sung tác nhân 67

Hình 37 Sơ đồ sử dụng nước không có nước thải của nhà máy sản xuất xi măng amian 71

Hình 38 Sơ đồ nguyên lý công nghệ oxy hóa sunfua 74

Hình 39 Các sơ đồ thiết bị lọc sạch nước thải bằng ozon theo một bậc 76

Hình 40 Thiết bị phản ứng ozon hóa 77

Hình 41 Sơ đồ quá trình khử 78

Hình 42 Bể tự hoại 3 ngăn 79

Hình 43 Thiết bị hấp phụ với chất hấp phụ không chuyển động 85

Hình 44 Thiết bị hấp phụ với chất hấp phụ chuyển động 86

Hình 45 Mỏ đốt có sự trộn trước khí thải và không khí 87

Hình 46 Các phương pháp chuẩn bị và chế biến chất thải rắn 88

Hình 47 Một số sơ đồ đập đơn giản 90

Hình 48 Sơ đồ xử lý chất thải công nghiệp 98

Hình 49 Công thức cấu tạo của một số đồng phân DDT 99

Hình 50 Con đường chuyển hoá DDT bởi vi khuẩn trong điều kiện kị khí theo cơ chế loại khử clo 109

Hình 51 Con đường phân hủy DDT bởi loài nấm trắng p Chrysosporium 111

Hình 52 Con đường phân hủy DDT bởi alcaligenes eutrophus A5 112

Hình 53 Sơ đồ tái sinh nhựa phế thải 118

Hình 54 Sơ đồ sản xuất cao su tái sinh bằng phương pháp nhiệt cơ 124

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Thành phần tính chất nước thải tính bằng 14

Bảng 2 Nguyên tắc vệ sinh khi xả nước thải vào nguồn nước 16

Bảng 3: Nồng độ giới hạn cho phép của một số chất độc hại 17

trong các nguồn nước dùng trong sinh hoạt hoặc nuôi cá 17

Bảng 4 Liều lượng chất đông tụ ứng với hàm lượng khác nhau của tạp chất 32 Bảng 5 Độ hòa tan của không khí ở áp suát khí quyển tại các nhiệt độ khác nhau 38

Bảng 6 Tải lượng theo chất rắn của các thiết bị tuyển nổi bằng không khí hòa tan 40

Bảng 7 Các quá trình tách bằng màng 53

Bảng 8 Lượng tác nhân tiêu tốn theo lý thuyết để trung hòa các axit 68

Bảng 9 Lượng tác nhân tiêu tốn riêng cần thiết để tách kim loại 68

Bảng 10 Các chất hấp thụ dùng để làm sạch khí thải 82

Bảng 11 Các vi sinh vật phân hủy DDT 107

Bảng 12 Phân loại, kí hiệu và nguồn sử dụng nhựa 114

LỜI NÓI ĐẦU

Trong nền sản xuất công nghiệp hiện đại thì vấn đề chất thải là vấn đề đáng đượclưu tâm nhất Chất thải gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống

và kinh thế của con người Ngoài ra chất thải cũng góp phần là nguyên nhân gây racác vấn đề về sức khỏe Với mỗi ngành sản xuất khác nhau sẽ cho ra đời mỗi loạichất thải khác nhau và qua từng thời kỳ phát triển thì thành phần và tính chất nguyhại của chất thải lại đòi hỏi một phương pháp xử lý riêng

Trên cơ sở vận dụng những hiểu biết đã học tập tại trường, dưới sự hướng dẫncủa cô Lê Thị Thanh Hương Với mục đích là tìm hiểu thêm về lĩnh vực xử lý chấtthải trong công nghệ hóa học với đề tài tốt nghiệp được phân là: Tìm hiểu xử lý chấtthải trong hóa học xanh Em xin trình bày một số công nghệ cũng như phương pháp

xử lý chất thải hiện đang được áp dụng hiện nay

Do kiến thức còn hạn chế và thời gian thực hiện không được nhiều nên nội dung

đề tài của em không tránh khỏi sai sót, hạn chế mong có được sự góp ý và sửa chữa

để đề tài được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Vai trò của ngành công nghiệp hóa chất

Công nghiệp hóa chất là một ngành công nghiệp nặng và còn tương đối trẻ, pháttriển nhanh từ thế kỉ XIX do nhu cầu cung cấp nguyên liệu cho các ngành kinh tế và

do sự phát triển mạnh mẽ của nền khoa học ‒ kĩ thuật

Ngày nay, công nghiệp hóa chất ngày càng đóng vai trò quan trọng đối với sựphát triển kinh tế, đảm nhận việc cung cấp nguyên liệu và sản phẩm phục vụ chonhiều ngành sản xuất, trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của nhiều quốc giatrên thế giới trong đó có Việt Nam

Đối với nền sản xuất, ngành công nghiệp hóa chất đóng một số vai trò chủ yếunhư:

‒ Cung cấp nguyên liệu hoặc thành phẩm cho nhiều ngành công nghiệp

‒ Tạo ra nhiều sản phẩm mới mà đặc tính của chúng nhiều khi không có trong

bản đặc biệt liên quan đến Hóa học Xanh như tạp chí Nghiên cứu Khoa học vàHạch toán Hóa học (Scientific Research & Accounts of Chemical) Riêng tại AnhQuốc, Hội Hoá học Hoàng gia đã phát hành từ 4 năm qua tạp chí Hóa học Xanh.Một số viện đại học trên thế giới cũng đã thành lập phân khoa riêng cho mônHóa học Xanh nằm trong chương trình Công nghệ xanh Viện Hóa học Xanh thuộcHội Hóa học Hoa Kỳ đã đóng góp rất nhiều khóa huấn luyện cho sinh viên và cácnhà nghiên cứu khắp nơi trên thế giới Và công nghệ Hóa học Xanh đã ra đời cũngnhư đã được xem như là một công nghệ xanh chiến lược cho phát triển bền vữngtoàn cầu.

