Nghiên cứu sử dụng phương pháp keo tụ để xử lý COD của dịch thải từ công đoạn ủ hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme

1.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải [5] Các loại nước thải đều chứa các loại tạp chất gây nhiễm bẩn có tính chất rất khác nhau: từ các loại chất rắn không tan, đến các loại

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG

o0o

NGUYỄN THỊ NGỌC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐỂ

XỬ LÝ COD CỦA DỊCH THẢI TỪ CÔNG ĐOẠN Ủ HOA CÚC VẠN THỌ BẰNG VISCOZYME

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

GVHD: TS HOÀNG THỊ HUỆ AN

Nha Trang, tháng 07 năm 2013

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin cảm ơn đến Ban giám hiệu nhà trường và thầy cô giảng viên Viện Công nghệ sinh học và môi trường đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất, cung cấp cho tôi những kiến thức và kĩ năng cần thiết trong suốt thời gian học tập tại trường

Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm bộ môn hóa đã tạo điều kiện tốt nhất về dụng cụ và trang thiết bị trong quá trình tôi thực hiện đồ án tốt nghiệp

Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS Hoàng Thị Huệ An đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết giúp đỡ tôi trong việc nâng cao kiến

thức, rèn luyện kỹ năng thực hành và tạo mọi điều kiện về trang thiết bị, vật tư cho tôi tiến hành nghiên cứu

Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ và đóng góp cho tôi nhiều ý kiến quý báu trong suốt quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp này

Nha trang, tháng 6 năm 2013 Nguyễn Thị Ngọc

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về hoa cúc vạn thọ và enzyme Viscozyme 3

1.1.1 Phân loại và đặc điểm hình thái hoa cúc vạn thọ 3

1.1.2 Giới thiệu về enzyme Viscozyme 4

1.1.3 Quy trình xử lý hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme 5

1.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải 6

1.2.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 6

1.2.1.1 Song chắn rác 7

1.2.1.2 Lưới lọc 7

1.2.1.3 Lắng cát 7

1.2.1.4 Các loại bể lắng 8

1.2.1.5 Tách dầu mỡ 8

1.2.1.6 Lọc cơ học 8

1.2.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý và hóa học 10

1.2.2.1 Trung hòa 10

1.2.2.2 Phương pháp tuyển nổi 11

1.2.2.3 Phương pháp hấp phụ 13

1.2.2.4 Phương pháp trích ly 15

1.2.2.5 Phương pháp trao đổi 17

1.2.2.6 Phương pháp làm thoáng và chưng bay hơi 19

1.2.2.7 Phương pháp oxi khử 20

1.2.3 Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học 21

1.3 Lý thuyết về phương pháp keo tụ 24

1.3.1 khái niệm 24

1.3.2 Cơ chế đông tụ và keo tụ 24

1.3.3 Các chất keo tụ 26

1.3.3.1 Keo tụ với muối nhôm 26

1.3.3.2 Keo tụ với polyaluminium chlorid (PAC) 27

1.3.3.3 Keo tụ với muối sắt 28

1.3.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ 29

1.4 Giới thiệu một số công trình xử lý COD bằng phương pháp keo tụ 31

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Đối tượng nghiên cứu, hóa chất và dụng cụ 33

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 33

2.1.2 Hóa chất sử dụng 33

2.1.3 Thiết bị và dụng cụ 34

2.2 Cơ sở của quá trình tối ưu hóa theo phương án trực giao cấp hai 35

2.3 Phương pháp nghiên cứu 37

2.3.1 Phương pháp đo pH 37

2.3.2 Phương pháp đo độ đục 37

2.3.3 Phương pháp phân tích COD (TCVN 6491 – 1999) 37

2.3.4 Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng liều lượng và pH của các loại phèn đến hiệu suất xử lý COD 38

2.3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng PAC và pH đến hiệu suất xử lý COD 39 2.3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng phèn nhôm (Al2(SO4)3.18H2O) và pH đến hiệu suất xử lý COD 41

2.3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng phèn sắt Fe2(SO4)3.7H2O và pH đến hiệu suất xử lý COD 42

2.3.5 Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của thời gian lắng đến hiệu suất xử lý COD 44

2.3.6 Thiết kế thực nghiệm và tiến hành thí nghiệm tối ưu hóa 45

2.3.6.1 Thiết kế thực nghiệm tối ưu hóa 45

2.3.6.2 Tiến hành thí nghiệm tối ưu hóa 46

2.3.7 Tiến hành thí nghiệm Jartest 47

2.3.8 Phương pháp xử lý số liệu 48

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 49

3.1 Kết quả nghiên cứu các thông số đầu vào của nước thải 49

3.2 Kết quả nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng liều lượng và pH của các loại phèn đến

hiệu suất xử lý COD 49

3.2.1 kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều lượng PAC và pH đến hiệu suất xử lý COD 49

3.2.1.1 Kết quả thí nghiệm 1 49

3.2.1.2 Kết quả thí nghiệm 2 51

3.2.2 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều lượng phèn nhôm (Al2(SO4)3.18H2O) và pH đến hiệu suất xử lý COD 53

3.2.2.1 Kết quả thí nghiệm 3 53

3.2.2.2 Kết quả thí nghiệm 4 55

3.2.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều lượng phèn sắt (Fe2(SO4)3.7H2O ) và pH đến hiệu suất xử lý COD 57

3.2.3.1 Kết quả thí nghiệm 5 57

3.2.3.2 Kết quả thí nghiệm 6 59

3.2.4 So sánh hiệu suất xử lý COD của PAC, phèn nhôm (Al2(SO4)318 H2O), phèn sắt (Fe2(SO4)3.7H2O) 61

3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian lắng đến hiệu quả xử lý COD 63

3.4 Kết quả thí nghiệm tối ưu hóa 65

3.4.1 kết quả thực nghiệm theo bảng kế hoạch thực nghiệm tối ưu 65

3.4.2 Xây dựng mô hình hồi quy cấp hai 66

3.4.3 Kiểm tra tính tương thích của mô hình 67

3.4.4 Kết quả tối ưu hóa 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

nồng độ PAC 53 Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ phèn nhôm (Al2(SO4)318 H2O) đến

hiệu suất xử lý COD 55 Hình 3.5: Nước thải sau xử lý bằng phèn nhôm (Al2(SO4)318 H2O) 56 Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD khi cố định

nồng độ phèn nhôm (Al2(SO4)318 H2O) 57 Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ phèn sắt (Fe2(SO4)3.7H2O ) đến

hiệu suất xử lý COD 59 Hình 3.8: Nước thải sau xử lý bằng phèn sắt (Fe2(SO4)3.7H2O) 60 Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD khi cố định

nồng độ phèn sắt (Fe2(SO4)3.7H2O ) 61 Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD của PAC,

