Nước ngọt: 2,7% bao gồm: giữ lại ở dạng băng 77,2%; nước ngầm/đất 22,4%; hồ/đầm 0,35%; khí quyển 0,04%; và 0,01% còn lại trong sông suối; Nước được phân bố rộng rãi trên trái đất qua hệ
Trang 1Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 NƯỚC VÀ SỰ Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC
Nước trong tự nhiên và các mục đích sử dụng
Nước là nguồn gốc của sự sống, là môi trường trong đó diễn ra các quá trình sống
do khả năng hòa tan cao nên nước là môi trường hòa tan và vận chuyển hiệu quả các chất dinh dưỡng tới các mô và các cơ quan của cơ thể sống cũng như thải bỏ các chất thải của các cơ quan này Trong môi trường tự nhiên, nước là môi trường hòa tan các chất tan và vận chuyển các chất tan trong sinh quyển
Theo thống kê hiện nay tổng trữ lượng nước tự nhiên trên trái đất là 1.386 triệu
km3 trong đó
Nước biển: 97,3%
Nước ngọt: 2,7% bao gồm: giữ lại ở dạng băng (77,2%); nước ngầm/đất (22,4%); hồ/đầm (0,35%); khí quyển (0,04%); và 0,01% còn lại trong sông suối;
Nước được phân bố rộng rãi trên trái đất qua hệ thống kênh rạch, sông ngòi, biển
và trong các tầng đất, và được con người sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như: giao thông vận chuyển; tưới tiêu trong nông nghiệp; làm thủy điện; cung cấp nước cho sinh hoạt, nguyên liệu và các tác nhân trong công nghiệp; làm phương tiện sinh hoạt giải trí,…
Khai thác và ô nhiễm nguồn nước
Như đã trình bày ở trên, nguồn nước trong tự nhiên được khai thác và sử dụng cho rất nhiều mục đích khác nhau, tùy theo mục đích khai thác sử dụng mà có thể gây ô nhiễm nguồn nước ví dụ việc giao thông vận tải gây ô nhiễm xăng dầu cho nguồn nước, quá trình tưới tiêu làm cho nguồn nước ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật, hợp chất nitơ,… tuy nhiên trong giới hạn của môn học, sẽ tập trung vào xem xét việc khai thác nguồn nước cho sinh hoạt và công nghiệp Sơ đồ khai thác nguồn nước cho sinh hoạt và công nghiệp được trình bày trong hình 1.1
Hình 1.1 Chu trình của nước (Nguồn: www.wwtlearn.org.uk-modified 03/2007)
Khai thác xử lý và phân phối Thu gom xử lý và thải trở lại;
Làm sạch tự nhiên trong sông hồ; Lặp lại sơ đồ ở điểm khác
Trang 2Chu trình cho thấy việc khai thác và sử dụng nguồn nước phục vụ cho mục đích sinh hoạt hay công nghiệp, thì sau khi sử dụng nước thải từ các hoạt động này sẽ quay ngược lại nguồn khai thác, điều này dẫn đến kết quả là làm thay đổi chất lượng của nguồn nước như
Làm thay đổi pH của nước do ô nhiễm bởi H2SO4, HNO3 từ khí quyển và nước thải công nghiệp;
Gia tăng hàm lượng các ion Ca2+, Mg2+, Si4+ trong nước ngầm và nước sông;
Gia tăng hàm lượng các ion kim loại nặng (Zn, Cr, Ni, Pb, Hg, As.) và các anion PO42-, NO3-, NO2-,… trong nước tự nhiên từ nước thải công nghiệp
Làm tăng hàm lượng muối trong nước mặt và nước ngầm từ nước thải, khí quyển
và chất thải rắn;
Gia tăng hàm lượng các hợp chất hữu cơ như chất hoạt động bề mặt, thuốc bảo vệ thực vật, dầu,…;
Giảm hàm lượng oxy trong nước tự nhiên do quá trình oxy hóa chất hữu cơ;
Giảm độ trong suốt của nước
Nước tự nhiên bị nhiễm các đồng vị phòng xạ
Việc thải nước chưa xử lý hoặc xử lý không triệt để sẽ làm gia tăng ô nhiễm nguồn nước, vì vậy nếu không có các biện pháp quản lý phù hợp thì sẽ làm nguồn nước ô nhiễm nghiêm trọng và có thể dẫn đến không còn nguồn nước sạch để con người khai thác để phục vụ cho nhu cầu của mình
1.2 PHÂN LOẠI
Nước thải là chất thải lỏng được thải ra từ quá trình sản xuất, dịch vụ, cuộc sống hàng ngày hoặc từ các hoạt động khác
Với định nghĩa như trên, nước thải có thể được phân chia thành các loại như sau
Nước thải sinh hoạt: hộ gia đình, khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại,…
Nước thải công nghiệp: từ các nhà máy, khu công nghiệp,…
Nước thải tự nhiên: nước mưa
Nước thải đô thị: hỗn hợp các loại nước thải trên
Trong đó
Nước thải sinh hoạt: là nước phát sinh từ nhà tắm, giặt, hồ bơi, nhà ăn, nhà vệ
sinh, nước rửa sàn nhà,…Thành phần chủ yếu là chất hữu cơ (chiếm khoảng 58%), phần còn lại là chất khoáng (chiếm 42%) Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là có hàm lượng cao các chất hữu cơ không bền sinh học (như hydratcac bon, protein,…); chất dinh dưỡng (photphat, nitơ); vi trùng; chất rắn và mùi
Nước chảy tràn: là nước mưa chảy tràn qua đô thị, công nghiệp và ruộng đồng.
