tìm hiểu phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí

Trong quá trình sinh hoạt hàng ngày của người dân, một lượng nước thải sinh hoạt không nhỏ chưa được xử lý đã được thải ra môi trường dẫn đến tình trạng ô nhiễm mùi và hàm lượng chất hữu

Trang 1

Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS Hoàng Hưng

Để hoàn thành bài đồ án tốt nghiệp này em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy Hoàng Hưng, là người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp

Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn giúp

đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập cũng như thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này

Cuối cùng, em xin chúc toàn thể các thầy cô, gia đình và bạn bè luôn mạnh khỏe, hạnh phúc và thành công

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM ngày 4 tháng 7 năm 2011 Sinh viên thực hiện

Cao Thế Hiển

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Là sinh viên năm cuối của trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ, nay được vinh

dự làm bài Khóa Luận Tốt Nghiệp để hoàn tất chương trình học của mình và ra trường

Em rất tự hào khi mình là người được thực hiện bài khóa luận này, do đó em thấy mình phải có trách nhiệm thực hiện tốt bài khóa luận này, em xin cam đoan không sao chép nội dung bài khóa luận của người khác dưới bất kỳ hình thức nào Những số liệu và nội dung trong bài làm này đều được cho phép thu thập một cách trung thực

Vì những lý do trên, em thấy mình phải có trách nhiệm thực hiện đúng với những

gì đã cam đoan như trên, thực hiện đúng và không có bất cứ sai phạm gì

TP.HCM ngày 4 tháng 7 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Cao Thế Hiển

Trang 3

MỤC LỤC

Lời cảm ơn I Lời cam đoan II Mục lục III Danh mục các chữ viết tắt IX Danh mục các bảng X Danh mục các hình XI Tài liệu tham khảo XIII

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Lý do hình thành đề tài 1

1.2 Mục tiêu nghiê cứu 2

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1 Tổng quan về nước thải 4

2.1.1 Khái niệm về nước thải và sự ô nhiễm nước 4

2.1.2 Phân loại nước thải 7

2.1.2.1 Nước thải sinh hoạt 7

2.1.2.2 Nước thải công nghiệp 10

2.1.2.3 Nước thải là nước mưa 11

2.1.3 Các chất gây nhiễm bẩn nước 12

2.2 Thành phần lý hoá học của nước thải 13

2.2.1 Tính chất vật lý 13

2.2.3 Tính chất hoá học 13

Trang 4

2.3 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải 15

2.3.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 16

2.3.1.1 Thiết bị chắn rác 16

2.3.1.2 Thiết bị nghiền rác 17

2.3.1.3 Bể điều hòa 17

2.3.1.4 Bể lắng cát 17

2.3.1.5 Quá trình lắng 18

2.3.1.6 Quá trình lọc 18

2.3.1.7 Quá trình tuyển nổi 18

2.2.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý và hoá học 19

2.2.2.1 Quá trình keo tụ, tạo bông 19

2.2.2.2 Phương pháp trung hoà 20

2.2.2.3 Phương pháp hấp phụ 21

2.2.2.4 Phương pháp trích ly 21

2.2.2.5 Phương pháp trao đổi ion 21

2.2.2.6 Phương pháp xử lý bằng màng 22

2.2.2.7 Khử khuẩn 22

2.2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 23

2.2.3.1 Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc 23

2.2.3.2 Cánh đồng tưới nông nghiệp 23

2.2.3.3 Hồ sinh học 24

2.2.3.4 Bể lọc sinh học 24

2.2.3.5 Bể xử lý sinh học bằng quá trình bùn hoạt tính (aerotank) 25

2.2.3.6 Bể UASB 25

2.2.3.7 Bể lên men có thiết bị trộn và có bể lắng riêng (ANALIFT) 25

2.4 Vai trò của phương pháp sinh học hiếu khí trong quá trình xử lý nước thải 26

Trang 5

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG

XỬ LÝ NƯỚC THẢI

3.1 Nguyên tắc chung của quá trình 28

3.2 Vi sinh vật trong quá trình xử lý nước thải 29

3.3 Quá trình sinh trưởng của tế bào vi sinh vật 30

3.3.1 Sinh thái, sinh lý vi sinh vật 30

3.3.2 Phân loại vi sinh vật 34

3.3.2.1 Vi khuẩn 41

3.3.2.2 Eukarya (Sinh vật nhân thực) 45

3.3.2.3 Archaea (cổ khuẩn) 51

3.4 sự tăng trưởng của tế bào vi sinh vật 51

3.4.1 Nuôi cấy tỉnh/ nuôi cấy mẻ 52

3.4.2 Nuôi cấy lien tục/ dòng liên tục 54

3.5 Chỉ thị vi sinh vật trong các công trình xử lý nước thải 55

3.5.1 Vi sinh vật len men kỵ khí 55

3.5.2 Vi sinh vật len men hiếu khí 56

3.5.2.1 Tác nhân sinh trưởng lơ lửng 56

3.5.2.2 Tác nhân sinh trưởng bám dính 58

3.5.3 Vi sinh vật trong các hồ ổn định 63

3.6 Ứng dụng 64

3.6.1 Thực phẩm 64

3.6.2 Nông nghiệp 64

3.6.3 Khai thác nguyên liệu 64

3.6.4 Bảo vệ môi trường 65

Trang 6

Khố luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS Hồng Hưng

CHƯƠNG 4: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG VI SINH VẬT

TRONG ĐIỀU KIỆN HIẾU KHÍ

4.1 Mơ tả quá trình 66

4.2 Hố sinh học của quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí 67

4.2.1 Giai đoạn thuỷ phân (phân huỷ ngoại bào) 67

4.2.2 Giai đoạn oxy hố 69

4.3 Vi sinh vật học của quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí 70

4.3.1 Các nhĩm vi sinh vật chủ yếu trong giai đoạn thuỷ phân 70

4.3.2 Các nhĩm vi sinh vật oxy hố cơ chất .74

4.3.3 Một số vi sinh vật chỉ thị trong các cơng trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí 76

4.4 Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong nước thải trong điều kiện hiếu khí 79

4.4.1 Lượng Oxy hoà tan trong nước 79

4.4.2 Thành phần dinh dưỡng đối với vi sinh vật 79

4.4.3 Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ có trong nước thải 80 4.4.4 Các chất có độc tính ở trong nước thải ức chế đời sống vi sinh vật 81

4.4.5 pH của nước thải 81

4.4.6 Nhiệt độ 81

4.4.7 Nồng độ các chất lơ lửng ở dạng huyền phu 81

4.5 Động học của quá trình phân huỷ chất hữu cơ tronbg nước thải trong điều kiện hiếu khí 82