phèn nhôm (Al2(SO4)3.18 H2O), phèn sắt (Fe2(SO4)3.7H2O) 62 Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian lắng đến hiệu suất xử lý COD 64 Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn tương quan giữa hiệu suất xử lý COD theo thực nghiệm

với hiệu suất xử lý COD theo mô hình 69 Hình 3.13: Biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ PAC, pH đến hiệu suất xử lý COD khi

thời gian lắng là 0,5 giờ Error! Bookmark not defined

Hình 3.14: Biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ PAC, pH đến hiệu suất xử lý COD khi

thời gian lắng là 4 giờ 72

Hình 3.15: Biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ PAC, pH, đến hiệu suất xử lý COD khi

thời gian lắng là 7,5 giờ 73

Bảng 2.8: Bảng thiết kế quy hoạch thực nghiệm Error! Bookmark not defined

Bảng 2.9: Bảng thiết kế thực nghiệm tối ưu 46

Bảng 3.1: Thành phần và tính chất của nước thải sử dụng trong nghiên cứu 49 Bảng 3.2: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều lượng PAC đến hiệu suất xử lý COD 50

Bảng 3.3: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD khi cố định

nồng độ PAC 52

Bảng 3.4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều lượng Phèn nhôm đến hiệu suất xử lý COD 54

Bảng 3.5: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD khi cố định nồng độ phèn nhôm (Al2(SO4)318 H2O) 56

Bảng 3.6: kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phèn sắt (Fe2(SO4)3.7H2O) đến hiệu suất xử lý COD 58

Bảng 3.7: kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý COD khi cố định lượng phèn sắt (Fe2(SO4)3.7H2O) 60

Bảng 3.8: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian lắng đến hiệu suất xử lý COD 63

Bảng 3.9: Kết quả thực nghiệm theo bảng kế hoạch thực nghiệm tối ưu 65

Bảng 3.10: Các hệ số hồi quy thu được từ thực nghiệm 66

Bảng 3.11: So sánh hiệu suất xử lý COD theo thực nghiệm và theo mô hình cấp 2 68

Bảng 3.12: So sánh giá trị tính toán và thực nghiệm tại điều kiện tối ưu 70

Bảng 3.13: Kết quả phân tích một số chỉ tiêu đầu ra 70

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU Đặt vấn đề

Hiện nay, nhu cầu con người ngày càng đòi hỏi đáp ứng cao hơn trong vấn đề sức khỏe,ăn uống và chăm sóc sắc đẹp

Chính vì vậy, Lutein – một sắc tố carotenoid màu vàng có nguồn gốc tự nhiên- hiện đang được quan tâm ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp chất màu thực phẩm nhằm thay thế cho một số chất màu tổng hợp màu vàng có nguy cơ gây bệnh ung thư cho con người, ngoài khả năng tạo màu, Lutein còn có tác dụng chống tia cực tím, mặt khác nó còn có tác dụng hỗ trợ điều trị và phòng chống suy thoái võng mạc do tuổi già,

hỗ trợ ngăn ngừa bệnh thoái hóa điểm vàng, đục thủy tinh thể, giúp cải thiện thị lực đối với những người làm việc nhiều với máy tính hay tiếp xúc nhiều với ánh sáng cường

độ cao

Vì vậy, việc nghiên cứu chiết xuất chất màu Lutein từ hoa cúc vạn thọ đang được tiến hành Trong quá trình chiết xuất Lutein thì công đoạn ủ hoa cúc vạn thọ đã tạo ra một lượng nước thải có hàm lượng COD rất cao

Trên nền tảng kiến thức đã học từ nhà trường và muốn vận dụng vào thực tế

nên em thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng phương pháp keo tụ để xử lý COD của dịch thải từ công đoạn ủ hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme” Nhằm mục đích

nắm bắt kiến thức, kinh nghiệm từ quá trình thực tập và tìm ra điều kiện tối ưu của chất keo tụ để cho hiệu suất xử lý COD cao nhất

Mục tiêu nghiên cứu

 Tiến hành các thí nghiệm như xác định loại phèn, liều lượng phèn, pH nhằm xác

định các yếu tố tối ưu cho quá trình

 Sử dụng phần mềm Modde 5.0 để xác định điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý

Nội dung nghiên cứu

 Đánh giá một số chỉ tiêu môi trường của dịch thải từ công đoạn ủ hoa cúc vạn thọ bằng viscozyme

 Xây dựng quy trình thích hợp để xử lý COD của dịch thải nói trên bằng biện pháp keo tụ

 Thử nghiệm và đánh giá hiệu quả xử lý dịch thải bằng quy trình đã xây dựng

Phương pháp nghiên cứu

 Thực hiện các thí nghiệm kiểm chứng khả năng xử lý COD của một số chất keo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về hoa cúc vạn thọ và enzyme Viscozyme [3]

1.1.1 Phân loại và đặc điểm hình thái hoa cúc vạn thọ

Cúc vạn thọ (Tagetes) là một loài hoa có nguồn gốc từ Trung Mỹ và đã trở

thành cây hoa không thể thiếu tại mọi khu vườn Bắc Mỹ, cây rất thích hợp với khí hậu khô và nóng của Mexico và Nam Mỹ Cây được nhà thám hiểm hernando Cortess đưa

về trồng khắp nơi Địa Trung Hải, rồi mọi nơi trên thế giới

Loài hoa cúc vạn thọ Châu Phi

Tên khoa học là Tagetes erecta, tiếng Anh gọi là African Marigold Đây

thường là giống hoa vạn thọ cây cao nhất và hoa cũng to nhất Đáng kể nhất hiện nay là

loại hoa kép, to nở tròn xoe, không cồi gọi là Ánh Nguyệt (Moonlight), cây cao chừng

40 cm và mọc dày khít nhau Trổ hoa sớm như các giống hoa vạn thọ lai Một loài vạn thọ Châu Phi có hoa kép to và cây cao hơn, khoảng 50-70 cm, hạt đem gieo thường cho nhiều hoa màu sắc khác nhau, từ cam đến vàng, vàng kim, vàng chanh, vàng bơ Tên

gọi chung là Gold-n Vanilla Các loài khác của giống này là Golden Age, cây cao hơn

75cm và Doublon, cây cao đến 1,5 m và hoa rất to đường kính 12,5 cm

Loài hoa cúc vạn thọ Pháp

Tên khoa học là Tagetes patula, tiếng Anh gọi là French Marigold Loài nay

thường thấp hơn loài Châu Phi, hoa nhỏ hơn Người dân Âu Mỹ hay trồng các giống hoa đơn một lớp, cánh hoa dài, có cồi