Hiện tại, trên thế giới đã có nhiều Viện hay Trung tâm nghiên cứu đã được thànhhình ở Anh Quốc, Ý, Nhật Bổn, Hoa Kỳ, và Uùc Châu Có thể nói hầu hết các nhàhóa học trên thế giới đều được biết qua thông tin về Hóa học Xanh ngày nay

Định nghĩa Công nghệ Xanh

Danh từ “công nghệ” (technology) dùng để chỉ sự áp dụng các kiến thức khoahọc vào trong thực tế của đời sống Công nghệ xanh là một khái niệm mới của conngười trước nguy cơ ô nhiễm toàn cầu Đây là một nỗi ưu tư lớn của những nhàlàm khoa học chân chính nhằm mục đích cổ suý việc tạo dựng và tiêu dùng nănglượng qua chiều hướng phát thải phế thải không độc hại hay ít độc hại ngõ hầu hạnchế được vấn nạn hâm nóng toàn cầu hiện tại Từ suy nghĩ đó, họ luôn luôn nghĩđến phương cách, quy trình mới, sáng tạo và cải tiến các công nghệ cũ trở thànhcông nghệ xanh để bảo vệ môi trường chung cho thế giới

Mục tiêu của chiều hướng giải quyếtt vấn đề qua khái niệm công nghệ xanh gồmnhiều lãnh vực căn bản liệt kê như sau:

‒ Phát triển bền vững bằng những công nghệ thân thiện với môi trường(friendly), không làm tổn hại đền nguồn tài nguyên thiên nhiên hay ảnh hưởngnguy hại đến những thế hệ tương lai

‒ Tạo dựng một chu trình kín trong sản xuất, nghĩa là phế phẩm của một quytrình sẽ là nguyên liệu của một quy trình sản xuất khác

‒ Giảm thiểu tối đa phế thải độc hại và tăng cường khả năng tái tạo sản phẩm

cũ thành nguyên liệu mới

‒ Trong nông nghiệp, sáng tạo công nghệ mới thay vì sư dụng phân bón vàhoá chất

‒ Một trong những lãnh vực quan trọng nhất cần phải nêu ra là lãnh vực nănglượng Công nghệ xanh đòi hỏi cần phải sử dụng năng lượng hợp lý hoặcgiảm thiểu hầu bảo vệ mội trường thiên nhiên

‒ Hóa học xanh cũng là một yếu tố quan trọng góp phần vào việc giải quyếtcông nghệ xanh

1.3 Hóa học xanh

1.3.1 Định nghĩa

Bảo vệ môi trường và phát triển bền vững có tầm quan trọng đặc biệt trong từngquốc gia, trong tất cả các ngành kinh tế và đặc biệt trong ngành hóa chất ‒ mộttrong các ngành gây ô nhiễm lớn nhất do tính độc, tính oxy hóa, tính cháy nổ củacác hóa chất

Các nhà hoạt động môi trường, các tổ chức, các đảng hoạt động với tôn chỉ bảo

vệ môi trường, giữ gìn sự xanh, sạch, đẹp của trái đất đều chọn màu xanh là biểutượng của mình như đảng Xanh hoặc nhóm Hòa bình Xanh Màu xanh cũng đượccác nhà hóa học chọn lựa làm biểu tượng cho hóa học bền vững dưới tên gọi hóahọc xanh

Hóa học xanh nghĩa là thiết kế, phát triển và ứng dụng các sản phẩm hóa chấtcũng như các quá trình sản xuất, tổng hợp hóa chất nhằm giảm thiểu hoặc loại trừviệc sử dụng các chất gây nguy hại tới sức khỏe cộng đồng và môi trường

Có nhiều phương pháp để “xanh hóa” những công nghệ hóa học Những phươngpháp này có thể thực hiện riêng lẻ hay phối hợp trong các qui trình của công nghệhóa học, nhằm mục tiêu làm tăng hiệu suất và giảm lượng thải độc hại

Bao gồm 4 phương pháp:

‒ Xúc tác xanh

‒ Dung môi xanh

‒ Phương pháp vi sóng–siêu âm

‒ Vi bình phản ứng (micro reactor)

1.3.2 Các nguyên tắc của hóa học xanh

Trong cuốn sách xuất bản vào năm 1998 mang tựa đề Ngành hóa chất xanh: Lýthuyết và thực tiễn (Nhà Xuất bản Đại học Oxford), Paul Anastas và John Warner

đã đưa ra 12 nguyên tắc như một lộ trình cho các nhà hóa học trong việc thực hiệnhóa chất xanh

1 Ngăn ngừa chất thải: Tốt nhất là ngăn ngừa sự phát sinh của chất thải hơn là

là xử lý hay làm sạch chúng

2 Tính kinh tế: Các phương pháp tổng hợp phải được thiết kế sao cho cácnguyên liệu tham gia vào quá trình tổng hợp có mặt tới mức tối đa trong sảnphẩm cuối cùng

3 Tìm ra những phương pháp tổng hợp hóa học ít độc hại: Các phương pháptổng hợp được thiết kế nhằm sử dụng và tái sinh các chất ít hoặc không gâynguy hại tới sức khỏe con người và cộng đồng

4 Tạo ra những hóa chất và sản phẩm an toàn hơn: Sản phẩm hóa chất đượcthiết kế, tính toán sao cho có thể đồng thời thực hiện được chức năng đòi hỏi củasản phẩm nhưng lại giảm thiểu được tính độc hại

5 Dung môi và các chất phụ trợ an toàn hơn: Trong mọi trường hợp có thể nêndùng các dung môi, các chất tham gia vào quá trình tách và các chất phụ trợkhác không có tính độc hại

6 Thiết kế nhằm sử dụng hiệu quả năng lượng: Các phương pháp tổng hợp đượctính toán sao cho năng lượng sử dụng cho các quá trình hóa học ở mức thấpnhất Nếu như có thể, phương pháp tổng hợp nên được tiến hành ở nhiệt độ và

áp suất bình thường

7 Sử dụng nguyên liệu có thể tái sinh: Nguyên liệu dùng cho các quá trình hóahọc có thể tái sử dụng thay cho việc loại bỏ