Tùy thuộc vào địa bàn nước chảy qua mà tính chất nước có thể rất khác nhau Ví dụ nước mưa chảy qua các khu vực bị ô nhiễm có thể chứa các chất ô nhiễm do quá trình rửa trôi, hay nước chảy qua đồng ruộng sẽ có chứa các thành phần Nitơ, phospho và thuốc bảo vệ thực vật,… Mặc dù thành phần ô nhiễm trong nước này không cao, tuy nhiên khi hoạch
2
ThS Nguyễn Ngọc Châu - draft 2 -2011
Trang 3định một chiến lược quản lý nguồn nước, nhà quản lý cũng cần quan tâm đến các nguồn nước này vì đây cũng là nguồn làm ô nhiễm nguồn nước
Nước thải công nghiệp: từ khai thác và chế biến các nguyên liệu hữu cơ và vô cơ.
Nước hình thành do phản ứng hóa học, đối với nước này thường chứa các chất phản ứng và sản phẩm của quá trình phản ứng;
Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất ban đầu, được tách ra trong quá trình chế biến;
Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm và thiết bị;
Dung dịch nước cái;
Nước chiết, nước hấp thụ;
Nước làm nguội và nước giải nhiệt: dùng làm nguội các sản phẩm lỏng và khí trong thiết bị truyền nhiệt hay làm nguội máy ;
Nước công nghệ: chia làm 03 loại
Nước tạo môi trường: dùng để hòa tan và hình thành bùn khi làm giàu và chế biến quặng, vận chuyển sản phẩm và chất thải sản xuất
Nước rửa: dùng để rửa các sản phẩm khí, lỏng, rắn
Nước phản ứng có trong thành phần tác chất phản ứng
Các loại nước khác như: nước từ các hệ thống xử lý khí thải; nước từ thiết bị ngưng
tụ, nước rửa bao bì, nước vệ sinh nhà xưởng,…
Nước thải công nghiệp thường có lưu lượng lớn và có nồng độ các chất ô nhiễm cao Tuy nhiên thành phần của nước thải công nghiệp rất khác nhau tùy thuộc vào ngành nghề và công nghệ sản xuất, vì vậy để có thể nắm rõ lưu lượng và thành phần cần phải nắm rõ các thông tin về ngành nghề và công nghệ của đối tượng cần xem xét
1.3 LƯU LƯỢNG VÀ ĐẶC TÍNH NƯỚC THẢI
1.3.1 Lưu lượng và các phương pháp xác định
1.3.1.1Lưu lượng
Nước thải sinh hoạt là nước thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt
của cộng đồng: tắm, giặt giũ, vệ sinh cá nhân,… Thường lượng nước thải chiếm 65% đến 80% số lượng nước cấp đi qua đồng hồ các hộ dân, cơ quan, bệnh viện, trường học, khu thương mại, khu giải trí,…Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn tùy thuộc vào mức sống và thói quen của người dân; đồng thời cũng phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí hậu và thời gian trong ngày Lưu lượng thải từ một số nguồn sinh hoạt tại
Mỹ được trình bày trong bảng 1.1; 1.2 và 1.3
Bảng 1.1 Tiêu chuẩn thải nước từ các khu dịch vụ thương mại tại Mỹ
(đvt)
Lưu lượng (L/đvt.ngày)
Trang 43 Gara ô tô sửa xe Đầu xe 30 – 57 40
4 Quán bar/cocktail KháchNhân viên phục vụ 45 – 9538 – 60 8050
7
Khách sạn KháchNhân viên phục vụ 150 – 23030 – 57 19040
Nhà nghỉ không phục vụ ăn Khách 190 – 290 210
11 Nhà vệ sinh công cộng Người sử dụng 11 – 19 15 12
Nhà hàng có quầy
13 Trung tâm mua sắm Nhân viênKhu đậu xe 26 – 504 – 11 408
Nguồn: Metcalf & Eddy; 2003;
Bảng 1.2 Tiêu chuẩn thải nước từ các công sở tại Mỹ
Khoảng Đặc trưng
2 Bệnh viện
Giường bệnh 660 –
1500
1000
3 Các tổ chức khác bệnh viện