Ví dụ: Giống Oai Vệ : cây lùn, cao khoảng 30 cm, hoa vàng đơn, cánh sọc nâu hay sọc màu gõ đỏ, cồi vàng, khiến mọi người chú ý Cây sống ở những nơi có khí hậu nóng như đồng bằng nước ta, cây có thể cao hơn 60 cm Giống Kỳ Hoa Sọc Đỏ: thân cao đến 75 cm, giống như Oai Vệ, nhưng sọc đỏ Đối với loài này, cây mọc khít, thân lùn, chỉ cao chừng 20 cm, hoa có đường kính 4 - 5 cm, chỉ cần gieo hạt sau 6 tuần là đã

trổ hoa Hoa có nhiều màu sắc khác nhau, có ba màu được ưa thích là vàng, đỏ lửa và

vàng kim Loài lùn Naughty Marietta, chỉ cao 25 cm, hoa đơn, cánh bên trong điểm vết nâu Loài Mắt Cọp (Tiger Eyes), cao 30 - 35 cm là một giống vạn thọ lạ vì cánh đơn đỏ

huyết ở viền bìa ngoài hoa, còn bên trong nở như là cúc vàng cam Loài Nữ Hoàng, hoa nở tựa hoa trà mi, hải đường, cây lùn 25 - 30 cm

Loài vạn thọ nhỏ

Tên khoa học là Tagetes tenuifolia hay Tagetes signata Cây nhỏ, hoa đơn cánh, có cồi và nhỏ 1 - 2 cm Loài Stafire Mix hay trồng ở Âu Mỹ, lá thơm mùi chanh

bưởi, dễ nhận thấy mùi này khi trời nắng nóng

Loài lai American Marigold

Hoa của loài lai Antigua Yellow có màu vàng tươi, hoa kép to 7 - 8 cm, trồng ở

làng hoa Gò Vấp, Việt Nam Sau 60 ngày gieo hạt đã ra hoa, hoa nở liên tiếp nhiều tháng, thời gian có hoa lâu nhất trong các loài hoa cúc vạn thọ Cây mọc khít và cao 30

- 50 cm, còn gọi là Inca lùn

Loài lai Inca Hybrid hoa kép và rất to, 10 - 13 cm Cây cao 50 - 70 cm, ra hoa

sớm và vụ hoa kéo dài, vẫn còn hoa khi các loài hoa cúc vạn thọ khác đã tàn Chịu nhiệt độ đến 39-400C

Giống tam nhiễm lai triploid, thuộc nhóm Solar series F1 là giống phối hợp cây

lùn của cúc vạn thọ pháp và hoa kép to của cúc vạn thọ Châu phi, vừa chịu lạnh vừa chịu nóng

1.1.2 Giới thiệu về enzyme Viscozyme

Viscozyme L được sử dụng trong đề tài là sản phẩm của hãng Novozyme (Đan Mạch), bao gồm các enzyme hoạt động: Cellulase, hemicellulase, xylanase

Đặc tính của sản phẩm Viscozyme:

- Màu sắc: nâu;

- Trạng thái vật lý: lỏng;

- Chất bảo quản: kali sorbet;

Viscozyme là sản phẩm từ chủng nấm mốc Aspergillus aculeatus Viscozyme

chứa các carbohydrase có thể làm phân hủy cellulose và hemicelluloses, thành phần chủ yếu của thành tế bào thực vật, nơi ngăn ngừa mất nước và duy trì tính toàn vẹn của

tế bào trong thành tế bào, do đó giúp làm tăng khả năng chiết các chất có bên trong tế bào

+ Xylanase: là một enzyme có tác dụng phá vỡ hemicelluloses - một trong những thành phần chủ yếu của thành tế bào

+ Hemicellulase: có tác dụng phá vỡ các thành phần của thành tế bào, chủ yếu

là hemicelluloses

+ Cellulase: là một phức hệ enzyme có tác dụng thủy phân cellulose thông qua việc thủy phân liên kết 1,4-β-glucoside trong cellulose

1.1.3 Quy trình xử lý hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme

Hình 1.1: Sơ đồ quy trình xử lý hoa cúc vạn thọ bằng Viscozyme

Thuyết minh quy trình:

Cánh hoa cúc vạn thọ sau khi xử lý (tách cuống), cân chính xác G gam cho vào dụng cụ chứa đựng, đậy kín Tiến hành xử lý cánh hoa cúc vạn thọ bằng enzyme Thêm dung dịch enzyme Viscozyme: nồng độ Viscozyme 1%, pH = 5,5; tỷ lệ Viscozyme: nguyên liệu là 1:1(v/w) Sau đó, tiến hành ủ trong điều kiện: nhiệt độ 400C, tốc độ lắc

250 rpm, thời gian ủ 5 giờ

Sau khi nguyên liệu đã xử lý xong với Viscozyme thì tiếp tục các bước tiếp theo trong quy trình chiết

1.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải [5]

Các loại nước thải đều chứa các loại 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 đổ vào nguồn hoặc đưa tái sử dụng Để đạt được những mục đích đó chúng ta thường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp chất đó 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 hóa lý và hóa học

- Xử lý bằng phương pháp sinh học

- Xử lý bằng phương pháp tổng hợp

1.2.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

Trong nước thải thường có các loại tạp chất rắn cỡ khác nhau bị cuốn theo, như rơm cỏ, bao bì, giấy, giẻ, dầu mỡ nổi, cát, sỏi, các vụn gạch ngói… Ngoài ra, còn các loại hạt lơ lửng ở dạng huyền phù rất khó lắng Tùy theo kích cỡ, các hạt huyền phù

được chia thành hạt chất rắn lở lửng có thể lắng được, các hạt rắn keo được khử bằng đông tụ

Các loại tạp chất trên dùng các phương pháp xử lý cơ học là thích hợp ( trừ hạt dạng chất rắn keo)

Sau chắn rác, để có thể loại bỏ các tạp chất rắn có kích cỡ nhỏ hơn, mịn hơn ta

có thể đặt thêm lưới lọc Các vật thải được giữ lại trên mặt lọc, phải cào lấy ra khỏi làm tắc dòng chảy

Người ta còn thiết kế lưới lọc hình tang trống cho nước chảy từ ngoài vào hoặc

bể lắng dưới tác dụng của trọng lực, cát nặng sẽ lắng xuống đáy và kéo theo một phần chất đông tụ

Cát lắng ở bẫy cát thường ít chất hữu cơ Sau khi lấy ra khỏi bể lắng cát, sỏi được loại bỏ

Các loại bể lắng cát thông dụng là bể lắng ngang Thường thiết kế 2 ngăn: một ngăn cho nước qua, một ngăn cào cát sỏi lắng Hai ngăn này làm việc luân phiên

1.2.1.4 Các loại bể lắng

Ngoài lắng cát, sỏi, trong quá trình xử lý cần phải lắng cát loại hạt lơ lửng, các loại bùn (kể cả bùn hoạt tính)… nhằm làm cho nước trong Nguyên lý làm việc của các loại bể này đều dựa trên cơ sở trọng lực