8 Giảm thiểu dẫn xuất: Vì các quá trình tổng hợp dẫn xuất đòi hỏi thêm các hóachất khác và thường tạo thêm chất thải.

9 Xúc tác: Tác nhân xúc tác nên dùng ở mức cao hơn so với đương lượng cácchất phản ứng

10 Tính toán, thiết kế để sản phẩm có thể phân hủy sau sử dụng: Các sản phẩmhóa chất được tính toán và thiết kế sao cho khi thải bỏ chúng có thể bị phân huỷtrong môi trường

11 Phân tích thời gian hữu ích để ngăn ngừa ô nhiễm: Phát triển các phươngpháp phân tích cho phép quan sát và kiểm soát việc tạo thành các chất thải nguyhại

12 Hóa học an toàn hơn để đề phòng các sự cố: Các hợp chất và quá trình tạothành các hợp chất sử dụng trong các quá trình hóa học cần được chọn lựa saocho có thể hạn chế tới mức thấp nhất mối nguy hiểm có thể xẩy ra do các tainạn, kể cả việc thải bỏ, nổ hay cháy, hóa chất

1.3.3 Tiết kiệm nguyên tử

Tiết kiệm nguyên tử hay tính kinh tế của hóa học xanh là nguyên tắc thứ 2 trong

12 nguyên tắc được liệt kê ở trên của hóa học xanh

Tiết kiệm nguyên tử (hay sử dụng nguyên tử hiệu quả) là khái niệm mô tả việcchuyển đổi có hiệu quả về mặt nguyên tử của một quá trình hóa học để cho ra sảnphẩm mong muốn Trong một quá trình hóa học lý tưởng thì tổng lượng tác chấtban đầu sẽ bằng với tổng lượng sản phầm được tạo thành và không có lượng tácchất lãng phí (hiệu suất phản ứng là 100%) Với sự phát triển gần đây của các loạinguyên liệu có độ thô cao (ví dụ như dầu mỏ) thì chi phí sản xuất và vấn đề gia tăng

độ nhạy cảm với môi trường đã làm cho việc tiếp cận với tiết kiệm nguyên tử trởphổ biến hơn Tiết kiệm nguyên tử là một khái niệm quan trọng của lý thuyết hóahọc xanh và là một trong những cách phổ biến nhất để đánh giá độ "xanh" của mộtquá trình chuyển hóa hoặc tổng hợp hóa học

Để đánh giá sự tiết kiệm nguyên tử của 1 quá trình người ta sử dụng công thứcsau:

Cần chú ý rằng tỉ lệ tiết kiệm nguyên tử có thể thấp ngay cả trong phản ứng chosản phẩm thu được có hiệu suất là 100%, ví dụ như phản ứng cho sản phẩm mongmuốn có cấu trúc đối xứng do đó phản ứng cần phải được chọn lọc lập thể khi xét tỉ

lệ tiết kiệm nguyên tử của phản ứng đó Ngoài tiết kiệm nguyên tử người ta còn cócác tiêu chí khác để đánh giá một quá trình hóa học như tiêu thụ năng lượng, phátsinh chất ô nhiễm và giá thành

Tạo phản ứng ứng dụng tiết kiệm nguyên tử là mục tiêu nền tảng trong các phảnứng hóa học, ví dụ xét đến phản ứng: A + B → C + D trong đó có hai sản phẩmđược tạo thành với chất C là sản phẩm mong muốn Trong trường hợp đó, D đượccoi là một sản phẩm phụ Vì nó là một mục tiêu quan trọng của hóa học xanh để tối

đa hóa hiệu quả của các chất phản ứng và giảm thiểu việc sản sinh ra các chất thải,

do đó D hoặc là phải được đưa vào ứng dụng, hoặc được loại bỏ hay được giảmthiểu đến mức ít nhất có thể Với phương trình mới của mẫu A + B → C, bước đầutiên trong việc sản xuất hóa chất hiệu quả hơn là sử dụng các phản ứng tương tựnhư phản ứng cộng đơn giản với chỉ bổ sung khác là vật liệu xúc tác

1.4 Những nguồn gây nguy hại môi trường

1.4.1 Chất thải

Những nguồn gây nguy hại đến môi trường chủ yếu là các loại chất thải chưa qua

xử lý của con người thải ra môi trường Dựa vào tính chất người ta chia chất thảilàm 3 loại là chất thải rắn, chất thải lỏng và chất thải khí

Chất thải rắn: bao gồm tất cả các chất thải ở dạng rắn, phát sinh do các hoạt độngcủa con người và sinh vật, được thải bỏ khi chúng không còn hữu ích hay khi conngười không muốn sử dụng nữa

Chât thải lỏng (hay nước thải) là một tổ hợp phức tạp các thành phần vật chấttrong đó nguồn gốc nhiễm bẩn có nguồn gốc vô cơ và hữu cơ thường tốn tại dướidạng không hòa tan, keo và hòa tan Thành phần và nồng độ nhiễm bẩn phụ thuộc

nhiều vào loại nước thải Dựa vào nguồn gốc người ta chia nước thải làm 3 loại lànước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất và nước mưa.

Chất thải khí (hay khí thải): là không khí có chứa khí, bụi, khói hoặc mùi với sốlượng có hại Chất gây ô nhiểm chủ yếu là khí thải từ các phương tiện công nghiệp

và động cơ Ngoài ra còn có các nguồn tự nhiên như gió thổi bụi và khói từ các đámcháy

1.4.2 Sự phát sinh chât thải trong xã hội công nghiệp

Trong xã hội công nghiệp, quá trình phát sinh chất thải gắn liền với quá trình sảnxuất, mỗi giai đoạn của quá trình sản xuất đều tạo ra chất thải, từ khâu khai thác,tuyển chọn nguyên liệu đến khi tạo ra sản phẩm phục vụ người tiêu dùng Sản phẩmsau khi sử dụng có thể tái sinh, tái chế hoặc đổ bỏ, và đó cũng là chất thải

