slide bài giảng môn công nghệ môi trường chương 4: Công nghệ xử lý nước và chất thải

Một số thông số đánh giá chất lượng nước tiếp -Do hạt rắn lơ lửng, chất hữu cơ phân rã -Đơn vị tính: 1mg SiO2/1l nước sạch... Hàm lượng chất rắn trong nước -Là phần chất rắn bao gồm: ch

Trang 1

Bài giảng

Công nghệ môi trường

Giảng viên : GS.TS Đặng kim Chi Viện KH & CN Môi trường – ĐHBK Hà nội

Hà nội 2-2009

Trang 2

CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Trang 3

CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC và n ƯỚ C

THẢI

I Khái niệm

1 Nước cấp

-Dùng cho sinh hoạt, sản xuất

-Nguồn nước cấp: nước mặt, nước ngầm

Muốn xử dụng nước theo nhu cầu phải xử lí

2 Nước thải

-Là nước phát sinh sau khi đã sử dụng nước cấp

-Nước thải sinh hoạt: chứa nhiều chất hữu cơ, chất vô cơ, SS, coliform…-Nước thải sản xuất: thành phần phụ thuộc đặc thù sản xuất

-Cách phân loại khác: Nước thải đô thị, nước thải bệnh viện, nông

nghiệp…

-Muốn xả lại vào nguồn tiếp nhận phải xử lý

Trang 4

CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

II Một số thông số đánh giá chất lượng nước

Trang 5

II Một số thông số đánh giá chất lượng nước ( tiếp)

-Do hạt rắn lơ lửng, chất hữu cơ phân rã

-Đơn vị tính: 1mg SiO2/1l nước sạch

Trang 6

5 Hàm lượng chất rắn trong nước

-Là phần chất rắn bao gồm: chất vô cơ, chất hữu cơ, chất hữu cơ tổng hợp

-Tổng chất rắn (TS): là trọng lượng khô tính bằng mg của phần còn lại sau khi bay hơi 1 lít nước trong nồi hấp thủy, sấy khô ở 103oC cho đến trọng lượng không đổi.-Chất rắn huyền phù (SS): là chất rắn ở dạng lơ lửng trong nước, tính bằng trọng lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít mẫu

nước, sấy khô ở 103oC cho đến trọng lượng không đổi Đơn vị: mg/l

-Chất rắn hòa tan (DS): DS=TS-SS (mg/l)

-Chất rắn bay hơi (VS): Trọng lượng mất đi khi nung chất rắn huyền phù ở 550oC-Chất rắn có thể lắng: là lượng thể tích tính bằng ml của phần chất rắn có trong 1 lít nước mẫu đã lắng xuống sau một khoảng thời gian xác định (thông thường là 1h)

Trang 7

7 Hàm lượng Mn, Fe trong nước

-Do sự hòa tan Fe, Mn có trong nước ngầm

-Tạo mầu, mùi tanh, tắc đường ống:

Mn2+→Mn4+

Mn+O2→MnO2↓đen

Fe2++O2→Fe3+ ↓nâu đỏ

Trang 8

8 Hàm lượng oxi hòa tan (DO)

-Là lượng oxy trong không khí có thể hòa tan trong nước, tham gia quá trình trao đổi chất, tái sản xuất các vi sinh vật, động vật trong nước

-DO thấp: nước có nhiều chất hữu ô nhiễm đã tiêu thụ nhiều O2

-DO cao: nhiều rong tảo, tham gia quá trình quang hợp giải phóng O2

Trang 9

9 BOD: nhu cầu oxy sinh hóa

-BOD tăng→lượng oxy cần dùng cho oxy hóa chất hữu cơ tăng→chất hữu cơ tăng.-Đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ (VSV) trong nước Đơn vị: mgO2/l

10 COD: nhu cầu oxy hóa học

-Đặc trưng cho ô nhiễm hữu cơ BOD<COD

Vd: nước thải sinh hoạt BOD/COD=0,7

Nước thải nhuộm BOD/COD=0,3-0,5

Trang 10

11 Hàm lượng phốtpho trong nước

-Đây là một loại dinh dưỡng cho sinh vật: HPO42-, H2PO4-, PO43-, phôtpho hữu cơ, Poly P