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng: lưu lượng nước thải, thời gian lắng, thời gian lưu, khối lượng riêng và tải trọng tính theo chất rắn lơ lửng, tải trọng thủy lực, sự keo tụ các chất rắn, vận tốc dòng chảy trong bể, sự nén bùn đặc, nhiệt độ nước thải và kích thước bể lắng

Bể lắng thường bố trí theo dòng chảy, có kiểu hình nằm ngang hoặc hình thẳng đứng Bể lắng ngang trong xử lý nước thải công nghiệp có thể là một bậc hoặc nhiều bậc

1.2.1.5 Tách dầu mỡ

Nước thải của một số xí nghiệp ăn uống, chế biến bơ sữa, các lò mổ, xí nghiệp

ép dầu… thường có dầu mỡ Các chất này thường nhẹ hơn nước và nổi trên mặt nước Nước thải sau xử lý không có lẫn dầu mỡ mới được phép chảy vào các thủy vực Hơn nữa, nước thải có dầu mỡ khi vào xử lý sinh học sẽ làm bịt các lỗ hổng ở vật liệu lọc, ở phin lọc sinh học và còn làm hỏng cấu trúc bùn hoạt tính trong aeroten

Ngoài cách làm gạt đơn giản bằng các tấm sợi quét trên mặt nước, người ta chế tạo các thiết bị tách dầu mỡ, đăt trước dây chuyền công nghệ xử lý nước thải

1.2.1.6 Lọc cơ học

Lọc được sử dụng trong nước thải để tách các tạp chất nhỏ ra khỏi nước mà bể lắng không lắng được Trong các loại phin lọc thường có loại phin lọc dùng vật liệu dạng tấm và loại hạt Vật liệu làm bằng dạng tấm có thể làm bằng tấm thép có đục lỗ hoặc bằng lưới bằng thép không gỉ, nhôm, niken, đồng thau… và cả các loại vải khác nhau (thủy tinh, amiăng, bông, len, sợi tổng hợp) Tấm lọc cần có trở lực nhỏ, đủ bền

và dẻo cơ học, không bị trương nở và bị phá hủy ở điều kiện lọc

Vật liệu lọc dạng hạt là cát thạch anh, than gầy, than cốc, sỏi, đá nghiền, thậm chí cả than nâu, than bùn hay than gỗ

Đặc tính quan trọng của lớp hạt lọc là độ xốp và bề mặt riêng Quá trình lọc có thể xảy ra dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng hoặc áp suất cấp trước vách vật liệu lọc hoặc chân không sau lớp lọc

Các phin lọc làm việc sẽ tách các phân tử tạp chất phân tán hoặc lơ lửng khó lắng khỏi nước Các phin lọc làm việc hoàn toàn không dựa vào nguyên lý cơ học Khi nước qua lớp lọc, dù ít hay nhiều, cũng tạo ra lớp màng trên bề mặt các hạt vật liệu lọc Màng này là màng sinh học Do vậy, ngoài tác dụng tách các tạp chất phân tán ra khỏi nước, các màng sinh học cũng đã biến đổi các chất hòa tan trong nước thải nhờ quân thể vi sinh vật có trong màng sinh học

Chất bẩn và màng sinh học sẽ bám vào vật liệu lọc dần dần bịt các khe hở của lớp lọc làm cho dòng chảy bị chậm lại hoặc ngừng chảy Trong quá trình làm việc người ta phải rửa phin lọc, lấy bớt màng bẩn phía trên và cho nước rửa đi từ dưới lên trên để tách màng bẩn ra khỏi vật liệu lọc

Trong xử lý nước thải người ta thường dùng loại thiết bị lọc chậm, lọc nhanh, lọc kín, lọc hở Ngoài ra còn dùng loại lọc ép khung bản, lọc quay chân không, các máy vi lọc hiện đại Đặc biệt là cải tiến các thiết bị lọc trước đây thuần túy là lọc cơ học thành lọc sinh học, trong đó vai trò của lọc sinh học phát huy nhiều hơn

Trong xử lý nước thải bằng biện pháp cơ học: chắn rác, lọc cát, loại bỏ dầu, mỡ nổi, lọc như đã đề cập ở trên, người ta còn dùng xiclon thủy lực để tách tạp chất khó

lắng hoặc nén cặn, máy li tâm Các biện pháp trên đây kèm theo các trang thiết bị thích ứng đều tùy thuộc vào từng loại nước, yêu cầu xử lí, điều kiện kinh tế của cơ sở

1.2.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý và hóa học

Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản ứng hóa học, các quá trình hóa lý diễn ra giữa chất bẩn và hóa chất cho thêm vào Các phương pháp hóa học gọi là oxi hóa, trung hòa, đông keo tụ Thông thường các quá trình keo tụ thường đi kèm theo quá trình trung hòa hoặc các hiện tượng vật lí khác Những phản ứng xảy ra là phản ứng trung hòa, phản ứng oxi hóa - khử, phản ứng tạo chất kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các chất độc hại

Các hóa chất thường dùng vào mục đích này được giới thiệu ở bảng 1.1

Bảng 1.1: Hóa chất thường dùng để điều chỉnh pH nước thải

Tên hóa chất Công thức hóa học

Lượng hóa chất cần thiết tính bằng mg/l để trung hòa 1mg/l axit hoặc kiềm tính theo CaCO 3 (mg/l)

Tên hóa chất Công thức hóa học

Lượng hóa chất cần thiết tính bằng mg/l để trung hòa 1mg/l axit hoặc kiềm tính theo CaCO 3 (mg/l)

Vôi tôi dolomit [(Ca(OH)2)0,6 (Mg(OH)2)0,4] 0,677

1.2.2.2 Phương pháp tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất rắn không tan hoặc tan hoặc lỏng có tỉ trọng nhỏ hơn tỉ trọng của chất lỏng làm nền Nếu sự khác nhau về tỉ trọng đủ tách, gọi là tuyển nổi tự nhiên

Trong xử lý nước thải tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng

và nén bùn cặn Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn Khi các hạt đã nổi lên bề mặt, chúng có thể được thu gom bằng bộ phận vớt bọt

Tuyển nổi phân tán không khí bằng thiết bị cơ học

Các trạm tuyển nổi với phân tán không khí bằng thiết bị cơ học được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực khai khoáng cũng như trong lĩnh vực xử lý nước thải Các thiết

bị kiểu này thường cho phép tạo bọt khí khá nhỏ

Tuyển nổi phân tán không khí bằng máy bơm khí nén (qua các vòi phun, qua các tấm xốp)

Tuyến nổi phân tán không khí qua các vòi phun: Thường được sử dụng để xử

lý nước thải chứa các tạp chất tan dễ ăn mòn vật liệu chế tạo các thiết bị cơ giới (bơm, tuabin) với các chi tiết chuyển động