(nhà từ thiện, nhà dưỡng lão,…)
Nhân viên phục vụ 20 – 60 40
Nguồn: Metcalf & Eddy; 2003
Bảng 1.3. Tiêu chuẩn thải nước từ các khu giải trí tại Mỹ
(đvt)
Lưu lượng (L/đvt.ngày)
Nhân viên phục vụ 30 – 45 40
4
ThS Nguyễn Ngọc Châu - draft 2 -2011
Trang 54 Bể bơi Khách 19 – 45 40
5 Khu triển lãm, giải trí Khách tham quan 10 – 19 15
Nguồn: Metcalf & Eddy; 2003;
Nước thải công nghiệp có lưu lượng phụ thuộc vào quy mô, tính chất sản phẩm,
quy trình công nghệ và mức độ sử dụng nước của từng nhà máy Lưu lượng nước thải của một số ngành sản xuất được trình bày trong Bảng 1.4
Bảng 1.4 Lưu lượng nước thải của một số ngành công nghiệp
2 Tinh chế đường 1 tấn củ cải đường 10 – 20 m3
4 Nhà máy sản xuất đồ hộp rau quả 1 tấn sản phẩm 1,5 – 4,5 m3
Nguồn: Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga; 2006.
1.3.1.2Một số phương pháp xác định lưu lượng
Bằng thiết bị đo
Thông thường có thể xác định lưu lượng nước thải trên cơ sở số liệu ghi chép theo dõi sử dụng nước của từng thiết bị, từng công đoạn và của cả nhà máy Để đo lưu lượng nước thải các thiết bị đo được thiết kế sẵn thường được dùng để xác định Trong một số trường hợp không có sẵn các thiết bị đo có thể sử dụng các thiết bị tự chế hoặc trong điều kiện không thể sử dụng thiết bị đo có thể dùng một số phương pháp khác để xác định lưu lượng Phần dưới đây trình bày một số thiết bị đo và phương pháp xác định lưu lượng
Thiết bị đo dạng đập chắn cửa đa giác Thel-Mar
Là dụng cụ đo xách tay,
dùng để đo lưu lượng tại miệng
cống thải và cuối các đường ống
thải thiết bị được sản xuất kèm
các phụ kiện thuận tiện để lắp đặt
vào các đường kính ống có kích
thước từ 150 mm đến 410 mm
Máng đo có ưu điểm giá thành
thấp, dễ lắp đặt; có thể kết hợp
với các đập chắn tự tạo để đo lưu
lượng Tuy nhiên nhược điểm của
thiết bị là có độ hụt mực nước
cao, phải làm sạch định kỳ; không thích hợp với nước thải có chứa nhiều chất rắn và độ chính xác bị ảnh hưởng nếu vận tốc dòng vào lớn
Máng đo Parshall
Hình 1.2 Thiết bị đo Thel -Mar
Trang 6Thường được lắp đặt cố định vào dòng thải, ưu điểm của thiết bị là khả năng tự làm sạch cao thích hợp sử dụng đo lưu lượng nước thải có cặn lơ lửng cao, độ hụt mực nước tương đối thấp, độ chính xác ít bị ảnh hưởng bởi vận tốc dòng vào và thích hợp cho mọi dòng thải Tuy nhiên giá thành của máng đo Parshall khá cao và khó lắp đặt do yêu cầu kênh dẫn phải có phần trũng xuống Máng đo Parshall hiện nay được làm sẵn và bán trên thị trường với kích thước phần thu hẹp từ 2,54cm (1inch) đến 1524cm (50ft) Máng
đo Parshall với chiều rộng thu hẹp W = 2,54 cm có thể đo lưu lượng từ 8,49.10-4 m3/s = 3,056 m3/s (0.03 cfs) với tổn thất áp lực 0,06m; với máng đo có kích thước phần thu hẹp
1524cm có thể đo lưu lượng 84,9m3/s (3,000 cfs) tại tổn thất áp lực là 1,74m (5.7 ft)
Kích thước chuẩn của máng đo parshall có kích thước phần thu hẹp từ 0,3048 m đến 2,4384m được cho trong bảng sau
Tương ứng với các giá trị nêu trong
bảng, các kích thước còn lại như
sau
E = 91,44 cm, F = 60,96cm, G =
91,44 cm, K = 7,62cm, N =
22,86cm, X = 5,08 cm; Y =
7,62cm
Hình 1.3 Sơ đồ và mặt cắt của máng đo Parshall.
