luận văn công nghệ thực phẩm Tính toán, thiết kế các bộ phận trong hệ thống xử lý sinh học

BODbiểu thị lượng các chất hữu cơ trong nước có thể bị phân huỷ bằng các vi sinhvật và được định nghĩa là lượng oxy vi sinh vật đã sử dụng trong quá trìnhoxy hoá các chất hữu cơ, vì vậy

Chương 1.Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt và

công nghiệp 1.1 Lời nói đầu

Có thể nói nước là tài sản chung của nhân loại, là nguồn gốc của sựsống Nước đóng vai trò quyết định trong việc đảm bảo cuộc sống con người Con người sử dụng nước phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau nh giaothông vận tải, nông nghiệp, thuỷ điện … Có thể thấy trong việc sử dụng tàinguyên thiên nhiên nhiều nguyên liệu có thể thay thế cho nhau được nhưngriêng nước chưa gì thay thế được Tuy nhiên nước còn là một phương tiện lantruyền các nguồn bệnh và trong thực tế các bệnh lây lan qua môi trường nước

là nguyên nhân chính gây ra bệnh tật và tử vong nhất là tại các nước đangphát triển Chính vì vậy việc xử lý nước luôn là một vấn đề cấp bách trong đờisống con người

1.2.1 Sự ô nhiễm nước

Nước trong tự nhiên được hình thành cả số lượng và chất lượng dướiảnh hưởng của các quá trình tự nhiên, không có tác động của con người Dướitác động của con người nước tự nhiên bị nhiễm bẩn bởi các chất khác nhaukết quả là làm ảnh hưởng đến chất lượng của nó Các khuynh hướng thay đổichất lượng của nước dưới ảnh hưởng các hoạt động con người bao gồm:

- Giảm độ pH của nước ngọt do ô nhiễmbởi H2SO4 , HNO3 từ khí quyển

và nước thải công nghiệp , tăng hàm lượng SO32- và NO32- trong nước

- Tăng hàm lượng các ion Ca, Mg, Si… trong nước ngầm và nước sông

do nước mưa hoà tan phong hoá các quặng Cacbonat

- Tăng hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước tự nhiên

- Tăng hàm lượng các muối trong nước bề mặt và nước ngầm do chúng

đi vào môi trường nước cùng nước thải, từ khí quyển và các chất thảirắn

- Tăng hàm lượng các hợp chất hữu cơ, trước tiên là các chất khó bị phânhuỷ sinh học ( các chất bề mặt, thuốc trừ sâu )

- Giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước tự nhiên do các quá trình ôxyhoá liên quan đến quá trình phì dưỡng các nguồn chứa nước và khoáng hoácác hợp chất hữu cơ….

- Giảm độ trong nước.Tăng khả năng nguy hiểm ô nhiễm nước tự nhiên

do các nguyên tố phóng xạ

1.1.3 Phân loại nước thải

Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh rachúng Đó cũng là cơ sở cho việc chọn lựa các biện pháp hoặc công nghệ xử

lý Theo cách phân loại này có các loại nước thải dưới đây:

Nước thải sinh hoạt là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt độngthương mại, công sở trường học và các cơ sở tương tự khác

Nước thải sinh hoạt là hỗn hợp phức tạp thành phần các chất , trong đóchất bẩn thuộc nguồn gốc hữu cơ thường tồn tại dưới thành phần không hoàtan, dạng keo và dạng hoà tan Thành phần và tính chất của chất bẩn phụthuộc vào mức độ hoàn thiện thiết bị, trạng thái làm việc của hệ thống mạnglưới vận chuyển, tập quán sinh hoạt của người dân, mức sống xã hội, điềukiện tự nhiên…do tính chất hoạt động của đô thị mà chất bẩn của nước thảithay đổi theo thời gian và không gian.Để tiện lợi người ta quy ước thànhphần, tính chất của nước thải sinh hoạt là tương đối ổn định

Nước thải công nghiệp ( hay còn gọi là nước thải sản xuất ) Nước thảicông nghiệp là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động, có cả nước thải sinhhoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu Nước thải sinh hoạtbao gồm: nước thải sinh hoạt từ khâu chuẩn bị, chế biến thức ăn tại các nhàhàng xí nghiệp, nước sinh hoạt của công nhân trong giờ làm việc và nước thảitắm của công nhân