Tuyển nổi phân tán không khí qua tấm xốp, chụp xốp có ưu điểm so với biện pháp tuyển nổi khác, cấu tạo các ngăn tuyển nổi giống như cấu tạo của aeroten, ít tốn điện năng, không cần thiết bị cơ giới phức tạp, rất có lợi khi xử lý nước thải có tính xâm thực cao Khuyết điểm của phương pháp tuyển nổi này là: các lỗ của các tấm xốp, chụp xốp chống bị tắc làm tăng tổn thất áp lực, khó chọn vật liệu xốp đáp ứng yêu cầu

Tuyển nổi với tách không khí từ nước phân biệt thành: tuyển nổi chân không, tuyển nổi không áp, tuyển nổi có áp hoặc bơm hỗn hợp khí - nước

Tuyển nổi điện, tuyển nổi sinh học và hóa học

Tuyển nổi điện là khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải, ở một trong điện cực (catot) sẽ tạo ra khí hidro Kết quả nước thải được bão hòa bởi các bọt khí và khí nổi lên kéo theo các chất bẩn không tan tạo thành các váng bọt bề mặt Ngoài ra nếu trong nước thải chứa các chất bẩn khác là các chất điện phân thì khi dòng điện đi qua sẽ làm thay đổi thành phần hóa học và tính chất của nước, trạng thái các chất không tan do có các quá trình điện ly, phân cực, điện chuyển và oxy hóa khử xảy ra

Cường độ của các quá trình này phụ thuộc vào các yếu tố:

- Thành phần hóa học nước thải

- Vật liệu các điện cực (tan hoặc không tan)

- Các thông số của dòng điện: điện thế, cường độ, điện trở suất

Tuyển nổi sinh học và hóa học

Dùng để cô đặc từ bể lắng đợt 1 Cặn bể lắng đợt 1 được tập trung vào một bể đặc biệt vào được đun nóng tới nhiệt độ 35- 550C trong vài ngày Do sinh vật phát triển làm nên men chất bẩn tạo bọt khí nổi lên, kéo theo cặn cùng nổi lên bề mặt, sau đó gạt vớt lớp bọt Kết quả cặn giảm được độ ẩm tới 80%

Phương pháp này thường dùng để loại bỏ hết các chất bẩn hòa tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học và các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ Thông thường đây là các hợp chất hòa tan có độc tính cao hoặc các chất

có mùi vị và màu khó chịu

Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét, silicagel, keo nhôm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất như xỉ mạ sắt, Trong số này, than hoạt tính được dùng phổ biến nhất Các chất hữu cơ kim loại nặng và chất màu dễ bị than hấp phụ Lượng chất hấp phụ này tùy thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chất

và hàm lượng chất bẩn trong nước thải Các chất hữu cơ có thể bị hấp phụ: phenol, allcyllbenzen, sunfonicacid, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm

Quá trình hấp phụ trong nước thải có thể xảy ra trong điều kiện khuấy trộn mạnh hợp chất hấp phụ và nước thải Ngoài ra, cũng có thể lọc nước thải qua lớp chất hấp phụ chứa cố định trong các tháp hấp phụ

Sử dụng phương pháp hấp phụ có thể hấp phụ được 58 - 95% các chất hữu cơ

và màu

Ngoài ra, để loại kim loại nặng, các chất hữu cơ, vô cơ độc hại người ta còn dùng bùn để hấp phụ và nuôi bèo tây trên mặt hồ

Sau quá trình sử dụng, các chất hấp phụ được tái sinh Có thể giải hấp các chất

bị hấp phụ trên bề mặt than hoạt tính bằng cách sử dụng hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt (200 - 3000C, 3 - 6 at), hoặc khí trơ ở 120 đến 1400C Các phương pháp sinh học

để tái sinh chất hấp phụ cũng đang nghiên cứu trong trường hợp các chất bị hấp phụ là các chất dễ bị phân hủy sinh học

Quá trình hấp phụ được dùng để tách các chất hữu cơ, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm, từ nước thải bằng than hoạt tính Tùy nhiên, việc sử dụng than hoạt tính vào thực tế còn bị hạn chế, do chi phí cho xử lý bằng phương pháp này còn quá cao

Cơ sở quá trình hấp phụ

Hấp phụ chất bẩn hòa tan là kết quả của sự di chuyển phân tử của những chất

đó từ nước vào bề mặt chất hấp phụ dưới tác dụng của trường lực bề mặt Trường lực

bề mặt gồm có 2 dạng:

- Hydrat hóa các phân tử chất tan, tức là tác dụng tương hỗ giữa các phân tử chất rắn hòa tan với những phân tử nước

- Tác dụng tương hỗ giữa các phân tử chất bẩn bị hấp phụ với các phần trên

bề mặt chất rắn

Khi xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ thì đầu tiên sẽ loại bỏ được các phân tử của các chất không phân ly thành ion rồi sau đó mới loại được các chất điện ly 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 khử hấp phụ Chính vì vậy người ta dùng nhiệt độ để phục hồi khả năng hấp phụ của các hạt rắn khi cần thiết

- Hấp phụ trong điều kiện động: là sự chuyển động tương đối của phân tử nước so với phân tử chất hấp phụ Hấp phụ trong điều kiện động là một quá trình diễn ra khi cho nước thải lọc qua lớp vật liệu lọc hấp phụ Thiết bị để thực hiện quá trình đó gọi là thùng lọc hấp phụ hay còn gọi là tháp hấp phụ

1.2.2.4 Phương pháp trích ly

Nguyên lý cơ bản

Trong hỗn hợp 2 chất lỏng không hòa tan vào nhau, bất kỳ một chất thứ ba nào khác sẽ hòa tan vào 2 chất lỏng trên theo quy luật phân bố Như vậy trong nước thải chứa các chất bẩn, nếu chúng ta đưa vào một dung môi và khuấy trộn đều thì các chất

bẩn đó hòa tan vào dung môi theo đúng quy luật phân bố đã nói và nồng độ chất bẩn trong nước sẽ giảm đi Tiếp tục tách dung môi ra khỏi nước thì nước thải coi như được làm sạch Phương pháp tách chất bẩn hòa tan như vậy gọi là phương pháp trích ly

Hiệu suất xử lý nước thải tùy thuộc vào khả năng phân bố của chất bẩn trong dung môi, giá trị của hệ số phân bố hay khả năng trích ly của dung môi

Kỹ thuật trích ly

Kỹ thuật trích ly có thể tiến hành như sau: cho dung môi vào nước thải và trộn đều cho đến khi đạt trạng thái cân bằng Tiếp đó cho qua bể lắng Do sự chênh lệch về trọng lượng riêng nên hỗn hợp phân ra làm 2 lớp và dễ tách biệt chúng ra bằng phương pháp cơ học