12 Hàm lượng nito

-Đây là một loại dinh dưỡng cho sinh vật: NH4+, NO3-, NO2-, N hữu cơ, N tổng

13 Hàm lượng kim loại nặng

-d>5mg/cm3 Là vi lượng trong nước có khả năng tích tụ trong cơ thể sống

Vd: Pb, Fe, Hg, Cd, Zn, Mo, Sn, Cr…

Trang 11

14 Hàm lượng phenol

-Thường trong nước thải chứa cyanua

-Gây ảnh hưởng đến sức khỏe, có khả năng gây ung thư

15 Hàm lượng thuốc bảo vệ thực vật

DDT666, Clodan, Aldrin, Dialdren…

16 Hàm lượng vi sinh vật trong nước

Vi trùng, siêu vi trùng, rong tảo, coliform…

17 Hàm lượng dầu, mỡ khoáng

18 Nhiệt độ

19 Chất phóng xạ

20 Hàm lượng Sunfat

Trang 12

2 Các tiếp cận việc xử lý nước thải bền vững và

Trang 13

2.1 Quá trình lựa chọn công nghệ tốt

nhất hiện có (BAT)

Các quá trình ứng dụng để xử lý nước thải công nghiệp

Nguồn: Tiền xử lý chất thải công nghiệp, Sổ tay Thực hành FD-3, WEF, trang 34, bảng 3.1

Các chất hữu cơ bền

(COD-BOD) -Oxy hoá hoá học-Hấp phụ bằng cacbon

Các hợp chất hữu cơ bay hơi -Sục khí, oxy hoá hoá học

-Hấp phụ, xử lý sinh học

Tổng chất rắn lơ lửng Có hoặc không có keo tụ/đông tụ:

-Lắng-Tuyển nổi-Lọc

Trang 14

Nguồn: Tiền xử lý chất thải công nghiệp, Sổ tay Thực hành FD-3, WEF, trang

Kim loại nặng -Kết tủa hoá học

-Trao đổi ion-Lọc màngChất rắn vô cơ hoà tan -Trao đổi ion

-Thẩm thấu ngược-Thấm tách bằng điệnDầu mỡ -Keo tụ / đông tụ / tuyển nổi

-Siêu lọc

Trang 15

• Một số công nghệ tương đương nhau có thể được lựa chọn sơ bộ tại bước này

• Các công nghệ được lựa chọn sơ bộ trên cơ sở cân nhắc những chất ô nhiễm chính

Nguồn: Tiền xử lý chất thải công nghiệp, Sổ tay Thực hành FD-3, WEF,

trang 34, bảng 3.1

Chất hữu cơ phân huỷ sinh

học (BOD) Xử lý sinh học hiếu khí:-Bùn hoạt tính, mương oxy hoá

-Hồ hiếu khí-Lọc nhỏ giọt-Đĩa sinh học quay (RBC)-Hồ ổn định

-Thiết bị phản ứng kiểu đệm

Xử lý sinh học yếm khí

-Hồ yếm khí-Lọc yếm khí-Tiếp xúc yếm khí-Thiết bị phản ứng tầng sôi

Trang 16

Ngành CN Mức tiêu thụ nước,

m 3 /tấn sản phẩm galon/tấn sản phẩm Mức tiêu thụ nước,

Trang 17

nhất hiện có (BAT)• B Kiểm tra kỹ các thông số ô

nhiễm : – Sắp xếp các chất ô nhiễm chính vào các

nhóm thông số (các chất rắn lắng được, TSS, TDS, SS bay hơi, v.v…)

– Thí nghiệm pilot nhằm xác định khả

năng xử lý hoặc khảo sát thực tế tại các

cơ sở xử lý tương tự hiện có

• D Lựa chọn cuối cùng:

– Nghiên cứu kỹ các công nghệ đã

được lựa chọn sơ bộ

– Xem xét các phương án khác nhau

– Tổng hợp các tiêu chí lựa chọn

• C Lựa chọn sơ bộ:

– Liệt kê các công nghệ hiện có – Công nghệ đề xuất cho các loại hình công nghiệp

– Dự đoán hiệu suất quá trình

• A Các đặc trưng chung của

dòng thải công nghiệp :