Trang 7

Khố luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS Hồng Hưng

4.5.1 Chất nền – Giới hạn của tăng trưởng 82

4.5.2 Sự tăng trưởng tế bào và sử dụng chất nền 83

4.5.3 Ảnh hưởng của hơ hấp nội bào 84

4.5.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ 85

4.6 Các dạng cơng nghệ sinh học hiếu khí 85

4.6.1 Bùn hoạt tính 85

4.6.1.1 Khuấy trộn hồn tồn 94

4.6.1.2 Dịng chảy nút (Bể bùn hoạt tính cấp khí giảm dần) 95

4.6.1.3 Thổi khí nhiều bậc (Bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc) 95

4.6.1.4 Mương oxy hĩa 97

4.6.1.5 Thiết bị khí nâng (Airlift reactor) 100

4.6.1.6 Tăng trưởng hiếu khí của sinh khối trong các tháp kín A – B (Aerobic growth of biomass in packed towers) 103

4.6.1.7 Bể hiếu khí gián đoạn - SBR (Sequencing Batch Reactor) 104

4.6.1.8 Unitank 107

4.6.2 Lọc sinh học 109

4.6.2.1 RBC (Roltating Biological Contactor - Đĩa quay sinh học) 111

4.6.2.2 Lọc nhỏ giọt 112

4.6.2.3 Lọc sinh học ngập nước (đệm cố định, đệm giãn nở) 114

4.7 Các thơng số tính tốn cơng trình xử lý 115

4.8 Một số vấn đề cần lưu ý khi vận hành hệ thống xử lý nước thải trong điều kiện hiếu khí 118

4.8.1 Những vấn đề trong phân tích bùn hoạt tính 118

4.8.1.1 Sự cố 118

4.8.1.2 Cách khắc phục: 122

4.8.2 Những vấn đề trong quá trình xử lý nước thải .122

Trang 8

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận 124 5.2 Kiến nghị 125

Trang 9

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DO (Dissolved Oxygen): oxy hoà tan

BOD (Biochemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy sinh hoá

COD (Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hoá học

TOC: Cacbon hữu cơ toàn phần hay tổng cacbon hữu cơ

AND: deoxyribonucleic acid

ARN: ribonucleic acid

ATP: adenosine – 5’- triphosphate

SVI (Sludge Volume Index): Chỉ số thể tích bùn

STT: số thứ tự

GDP (Gross Domestic Product): Tổng sản lượng nội địa

Trang 10

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Tải lượng ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt 8

Bảng 2.2: Thành phần trung bình của nước thải sinh hoạt 8

Bảng 2.3: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải của một số ngành công nghiệp 10

Bảng 3.1: so sánh 3 lĩnh giới vi sinh vật 38

Bảng 3.2: Một số giống chính vi khuẩn và chức năng của chúng 62

Bảng 4.1: Tóm tắy nguyên nhân và hậu quả của nhựng sự cố trong bùn hoạt tính

120

Trang 11

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1: tỉ lệ giũa các loại nước trên thế giới (liêm 1990) 6

Hình 3.1: Kích thước các loài vi sinh vật 31

Hình 3.2: Tích một số loài vi khuẩn đầu tiên 34

Hình 3.3: Hệ thống phân loại 5 giới sinh vật 35

Hình 3.6: Hệ thống 3 lĩnh giới (Domain) 38

Hình 3.7: Hình dạng của một số loài vi khuẩn 42

Hình 3.8: Pseudomonas (Hidratcacbon, phản nitrat hoá) 44

Hình 3.9: Desulfovibrio (Khử sulfat, khử nitrat) 44

Hình 3.10: Bacillus (Phân huỷ hidratcacbon, protein) 44

Hình 3.11: Nitrosomonas (Nitrit hoá) 44

Hình 3.12: Microthrix parvicella 45

Hình 3.13: Zoogloea .45

Hình 3.14: Một số động vật nguyên sinh trong xử lý nước thải 46

Hình 3.15: Amoeba 47

Hình 3.16: Peritrichia (Chúng có mao) 47

Hình 3.17: Carchesium Polypinum 47

Hình 3.18: Vorticella Convallaria 48

Hình 3.19: Holotrichate (chủng có mao) 48

Hình 3.20: Sphearotilus natans 49

Hình 3.21: Một số hình dạng của Virus 50

Hình 3.22: Đường cong sinh trưởng của vi sinh 52

Hình 4.1: Tiến trình thuỷ phân của vi sinh vật trong nước thải 68

Hình 4.2: Tiến trình oxy hoá sinh học của vi khuẩn 70

Trang 12

Hình 4.3: Sơ đồ hệ thống xử lý hiếu khí nước thải 87

Hình 4.4: Bể bùn hoạt tính 88

Hình 4.5: Bể bùn hoạt tính tiếp xúc - ổn định 90

Hình 4.6: Hệ thống bể bùn hoạt tính thông khí kéo dài 91

Hình 4.7: Bể Aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh 92

Hình 4.8: Aerotank là việc với khí nén là oxy 93

Hình 4.9: Bể bùn hoạt tính chọn lọc 93

Hình 4.10: Bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn 94.95 Hình 4.11: Hệ thống bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc 95.96 Hình 4.12: Mương oxy hóa 97

Hình 4.13: Các mương oxy hóa cơ bản 97.98 Hình 4.14: Dạng mặt bằng các mương oxy hóa 99

Hình 4.15: Mô hình thiết bị khí nâng 101

Hình 4.16: Mô hình quá trình lắng đọng và mật độ các hạt bùn trong bể phản ứng 102

Hình 4.17: Tăng trưởng hiếu khí của sinh khối trong các tháp kín A – B (Aerobic growth of biomass in packed towers) 103

Hình 4.18: Các bước xử lý trong chu kỳ hoạt động của hệ thống SBR 105

Hình 4.19: Bể SBR 106

Hình 4.20: Sơ đồ hoạt động của Unitank 108

Hình 4.21: Cấu tạo màng sinh học 110

Hình 4.22: Lọc sinh học 111

Hình 4.23: Đĩa quay sinh học 112

Hình 4.24: Thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt quay 113

Hình 4.25: Bể biophin thông khí 114

Trang 13

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT

1 Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thuỳ Dương – 2003 – Công nghệ sinh học môi

trường - Tập 1 – Công nghệ xử lý nước thải – Nhà xuất bản Đại học Quốc gia

TP Hồ Chí Minh

2 Lương Đức Phẩm – 2003 – Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học –

Nhà xuất bản Giáo dục

3 Nguyễn Văn Phước – 2007 – Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp

bằng phương pháp sinh học – Nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội

4 Lâm Vĩnh Sơn – 2008 – Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Trường Đại học

Kỹ thuật Công nghệ TP Hồ Chí Minh

5 Nguyễn Tiến Thắng, Nguyễn Đình Huyên – 1998 – Giáo trình sinh hoá hiện đại

– Nhà xuất bản Giáo dục

Trang 14

Trang 15

Khoá Luận Tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Hoàng Hưng

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

Việt Nam là một nước đang phát triển Công nghiệp hóa - hiện đại hóa được xem như chìa khóa để phát triển đất nước Hiện nay với hơn 800.000 cơ sở sản xuất công nghiệp và gần 70 khu chế xuất, khu công nghiệp tập trung đã đóng góp một phần lớn vào GDP của đất nước Bên cạnh sự phát triển của các ngành kinh tế, sự phồn vinh của đất nước thì vấn đề luôn đi kèm với sự phát triển là ô nhiễm môi trường, một vấn đề nhức nhối và chưa được quan tâm đúng mức Các chất thải đủ loại của các ngành công nghiệp với hàm lượng cao của các chất độc hại, các chất hữu cơ và kim loại nặng được

xả thẳng ra môi trường đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời hệ sinh thái cũng như sức khỏe con người