Nếu trích ly một lần mà không đạt yêu cầu tách chất bẩn ra khỏi nước thải thì phải trích ly nhiều lần Nếu dung môi có tỉ trọng bé hơn tỉ trọng nước thải thì dẫn nước thải từ trên xuống và dung môi từ dưới lên Ngược lại nếu dung môi có tỉ trọng lớn hơn

tỉ trọng nước thải thì cho nước thải chuyển động từ dưới lên, dung môi từ trên xuống

Phân loại

- Tháp trích ly với vòng tiếp xúc: được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp

và cho hiệu suất cao Biện pháp này dùng để khử phenol bằng benzen hoặc dầu than đá bằng butylaxetat hoặc ete đisopropyl

- Tháp trích ly kiểu vòi phun tia: đối với vòi phun, mức độ phân tán dung môi nhờ các vòi phun là yếu tố quyết định Nếu chọn đúng vòi phun, kích thước

và điều kiện công tác của nó có thể đạt được mức độ phân tán cao

- Tháp trích ly với đĩa roto quay: một tháp trụ, theo chiều cao chia thành nhiều ngăn bằng các vách có thể trích ly được các chất bẩn dạng nhủ tương trong nước thải Hiệu suất và khả năng vận chuyển của thiết bị trích ly tùy

thuộc vào kích thước bên trong: đường kính tháp, đường kính đĩa, đường kính các vòng stato và chiều cao của mỗi ngăn

- Tháp trích ly kiểu rung: tạo ra trong tháp các pha nước - dung môi được phân tán và khuấy trộn nhờ chuyển động thẳng, vòng dọc theo trục tháp

- Tháp trích ly kiểu lắng - trộn: được dùng với lưu lượng lớn và số bậc khá cao Theo cấu tạo có thể là loại đứng hoặc loại ngang

1.2.2.5 Phương pháp trao đổi

Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để xử lý nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu, Ni, Hg, Mn, Cd cũng như các hợp chất của Asen, Photpho, Xyanua và chất phóng xạ Phương pháp này cho phép thu hồi các kim loại có giá trị và đạt được mức xử lý cao Vì vậy nó là phương pháp để ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử

lý nước cấp và nước thải

Các chất trao đổi ion

Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hay hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo Nhóm các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên gồm có các zeolit, kim loại khoáng chất, đất sét, fenspat, chất mica khác nhau

- Các chất chứa nhôm silicat loại: Na2O.Al2O3.nSiO2.mH2O

- Các chất florua apatit [Ca5(PO4)3]F và hydroxyt apatit [Ca5(PO4)3]OH

- Các chất có nguồn gốc từ các chất vô cơ tổng hợp gồm silicagel, permutit

- Các chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên gồm axit humic của đất

và than đá, chúng mang tính axit yếu

- Các chất trao đổi ion hữu cơ tổng hợp rất đa dạng, chúng thường là các hạt nhựa nhỏ không tan trong nước, nhưng trương lên đến một độ trương giới hạn sau khi ngâm lâu trong nước nên có bề mặt riêng lớn, chúng là những hợp chất cao phân tử

Cơ sở quá trình trao đổi ion

Cơ chế trao đổi ion có thể gồm những giai đoạn sau:

- Di chuyển ion A từ nhân của dòng chất thải lỏng tới bề mặt của lớp biên giới màng chất lỏng bao quanh hạt trao đổi ion

- Khuếch tán lớp ion qua lớp biên giới

- Chuyển ion đã qua biên giới phân pha và hạt nhựa trao đổi

- Khuếch tán ion A bên trong hạt nhựa trao đổi tới các nhóm chức năng trao đổi ion

- Phản ứng hóa học trao đổi ion A và B

- Khuếch tàn ion B bên trong hạt trao đổi ion tới biên giới phân pha

- Chuyển các ion B qua biên giới phân pha ở bề mặt trong của màng chất lỏng

- Khuếch tán các ion B qua màng

- Khuếch tán các ion B vào nhân dòng chất lỏng

Khi tất cả các nhóm chức trao đổi trên bề mặt của hạt ionit đã bị tráo đổi, cần tái sinh nhựa Người ta thường dùng dung dịch HCl để tái sinh cationit, dung dịch NaOH để tái sinh anionit, lúc đó cationit sẽ chuyển về dạng H+, còn anionit chuyển về dạng OH-, là các dạng được dùng để xử lý nước và nước thải Do có khả năng trao đổi ion nên ionit có thể được dùng để xử lý loại các ion kim loại, anion độc, chất phóng xạ

ra khỏi nước và nước thải

Trao đổi ion là một trong số các phương pháp cho phép tách gần như triệt để các chất ô nhiễm tan và điện ly trong nước và nước thải Ngoài ra, trao đổi ion còn cho phép thu hồi các kim loại quý trong nước và nước thải Nhưng giá thành cho xử lý bằng trao đổi ion khá cao, nên trao đổi ion chỉ sử dụng để xử lý sản xuất các loại nước chất lượng cao, hoặc xử lý các loại nước thải đặc biệt

1.2.2.6 Phương pháp làm thoáng và chưng bay hơi

Nước thải của nhiều nước công nghiệp (hóa chất, sản xuất nhân tạo, sản xuất giấy - xenlulosza sunfat, ) chứa các chất bẩn dễ bay hơi như hydrosunfua, cacbon sufua, metyl mecaptan,… Để xử lý các loại nước thải này người ta dùng phương pháp làm thoáng

Phương pháp làm thoáng

Khi thổi không khí hoặc một loại khí trơ nào đó vào nước thải chứa các chất bẩn hòa tan dễ bay hơi, thì hơi của chất bẩn đó khuếch tán vào bọt không khí Nếu thời gian của bọt đủ để đạt trạng thái cân bằng của chất thải trong nước và trong bọt khí thì nồng độ chất bẩn trong bọt khí được xác định theo quy luật Henri

Tốc độ và hiệu suất khử chất bẩn bay hơi trong nước thải tùy thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ, mức độ phân tán không khí, cường độ làm thoáng, các yếu tố cấu tạo của tháp khử khí, pH và sự có mặt của chất bẩn khác trong nước thải,…

Thiết bị : Tháp khử khí với vật liệu tiếp xúc là vòng sứ, chiều cao lớp vật liệu

2 - 3 m Có thể làm thoáng nước thải bằng phương pháp tự nhiên hay nhân tạo:

- Làm thoáng tự nhiên được thực hiện ở hồ lắng lộ thiên và chất bẩn dễ bay hơi sẽ bay đi theo mặt thoáng của nước Vì hiệu suất khử thấp và chiếm nhiều diện tích nên phương pháp làm thoáng tự nhiên ít được sử dụng

- Khử khí bằng phương pháp cưỡng bức gồm 3 loại chính: tháp với vật liệu tiếp xúc, thổi không khí nén vào lớp nước và tháp chân không