6
ThS Nguyễn Ngọc Châu - draft 2 -2011
Trang 7Để dòng chảy không bị ảnh hưởng chiều cao dòng chảy tự do và dòng chảy ngập phải tuân theo một số yêu cầu sau:
2,54cm < W < 7,62cm: dòng tự do Hb/Ha < 0.5; dòng chảy ngập Hb/Ha > 0.5 15,24cm < W < 22,86cm: dòng tự do Hb/Ha < 0.6; dòng chảy ngập Hb/Ha > 0.6 30,48cm < W < 243,84cm: dòng tự do Hb/Ha < 0.7; dòng chảy ngập Hb/Ha > 0.7 243,84cm < W < 1524cm: dòng tự do Hb/Ha < 0.8; dòng chảy ngập Hb/Ha > 0.8 Lưu lượng dòng thải được xác định theo công thức sau Q = CHa ,
n
a
H
C
Q
Q = lưu lượng dòng thải (ft3/s)
Ha = chiều cao mực nước trước phần thu hẹp (ft)
C và n là hằng số được tra trong bảng sau
10 ft 304,8 39,38 1,60
Dụng cụ đo lưu lượng theo nguyên lý cảm ứng từ Faraday
Dụng cụ này áp dụng nguyên lý khi có dòng chất lỏng chảy qua các đường sức của
từ trường của hai cuộn nam châm thì điện thế sẽ thay đổi Được sử dụng với ống thải tròn kín, chứa đầy nước và lưu lượng dòng chảy lớn Lưu lượng dòng chảy được xác định theo công thức sau
W
D
Q
4
2
Q = lưu lượng dòng thải (m3/s)
D = đường kính ống dẫn (m)
W = vận tốc dòng chảy (m/s) BD E
B = hằng số cảm ứng từ (V/s)
E = điện thế đo được (V), E ~ W
Hình 1.4 Thiết bị đo áp dụng nguyên lý cảm ứng từ Thiết bị đo lưu lượng tự tạo dạng đập chắn
Tùy theo hình dạng và mục đích sử dụng, thiết bị đo lưu lượng tự tạo dạng đập chắn được chia thành 03 loại
Trang 8Hình 1.5 Đập chắn hình chữ nhật không thu
hẹp dòng chảy
Đập chắn cửa chữ nhật không thu dòng
Đập chắn cửa chữ nhật có thu dòng
Đập chắn có khe hình chữ V
Trong ba loại nêu trên, đập chắn khe hình chữ V thích hợp sử dụng để đo lưu lượng thấp còn trong trường hợp lưu lượng dòng chảy lớn, sử dụng đập chắn hình chữ nhật thích hợp hơn
Đập chắn hình chữ nhật không thu hẹp dòng chảy
Loại đập này thích hợp cho việc
đo lưu lượng trên các kênh hở hình chữ
nhật có lưu lượng dao động trong
khoảng lớn, do đó được sử dụng đối
với các quy trình sản xuất thải ra nhiều
nước thải và dòng nước thải thường ở
mức cao nhất (dòng đầy tràn) trong
cống thải Lưu lượng dòng chảy không
áp của đập chắn hình chữ nhật không
thu dòng được tính theo công thức sau
5 , 1
.
.
Q
Q = lưu lượng dòng chảy (m3/h);
L = chiều dài gờ chắn (m);
H = chiều cao mực nước (m)
Đập chắn cửa chữ nhật có thu hẹp dòng chảy
Thích hợp sử dụng khi việc đo lưu lượng đòi hỏi chính xác hơn Lưu lượng dòng thải được xác định theo công thức sau
0 , 2 1 , 5
.