Ngoài ra, nước ta cũng là một quốc gia có tỉ lệ tăng dân số cao trong khu vực và trên thế giới Trong quá trình sinh hoạt hàng ngày của người dân, một lượng nước thải sinh hoạt không nhỏ chưa được xử lý đã được thải ra môi trường dẫn đến tình trạng ô nhiễm mùi và hàm lượng chất hữu cơ cao

Do đó, vấn đề được đặt ra là làm thế nào để giảm bớt nồng độ ô nhiễm của nước thải đến mức độ cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam trước khi thải ra môi trường Vì vậy, xử lý nước thải là một việc làm rất cần thiết và cấp bách Thực tế là trong số các biện pháp kiểm soát ô nhiễm, xử lý nước thải đã và đang được coi là biện pháp chủ lực

Có nhiều phương pháp xử lý nước thải khác nhau như: phương pháp cơ học, phương pháp hoá học, phương pháp nhiệt…nhưng phương pháp luôn được hướng tới trong các nghiên cứu và ứng dụng là xử lý sinh học, do công nghệ đơn giản, chi phí vận hành thấp nhờ dựa vào tác nhân chủ đạo là các vi sinh vật Cho đến nay người ta đã xác định được rằng các vi sinh vật có thể phân huỷ được tất cả các chất hữu cơ có trong thiên

Trang 16

nhiên và nhiều hợp chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo Vì vậy, việc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là một bước cực kì quan trọng và cần thiết trong tất cả các hệ thống xử lý nước thải nói chung Trong đó việc sử dụng các vi sinh vật hiếu khí để xử

lý nước thải là phương pháp phổ biến nhất trong các công trình xử lý hiện nay

Tuy phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí là rất phổ biến và đã được nghiên cứu nhiều nhưng các tài liệu liên quan còn khá phân tán, rải rác, khó nắm bắt tổng thể Từ những băn khoăn trên và để góp phần làm rõ thêm về vai trò của các loại vi sinh vật trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, đồ án tốt nghiệp với đề tài: “ Bước đầu xây dựng cơ sở tài liệu lý thuyết cho phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí” đã ra đời

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Bước đầu xây dựng cơ sở tài liệu lý thuyết cho phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí nhằm giảm thiểu ô nhiễm các chất hữu cơ trong nước thải gây ra cho môi trường

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu về nước thải và các phương pháp xử lý nước thải nói chung

- Tổng quan về các phương pháp sinh học trong xử lý nước thải

- Xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí: các biến đổi hoá sinh học và vi sinh học, động học của quá trình, các thông số ảnh hưởng, các dạng công trình xử lý vi sinh hiếu khí

Trang 17

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Thu thập, sắp xếp và tổng hợp những tài liệu cần thiết có liên quan đến đề tài thành một hệ thống logic và hoàn chỉnh

Trang 18

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI

VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI

2.1.1 Khái niệm về nước thải và sự ô nhiễm nước

- Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng cho tất cả các sinh vật trên trái đất Nếu không có nước thì chắc chắn không có sự sống xuất hiện, thiếu nước thì cả nền văn minh hiện nay cũng không tồn tại được Từ xưa, con người đã biết đến vai trò quan trọng của nước; các nhà khoa học cổ đại đã coi nước là thành phần cơ bản của vật chất

và trong quá trình phát triển của xã hội loài người thì các nền văn minh lớn của nhân loại đều xuất hiện và phát triển trên lưu vực của các con sông lớn như: nền văn minh Lưỡng Hà ở Tây Á nằm ở lưu vực hai con sông lớn là Tigre và Euphrate (thuộc Irak hiện nay); nền văn minh Ai Cập ở hạ lưu sông Nil; nền văn minh sông Hằng ở Ấn Ðộ; nền văn minh Hoàng Hà ở Trung Quốc; nền văn minh sông Hồng ở Việt Nam

- Nước đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình diễn ra trong tự nhiên và trong cuộc sống của con người Từ 3.000 năm trước Công Nguyên, người Ai Cập đã biết dùng

hệ thống tưới nước để trồng trọt và ngày nay con người đã khám phá thêm nhiều khả năng của nước đảm bảo cho sự phát triển của xã hội trong tương lai: nước là nguồn cung cấp thực phẩm và nguyên liệu công nghiệp dồi dào, nước rất quan trọng trong nông nghiệp, công nghiệp, trong sinh hoạt, thể thao, giải trí và cho rất nhiều hoạt động khác của con người Ngoài ra nước còn được coi là một khoáng sản đặc biệt vì nó tàng trữ một nguồn năng lượng lớn và lại hòa tan nhiều vật chất có thể khai thác phục vụ cho nhu cầu nhiều mặt của con người Trong công nghiệp, người ta sử dụng nước làm nguyên liệu và nguồn năng lượng, làm dung môi, làm chất tải nhiệt và dùng để vận chuyển nguyên vật liệu

Trang 19

- Nước bao phủ 71% diện tích của quả đất trong đó có 97% là nước mặn, còn lại là nước ngọt Nước giữ cho khí hậu tương đối ổn định và pha loãng các yếu tố gây ô nhiễm môi trường, nó còn là thành phần cấu tạo chính yếu trong cơ thể sinh vật, chiếm từ 50%-97% trọng lượng của cơ thể, chẳng hạn như ở người nước chiếm 70% trọng lượng cơ thể và ở Sứa biển nước chiếm tới 97% Trong 3% lượng nước ngọt có trên quả đất thì có khoảng hơn 3/4 lượng nước mà con người không sử dụng được vì nó nằm quá sâu trong lòng đất, bị đóng băng, ở dạng hơi trong khí quyển và ở dạng tuyết trên lục điạ chỉ có 0, 5% nước ngọt hiện diện trong sông, suối, ao, hồ mà con người đã và đang sử dụng Tuy nhiên, nếu ta trừ phần nước bị ô nhiễm ra thì chỉ có khoảng 0,003%

là nước ngọt sạch mà con người có thể sử dụng được và nếu tính ra trung bình mỗi

n g ư ờ i đ ư ợ c cung cấp 879.000 lít nước ngọt đ ể s ử d ụ n g Nước tự nhiên là nước

mà chất lượng và số lượng của nó được hình thành dưới ảnh hưởng của các quá trình tự nhiên không có sự tác động của con người Tùy theo độ khoáng, nước chia ra làm: nước ngọt (lượng muối < 1g/l), nước lợ (10 - 50 g/l) và nước muối (> 50 g/l) Nước ngọt chia làm: nước khoáng ít (đến 200mg/l), khoáng trung bình (200 - 500mg/l), nước khoáng cao (từ 500 - 1000 mg/l)