Trang 18

III Công nghệ xử lý nước thải

1 Phân loại quá trình và phương pháp xử lý nước thải

Nước thải

(không đạt TCMT)

Tách chất rắn lơ lửng thô (bể tuyển nổi)

Tách chất rắn lơ lửng mịn Tách Ni

Tách chất hữu cơ hòa tan

Tách chất vô cơ (điện thẩm, trao đỏi ion)

Tách chất hữu cơ(lọc, bay hơi, làm lạnh, trích ly, thẩm thấu ngược)

Khử vk Tách chất vi lượng Tách chất rắn vô cơ

Song/lưới

Trang 19

-Chia ba cấp xử lý:

+ Cấp 1(xử lý sơ bộ): tách chất rắn thô, vật rắn nổi có kích thước lớn Xử lý cấp 1 gồm các quá trình: lọc, song chắn, tuyển nổi, lắng, tách dầu mỡ, trung hòa

+ Cấp 2 (xử lý thứ cấp): tách các chất hữu cơ hòa tan gồm các quá trình sinh học ( dùng vi sinh vật để xử lý), hóa học

+ Cấp 3: khi yêu cầu về chất lượng nước cao Xử lý các vi sinh vật gây bệnh gồm các quá trình sau: kết tủa, đông tụ, hấp phụ, trao đổi ion, thẩm thấu

ngược, khử trùng bằng clo, ozon Tách các chất dinh dưỡng N, P

Trang 20

2 Phương pháp xử lý cơ học trong xử lý nước thải

Mục đích: tách hạt rắn lơ lửng mà có thể ảnh hưởng đến đường ống

Các phương pháp thủy cơ: lọc qua song chắn hoặc lưới, lắng dưới tác dụng của lực trọng trường, điều hòa thành phần và lưu lượng nước thải

Nguyên tắc lựa chọn phương pháp: phụ thuộc kích thước và tính chất hóa lý hạt lơ lửng, hàm lượng chất rắn lơ lửng, lưu lượng nước thải và yều cầu chất lượng nước sau xử lý

Trang 21

2 Phương pháp xử lý cơ học trong xử lý nước thải (tiếp)

b Bể điều hòa lưu lượng: nhằm ổn định lưu lượng nước thải và thành phần nước thải trước khi vào hệ thống xử lý Đây là bể thu nước từ các nguồn khác nhau được gom lại để vào hệ thống xử lý chung

Trang 22

c Bể lắng

-Tách chất lơ lửng dưới tác dụng của trọng lực

-Phân loại dựa theo chức năng:

+Bể lắng cát: tách cát và tạp chất vô cơ không tan (dhạt=0,2-2mm)+Bể lắng cấp 1: tách chất hữu cơ, chất rắn còn lại

+Bể lắng cấp 2: tách bùn sinh học khỏi nước thải và chất rắn còn lại.-Phân loại theo cách khác:

+Bể lắng ngang

+Bể lắng đứng

+Bể lắng hướng tâm

Trang 23

d Lọc

-Tách chất rắn lơ lửng có kích thước nhỏ mà bể lắng không tách được

-Cấu tạo: thường là các vách ngăn xốp, cho dòng nước đi qua và giữ lại các hạt rắn lơ lửng

-Động lực của quá trình: dưới tác dụng áp suất thủy tĩnh, áp suất cao trước vách ngăn hoặc áp suất chân không sau vách ngăn

-Yêu cầu: trở lực nhỏ, bền, dẻo cơ học, bền hóa học, không bị trương nở hoặc phá hủy trong điều kiện lọc

Trang 24

d Lọc

-Phân loại:

+Làm việc gián đoạn: thiết bị lọc hút, lọc tấm, lọc ép

+Làm việc liên tục: lọc hình trống, lọc đĩa, lọc thùng quay, chân không

+Lọc bằng vật liệu hạt: cát, sỏi, than cốc, than nâu, than bùn, than gỗ→yêu cầu có

độ xốp, bề mặt riêng lớn

+Lọc chậm: Nước→lớp cát→sỏi đá→tự chảy qua với tốc độ lọc 0,2-0,3 m3/h Sau một khoảng thời gian độ 30 ngày, phải thay khoảng 4-5cm lớp cát và lớp vật liệu mỏng đi Khả năng lọc sạch cao nhưng kích thước bể lớn, công suất nhỏ