Thành phần và tính chất của nước thải công nghiệp phụ thuộc vào nhiềuyếu tố( lĩnh vực sản xuất công nghiệp, chế độ công nghệ, lưu lượng đơn vịtính trên sản phẩm…) và rất đa dạng.Trong các thành phố phát triển, khối

lượng nước thải công nghiệp chiếm khoảng 30-35% tổng lưu lượng nước thải

1.1.4 Các đặc điểm chính của nước thải

a) Đặc điểm vật lý

Theo trạng thái vật lý, các chất bẩn trong nước thải được chia thành:

- Các chất không hoà tan ở dạng lơ lửng, kích thước lớn hơn 10-4mm, cóthể ở dạng huyền phù, nhũ tương hoặc dạng sợi, giấy, vải, cây,cỏ…

- Các tạp chất bẩn dạng keo với kích thước dạng hạt trong khoảng 10-4đến 10-6mm

- Các chất bẩn dạng tan có kích thước nhỏ hơn 10-6mm, có thể ở dạngphân tử hoặc phân ly thành ion

- Nồng độ các chất bẩn trong nước thải có thể đậm đặc hoặc loãng tuỳthuộc tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt và lượng nước thải công nghiệp hoà lẫnvào

b) Đặc điểm hoá học

Nước thải chứa các hợp chất hoá học dạng vô cơ nh sắt, magie, canxi,silic, nhiều chất hữu cơ sinh hoạt nh phân, nước tiểu và các chất thải khác nhcát, sét, dầu, mỡ Nước thải vừa xả ra thường có tính kiềm, nhưng dần trở nên

có tính axit vì thối rữa từ các chất hữu cơ có xuất xứ từ động vật và thực vật.Những chất hữu cơ trong nước thải có thể chia thành các chất nitơ và các chấtcacbon Các hợp chất chứa nitơ chủ yếu nh ure, protein, amin, axit amin…Các hợp chất chứa cacbon nh mỡ, xà phòng, hydro cacbon trong đó có cả

xenlulo…từ chất thải công nghiệp lẫn vào làm cho thành phần và tính chấtnước thải càng thêm đa dạng.

c) Đặc điểm sinh vật, vi sinh vật

Nước thải sinh hoạt chứa vô số sinh vật, chủ yếu là vi sinh với số lượng

từ 105- 106 tế bào trong 1 ml Nguồn chủ yếu đưa vi sinh vật vào nước thải làphân, nước tiểu và đất cát

Tế bào vi sinh hình thành từ chất hữu cơ, nên tập hợp vi sinh có thể coi

là một phần của tổng hợp chất hữu cơ trong nước thải Phần này sống, hoạtđộng, tăng trưởng để phân huỷ phần hữu cơ còn lại của nước thải

Vi sinh trong nước thải thường được phân biệt theo hình dạng Vi sinh

xử lý nước thải có thể phân làm ba nhóm: vi khuẩn, nấm và nguyên sinh độngvật

Vi khuẩn dạng nấm có kích thước lớn hơn vi khuẩn và không có vai tròtrong quá trình phân huỷ ban đầu của các chất hữu cơ trong quá trình xử lýnước thải, chúng thường phát triển kết thành lưới nổi trên mặt nước gây cảntrở dòng chảy và quá trình thuỷ động học

Nguyên sinh động vật đặc trưng bằng một vài giai đoạn hoạt động trongquá trình sống của nó Thức ăn chính của chúng là vi khuẩn nên chúng là chấtchỉ thị quan trọng thể hiện hiệu quả xử lý nước thải

1.1.5 Một số thông số quan trọng của nước thải

a) Hàm lượng chất rắn

Tổng chất rắn là thành phần vật lý đặc trưng quan trọng nhất của nướcthải Nó bao gồm các chất rắn nổi, lơ lửng, keo và tan Khi phân tích, tổngchất rắn được xác định là phần còn lại sau khi cho bay hơi mẫu nước hoặcnước thải trên bếp cách thuỷ, tiếp đó sấy khô ở nhiệt độ 1030C cho tới khitrọng lượng không đổi Hàm lượng các chất rắn lắng được sẽ lắng xuống đáybình hình côn trong 60 phút và được tính bằng ml/l Chỉ tiêu này là một phép

đo gần đúng lượng bùn sẽ được khử trong lắng sơ cấp Trong nước thải sinhhoạt cặn lơ lửng chiếm 70% cặn hữu cơ và 30% cặn vô cơ

b) Hàm lượng oxy hoà tan DO

Đây là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của nước thải vì oxykhông thể thiếu được đối với tất cả các sinh vật sống trên cạn cũng nh dướinước Oxy thường có độ hoà tan thấp và phụ thuộc vào áp suất, nhiêt độ, nồng