Q = lưu lượng dòng chảy (m3/h)
L = chiều dài gờ chắn (m)
H = chiều cao mực nước (m)
Đập chắn có khe hình chữ V
Dụng cụ này rất phù hợp trong
trường hợp lưu lượng dòng thải thấp, đặc
biệt là trong những trường hợp yêu cầu kết
quả đo có độ chính xác cao Các góc chữ
V thường được sử dụng là 22,5o, 30o, 45o,
60o, 90o và 120o, trong đó góc chữ V 90o
hay được sử dụng nhất trong trường hợp
8
ThS Nguyễn Ngọc Châu - draft 2 -2011
Hình 1.6 Đập chắn hình chữ nhật có thu hẹp dòng chảy
Hình 1.7 Đập chắn có khe hình chữ V
Trang 9lưu lượng nhỏ thì góc chữ V càng nhỏ càng cho kết quả có độ chính xác càng cao Lưu lượng dòng thải được xác định theo công thức tổng quát như sau
5
,
2
.H
K
Q
Q = lưu lượng dòng thải (m3/h)
K = hằng số phụ thuộc vào góc chữ V và hệ đơn vị đo
H = chiều cao mực nước trên đập chắn (m)
Bảng 1.5. Hằng số K theo góc chữ V
Stt Góc chữ V ( o ) Hằng số K Stt Góc chữ V ( o ) Hằng số K
Nguồn: Nguyễn Văn Kiết, Huỳnh Trung Hải, 2006
Phương pháp khác
Sử dụng thùng hoặc bể chứa
Phương pháp này sử dụng thùng chứa (đối với lưu lượng nhỏ) hoặc bể chứa để xác định lưu lượng, được áp dụng khi địa điểm khảo sát có sẵn các phương tiện trên
Cách tính
Trong trường hợp thùng chứa
V
Q
V = thể tích thùng chứa (m3)
= thời gian nước đầy thùng (h)
Đối với bể chứa
Khi xem xét bể chứa có kích thước BxLxH, với mức nước ban đầu là H0 (H0<H), theo thời gian đo chiều cao mực nước tại các thời điểm khác nhau Lưu lượng thải sẽ được xác định như sau
0
B
Q = lưu lượng dòng thải (m3/h)
B = chiều rộng của bể (m)
L = chiều dài của bể (m)
Trang 10Ht = chiều cao lớp nước tại thời điểm xem xét (m)
H0 = chiều cao lớp nước tại thời điểm ban đầu (m)
= thời gian (h)
Sử dụng vật nổi
Trong trường hợp không có dụng cụ đo và địa điểm
không có thùng chứa, có thể sử dụng vật nổi thả trôi
theo dòng nước trong mương thải để xác định Lưu
lượng nước thải được tính toán như sau
tb
W
A
A = tiết diện dòng chảy (m2)
Wtb = vận tốc trung bình của dòng chảy (m/h)
L
x
8
,
0
Với L = quãng đường xem xét (m)
= thời gian vật nổi đi hết quãng đường xem xét (giờ)
1.3.2 Đặc tính nước thải
1.3.2.1Các thông số nước thải cần quan tâm và thành phần nước thải
Trong xử lý nước thải, các thông số sau thường được phân tích nhằm đánh giá thành phần của nước thải (Bảng 6)
Bảng 1.6. Các thông số nước thải – mục đích sử dụng hoặc ý nghĩa của thông số
Các thông số này dùng để đánh giá khả năng tái sử dụng nước thải và để xác định công nghệ và chế độ vận hành thích hợp để xử lý
Tổng chất rắn dễ bay hơi TVS
Tổng chất rắn cố định TFS
Tổng chất rắn lơ lửng TSS
Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi VSS
Chất rắn lơ lửng cố định FSS
Tổng chất rắn hòa tan TDS (TS - TSS)
Chất rắn hòa tan dễ bay hơi VDS
Tổng chất rắn hòa tan cố định FDS
Chất rắn có thể lắng Sử dụng để xác định các chất rắn có thể lắng trọng lực trong một khoảng
thời gian nhất định Phân bố kích thước hạt PSD Để đánh giá hiệu quả của quá trình xửlý
10
ThS Nguyễn Ngọc Châu - draft 2 -2011