SẢN XUẤT

THẢI BỎ TÁI CHẾ VÀ TÁI SINH SẢN XUẤT THỨ CẤP

Hình 1 Sơ đồ phát sinh chất thải trong sản xuất công nghiệp

Theo Báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường, tính đến ngày 20/4/2008 cảnước có 185 khu công nghiệp được Thủ tướng Chính phủ quyết định thành lập trênđịa bàn 56 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương Đến hết năm 2008, cả nước có

khoảng trên 200 khu công nghiệp Ngoài ra, còn có hàng trăm cụm, điểm côngnghiệp được Uỷ ban nhân dân các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương quyết địnhthành lập Theo báo cáo giám sát của Uỷ ban khoa học, công nghệ và môi trườngcủa Quốc hội, tỉ lệ các khu công nghiệp có hệ thống xử lí nước thải tập trung ở một

số địa phương rất thấp, có nơi chỉ đạt 15 - 20%, như Bà Rịa - Vũng Tàu, Vĩnh Phúc.Một số khu công nghiệp có xây dựng hệ thống xử lí nước thải tập trung nhưng hầunhư không vận hành vì để giảm chi phí Đến nay, mới có 60 khu công nghiệp đãhoạt động có trạm xử lí nước thải tập trung (chiếm 42% số khu công nghiệp đã vậnhành) và 20 khu công nghiệp đang xây dựng trạm xử lí nước thải Bình quân mỗingày, các khu, cụm, điểm công nghiệp thải ra khoảng 30.000 tấn chất thải rắn, lỏng,khí và chất thải độc hại khác

1.4.3 Ảnh hưởng của chất thải

Chất thải là nguyên nhân chủ yếu gây nên các vấn đề về ô nhiễm môi trường,như ô nhiễm môi trường nước và môi trường không khí là do việc quản lý chất thảikhông hợp lý Ví dụ như nước rò rỉ từ các bãi chôn lấp không hợp vệ sinh gây ônhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm Trong khu hầm mỏ, nước rò rỉ từ nơi thải bỏchất thải có thể chứa các độc tố như đồng, asen và uranium, là nguyên nhân khiếnnước ngầm bị ô nhiễm

Mặc dù thiên nhiên có khả năng pha loãng, phân tán, phân huỷ, hấp phụ làmgiảm tác động do sự phát thải các chất ô nhiễm vào khí quyển, nước và đất, nhưngkhả năng đồng hoá này chỉ có giới hạn, nên khi hàm lượng các chất ô nhiễm quácao, tất yếu sẽ gây mất cân bằng sinh thái

Trong khu vực có mật độ dân số cao, việc thải bỏ các chất thải gây nên nhiều vấn

đề bất lợi về môi trường Lượng rác thay đổi khác nhau theo từng khu vực

Ngoài ra chất thải còn có thể làm gia tăng sự lan truyền các loại bệnh tật có

nguồn gốc từ ruồi, muỗi…ví dụ: bệnh hô hấp, dị ứng, tim mạch, tiêu hóa, da, mắt,

và đặc biệt nguy hiểm đó là chất thải cũng có thể gây ra các bệnh ung thư và thần

kinh Tác động của chất thải đến sức khỏe con người và động vật được trình bày ở

sơ đồ sau:

Môi trường không khí

Hình 2 Tác động trực tiếp của chất thải đối với người và động vật

1.5 Giảm thiểu chất thải

1.5.1 Khái niệm

Giảm thiểu ô nhiễm bao gồm tất cả các hoạt động nhằm giảm việc tạo ra chấtthải Các hoạt động bao gồm: giảm thiểu chất thải, giảm chất thải tại nguồn phátsinh, làm thay đổi đặc tính chất thải, hạn chế ô nhiễm, tái sinh và tái sử dụng Trongquá trình sản xuất, nhằm có thể giảm thiểu chất thải, các kỹ thuật thường được ápdụng như được trình bày trong hình 3

Các kỹ thuật giảm thiểu chất thải

Tách nguồn

nồng độ

Trao đổi hay bán

Thu hồi vật chất hay năng lượng

nguyên liệu cho quy trình sản xuất khác

Tái chế:

- Xử lý thu hồi nguyên vật liệu

- Chế biến như một sản phẩm phụ

Thay đổi nguyên

liệu đầu vào:

- Sử dụng nguyên

liệu tinh khiết

- Thay thế nguyên

liệu

Thay đổi kỹ thuật:

- Thay đổi quy trình

- Thay đổi thiết bị, đường ống hay bố trí

- Tự động hóa

- Thay đổi chế độ hoạt động

Thực hiện tốt chế độ vận hành:

- Các phương thức đo và tiêu chuẩn đánh giá

- Tránh lãng phí, thất thoát

- Quản lý tiến trình thực hiện

- Cải tiến phương thức bốc

dỡ hàng hóa, nguyên liệu

- Lịch trình (kế hoạch sản xuất)

Chôn lấp

Hình 3 Các kỹ thuật giảm thiểu chất thải

Trong các kỹ thuật nêu trên, kỹ thuật giảm thiểu tại nguồn là bước tiến hànhđược ưu tiên thực hiện đầu tiên theo như xu hướng của hệ thống quản lý chất thảinguy hại hiện nay Các bước tiến hành trong một hệ thống quản lý chất thải nguyhại sắp xếp theo thứ tự ưu tiên như sau:

‒ Giảm thiểu tại nguồn

‒ Tái sinh

‒ Xử lý

‒ Chôn lấp

Việc thực hiện giảm thiểu tại nguồn sẽ bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố, trong

đó các yếu tố sau sẽ ảnh hưởng đáng kể đến khả năng giảm thiểu chất thải:

‒ Xác định chất thải cần quan tâm

‒ Tiến trình thực hiện

‒ Các yếu tố tác động đến tiến trình thực hiện

Trong các yếu tố nêu trên, việc xác định loại chất thải nguy hại nào đáng quantâm cần giảm thiểu có thể dựa trên các qui định của pháp luật hiện hành Các tiếntrình thực hiện là một vấn đề gây nhiều tranh cãi giữa các nhà quản lý nhà nước vàgiữa các nhà khoa học Vì đây là yếu tố nắm phần quan trọng quyết định sự thànhcông hay thất bại của chương trình giảm thiểu Các yếu tố tác động đến tiến trìnhthực hiện cũng rất đa dạng và phức tạp bao gồm rất nhiều nguyên do bao gồm từ kỹthuật, kinh tế đến các vấn đề xã hội Tuy nhiên xét về mặt kỹ thuật thuần túy cácyếu tố ảnh hưởng đến tiến trình nắm vai trò quan trọng đó việc xác định loại, lượngthải và tiềm năng áp dụng kỹ thuật giảm thiểu đối với loại chất thải quan tâm Vấn