độ muối có trong nước thải Trong quá trình xử lý, các vi sinh vật tiêu thụoxy hoà tan để oxy hoá sinh hoá, đồng hoá các chất dinh dưỡng và chất nêncần thiết cho sự sống, sinh sản và tăng trưởng của chúng Vì vậy, giữ đượcoxy hoà tan trong nước thải trong quá trình xử lý là yêu cầu quan trọng

c) Nhu cầu oxy sinh hoá BOD

Nhu cầu oxy sinh hoá là chỉ tiêu thông dụng nhất để xác định mức độ ônhiễm của nước thải đô thị và chất thải trong nước thải công nghiệp BODbiểu thị lượng các chất hữu cơ trong nước có thể bị phân huỷ bằng các vi sinhvật và được định nghĩa là lượng oxy vi sinh vật đã sử dụng trong quá trìnhoxy hoá các chất hữu cơ, vì vậy việc xác định tổng lượng oxy hoà tan cầnthiết cho quá trình phân huỷ sinh học là công việc quan trọng để đánh giá ảnhhưởng của một dòng thải đối với nguồn nước

Trong kỹ thuật môi trường chỉ tiêu này được dùng rộng rãi để:

- Xác định gần đúng lượng oxy cần thiết để ổn định sinh học các chấthữu cơ có trong nước thải

- Xác định kích thước thiết bị xử lý

- Xác định hiệu xuất xử lý của một số quá trình

- Xác định sự chấp thuận tuân theo những quy định cho phép thải chấtthải

d) Nhu cầu oxy hoá học COD

Chỉ số này được dùng để biểu thị hoá hàm lượng chất hữu cơ trong nướcthải và mức độ ô nhiễm nước tự nhiên COD được định nghĩa là lượng oxycần thiết cho quá trình oxy hoá hoá học các chất hữu cơ trong nước thành CO2

và nước Lượng oxy này tương đương với với hàm lượng chất hữu cơ có thể

bị oxy hoá được xác định khi sử dụng một tác nhân oxy hoá hoá học mạnh

trong môi trường axit COD được xác định bằng cách đun sôi hợp chất hữucơ( nước thải ) với axit sunfuric đậm đặc tinh khiết và cho thêm kali iodathoặc muối của axit cromic.

1.2 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp

Mục đích của xử lý nước thải là khử các tạp chất sao cho nước sau khi

xử lý đạt tiêu chuẩn chất lượng theo các chỉ tiêu đã đề ra Để đạt được điềunày dây chuyền công nghệ xử lý nước thải được nhóm thành các công đoạn:

Xử lý cấp 1- Gồm các quá trình xử lý sơ bộ và lắng bắt đầu từ song( hoặc lưới chắn ) và kết thúc sau lắng cấp 1 Công đoạn này có nhiệm vụ khửcác vật rắn nổi có kích thước lớn và các tạp chất rắn lơ lửng ở bể lắng cấp 1 ởđây thường gồm các quá trình lọc qua song ( hoặc lưới ) chắn,lắng, tuyển nổi,tách dầu mỡ và trung hoà

Xử lý cấp 2-Gồm các quá trình sinh học ( đôi khi cả hoá học ) có tácdụng khử hầu hết các tạp chất hữu cơ hoà tan có thể phân huỷ bằng conđường sinh học, nghĩa là khử BOD Đó là các quá trình: Hoạt hoá bùn, lọcsinh học hay oxy hoá sinh học trong các hồ ( hồ sinh học và phân huỷ yếmkhí ) Tất cả các quá trình này đều sử dụng khả năng của các vi sinh vậtchuyển hoá các chất thải hữu cơ về dạng ổn định và năng lượng thấp

Xử lý cấp 3- Thường gồm các quá trình: Vi lọc, kết tủa hoá học và đông

tụ, hấp thụ bằng than hoạt tính trao đổi ion, thẩm thấu ngược, điện thấm tích,các quá trình khử các chất dinh dưỡng, clo hoá và ozon hoá

cÊp

Bïn ho¹t tÝnh

Bïn th¶i

Dßng ra Cl

2

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý và các mức độ xử lý nước thải