- Nước thải là nước đã dùng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy qua vùng đất ô nhiễm Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được chia thành nước thải sinh hoạt, nước khí quyển và nước thải công nghiệp

Trang 20

Hình 2.1 tỉ lệ giũa các loại nước trên thế giới (liêm 1990)

- Nước thải sinh hoạt: là nước nhà tắm, giặt, hồ bơi, nhà ăn, nhà vệ sinh, nước rửa

sàn nhà Chúng chứa khoảng 58% chất hữu cơ và 42% chất khoáng đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là hàm lượng cao các chất hữu cơ không bền sinh học (như cacbonhydrat, protein, mỡ); chất dinh dưỡng (photphat, nitơ); vi trùng; chất rắn và mùi

- Nước khí quyển: được hình thành do mưa và chảy ra từ đồng ruộng Chúng bị ô

nhiễm bởi các chất vô cơ và hữu cơ khác nhau Nước trôi qua khu vực dân cư, khu sản xuất công nghiệp, có thể cuốn theo chất rắn, dầu mỡ, hóa chất, vi trùng Còn nước chảy ra từ đồng ruộng mang theo chất rắn, thuốc sát trùng, phân bón

Trang 21

- Nước thải công nghiệp: xuất hiện khi khai thác và chế biến các nguyên liệu hữu cơ và

vô cơ Trong các quá trình công nghệ các nguồn nước thải là:

a Nước hình thành do phản ứng hóa học (chúng bị ô nhiễm bởi các tác chất và các sản phẩm phản ứng)

b Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất ban đầu, được tách ra trong qua trình chế biến

c Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm, thiết bị

d Dung dịch nước cái

e Nước chiết, nước hấp thụ

f Nước làm nguội

g Các nước khác như: nước bơm chân không, từ thiết bị ngưng tụ hòa trộn, hệ thống thu hồi tro ướt, nước rửa bao bì, nhà xưởng, máy móc

2.1.2 Phân loại nước thải

2.1.2.1 Nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân…Chúng chứa khoảng 58% chất hữu cơ và 42% chất khoáng Ngoài ra, trong nước thải sinh hoạt còn chứa nhiều loài vi sinh vật gây bệnh và các độc tố của chúng, phần lớn là các virus, vi khuẩn gây bệnh…,và chúng thường chứa các thành phần dinh dưỡng rất cao Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là hàm lượng cao các chất hữu cơ không bền sinh học (hydratcarbon, protein, mỡ), chất dinh dưỡng (photphat, nitơ), vi trùng, chất rắn và mùi Nước thải sinh hoạt thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ và các công trình công cộng khác Lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước

Trang 22

Bảng 2.1 Tải lượng ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt

Chỉ tiêu ô nhiễm Hệ số tải lượng

Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:

- Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh

- Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh họat : cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà

Bảng 2.2 Thành phần trung bình của nước thải sinh hoạt

Mức độ ô nhiễm STT Các chất có trong nước thải (mg/l)

Trang 23

- Nước thải sinh họat chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngòai ra còn

có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh họat bao gồm các hợp chất như protein (40 – 50%); hydrat cacbon (40 - 50%) gồm tinh bột, đường và xenlulo, và các chất béo (5 -10%) Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh họat dao động trong khỏang 150 –450% mg/l theo trọng lượng khô Có khỏang 20 – 40% chất hữu cơ khó phân hủy sinh học Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh họat không được xử

lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

- Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức sống

và các thói quen của người dân, có thể ước tính bằng 80% lượng nước được cấp Giữa lượng nước thải và tải trọng chất thải của chúng biểu thị bằng các chất lắng hoặc BOD5 có 1 mối tương quan nhất định

- Nước thải sinh hoạt có hàm lượng các chất dinh dưỡng khá cao, đôi khi vượt cả yêu cầu cho quá trình xử lý sinh học

Trang 24

- Một tính chất đặc trưng nữa của nước thải sinh hoạt là không phải tất cả các chất hữu cơ đều có thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật và khoảng 20-40% BOD thoát ra khỏi các quá trình xử lý sinh học cùng với bùn

2.1.2.2 Nước thải công nghiệp

Là lọai nước thải sau quá trình sản xuất, có thành phần và tính chất phức tạp hơn so với nước thải sinh hoạt và phụ thuộc vào loại hình công nghiệp Đặc tính ô nhiễm và nồng độ của nước thải công nghiệp rất khác nhau phụ thuộc vào lọai hình công nghiệp

Trang 25

và lưu lượng nước thải trong sản xuất phụ thuộc vào nhiều yếu tố Lưu lượng nước thải của các xí nghiệp công nghiệp được xác định chủ yếu bởi đặc tính sản phẩm được sản xuất

- Thành phần nước thải sản xuất rất đa dạng, thậm chí ngay trong một ngành công nghiệp, số liệu cũng có thể thay đổi đáng kể do mức độ hoàn thiện của công nghệ sản xuất hoặc điều kiện môi trường

2.1.2.3 Nước thải là nước mưa

- Đây là lọai nước thải sau khi mưa chảy tràn trên mặt đất và lôi kéo theo các chất cặn

bã, dầu mỡ,… khi đi vào hệ thống thóat nước

- Những nơi có mạng lưới cống thoát riêng biệt: mạng lưới cống thoát nước thải riêng với mạng lưới cống thoát nước mưa Nước thải đi về nhà máy xử lý gồm: nước sinh hoạt, nước công nghiệp và nước ngầm thâm nhập, nếu sau những trận mưa lớn không

có hiện tượng ngập úng cục bộ, nếu có nước mưa có thể tràn qua nắp đậy các hố ga chảy vào hệ thống thoát nước thải Lượng nước thâm nhập do thấm từ nước ngầm và nước mưa có thể lên tới 470m3/ha.ngày

- Nơi có mạng cống chung vừa thoát nước thải vừa thoát nước mưa Đây là trường hợp hầu hết ở các thị trấn, thị xã, thành phố của nước ta Lượng nước chảy về nhà máy gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước ngầm thâm, và một phần nước mưa

Trang 26

- Trong những tác động mạnh nhất của mưa đến môi trường nước là hiện tượng mưa acid Mưa acid là sự lắng tụ các chất khí tạo ra acid như CO2, SOx NOx Cl2…bởi tuyết, sương mù, bụi và các tác nhân gây sự lắng đọng khác từ không khí Tác động dễ nhận thấy sau những trận mưa acid là làm chua đất, chua nước Ảnh hưởng rất xấu đất khu

hệ sinh vật đất và khu hệ sinh vật nước

2.1.3 Các chất gây nhiễm bẩn nước

- Các yếu tố vật lý: nhiệt độ cao hay thấp, pH, biến đổi màu nước

- Các yếu tố hóa học: các chất hữu cơ, vô cơ, các hợp chất chứa nitơ, hợp chất chứa photpho và các kim loại nặng

+ Các chất hữu cơ khó phân hủy: thuộc các chất hữu cơ có vòng thơm, các chất đa vòng ngưng tụ, các hợp chất clo hữu cơ,…Chúng tồn tại lâu dài trong môi trường và

cơ thể sinh vật gây độc tích lũy Hàm lượng các chất này trong nguồn nước tự nhiên rất thấp

+ Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy: là các hợp chất protein, hydratcacbon, chất béo có nguồn gốc động vật và thực vật Đây là các chất gây ô nhiễm chính có nhiều trong nước thải sinh hoạt, từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm Các chất này chủ yếu làm suy giảm các chất hòa tan trong nước

+ Các kim loại nặng: hầu hết các kim loại nặng đều có độc tính cao đối với người và động vật Trong nước thải công nghiệp thường chứa các kim loại nặng là chì, thủy ngân, crom, cadimi, asen…

+ Các ion vô cơ: các ion vô cơ có nồng độ cao trong nước tự nhiên, đặc biệt là nước biển Trong nước thải có một lượng khá lớn các hợp chất vô cơ tùy thuộc vào các nguồn nước thải

- Các yếu tố sinh học: virus, vi khuẩn gây bệnh, vi nấm nguyên sinh động vật, các loài giun sán

Trang 27

2.2 THÀNH PHẦN LÝ HÓA HỌC CỦA NƯỚC THẢI

Nước thải chứa rất nhiều loại hợp chất khác nhau, với số lượng và nồng độ cũng thay đổi rất khác nhau Có thể phân loại tính chất nước thải như sau:

2.2.1 Tính chất vật lý

Tính chất vật lý của nước thải được xác định dựa trên các chỉ tiêu: màu sắc, mùi, nhiệt

độ và lưu lượng (dòng chảy)

- Màu: nước thải mới có màu hơi nâu sáng, tuy nhiên nhìn chung màu nước thải

thường là màu xám có vẩn đục Màu sắc của nước thải sẽ bị thay đổi đáng kể nếu như

nó bị nhiễm khuẩn, khi đó nước thải sẽ có màu đen tối

- Mùi: mùi có trong nước thải sinh hoạt là do có khí sinh ra từ quá trình phân hủy

các hợp chất hữu cơ hay do có một số chất được đưa thêm vào trong nước thải Nước thải sinh hoạt thông thường có mùi mốc, nhưng nếu nước thải bị nhiễm khuẩn thì nó sẽ chuyển sang mùi trứng thối do sự tạo thành H2S trong nước

- Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nhiệt độ của nguồn nước

sạch ban đầu, bởi vì có sự gia nhiệt vào nước từ các đồ dùng trong gia đình và các máy móc thiết bị công nghiệp Tuy nhiên, chính những dòng nước thấm qua đất và lượng nước mưa đổ xuống mới là nhân tố làm thay đổi một cách đáng kể nhiệt độ của nước

- Lưu lượng: thể tích thực của nước thải cũng được xem là một trong những đặc tính

vật lý của nước thải, có đơn vị là m3/người.ngày Hầu hết các thiết bị xử lý được thiết kế để

xử lý nước thải có lưu lượng 0,378 – 0,756 m3/người.ngày Vận tốc dòng chảy luôn thay đổi trong ngày

2.2.2 Tính chất hóa học

- Các thông số mô tả tính chất hóa học thường là: số lượng các chất hữu cơ, chất vô

cơ và chất khí Để đơn giản hơn, ta có thể xác định tính chất hóa học của nước thải thông qua các thông số: độ kiềm, BOD, COD, các chất khí hòa tan, các hợp chất Nito, pH, P, các chất rắn (hữu cơ, vô cơ, huyền phù và không tan), và nước

Trang 28

- Độ kiềm: đặc trưng cho khả năng trung hòa axit, thường là độ kiềm bicarbonate,

carbonate, và hydroxide Độ kiềm thực chất là môi trường đệm (để giữ pH trung tính) của nước thải trong suốt quá trình xử lý sinh hóa

- Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): dùng để xác định lượng chất bị phân hủy sinh hóa

trong nước thải, thường được xác định sau 5 ngày ở nhiệt độ 20oC BOD5 trong nước thải sinh hoạt thường nằm trong khoảng 100 – 300mg/l

- Nhu cầu oxy hóa học (COD): dùng để xác định lượng chất bị oxy hóa trong nước

thải COD thường nằm trong khoảng 200 – 500 mg/l Tuy nhiên, trong nước thải công nghiệp, nồng độ này có thể gia tăng một cách đáng kể

- Các chất khí hòa tan: đây là những khí có thể hòa tan được trong nước thải Nước

thải công nghiệp thường có nồng độ oxy tương đối thấp

- Hợp chất chứa N: số lượng và các loại hợp chất chứa N sẽ thay đổi trong từng

dạng nước thải khác nhau (nước thải chưa xử lý và nước thải sau xử lý ở dòng ra) N thường đi kèm vòng tuần hoàn oxy hóa và nồng độ của nó sẽ giảm dần Phần lớn N chưa được xử lý trong nước thải sẽ chuyển sang dạng N hữu cơ hay N-NH3 Nồng độ N trong nước thải thường là 20 – 85 mg/l; trong đó N hữu cơ thường ở khoảng 8 – 35 mg/l, còn nồng độ N-NH3 thường từ 12 – 50 mg/l

- pH: đây là cách để nhanh chóng phát hiện tính axit của nước thải Giá trị pH dao

động trong khoảng từ 1 – 14 Để xử lý nước thải một cách có hiệu quả thì pH chỉ nên nằm trong khoảng 6,5 – 9 (lý tưởng hơn là từ 6,5 – 8)

- Phospho: đây là nhân tố cần thiết cho hoạt động sinh hóa, nhưng chỉ nên hiện diện

với một lượng tối thiểu, hoặc sẽ được loại bỏ sau quá trình xử lý bậc hai Số lượng P dư thừa có thể gây rối dòng chảy và làm tăng trưởng quá mức các loại tảo Nồng độ P thường trong khoảng 6 – 20 mg/l Quá trình loại bỏ hợp chất photphat trong các chất tẩy rửa có ảnh hưởng quan trọng đến khối lượng P trong nước thải

- Các chất rắn: hầu hết các chất ô nhiễm trong nước thải có thể được xem là các

chất rắn Mục đích của việc xử lý nước thải là nhằm loại bỏ các chất rắn hoặc

Trang 29

chuyển chúng sang dạng ổn định hơn và dễ xử lý Các chất rắn có thể được phân loại dựa vào thành phần hóa học của chúng (hữu cơ hay vô cơ), hoặc bởi các đặc tính vật

lý (có thể lắng đọng, nổi trên mặt nước, hay ở dạng keo) Nồng độ tổng các chất rắn trong nước thải thường dao động trong khoảng 350 – 1200 mg/l

+ Các chất rắn hữu cơ: bao gồm C, H, O, N, và có thể được chuyển thành CO2 và H2O khi cháy ở nhiệt độ 550oC