đề này xuất hiện do nhiều nguyên nhân như sau:

‒ Bản thân người thực hiện bị thiếu thông tin

‒ Khó khăn trong việc xác định lượng chất thải phát sinh theo nguyên liệu vào

‒ Các nhà máy có thể không thu thập đủ dữ liệu để tính toán

‒ Sự thay đổi theo thời gian của hoạt động công nghiệp, tính đa dạng sảnphẩm, yêu cầu của luật môi trường làm tác động đến lượng thải và đặc tínhchất thải

‒ Lượng chất thải giảm nhưng mức độ nguy hại của chất thải có thể như cũthậm chí đôi khi lớn hơn

1.5.2 Giảm thiểu tại nguồn

Kỹ thuật giảm thiểu chất thải có thể áp dụng cho tất cả các nhà máy sản xuất cóquy mô khác nhau từ nhỏ đến lớn, với công nghệ từ đơn giản đến phức tạp Các kỹthuật hiện nay có thể đơn giản là sự thay đổi chế độ vận hành cho đến việc áp dụngcác kỹ thuật thiết bị hiện đại tiên tiến Nhìn chung có thể chia các kỹ thuật giảmthiểu thành 4 nhóm chính như sau:

‒ Quản lý và kiểm soát sản xuất

+ Kiểm soát quản lý

+ Kiểm soát nguyên vật liệu

‒ Cải tiến quy trình sản xuất:

+ Chế độ vận hành và bảo dưỡng

+ Thay đổi nguyên liệu

+ Cải tiến thiết bị

‒ Giảm thể tích, khối lượng chất thải:

+ Tách nguồn thải

+ Cô đặc chất thải (tăng nồng độ chất thải)

‒ Thu hồi, tái sinh, tái sử dụng:

+ Thu hồi, tái sinh,tái sử dụng tại nhà máy

+ Thu hồi, tái sinh, tái sử dụng ngoài nhà máy

Việc lựa chọn kỹ thuật thực hiện phải dựa theo các thông tin chính xác về lượngchất thải phát sinh thực tế và chi phí quản lý chất thải Điều này được thực hiệntrong quá trình thiết lập chương trình và triển khai chương trình và nó là vấn đề chủchốt trong một chương trình quản lý chất thải toàn diện Các thành phần của mộtchương trình giảm thiểu bao gồm: phương thức thu thập số liệu, đánh giá cácphương án, xác định tính hiệu quả‒kinh tế của kỹ thuật giảm thiểu Một khi kỹ thuật

đã được chọn lựa, nó sẽ được triển khai và trở thành một phần của việc quản lý vàvận hành nhà máy Một điểm quan trọng cần chú ý là nên đánh giá các kỹ thuật(phương án) giảm thiểu tác động đến toàn bộ dòng thải, và phải đánh giá cẩn thậntrước khi tiến hành Ví dụ khi chúng ta muốn thay đổi dung dịch rửa là dung môibằng các chất rửa có thành phần là nước để giảm độc tính của chất thải, điều này sẽlàm gia tăng tải trọng hữu cơ của nước thải và có thể sẽ dẫn đến giảm hiệu quả của

hệ thống xử lý nước thải

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2.1 Một số khái niệm

2.1.1 Sự ô nhiễm nước, các dạng và thành phần của nước thải

Sự ô nhiễm nước là sự có mặt của một số chất ngoại lai trong môi trường nước tựnhiện dù chất đó có hại hay không Khi vượt quá một ngưỡng nào đó thì chất đó sẽtrở nên độc hại đói với con người và sinh vật Sự ô nhiễm nước có thể có nguồn gốc

tự nhiên hay nhân tạo

Sự ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên là do mưa Nước mưa rơi xuống mặt đất, máinhà, đường phố đô thị, khu công nghiệp… kéo theo các chât thải bẩn xuống song,

hồ hoặc các sản phẩm của các hoạt động sống của sinh vật, vi sinh vật kể cả xácchết của chúng Sự ô nhiễm này còn gọi là sự ô nhiễm không xác định được nguồngốc

Sự ô nhiễm nhân tạo chủ yếu do nguồn gốc nước thải từ các khu dân cư, khucông nghiệp, hoạt động giao thông vận tải, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và các phânbón trong công nghiệp

2.1.2 Các tiêu chuẩn và chỉ tiêu đánh giá bộ ô nhiễm của nước thải

Để đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nước, người ta thường dùng các thông

số chất lượng môi trường nước:

‒ Các thông số vật lý: nhiệt độ, màu, mùi vị, độ dẫn điện, độ phóng xạ…

‒ Các thông số hóa học: độ pH, hàm lượng chất lơ lửng, các chỉ số BOD,COD, oxy hòa tan, dầu mỡ, clorua, sunphat, amoni nitrit, nitrat, photphat, cácnguyên tố vi lượng, kim loại nặng, thuốc trừ sâu, các chất tẩy rửa và nhiều chấtđộc hại khác

‒ Các thông số sinh học: coliform, Faecal strepiacucus, tổng số vi khuẩn hiếukhí, kỵ khí…

Để đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nước, người ta dùng các chỉ tiêu haycác thông số phổ biến là:

‒ Chất lơ lửng: là các chất không hòa tan trong nước và được xác định bằngcách lọc một mẫu nước qua giấy lọc tiêu chuẩn Cặn thu được trên giấy lọc saukhi sấy ở 105oC cho đến khi khối lượng không đổi thì đem cân xác đinh khốilượng – đó được gọi là lượng chất lơ lửng trong mẫu nước phân tích