+Lọc nhanh: dùng các loại vật liệu lọc khác nhau, lớp trên có kích thước hạt lớn hơn lớp dưới

+Lọc ly tâm: chất lỏng chuyển động xoay tròn trong thùng quay, có tấm lưới lọc hoặc vải lọc Định kỳ chất bẩn dính trên lưới sẽ được lấy ra ngoài

Trang 25

3 Phương pháp hóa lý trong xử lý nước thải

a Phương pháp tuyển nổi

-Tách hợp chất không tan và khó lắng, có khả năng tách được chất bẩn hòa tan như

là chất hoạt động bề mặt

-Quá trình: sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng, chúng kết dính vào các hạt, khi lực nổi của tập hợp các bong khí đủ lớn sẽ kéo các hạt lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại tạo ra lớp bọt chứa hàm lượng các chất bẩn cao hơn trong chất lỏng ban đầu

-Với các hạt rắn kị nước: khi bóng khí dính chặt vào các hạt sẽ tạo ra một đường bọc lấy bền ngoài pha rắn lỏng làm kích thước hạt tăng lên nhưng khối lượng riêng hạt giảm đi sẽ nổi lên trên

…

Trang 26

3 Phương pháp hóa lý trong xử lý nước thải (tiếp)

a Phương pháp tuyển nổi (tiếp)

-Tác nhân tuyển nổi: không khí được sử dụng phổ biến nhất

+Tuyển nổi bằng khí hòa tan: sục không khí vào ở áp suất cao, sau đó giảm áp

+Tuyển nổi bằng không khí: sục khí ở áp suất thông thường

+Tuyển nổi chân không: bão hòa không khí ở áp suất khí quyển, sau đó thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không

-Ưu điểm: có thể tách hoàn toàn các hạt nhỏ nhẹ khi hạt nổi thành váng trên bề mặt

và được thu gom bằng bộ phận vớt bọt Chi phí đầu tư vận hành không lớn, thiết bị đơn giản, hiệu suất tách cao, bùn có độ ẩm thấp

-Ứng dụng: trong xử lý nước thải công nghiệp chế biến lương thực thực phẩm, dầu

mỏ, sợi tổng hợp, giấy, da…

Trang 27

b Phương pháp đông tụ- keo tụ

-Chất ô nhiễm thường ở dưới dạng keo, để tách ra cần tăng kích thước và khối lượng riêng của hạt bằng cách lien kết thành tập hợp hạt

-Lắng trọng lực: trung hòa điện tích các hạt keo, sau đó liên kết các hạt keo trung hòa lại với nhau

-Quá trình đông tụ: quá trình trung hòa các hạt keo

-Quá trình keo tụ: quá trình lien kết các hạt keo với nhau tạo thành hạt lớn hơn.-Hai quá trình trên luôn luôn đi liền với nhau và dung hóa chất làm tác nhân đông keo tụ

-VD: Phèn nhôm Al2(SO4)3.18H2O→hòa tan tốt, rẻ, hiệu quả cao

Phèn sắt Fe2(SO4)3.2H2O, FeSO4.7H2O, FeCl3→khả năng keo tụ tốt ở

nhiệt độ thấp, dải pH rộng, kích thước keo lớn, có thể khử được mùi vị, tuy nhiên sinh màu do có sắt

-Để tăng hiệu quả keo tụ cho thêm chất trợ keo (chất hữu cơ tổng hợp, diosilic xSiO2.H2O)

Trang 28

c Phương pháp hấp phụ

-Là phương pháp giữ chất hòa tan trên bề mặt chất rắn

-Chất hấp phụ là chất rắn (than hoạt tính, oxit Al, chất tổng hợp, tro, xỉ, mạt sắt, đất sét…)

-Chất bị hấp phụ thường là các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học hoặc xử lý cục bộ nằm trong pha lỏng

-Hiệu suất quá trình phụ thuộc: nồng độ, bản chất, cấu trúc chất tan, nhiệt độ nước thải, đặc tính chất hấp phụ