+ Các chất rắn vô cơ: thường không bị ảnh hưởng bởi sự cháy

+ Các chất rắn lơ lửng: loại chất rắn này thường bị giữ lại bởi các bể lọc đệm vật liệu xơ,

và có thể được phân loại nhỏ hơn như: tổng các chất răn lơ lửng (TSS), các chất rắn lơ lửng

dễ bay hơi (VSS), và các chất rắn lơ lửng cố định Ngoài ra chúng còn được phân loại thành 3 thành phần dựa vào khả năng lắng đọng: các chất rắn có khả năng lắng đọng, các chất rắn nổi trên mặt và dạng keo Tổng hàm lượng các chất rắn lơ lửng trong nước thải thường từ 100 – 350 mg/l

+ Các chất rắn tan: loại chất rắn này sẽ đi qua được các bể lọc đệm vật liệu xơ, và cũng được phân loại thành: tổng hàm lượng các chất rắn tan được (TDS), các chất rắn tan dễ bay hơi, và các chất rắn tan cố định Tổng hàm lượng các chất rắn tan được nằm trong khoảng 250 – 850 mg/l

- Nước: luôn là thành phần cấu tạo chính của nước thải Trong một số trường hợp, nước

có thể chiếm đến từ 99,5% - 99,9% trong nước thải (thậm chí ngay cả trong nước thải ô nhiễm nặng nhất thì hàm lượng các chất bẩn cũng chỉ chiếm 0,5%; còn đối với nguồn nước thải được xem là sạch nhất thì nồng độ này là 0,1%)

Các loại nước thải đều chứa các tạp chất gây nhiễm bẩn có tính chất rất khác nhau:

từ các loại chất rắn không tan, đến các loại chất khó tan và những hợp chất tan trong nước Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch lại nước và có thể đưa nước

Trang 30

đổ vào nguồn hoặc đưa tái sử dụng Để đạt được những mục đích đó chúng ta thường dựa vào những đặc điểm của từng loại tạp chất để lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp

Thông thường có các phương pháp xử lý nước thải như sau:

- Xử lý bằng phương pháp cơ học

- Xử lý bằng phương pháp hoá lý và hoá học

- Xử lý bằng phương pháp sinh học

2.3.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

Quá trình xử lý cơ học thường được áp dụng ở giai đoan đầu của quá trình xử lý nước thải hay còn gọi là quá trình xử lý sơ bộ hay là quá trình tiền xử lý Qúa trình này dùng để loại bỏ các tạp chất không tan có trong nước thải, bao gồm các tạp chất vô cơ

và hữu cơ có trong nước Nó là một bước đệm nhằm đảm bảo tính an toàn cho các công trình và thiết bị của các quá trình xử lý tiếp theo của hệ thống xử lý nước thải

Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học có nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiên tuỳ theo thành phần và tính chất nước thải xử lý mà các công trình sau đây có thể áp dụng:

2.3.1.1 Thiết bị chắn rác

Thiết bị chắn rác có thể là song chắn rác hoặc lưới chắn rác, có chức năng chắn giữ những rác bẩn thô (giấy, rau, cỏ, rác…), nhằm đảm bảo đảm cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định Song và lưới chắn rác được cấu tạo bằng các thanh song song, các tấm lưới đan bằng thép hoặc tấm thép có đục lỗ… tùy theo kích cỡ các mắt lưới hay khoảng cách giữa các thanh mà ta phân biệt loại chắn rác thô, trung bình hay rác tinh

Thiết bị chắn rác thường đặt trước hệ thống xử lý nước thải hoạc có thể đặt trước miệng xả của nhà máy sản xuất

Lưới chắn rác thường đặt nghiêng một góc 45 - 60º so với phương thẳng đứng, khe rộng mắt lưới thường 10 - 20mm

Trang 31

Theo cách thức làm sạch thiết bị chắn rác ta có thể chia làm 2 loại: loại làm sạch bằng tay, loại làm sạch bằng cơ giới

2.3.1.2 Thiết bị nghiền rác

Là thiết bị có nhiệm vụ cắt và nghiền vụn rác thành các hạt, các mảnh nhỏ lơ lửng trong nước thải để không làm tắc ống, không gây hại cho bơm Trong thực tế cho thấy việc sử dụng thiết bị nghiền rác thay cho thiết bị chắn rác đã gây nhiều khó khăn cho các công đoạn xử lý tiếp theo do lượng cặn tăng lên như làm tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và các thiết bị làm thoáng trong các bể (đĩa, lỗ phân phối khí và dính bám vào các tuabin… Do vậy phải cân nhắc trước khi dùng

2.3.1.3 Bể điều hòa

Là đơn vị dùng để khắc phục các vấn đề sinh ra do sự biến động về lưu lượng và tải lượng dòng vào, đảm bảo hiệu quả của các công trình xử lý sau, đảm bảo đầu ra sau

xử lý, giảm chi phí và kích thước của các thiết bị sau này

Có 2 loại bể điều hòa:

− Bể điều hòa lưu lượng

− Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng

Các phương án bố trí bể điều hòa có thể là bể điều hòa trên dòng thải hay ngoài dòng thải xử lý Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảm đáng kể dao động thành phần nước thải đi vào các công đoạn phía sau, còn phương án điều hòa ngoài dòng thải chỉ giảm được một phần nhỏ sự dao động đó Vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử lý, và phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom cũng như đặc tính của nước thải

2.3.1.4 Bể lắng cát

Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặmg như: cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại, tro, than vụn… nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý sau

Bể lắng cát thường đặt sau song chắn rác và đặt trước bể điều hoà lưu lượng

Trang 32

− Bể lắng đợt 1: Được đặt trước công trình xử lý sinh học, dùng để tách các chất rắn,

chất bẩn lơ lửng không hòa tan

− Bể lắng đợt 2: Được đặt sau công trình xử lý sinh học dùng để lắng các cặn vi sinh,

bùn làm trong nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận

Căn cứ vào chiều dòng chảy của nước trong bể, bể lắng cũng được chia thành các loại giống như bể lắng cát ở trên: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng tiếp tuyến (bể lắng radian)

2.3.1.6 Quá trình lọc

Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải,

mà các bể lắng không thể loại được chúng Người ta tiến hành quá trình lọc nhờ các vật liệu lọc, vách ngăn xốp, cho phép chất lỏng đi qua và giữ các tạp chất lại

Vật liệu lọc được sử dụng thường là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi, thậm chí cả than nâu, than bùn hoặc than gỗ Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa phương

Có nhiều dạng lọc: lọc chân không, lọc áp lực, lọc chậm, lọc nhanh, lọc chảy ngược, lọc chảy xuôi…

2.3.1.7 Quá trình tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng Trong một số trường hợp

Trang 33

quá trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt Quá trình như vậy được gọi là quá trình tách hay lám đặc bọt

Trong xử lý nước thải về nguyên tắc tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất

lơ lửng và làm đặc bùn sinh học

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là không khí) vào trong pha lỏng Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo các hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu

Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ nhẹ, lắng chậm trongthời gian ngắn