Bảng 1 Thành phần tính chất nước thải tính bằng ml/l

‒ Nhu cầu sinh hóa (BOD): là lượng oxy cần thiết để oxy hóa sinh hóa (bởicác vi sinh vật hiếu khí) các chất bẩn hữu cơ trong nước trong một khoảng thờigian xác định Nó đặc trưng cho lượng chất hữu cơ dễ bị phân hủy bởi các visinh vật hiếu khí Thông thường đối với nước thải sinh hoạt, để phân hủy hếtcác chất bẩn hữu cơ đòi hỏi thời gian 20 ngày ‒ BOD20 hay BOD toàn phẩn.Trong thực tế chúng ta chỉ xác định BOD5 tương ứng với 5 ngày đầu mà thôi

‒ Nhu cầu oxy hóa (COD): là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các vật chất hữu

cơ có trong nước Đại lượng này đặc trưng cho tất cả các chất bẩn hữu cơ cótrong nước

Việc xác định mức độ nhiễm bẩn của nước thải bằng phân tích hóa học gặp rấtnhiều khó khăn nên người ta thường chỉ xác định một số chỉ tiêu đặc trưng nhất vềchất lượng và sử dụng nó để kiểm tra hoặc thiết kế các công trình xử lý nước thải

2.1.3 Điều kiện xả nước thải ra nguồn

Ở việt nam cũng như ở các nước khác đã có quy định về chất lượng cho phép củacác dòng nước thải xả ra nguồn nước mặt Nguồn nước mặt được chia làm hai loại:

‒ Nguồn nước loại I: bao gồm các nguồn nước dùng vào mục đích cấp nướcsinh hoạt, ăn uống hoặc cho sản xuất trong các xí nghiệp công nghiệp thựcphẩm

‒ Nguồn nước loại Ii: bao gồm các nguồn nước để tắm, bơi lội, thể thao thểdục, vui chơi giải trí

Bảng 2 giới thiệu mốt số quy định về nồng độ giới hạn cho phép hoặc một số chỉtiêu vệ sinh của nguồn nước sau khi xáo trộn với nước thải (TCVN‒1972 Tiêuchuẩn thiết kế hệ thống thoát nước bên ngoài)

Ngoài các quy định trên đối với các ngành còn có các quy định riêng cho cácnguồn nước để nuôi trồng thủy sản, cung cấp nước cho trồng trọt cây nông, lâmnghiệp

Bảng 2 Nguyên tắc vệ sinh khi xả nước thải vào nguồn nước

Chỉ tiêu nhiễm bẩn của

nước thải

Tính chất nguồn nước loại I sau khi xả nước thải vào

Tính chất nguồn nước loại II sau khi xả nước thải vào

Hàm lượng chất hữu cơ

Nước thải sau khi hòa trộn với nguồn nước mặt khôngđược nâng hàm lượng chất hữu cơ lên quá:

Lượng oxy hòa tan

Nước thải sau khi hòa trộn với nguồn nước mặt không làmgiảm lượng oxy hòa tan dưới 4mg/l (tính theo lượng oxytrung bình trong ngày vào mùa hè)

Nhu cầu oxy cho quá trình

sinh hóa BOD5

Nước thải sau khi hòa trộn với nguồn nước mặt BOD5

trong nước mặt không được vượt quá

Vi trùng gây bênh (nước

thải sinh hoạt bệnh viện,

nhà máy da, len, lò mổ…)

Cấm xả nước thải vào nguốn nước mặt nếu nước thải chưa

Chất độc hại Nước thải vào nguồn nước không mang tính chất độc hại

Bảng 3: Nồng độ giới hạn cho phép của một số chất độc hại

trong các nguồn nước dùng trong sinh hoạt hoặc nuôi cá

Tên các chất

Nồng độ giới hạn cho phép mg/l Nguồn nước dùng

cho sinh hoạt

Nguồn nước dùng để nuôi cá

2.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học là nhằm tách các chất không hòa tan

và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải Các công trình sử dụng để xử lýnước thải bằng phương pháp cơ học bao gồm:

2.2.1 Song chắn rác

Song chắn rác được dùng để giữ rác và các tạp chất rắn kích thước lớn trongnước thải Song chắn rác được đặt trên các màng dẫn nước thải vào trạm bơm đếntrạm xử lý nước thải Cấu tạo song chắn rác gồm các thanh kim loại hình chữ nhật,hình tròn hay hình elip Khoảng cách giữa các thanh là 16‒20mm phụ thuộc vào vịtrí song chắn rác

Song chắn rác được chia thành 2 loại: loại di động và loại cố định Song chắn rácđược chia thành hai loại: loại di động và loại cố định Song chắn rác được đặtnghiêng một góc từ 60‒90o theo hướng dòng chảy

Lượng rác giữ lại trên song chắn rác phụ thuộc vào loại nước thải, chiều rộng khe

hở song chắn rác và phương pháp vớt rác

Rác vớt được vận chuyển ra khỏi trạm xử lý nước thải hoặc được nghiền trongcác máy nghiền rác, sau đó xả thẳng vào máng dẫn nước phía trước song chắn rác

Hình 4 Song chắn rác cào bằng tay

Kiểu vận hành bằng xích quay

Đầu dẫn Xích cào liên tục

Khe cào

Dòng

chảy

Bộ phận làm sạch tự động

Màng lọc Thanh cào

Kiểu cào bàn trượt

Thanh lắp máy

Dòng chảy

Xi lanh thủy lực

Kiểu tời quay

Chốt giới hạn Thanh cào Đường cào

Tấm cố định Dòng

Dưới tác dụng của lực trọng trường, các phân tử rắn có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọngcủa nước sẽ được lắng xuống đáy bể trong quá trình chuyển động Bể lắng cát phảiđược tính toán với vận tốc dòng chảy trong đó đủ lớn để các phân tử hữu cơ nhỏkhông lắng được và đủ nhỏ đển cát và các tạp chất rắn vô cơ giữ lại được trong bể

bể thường được tính toán: để giữ lại các hạt cát có đường kính >0.25mm, thì vận tốcdòng chảy là 0.15 m/s ≤v≤0.3m/s.