1 Thanh chắn hoặc lưới chắn 5 Bể lắng cấp II

2 Bể lắng cát 6 Bể tiếp xúc clo

3 Bể lắng cấp một 7 Bể lắng làm đặc bùn

4 Xử lý cấp II ( hoạt hoá bùn hoặc lọc sinh học ) 8 Bể tiêu huỷ bùn yếm khí

9 Thiết bị tách nước

1.2.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

Đây là bước xử lý sơ bộ Mục đích của quá trình là loại tất cả các tạp vật

có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành xử lý nước thải như làm tắc bơm,đường ống hoặc kênh dẫn Đây là bước quan trọng đảm bảo an toàn và điềukiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống Những công trình xử lý cơ học baogồm:

Song chắn rác, lưới lọc dùng để chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớnhoặc ở dạng sợi nh giấy, rau, cỏ, rác Sau dó chúng thường được chuyển tớimáy nghiền rác,sau khi được nghiền nhỏ chúng được chuyển tới bể phân huỷcặn Trong những năm gần đây sử dụng rất phổ biến loại song chắn rác liênhợp vừa chắn giữ vừa nghiền rác đối với những trạm xử lý công xuất nhỏ vàvừa

Bể lắng cát tách ra khỏi nước thải các chất bẩn vô cơ có trọng lượngriêng khác với trọng lượng riêng của nước thải( như xỉ, than, cát…) chúngkhông có lợi đối với các quá trình làm trong, xử lý sinh hoá nước thải và xử lýcặn bã cũng như không có lợi đối với các công trình thiết bị công nghệ trêntrạm xử lý Cát từ bể lắng cát được đưa đi phơi khô và sau đó thường được sửdụng lại co những mục đích xây dựng

Bể lắng tách ra các chất lơ lửng có trọng lượng riêng khác với trọnglượng riêng của nước thải Chất lơ lửng nặng sẽ từ từ lắng xuống đáy,các chất

lơ lửng nhẹ sẽ nổi lên bề mặt nước Cặn lắng và bọt nổi nhờ các thiết bị thugom và vận chuyển lên công trình xử lý cặn

Bể vớt dầu mỡ thường áp dụng khi xử lý nước thải có chứa dầumỡ( nước thải công nghiệp ), Đối với xử lý khi hàm lượng dầu mỡ không caothì việc vớt dầu mỡ thường được thực hiện ngay ở bể lắng nhờ thiết bị gạtchất nổi.

Bể lọc nhằm tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bắngcách cho nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, công trình này sử dụng chủ yếu chomột số loại nước thải công nghiệp

Phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học có thể loại bỏ khỏi nước thảiđược 60% các tạp chất không hoà tan và 20% BOD

Hiệu quả xử lý có thể đạt tới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 30%theo BOD bằng các biện pháp làm thoáng sơ bộ hoặc đông tụ sinh học

Trong một số trường hợp các công trình xử lý cơ học có thể kể đến bể tựhoại, bể lắng hai vỏ, bể lắng có ngăn phân huỷ, bể UASB… là những côngtrình vừa để lắng cặn vừa để phân huỷ cặn lắng trong môi trường kỵ khí Nếu điều kiện vệ sinh cho phép, thì sau khi xử lý cơ học nước thải đượckhử trùng và xả vào nguồn nhưng thường thì xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử

lý sơ bộ trước khi cho qua xử lý sinh học

Khi tính toán các bể lắng để xử lý nước thải phải tính đến các chỉ tiêuđặc trưng cho tính chất lý học của nước thải và các chất lơ lửng trong đó, cácchỉ tiêu cơ bản là :

- Nhiệt độ nước vào bể

- Nồng độ các chất lơ lửng và lý tính của chúng

- Kích thước các hạt hoặc tốc độ lắng xuống hay nổi lên của chúng

- Độ Èm của cặn sau khi lắng

- Động học quá trình nén cặn dưới nước

1.2.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý

Phương pháp này được dùng để thu hồi các chất quý hoặc để khử cácchất độc hại, các chất có ảnh hưởng xấu đối với giai đoạn làm sạch sinh hoásau này

Cơ sở của các phương pháp hoá lý là các phản ứng hoá học, các quátrình lý hoá diễn ra giữa chất bẩn với hoá chất cho thêm vào Những phản ứngdiễn ra có thể là phản ứng oxy hoá- khử, các phản ứng tạo chất kết tủa hoặccác phản ứng phân huỷ chất độc hại Các phương pháp hoá học là oxy hoá,trung hoà và keo tụ.Thông thường đi đôi với trung hoà có kèm theo quá trìnhđông tụ và nhiều hiện tượng vật lý khác.