2.3.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý và hoá học

Bản chất chung của quá trình xử lý hoá lý và hoá học là áp dụng các quá trình vật lý

và hoá học để loại bớt các chất ô nhiễm mà không thể dung phương pháp cơ học loại

bỏ được

Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng hoá học diễn ra giữa các chất ô nhiễm

và các hoá chất thêm vào Các phương pháp thường được sử dụng là oxy hoá và trung hoà Đi đôi với các phương pháp này còn kèm theo các quá trình kết tủa và nhiều hiện tượng khác

Các công trình tiêu biểu của phương pháp này bao gồm:

2.3.2.1 Quá trình keo tụ, tạo bông

Quá trình keo tụ tạo bông được ứng dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và các hạt keo có kích thước rất nhỏ Các chất này tồn tại ở dạng khuếch tán và không thể loại bỏ bằng quá trình lắng vì tốn rất nhiều thời gian Để tăng hiệu quả lắng, giảm bớt thời gian lắng của chúng thì ta nên thêm vào nước thải một số hoá chất như phèn nhôm, phèn sắt, polymer… các chất này có tác dụng kết dính các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỉ trọng lớn hơn nên sẽ lắng nhanh hơn

Trang 34

Trong khi tiến hành quá trình keo tụ, tạo bông cần chú ý:

- pH của nước thải

- Bản chất của hệ keo

- Sự có mặt của các ion trong nước

- Thành phần của các chất hữu cơ trong nước

- Nhiệt độ

Các phương pháp keo tụ có thể là keo tụ bằng chất điện li, keo tụ bằng hệ keo ngược dấu trong quá trình xử lý nước thải bằng chất keo tụ, sau khi kết thúc giai đoạn thuỷ phân các chất keo tụ (phèn nhôm, phèn sắt, phèn kép), giai đoạn tiếp theo là giai đoạn hình thành bông cặn Để cho quá trình tạo bông cặn diễn ra thuận lợi người ta xây dựng các bể phản ứng đáp ứng các chế độ khuấy trộn Bể phản ứng theo chế độ khuấy trộn được chia làm 2 loại: thuỷ lực và cơ khí Thông thường, sau khi diễn ra quá trình keo tụ tạo bông, nước thải sẽ được đưa qua bể lắng để tiến hành loại bỏ các bông cặn có kích thước lớn mới được hình thành

Phương pháp keo tụ có thể làm trong nước và khử màu nước thải vì sau khi tạo bông cặn, các bông cặn lớn lắng xuống thì những bông cặn này có thể kéo theo các chất phân tán không tan gây ra màu

2.3.2.2 Phương pháp trung hoà

Nước thải sản xuất của nhiều ngành công nghiệp có thể chứa axit hoặc kiềm Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và để tránh cho quá trình sinh hóa ở các công trình làm sạch và nguồn nước không bị phá hoại, ta cần phải trung hòa nước thải Trung hòa còn nhằm mục đích tách loại một số ion kim loại nặng ra khỏi nước thải Mặt khác muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về 6.6 - 7.6

Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hòa dịch nước thải

Ngoài ra, có thể tận dụng nước thải có tính acid trung hòa nước thải có tính kiềm hoặc ngược lại

Trang 35

2.3.2.3 Phương pháp hấp phụ

Hấp phụ là phương pháp tách các chất hữu cơ và khí hoà tan ra khỏi nước thải bằng cách tập trung các chất đó trên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ) hoặc bằng cách tương tác giữa các chất bẩn hoà tan với các chất rắn (hấp phụ hoá học)

Hấp phụ có thể diễn ra ở bề mặt biên giới giữa hai pha lỏng và khí, giữa pha lỏng

và pha rắn Khả năng hấp phụ chất bẩn trong nước thải phụ thuộc vào điều kiện nhiệt

độ Nhiệt độ thấp quá trình hấp phụ xảy ra mạnh nhưng nếu quá cao thì có thể diễn ra quá trình khứ hấp phụ Chính vì vậy người ta dùng nhiệt độ để phục hồi khả năng hấp phụ của các hạt rắn khi cần thiết

Những chất hấp phụ có thể là : than hoạt tính, silicagel, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi ion, cacbon sunfua, than nâu, than bùn, than cốc, đôlômit, cao lanh, tro và các dung dịch hấp phụ lỏng Bông cặn của những chất keo tụ (hydroxit của kim loại) và bùn hoạt tính từ bể aeroten cũng có khả năng hấp phụ

2.3.2.4 Phương pháp trích ly

Trích ly là phương pháp tách các chất bẩn hoà tan ra khỏi nước thải bằng dung môi nào đó nhưng với điều kiện dung môi đó không tan trong nước và độ hoà tan chất bẩn trong dung môi cao hơn trong nước

Kỹ thuật trích ly có thể tiến hành như sau : cho dung môi vào trong nước thải và trộn đều cho tới khi đạt trạng thái cân bằng Tiếp đó cho qua bể lắng Do sự chênh lệch

về trọng lượng riêng nên hỗn hợp sẽ phân ra hai lớp và để tách biệt chúng ra bằng phương pháp cơ học

2.3.2.5 Phương pháp trao đổi ion

Phương pháp trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất này gọi là ionit (chất trao đổi ion) Chúng hoàn toàn không tan trong nước

Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để xử lý nước thải khỏi các kim loại như

Zn, Cu, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn,… cũng như các hợp chất của Asen, Photpho, Xyanua và

Trang 36

chất phóng xạ Phương pháp này được dùng phổ biến làm mềm nước, loại ion Ca+2 và

2.3.2.6 Phương pháp xử lý bằng màng

Màng được định nghĩa là một pha đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau

Nó có thể là chất rắn, hoặc một gel (chất keo) trương nở do dung môi hoặc thậm chắ cả một chất lỏng Việc ứng dụng màng để tách các chất, phụ thuộc vào độ thấm của các hợp chất đó qua màng

Các kỹ thuật như điện thẩm tắch, thẩm thấu ngược, siêu lọc và các quá trình týõng

tự khác ngày càng đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải

2.3.2.7 Khử khuẩn

Dùng các hoá chất có tắnh độc đối với vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun sánẦđể làm sạch nước, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh để đổ vào nguồn hoặc tái sử dụng Khử khuẩn có thể dùng hoá chất hoặc các tác nhân vật lý như ozon, tia tử ngoại

Hoá chất sử dụng để khử khuẩn phải đảm bảo có tắnh độc đối với vi sinh vật trong một thời gian nhất định, sau đó phải được phân huỷ hoặc bay hơi, không còn dư lượng gây độc cho người sử dụng hoặc vào các mục đắch sử dụng khác

Các chất khử khuẩn hay dùng nhất là khắ hoặc nước clo, nước javen, vôi clorua, các hipoclorit, cloramin BẦĐây là các hợp chất của clo, đảm bảo là những chất khử khuẩn đáp ứng được các yêu cầu trên, đồng thời cũng là các chất oxi hoá

Trong quá trình xử lý nước thải, công đoạn khử khuẩn thường được đặt ở cuối quá trình trước khi làm sạch nước triệt để và chuẩn bị đổ vào nguồn

Trang 37

2.3.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải, có khả năng phân hoá những hợp chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hoá và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước

Có 2 loại công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học:

- Điều kiện tự nhiên: bao gồm các công trình: cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc, cánh đồng tưới nông nghiệp, hồ sinh học

- Điều kiện nhân tạo: có thể chia thành 2 loại:

+ Phương pháp xử lý sử dụng vi sinh vật hiếu khí: các vi sinh vật hoạt động trong điều kiện môi trường được cung cấp oxi liên tục, gồm các công trình như: bể lọc sinh học, bể aerotank…

+ Phương pháp xử lý sử dụng vi sinh vật kị khí: các vi sinh vật hoạt động trong điều kiện môi trường không có oxi, gồm các công trình như bể UASB, bể UAF…

2.3.3.1 Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc

Trong nước thải sinh hoạt chứa một hàm lượng N, P, K khá đáng kể Như vậy, nước thải là một nguồn phân bón tốt có lượng N thích hợp với sự phát triển của thực vật

Để sử dụng nước thải làm phân bón, đồng thời giải quyết xử lý nước thải theo điều kiện tự nhiên người ta dùng cánh đồng tưới công cộng và cánh đồng lọc

Cánh đồng tưới, bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi có độ dốc tự nhiên, cách xa khu dân cư về cuối hướng gió Xây dựng ở những nơi đất cát, á cát, cũng có thể ở nơi đất á sét, nhưng với tiêu chuẩn tưới không cao và đảm bảo đất có thể thấm kịp

2.3.3.2 Cánh đồng tưới nông nghiệp

Từ lâu người ta cũng đã nghĩ đến việc sử dụng nước thải như nguồn phân bón để tưới lên các cánh đồng nông nghiệp ở những vùng ngoại ô

Theo chế độ nước tưới người ta chia thành 2 loại:

Trang 38

- Thu nhận nước thải quanh năm

- Thu nước thải theo mùa

Trước khi đưa vào cánh đồng , nước thải phải được xử lý sơ bộ qua song chắn rác,

bể lắng cát hoặc bể lắng Tiêu chuẩn tưới lấy thấp hơn cánh đồng công cộng và có ý kiến chuyên gia nông nghiệp

2.3.3.3 Hồ sinh học

Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxy hóa, hồ ổn định nước thải,… Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác

Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ tối ưu Nhiệt độ không được thấp hơn 6ºC

Hồ sinh học dùng xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá trình làm sạch của hồ

Ngoài việc xử lý nước thải còn có nhiệm vụ:

+ Nuôi trồng thuỷ sản

+ Nguồn nước để tưới cho cây trồng

+ Điều hoà dòng chảy

Có các loại hồ sinh học sau đây:

+ Bể lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước

+ Bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước

+ Bể lọc sinh học có lớp vật liệu là các hạt cố định

Trang 39

+ Đĩa quay sinh học RBC

2.3.3.5 Bể xử lý sinh học bằng quá trình bùn hoạt tính (aerotank)

Là bể chứa hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính, khí được cấp liên tục vào bể để trộn đều và giữ cho bùn ở tình trạng lơ lửng trong nước thải và cấp đủ oxi cho vi sinh vật oxy hoá chất hữu cơ có trong nước thải

Vị trí của bể aerotank là sau bể lắng 1 và trước bể lắng 2

Nguyên tắc hoạt động: nước thải sau khi qua bể lắng 1 có chứa các chất hữu cơ hoà tan và chất lơ lửng đi vào bể aerotank, tại đây các vi khuẩn và vi sinh vật trong bể chuyển hoá các chất hữu cơ phức tạp này thành các chất đơn giản hơn là các chất trơ không hoà tan và thành các tế bào mới

Có 2 quá trình sinh hoá xảy ra trong bể aerotank là:

+ Quá trình tăng sinh khối của vi sinh vật

+ Quá trình hoạt động của enzyme hay quá trình chuyển hoá vật chất hữu cơ có trong nước thải ở các bể aerotank

2.3.3.6 Bể UASB

Nước thải sau khi điều chỉnh pH và dinh dưỡng được dẫn vào đáy bể và nước thải

đi lên qua nền bùn rồi tiếp tục vào bể lắng đặt cùng với bể phản ứng Khí metan tạo ra

ở giữa lớp bùn Hỗn hợp khí lỏng và bùn làm cho bùn tạo thành dạng hạt lơ lửng Với quy trình này bùn tiếp xúc được nhiều với chất hữu cơ và quá trình phân huỷ xảy ra tích cực Các loại khí tạo ra trong điều kiện kị khí sẽ tạo ra dòng tuần hoàn cục bộ, giúp việc hình thành những hạt bùn hoạt tính và giữ cho chúng ổn định Bọt khí và hạt bùn có khí bám vào sẽ nổi lên trên bể Khi va phải lớp lưới chắn phía trên các bọt khí

sẽ vỡ và hạt bùn được tách ra và lắng xuống Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lửng, vận tốc dòng hướng lên phải ở khoảng 0.6-0.9m/h

2.3.3.7 Bể lên men có thiết bị trộn và có bể lắng riêng (ANALIFT)

Công trình gồm một bể phản ứng và một bể lắng riêng biệt với một thiết bị điều chỉnh bùn tuần hoàn Giữa 2 thiết bị chính có đặt một thiết bị khử khí để loại khí tắc trong các cục vón

Trang 40

Bể phản ứng có lớp chống ăn mòn ở phía trong, có lớp cách nhiệt để duy trì nhiệt

độ mong muốn Khuấy trộn bằn cách bơm khí vào bình chứa làm bằng vật liệu không

Hiệu quả của phương pháp: loại bỏ được BOD5 tới 80-95%, COD từ 65-90%

2.2 VAI TRÒ CỦA PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC HIẾU KHÍ TRONG QUÁ

TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Trong quá trình xử lý nước thải, nước thải được xử lý qua nhiều giai đoạn và được

sử dụng bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó, mỗi phương pháp giúp loại bỏ một loại chất thải khác nhau:

các loại tạp chất rắn có kích cỡ lớn có trong nước thải, bao gồm các tạp chất vô cơ và hữu cơ có trong nước thải như rơm cỏ, gỗ mẩu, bao bì, giấy, cát sỏi, dầu mỡ… Ngoài

ra còn có các hạt lơ lửng ở dạng huyền phù khó lắng Nó là một bước đệm nhằm đảm bảo tính an toàn cho các công trình và thiết bị của các quá trình xử lý tiếp theo của hệ thống xử lý nước thải

- Quá trình xử lý hoá học: là sử dụng hoá chất giúp loại bỏ các loại vật chất lơ lửng

phân tán rất nhỏ, hệ keo mà phương pháp xử lý cơ học không thể loại bỏ được hết Ngoài ra còn giúp chuyển dịch pH nước thải về pH trung tính và làm lắng các muối kim loại nặng để tách chúng ra khỏi nước thải

Tuy nhiên, nếu các hợp chất hữu cơ trong nước thải được xử lý bằng phương pháp hoá học thì chi phí xử lý sẽ rất lớn và lại gây ra một số vấn đề về môi trường vì khi đó

Định dạng
Số trang	140
Dung lượng	3,27 MB