Theo nguyên tắc chuyển động của nước trong bể thường chia ra: bể lắng cátngang, bể lắng cát đứng, bể lắng cát với dòng chảy theo phương tiếp tuyến

Cát được xả khỏi bể bằng nhiều cách: xả thủ công, bằng máy hút hoặc nhờ thiết

bị nâng thủy lực… đưa vào sân phơi khô và chuyển đi

Đỉnh tràn Đập tràn hình loe

Đáy kênh Cát

Hình 6 Bể lắng cát nước chảy thẳng

2.2.3 Bể lắng

Bể lắng thường được dùng để xử lý sơ bộ nước thải trước khi xử lý sinh học hoặcnhư một công trình xử lý độc lập nếu chỉ yêu cầu tách các loại cặn lắng khỏi nướcthải trước khi xả ra nguồn nước mặt

Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: bể lắng đợt I trướccông trình xử lý sinh học và bể lắng đợt II sau công trình xử lý sinh học nước thải

Theo nguyên tắc hoạt động người ta có thể chia ra các loại bể lắng hoạt độnggián đoạn hay hoạt động liên tục.

Theo cấu tạo có thể phân biệt bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng ly tâm

Ngoài các loại bể lắng này còn có bể lắng trong có tầng cặn lơ lửng, bể lắng vớilớp mỏng

Bể lắng ngang:có dạng mặt bằng hình chữ nhật Trong bể lắng, nước thải chuyểnđộng theo phương ngang Nước trong được thu ở cuối bể và dẫn đến công trình tiếptheo

Bể lắng đứng: có dạng hình trụ, đáy dạng hình nón cụt nghiêng 1 góc 45o, đườngkính đến 10m Nước thải vào bể qua ống trung tâm ở giữa bể với vận tốc ≤ 30mm/s

và từ dưới đáy lên với vận tốc rất nhỏ 0.5÷0.7 mm/s, thời gian nước lưu lại cũng từ0.75÷1.5 giờ Chiều sâu phần nước của bể từ 2.7÷3.8m (nếu là bể lắng đợt II>1.5m)

Bể lắng ly tâm: được áp dụng với các trạm xử lý có công suất >20.000m3/ngd

Về nguyên lý làm việc, bể lắng ly tâm được xem là một dạng của bể lắng đứng,trong đó dòng chảy theo phương nằm ngang đi từ ống trung tâm ra máng thụ xungquanh với vận tốc giảm dần

Bể loại các tạp chất nổi: thường ứng dụng khi xử lý nước thải công nghiệp, nhằmtách các tạp chất nhẹ hơn nước (chủ yếu là dầu mỡ) Đối với nước thải sinh hoạt vìhàm lượng dầu mỡ không cao nên được kết hợp ngay ở bể lắng lần I nhờ bộ phậngạt chất nổi

Bể lọc: dùng để tách các tạp chất phân tán nhỏ khỏi nước thải (bụi, dầu, mỡ bôitrơn…) mà ở các bể lắng không giữ lại được Những loại vật liệu lọc có thể sử dụng

là cát thạch anh, than cốc hoặc sỏi nghiền, thậm chí cả than nâu, than bùn, than gỗ.Ngày nay để xử lý triệt để nước thải (sau khi xử lý sinh hóa) người ta cũng dùng

bể lọc Về cấu tạo và các thông số tính toán về thủy lực và công nghệ những bể lọcnày giống những bể lọc xử lý nước cấp Tốc độ lọc cần phải xác định bằng thựcnghiệm đối với từng loại nước thải, chiều dày lớp hạt vật liệu

Phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học có thể loại các tạp chất không hòa tantrong nước thải tới 60% và làm giảm BOD tới 20% để tăng hiệu suất công tác củacông trình xử lý cơ học co thể ứng dụng nhiều biện pháp tăng cường quá trình lắngnước như làm thoáng sơ bộ, làm thoáng đông tụ sinh học, hiệu suất lắng đạt tới 75%

và hàm lượng BOD giảm 40‒50%

Trong số các công trình xử lý cơ học còn kể đến bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bểlắng trong có ngăn phân hủy là những công trình vừa để lắng vừa để phân hủy cặnlắng

Nếu điều kiện địa phương cho phép thì sau khi làm sạch bàng phương pháp cơhọc, người ta khử trùng nước và xả vào nguồn, nhưng thông thường thì xử lý cơ học

là giai đoạn làm sạch sơ bộ trước khi tiếp tục làm sạch sinh học

2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào sự sống và hoạt động củacác vi sinh vật để oxy hóa và làm khoáng hóa các chất hữu cơ ở dạng keo và hòa tan

có ở trong nước thải

Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học được phân làm hainhóm: các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tựnhiên và nhân tạo

2.3.1 Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên

Để tách các chât hữu cơ ở dạng keo và hòa tan trong điều kiện tự nhiên, người ta

xử lý nước thải trong ao hồ (hồ sinh vật) hay trên đất (cánh đồng tưới, cánh đồnglọc) Các công trình này rất thích hợp cho các vùng nhiệt đới và với trạm công suấtnhỏ

2.3.1.1 Hồ sinh vật

Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiện hoặc nhân tạo Trong hồ sinh vậtdiễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất bẩn hữu cơ nhờ vi khuẩn, tảo và các loạithủy sinh vật khác, tương tự như quá trình tự làm sạch nguồn nước mặt

Theo bản chất quá trình sinh hóa, người ta chia hồ sinh vật ra các loại: hồ sinhvật hiếu khí, hồ sinh vật tùy tiện và hồ sinh vật yếm khí

Hồ sinh vật hiếu khí: quá trình xử lý nước thải diễn ra trong điều kiện đầy đủoxy Nguồn oxy cung cấp cho hồ là sự làm thoáng không khí qua bề mặt hồ (hồđược làm thoáng tự nhiên) hoặc nhờ các hệ thống thiết bị cấp khí (hồ được làmthoáng cưỡng bức) Các loại phù du thực vật cũng đóng một vai trò rất lớn trongviệc cung cấp oxy cho hồ Độ sâu thông thường của hồ hiếu khí từ 0.5÷1.5m