Những phương pháp hoá lý để xử lý nước thải đều dựa trên cơ sở ứngdụng các quá trình: Đông tụ, hấp thụ, trích ly, bay hơi, tuyển nổi, trao đổi ion,tinh thể hoá, dializ-màng bán thấm, cô đặc, khử hoạt tính phóng xạ, khử khíkhử màu…

1.2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp đông tụ

Đông tụ là làm trong và khử màu nước thải bằng cách dùng các chất keo

tụ ( phèn ) và các chất trợ keo tụ để liên kết các chât bẩn ở dạng lơ lửng vàkeo thành những bông có kích thước lớn hơn lắng xuống.Phương pháp đông

tụ làm tăng nhanh quá trình lắng các chất lơ lửng phân tán nhỏ, keo thậm chí

cả nhũ tương và các tạp chất khác Khi đó nồng độ các chất lơ lửng, mùi, màu

sẽ giảm xuống Các chất đông tụ thường dùng là nhôm sunfat,sắt sunfat, sắtclorua…

Hiệu suất đông tụ cao nhất khi giá trị pH= 4 8,5 Để loại các bông lớn

và dễ lắng người ta cho thêm các chất trợ đông tụ Đó là chất cao phân tử tantrong nước và đễ phân ly thành ion Tuỳ thuộc vào các nhóm ion khi phân ly

mà các chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương

1.2.4.Xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ

Hấp phụ là tách các chất hữu cơ và khí hoà tan khỏi nước thải bằngcách tập chung các chất đó trên bề mặt chất rắn ( chất hấp phụ ) hoặc bằngcách tương tác giữa các chất bẩn hoà tan với các chất rắn Hiện nay phươngpháp hấp phụ được xử dụng rộng rãi để xử dụng nước thải công nghiệp.Phương pháp này cho phép xử lý nước thải chứa một hoặc nhiều loại nướcbẩn khác nhau Kể cả khi nồng độ chất bẩn trong nước rất thấp Như vậy

phương pháp hấp phụ còn có thể dùng để xử lý triệt để nước thải sau khi đã

xử lý bằng các phương pháp khác Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và chiphí riêng lượng chất hấp phụ không lớn thì việc ứng dụng phương pháp này làhợp lý hơn cả

Trong công nghệ xử lý nước thải khi nói về phương pháp hấp phụ tức lànói về quá trình hấp phụ chất bẩn hoà tan ở bề mặt biên giới giữa pha lỏng vàpha rắn Người ta phân biệt ba loại hấp phụ sau đây:

- Hấp phụ là quá trình, trong đó những phân tử của chất bẩn hoà tankhông những tập chung ở bề mặt mà còn bị hút sâu vào các lớp bên trong củachất rắn( hoặc chất lỏng ) Khi xử lý nước thải chứa các chất bẩn dạng khí hoàtan thì người ta dùng các phương pháp hấp thụ- tháp hấp thụ hoặc tháp lọckhí

- Hấp phụ lý học là quá trình hút( hay còn gọi là tập chung ) của mộthoặc hỗn hợp các chất bẩn hoà tan thể khí hoặc thể lỏng trên bề mặt chất rắn

- Hấp phụ hoá học là quá trình hút các chất tan dạng khí dưới tác dụnghoá học tức là các chất tan hấp phụ lên bề mặt và tạo phản ứng hoá học vớichất rắn

1.2.5 Xử lý nước thải bằng phương pháp trích ly

Phương pháp trích ly là một trong những phương pháp phổ biến để xử

lý nước thải chứa phenol và các chất hữu cơ khác như các loại axit béo

Thực chất của phương pháp này là sử dụng độ hoà tan của các chất bẩntrong dung môi nào đó, mà dung môi đó lại không tan trong nước thải