Phương pháp chưng bay hơi

Khi chất hữu cơ dễ bay hơi cùng với nước tạo thành hỗn hợp đẳng sôi thì người

ta dùng phương pháp chưng bay hơi để tách các chất đó cùng bay hơi theo nước Nhiều hỗn hợp đẳng sôi khi ngưng tụ sẽ hình thành các lớp riêng biệt và do đó dễ dàng tách các chất bẩn ra khởi dung dịch bão hòa Tùy nhiên nhiều khi chúng không hình thành

các lớp riêng biệt do độ hòa tan của lớp ngưng với chất bẩn rất lớn Những hỗn hợp đó còn sử dụng trực tiếp hoặc có thể sử dụng sau khi xử lý bằng phương pháp trích ly

1.2.2.7 Phương pháp oxi khử

Các chất bẩn trong nước thải công nghiệp chứa các chất bẩn dạng hữu cơ và vô

cơ Dạng hữu cơ bao gồm đạm, mỡ đường, các chất chứa phenol, nitơ, Đó là những chất có thể bị phân hủy bởi vi sinh có thể xử lý bằng biện pháp sinh hóa Nhưng có một

số chất có nguyên tố không thể xử lý bằng biện pháp sinh hóa (đó là những kim loại nặng như đồng, chì, niken, coban, crom, sắt, mangan, ) Vì vậy để xử lý những chất độc hại, người ta thường dùng phương pháp hóa lý và hóa học, đặc biệt thông dụng nhất người ta dùng phương pháp oxi hóa khử

Oxy hóa bằng Clo

Clo và các chất có chứa Clo hoạt tính là những chất oxi hóa có thể lợi dụng để tách H2S, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi nước thải

Oxy hóa bằng hydro peoxit

Hydro peoxit H2O2 là một chất lỏng không màu có thể trộn lẫn với nước ở bất

kỳ tỉ lệ nào H2O2 được dùng để oxi hóa nitri, các aldehit, phenol, xyanua, các chất thải chứa lưu huỳnh và các chất nhuộm mạnh

Oxy hóa bằng oxy trong không khí

Ngoài chức năng là oxy trong không khí được sử dụng để tách sắt ra khỏi nước cấp, oxy còn sử dụng để oxy hóa sunfua trong nước thải của nhà máy giấy, chế biến dầu mỡ Quá trình oxy hóa hydrosunfua thành sunfua lưu huỳnh diễn ra qua các giai đoạn thay đổi hóa trị của lưu huỳnh từ -2 đến -6

Ozon hóa

Phương pháp này để khử tạp chất nhiễm bẩn, khử màu, khử các vị là có trong nước Quá trình oxy hóa sẽ làm sạch nước thải khỏi phenol, sản xuất dầu mỏ, H2S, các hợp chất Asen, các chất hoạt động bề mặt, xyanua, chất nhuộm,

Trong xử lý bằng ozon, các hợp chất hữu cơ bị phân hủy và xảy ra sự khử trùng đối với nước Các vi khuẩn bị chết nhanh so với xử lý bằng clo vôi nghìn lần

1.2.3 Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh, có trong nước thải Quá trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hóa và trở thành chất vô cơ, các chất đơn giản và nước

Cho đến nay người ta xác định được rằng, các vi sinh vật có thể phân hủy được

cả các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và nhiều hợp chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo Mức độ phân hủy và thời gian phân hủy phụ thuộc trước hết vào cấu tạo các chất hữu

cơ, độ hòa tan trong nước và hàng loạt các yếu tố ảnh hưởng khác

Vi sinh vật có trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng Quá trình dinh dưỡng làm cho chúng sinh sản, phát triển tăng số lượng tế bào, đồng thời làm sạch các chất hữu cơ hòa tan hoặc các hạt keo phân tán nhỏ Do vậy trong xử lý sinh học, người ta phải loại bỏ các tạp chất phân tán thô ra khỏi nước thải trong giai đoạn xử lý sơ bộ Đối với các tạp chất vô cơ có trong nước thải thì phương pháp sinh học có thể khử các chất sulfit, muối amon, nitrat… các chất chưa bị oxi hóa hoàn toàn Sản phẩm của quá trình phân hủy này là khí CO2, nước, khí N2, ion sulfat…

Các quá trình sinh học chủ yếu trong xử lý nước thải

Các quá trình sinh học trong xử lý nước thải đều có xuất xứ trong tự nhiên Nhờ thực hiện các biện pháp tăng cường hoạt động của vi sinh vật trong các công trình

nhân tạo, quá trình làm sạch chất bẩn diễn ra nhanh hơn Trong thực tế hiện nay người

ta vẫn tiến hành xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên và điều kiện nhân tạo tùy thuộc vào khả năng kinh phí, yêu cầu công nghệ, địa lý cùng hàng loạt yếu tố khác Nói chung các quá trình xử lý nước thải gồm 5 nhóm quá trình

xử lý sau: quá trình hiếu khí, quá trình kị khí, quá trình trung gian – anoxic, quá trình tùy tiện, quá trình ở ao hồ, từ các quá trình chủ yếu này lại thêm các quá trình phụ, như quá trình sinh trưởng lơ lửng, sinh trưởng bám dính

Bảng 1.2: Các quá trình sinh học dùng trong xử lý nước thải

Quá trình lọc sinh học hoạt tính:

- Lọc nhỏ giọt- vật liệu rắn tiếp xúc

- Quá trình bùn hoạt tính-lọc sinh học

- Quá trình lọc sinh học- bùn hoạt tính nối tiếp nhiều bậc

Khử BOD chứa cacbon

- nitrat hóa

Khử BOD chứa nitrat hóa

cacbon-Quá trình trung gian

Sinh trưởng lơ lửng

Lên men phân hủy kị khí:

- Tác động tiêu chuẩn, một bậc

- Cao tải, một bậc

- Hai bậc Quá trình tiếp xúc kị khí Lớp bùn lơ lửng kị khí hướng lên(UASB)

Quá trình lọc kị khí Lớp vật liệu – thời gian kéo dài

Ổn định, khử BOD cacbon

Khử BOD cacbon

Khử BOD chứa cacbon

Ổn địnhchất thải- khử nitrat hóa

Khử BOD chứa cacbon, nitrat hóa, khử nitrat hóa

khử phospho

Sinh trưởng lơ lửng

Khử BOD chứa cacbon

Khử BOD chứa cacbon (ổn định chất thải-bùn)

1.3 Lý thuyết về phương pháp keo tụ [4]

1.3.1 Khái niệm

 Keo tụ là một phương pháp dùng xử lý nước bằng cách cho vào nước các chất trung hòa điện tích của các hạt lơ lửng rồi dính kết chúng lại với nhau để lắng

xuống

 Quá trình trung hòa điện tích các hạt gọi là quá trình đông tụ

 Quá trình tạo các bông lớn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ

1.3.2 Cơ chế đông tụ và keo tụ

Quá trình lắng chỉ có thể tách các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất nhiễm bẩn ở dạng keo hay dạng hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ Để tách các hạt rắn đó một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước chúng nhờ tác động tương hỗ giữa các phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm làm tăng vận tốc lắng của chúng Việc khử các hạt keo rắn bằng

lắng trọng lực đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau

Cơ chế của quá trình đông tụ hoàn toàn có thể giải thích đơn giản bằng mô hình hai lớp, như minh họa dưới đây