-Tái sinh chất hấp phụ: khi nó đạt đến độ bão hòa

-Ứng dụng: tách chất hữu cơ (phenol, Alkyl benzene,…), chất hoạt động bề mặt (sunfonic axit…), thuốc nhuộm hữu cơ, các hóa chất thơm

Trang 29

d Phương pháp trao đổi ion

-Là quá trình ion nằm trên bề mặt của pha rắn sẽ trao đổi với các ion cùng điện tích trong nước khi xảy ra quá trình tiếp xúc

-Chất trao đổi ion: ionit, là các chất rắn, vô cơ hoặc là hữu cơ

-Chất trao đổi ion là các hợp chất tự nhiên: Zeolit tự nhiên, khoáng, đất sét,

Na2OAlO3nSiO2.mH2O, [Ca5(PO4)]F, hidroxit apatit [Ca3(PO4)2]OH

-Chất trao đổi ion tổng hợp: hidroxit kim loại (Al2O3, Ca2O3…), hữu cơ (R.SO3H, R-COOH,…)

-Tái sinh: anionit bằng dung dịch kiềm, cationit bằng dung dịch axit

Trang 30

d Phương pháp trao đổi ion (tiếp)

-Ứng dụng: tách kim loại nặng như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Mn, Cd và các á kim như CN, AsO33+, PO43-, các chất phóng xạ…

Chất trao đổi ion tổng hợp:

- Hidorxit kim loại: Al2O3, Cr2O3, Zi

- Hữu cơ: R.SO3, H, R-COOH, R(OH), R-PO3H

R-SO3H + M+  R-SO3-Me + H+

Chất rắn Tan trong nước

Trang 31

d Phương pháp trao đổi ion (tiếp)

Sau một thời gian các ionit sẽ bão hoà, cần được tái sinh, các catrionit bằng dung dịch axit và các anont bằng dung dịch kiềm Trao đổi ion làm sạch nước thải khỏi cacs kim loại nặng như: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Mn, Cd, cũng như tách các ánh kim: CN, , , các chất phóng xạ

e Phương pháp màng

Màng là một pha có vai tro ngăn cách giữa các pha khác nhau, mà có thể là một chất rắn, keo trương nổi, chất lỏng Các quá trình tách chất hợp tan trong nước bằng màng gồm:

- Phương pháp thẩm thấu ngược (Reurve Osmosis)

- Phương pháp siêu lọc (Utia filtration)

- Thẩm tách, điện thẩm tách

Trang 32

d Phương pháp thẩm thấu ngược

Màng Màng

- Tách hạt có khối lượng phân tử thấp, P thẩm thấu cao

- Siêu lọc: Tách chất P thẩm thấu nhỏ, hạt có khối lượng phân tử cao > 500

- (3): Tách Anon, cation nhỏ

Trang 33

4 Phương pháp hoá học

a Phương pháp trung hoà

Đưa PH của nước thải về 6,5  8,5: khoảng pH thích hợp cho quá trình xử lý tiếp hoặc trước khi thải  Nguồn tiếp H

Gồm:

- Trộn nước thải có tính axit với nước thải có tính kiềm ((PH<5) – (PH>8))

- Bổ sung các chất hoá học vào nước để điều chỉnh PH của nước thải axit: NaOH, KOH, Na2CO3, NH3.H2O, Ca(OH)2, Dolomit (CaCO3.MgCO3)

- Nước thải kiềm: H2SO4, HCl, CO2

- Cho nước thải chảy qua vật liệu lọc có khả năng trung hòa nước axit, đưa quá đá vôi, tro, xỉ, xi măng

- Trung hoà bằng khí: Nước thải có tính kiềm: Sục HSO2, NOx, HCl

Nước thải có tính axit: Sục NH3

Trang 34

4 Phương pháp hoá học (tiếp)

b Phương pháp oxi hoá khử

Dùng các chất có oxi hoá_khử chuyển chất trong nước thải  Các chất ít độc hơn, tách ra khỏi nước

Tiêu đề	Chương IV: Công nghệ xử lý nước và nước thải
Tác giả	Nhóm tác giả
Người hướng dẫn	GS.TS Đặng Kim Chi
Trường học	Viện KH & CN Môi trường – ĐH Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Công nghệ môi trường
Thể loại	Giảng bài
Năm xuất bản	2009
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	62
Dung lượng	795,5 KB