Hình 7 Hồ hiếu khí

Hồ sinh vật tùy tiện: có độ sâu từ 1.5÷2.5m trong hồ sinh vật tùy tiện, theo chiềusâu lớp nước, có thể diễn ra hai quá trình oxy hoá hiếu khí và lên men yếm khí cácchất bẩn hữu cơ Trong hồ sinh vật tùy tiện vi sinh vật và tảo có quan hệ tương hỗ

và đóng vai trò cơ bản đối với sự chuyển hóa chất bẩn

Hình 8 Hồ sinh vật tùy tiện

Hồ sinh vật yếm khí: có độ sâu lớn (>3m): do sự xâm nhập oxy vào toàn bộ lớpnước khó khan nên quá trình phân hủy chất bẩn hữu cơ trong hồ chủ yếu diễn ratrong điều kiện yếm khí Loại hồ này thường dùng để làm sạch nước thải côngnghiệp có độ nhiễm bẩn lớn, ít khi dùng để làm sạch nước thải sinh hoạt vì nó gâymùi hôi thối khó chịu Hồ yếm khí phải đặt cách xa nhà ở và xí nghiệp thực phẩm1.5÷2km

Hồ sinh vật có thể dùng như một công trình độc lập, xử lý sinh học nước thải saukhi đã tách cặn lắng, hoặc để xử lý bổ sung theo yêu cầu về chất lượng của nguồntiếp nhận nước thải

Thời gian nước lưu lại trong hồ sinh vật từ 2 đến 10 ngày đêm, có khi tới 30 ngàyđêm Trong hồ sinh vật, các loại vi khuẩn gây bệnh thường bị tiêu diệt tới 95‒99%.Người ta thường tính toán hồ sinh vật theo tải trọng thủy lực (đối với các hồ sinhvật tùy tiện dùng để xử lý nước thải có BOD<250 mg/l, trong điều kiện nhiệt độkhông khí 20oC, tải trọng thủy lực là 300÷500 m3/ha.ngd)

Hình 9 Hoạt động của hồ sinh vật yếm khí (kỵ khí)

2.3.1.2 Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc

Cánh đồng tưới: là những khoảng đất canh tác có thể tiếp nhận và xử lý nướcthải Các chất bẩn của nước thải bị hấp thụ và giữ lại trong đất Sau đó các loại vikhuẩn có sẵn trong đất sẽ phân hủy chúng thành các chất đơn giản để cây trồng hấpthụ Nước thải sau khi ngấm vào đất, một phần được cây trồng sử dụng, phần cònlại chảy vào hệ thống tiêu nước ra sông hồ hoặc bổ sung cho nước ngầm

Cánh đồng lọc được dùng khi có những khoảng đất không thể sử dụng cho canhtác nông nghiệp Trên khảng đất này người ta phân ra các thửa có bố trí hệ thốngmương máng, đường ống phân phối và tiêu thụ nước Số ô thừa ≥2 và có diện tích5÷8 ha Độ dốc tự nhiên của cánh đồng lọc ≤0.02 Khả năng lọc và làm sạch nướcthải phụ thuộc vào loại đất Người ta thường chọn các vùng đất cát, á cát để làmcánh đồng lọc

Nước thải sau khi xử lý trên cánh đồng tưới và cánh đồng lọc cóBOD20=8÷15mg/l, hàm lượng nitrat đến 25mg/l số lượng vi khuẩn bị tiêu diệt tới99%

Diện tích yêu cầu của cánh đồng lọc được xác định theo tải trọng thủy lực và phụthuộc và lượng mưa trung bình năm cũng như đặc điểm loại đất Đối với các loại

đất cát, á cát khi lượng mưa trung bình năm là 2000mm có thể chọn tải trọng thủylựa từ 40 đến 60 m3/ha.ngd.

Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tựnhiên có giá thành xây dựng thấp, quản lý đơn giản, hiệu quả làm sạch và diệtkhuẩn cao, thích hợp với các khu dân cư hoặc nhà máy có lưu lượng nước thải thấp(<15000m3/ngd) kêt hợp được việc xử lý nước thải với các mục đích kinh tế nhưnuôi cá, trồng cây… Nhược điểm cơ bản của các loại công trình này là yêu cầu diệntích đất xây dựng lớn, chế độ làm việc không ổn định, phụ thuộc vào các điều kiệnthời tiết, khí hậu…

2.3.2 Các loại bể lọc sinh học (bể biophil)

Bể lọc sinh học là công trình nhân tạo, trong đó chất thải được lọc qua lớp vậtliệu rắn có bao bọc lớp màng vi sinh vật Bể lọc sinh học gồm các bộ phận chínhsau: phần chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước trên toàn bộ bề mặt bể, hệthống thu và dẫn nước sau khi lọc, hệ thống dẫn và phân phối khí cho bể lọc

Quá trình oxy hóa chất bẩn trong bể lọc sinh học diễn ra giống như trên cánhđồng lọc nhưng với cường độ lớn hơn nhiều Màng vi sinh vật đã sử dụng và xác visinh vật chết theo nước trôi khỏi bể được tách khỏi nước thải đã xử lý tại bể lắngđợt II Để đảm bảo quá trình oxy hóa sinh hóa diễn ra ổn định, oxy được cấp cho bểlọc bằng các biện pháp thông gió tự nhiện hoặc nhân tạo

Hiện nay theo năng suất lọc (tải trọng nước thải) người ta chia ra các loại bể lọcsinh học nhỏ giọt và bể lọc sinh học cao tải

Bể lọc sinh học nhỏ giọt có dạng hình vuông, hình chữ nhật hoặc hình tròn trênmặt bằng, làm việc theo nguyên tắc: nước thải sau bể lắng đợt I được đưa về thiết bịphân phối theo chu kỳ tưới nước trên toàn bộ bề mặt bể lọc Nước thải sau khi locchảy vào hệ thống thu nước và được dẫn ra khỏi bể Oxy cung cấp cho bể chủ yếunhờ hệt thống xung quanh thành bể Vật liệu của bể lọc sinh học nhỏ giọt thường làcác hạt cuội, đá… đường kính trung bình 20÷30mm tải trọng nước thải của bể thấp(0,5÷1.5m3 nước thải trên 1m3 vật liệu trong một ngày đêm) Chiều cao lớp vật liệu