Hình 1.2:Cơ chế quá trình đông tụ

Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu Một số các ion trái dấu đó bị hút chặt vào hạt rắn đến mức chúng chuyển động cùng hạt rắn, do đó tạo thành một mặt trượt Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này là lớp ion bên ngoài mà hầu hết là các ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bám vào một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra Khi các hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua chất lỏng thì điện tích âm đó bị giảm bởi các ion mang điện tích dương ở lớp bên trong Hiệu số điện năng giữa các lớp cố định và lớp chuyển động gọi là thế zeta (ζ) hay thế điện động Khác với thế điện động E (là hiệu số điện thế giữa bề mặt hạt và chất lỏng) Thế zeta phụ thuộc vào E và chiều dày 2 lớp, giá trị của nó sẽ xác định lực tĩnh điện đẩy của các hạt là lực cản trở việc dính kết giữa các hạt rắn với nhau

Nếu như điện tích âm thực là điện tích đẩy như hình 1.2 và thêm vào đó tất cả các hạt còn có lực hút tĩnh điện - lực van der waals - do cấu trúc phân tử của các hạt Tổng của hai loại điện tích này là điện tích đẩy thực hay là một hàng rào cản trở các hạt rắn liên kết với nhau Như vậy mục tiêu của đông tụ là làm giảm thế zeta - tức là giảm chiều cao hàng rào năng lượng này tới giá trị tới hạn, sao cho các hạt không đẩy nhau bằng cách thêm các ion có điện tích dương Như vậy trong đông tụ diễn ra quá trình phá vỡ ổn định trạng thái keo của các hạt nhờ trung hòa điện tích Hiệu quả đông tụ phụ thuộc vào hóa trị của ion, chất đông tụ mang điện tích trái dấu với điện tích của hạt Hóa trị của ion càng lớn thì hiệu quả đông tụ càng cao

1.3.3 Các chất keo tụ [2]

1.3.3.1 Keo tụ với muối nhôm

Trong dung dịch chứa muối nhôm tồn tại là: Al3+, AlOH2+, Al(OH)2+ , AL(OH)3, Al(OH)4

và nhiều loại polymer có hàm lượng đáng kể là Al(OH)34

5+ ,

pH thấp cũng không xảy ra hoặc ít xảy ra hình thành Al(OH)3 kết tủa để lôi cuốn các hạt huyền phù

 Trong vùng pH cao (trên 8) dạng tồn tại của nhôm chủ yếu là aluminat, cũng mang dấu âm, cùng dấu với điện tích hạt huyền phù nên quá trình keo tụ không xảy ra Trong một số trường hợp, pH của nước khá cao song vẫn có thể xảy ra

keo tụ khi dùng một lượng phèn lớn Hiện tượng đó là do khi thủy phân muối nhôm hình thành H+ , nó giảm pH của nước

Trong vùng pH từ 5,8 đến 8 cấu tử Al(OH)3 chiếm ưu thế tuyệt đối và Al3+ có nồng độ thấp do tích số tan của Al(OH)3 là 2,0.10-32 ở 180C và 1,9.10-33 ở 250C Nồng

độ Al3+ ở 250C chỉ là 0,23.10-3 mg/l Các cấu tử khác tích điện dương khác cũng có nồng độ thấp tương tự Trong quá trình hình thành và kết tủa Al(OH)3 tồn tại các polymer nhôm trung gian mang điện tich dương (phức chất hydroxo) có độ dài của mạch khác nhau, chúng bị hấp phụ lên bề mặt hạt huyền phù để trung hòa điện tích, so với Al3+ khả năng hấp phụ của các cấu tử cao hơn nhiều do tương tác hóa học lớn hơn (Al3+ là ion đơn độc, polyme chứa nhiều nguyên tử Al, O, H, lực hấp phụ mang tính cộng hợp)

Nếu lượng keo tụ đưa vào dư so với liều lượng cần thiết để trung hòa thì do lực tương tác hóa học (không phải tĩnh điện) giữa hạt huyền phù và các polyme mạnh, lượng polyme đã hấp phụ thừa điện tích để trung hòa điện tích hạt keo và khi đó dấu hạt keo thay đổi từ âm qua điểm không và về dương, cùng dấu với điện tích của polyme và hệ huyền phù bền trở lại

Khi hệ huyền phù bền trở lại, nếu tiếp tục đưa thêm chất keo tụ vào thì hiện tượng keo tụ tiếp tục xảy ra nhưng khi đó không phải do cơ chế hấp phụ trung hòa như

đã trình bày mà do sự kết tủa hydroxit nhôm mạnh (siêu bão hòa), chúng kết tủa và lôi

cuốn, quét các hạt huyền phù chìm theo

1.3.3.2 Keo tụ với Polyaluminium Chlorid (PAC)

So với keo tụ bằng Al(III), PAC có những đặc điểm khác sau:

 PAC là các polyme tan có chứa Al, O, H, Cl- , SO4

, sử dụng trực tiếp được cho quá trình keo tụ

2- Độ axit của nó thấp do quá trình thủy phân (hình thành ion H+ ) đã được thực hiện trong quá trình polyme hóa nó

 Hàm lượng Al2O3 trong PAC đạt khoảng 36% trong khi loại phèn nhôm có chất lượng cao nhất chỉ đạt khoảng 15%

 Do không phải trải qua bước hình thành polyme (bước rất chậm) nên tốc độ keo

tụ lớn và bước tạo ra kết tủa Al(OH)3 vô định hình cũng rất thuận lợi, nhất là trong điều kiện nhiêt độ không cao

 Do trong cấu trúc phân tử polyme có chứa sẵn các anion SO42-, Cl- với mật độ khá lớn nên khi phân li mạng polyme có mật độ tích điện dương cao, khả năng hấp phụ (do mạch dài tương tác hóa học lớn) và trung hòa các hạt huyền phù mang điện tích âm rất tốt

 Trong môi trường pH cao (có thể đạt đến 9,5) quá trình hình thành aluminat từ polyme chậm nên nó vẫn có khả năng keo tụ tốt trong khi phèn nhôm không có khả năng ấy Trong vùng pH thấp (dưới 5,5) nó cũng giống phèn nhôm không

có khả năng keo tụ do cả nó lẫn hạt huyền phù đều tích điện dương

1.3.3.3 Keo tụ với muối sắt

Phèn sắt (II): khi cho phèn sắt (II) vào nước thì sẽ bị thủy phân thành Fe(OH)2 Trong nước có O2 tạo thành Fe(OH)3, pH thích hợp là 8 - 9 có kết hợp với vôi thì keo