Nếu cho dung môi vào nước thải và khuấy trộn đều thì các chất bẩn sẽhoà tan trong dung môi, khi đó nồng độ chất bẩn trong nước thải sẽ giảm nếutiếp tục tách dung môi ra khỏi nước thải thì nước thải coi như được làm sạch.Như vậy nguyên tắc của phương pháp này là: Trong hỗn hợp hai chất lỏngkhông tan lẫn nhau, bất cứ một chất thứ ba nào khác, theo độ hoà tan củamình trong hai chất lỏng trên sẽ được phân bổ vào hai chất lỏng đó theo quyluật phân bổ Phương pháp tách chất bẩn hoà tan ra khỏi nước thải như vậy

gọi là phương pháp trích ly Những chất trích ly thường dùng là benzen, dầu

1.2.6 Xử lý nước thải bằng phương pháp làm thoáng và chưng bay hơi

Nước thải của nhiều lĩnh vực công nghiệp( hoá chất, sản xuất sợi nhântạo, sản xuất giấy…) chứa các chất bẩn dễ bay hơi như hidro sunfua, cacbonsunfua, metyl mecaptan… Để xử lý các loại nước này người ta dùng phươngpháp làm thoáng tức là cho tiếp xúc với không khí hoặc khí trơ trong điềukiện tự nhiên hoặc cưỡng bức

Khi các chất hữu cơ dễ bay hơi và cùng với nước tạo thành hỗn hợpđẳng sôi thì người ta dùng phương pháp chưng bay hơi để các chất đó cùngbay theo hơi nước Để xử dụng phương pháp này người ta phải xét đến nhiệt

độ sôi của hỗn hợp và tỷ lệ giữa lượng chất bẩn hữu cơ và lượng nước cùngchuyển sang dạng hơi khi chưng cất Nếu tỷ lệ này càng lớn so với chính tỷ lệgiữa chúng(chất bẩn và nước) lúc bình thường thì phương pháp này càng cólợi Nhiều hỗn hợp đẳng sôi khi ngưng tụ sẽ hình thành các lớp riêng biệt và

do đó rất dễ dàng tách các chất bẩn ra khái dung dịch bão hoà Tuy nhiên,nhiều khi chúng không hình thành các lớp riêng biệt do độ hoà tan của lớpngưng với chất bẩn rất lớn, Nhưng những hỗn hợp đó vẫn có thể sử dụng trựctiếp hoặc có thể sử dụng sau khi xử lý bằng phương pháp trích ly

1.2.7 Xử lý nước thải bằng phương pháp tuyển nổi

Thực chất của quá trình tuyển nổi là dính kết phân tử các chất bẩn với

bề mặt phân chia giữa khí và nước Sự dính kết diễn ra được là do có nănglượng tự do trên bề mặt phân chia đó và nhờ hiện tượng bề mặt đặc biệt gọi là

hiện tượng tẩm ướt Hiện tượng này xuất hiện ở những nơi tiếp xúc giữa bapha( lỏng- khí- rắn ), tức là xuất hiện theo chu vi Èm ướt.

Nói chung quá trình tuyển nổi là quá trình hoá lý phức tạp.Trong nướccác phần tử có bề mặt kỵ nước sẽ có khả năng dính kết vào bọt khí Khi cácbọt khí và các phần tử phân tán cùng vận động trong nước thì các phần tử đó

sẽ tập trung trên bề mặt các bọt khí và nổi lên Những phần tử nào không cókhả năng dính kết vào bọt khí thì sẽ còn lại trong nước Tiếp theo người tatách các bọt khí cùng các phần tử dính vào đó khỏi mặt nước

Phương pháp tuyển nổi được phổ biến rộng rãi trong việc luyện kim, thuhồi khoáng sản quý cũng như lĩnh vực xử lý nước thải

Những quy luật quá trình tuyển khoáng cũng có thể sử dụng trong thực

tế xử lý nước thải Tuy nhiên phải tính tới những đặc điểm về thành phần tínhchất nước thải Ngoài ra, mục tiêu của quá trình tuyển nổi ở mỗi lĩnh vựchoàn toàn khác nhau Trong quá trình tuyển khoáng, nhiệm vụ là tách cáckhoáng sản riêng rẽ với nhau Trong khi đó nhiệm vụ của việc xử lý nước thải

là tách hoàn toàn các chất không tan, một số loại keo và tan khỏi nước

Ngoài ra còn có một số phương pháp xử lý nước thải khác dựa trên cơ

sở hoá lý:

Trao dổi ion là phương pháp thu hồi các cation và anion bắng các chấttrao đổi ion Các chất trao đổi ion là các chất rắn trong thiên nhiên hoặc vậtliệu nhựa nhân tạo Chúng không hoà tan trong nước và trong dung môi hữu

cơ, có khả năng trao đổi ion

Tách bằng màng là phương pháp tách các chất tan khỏi các hạt keo bằngcách dùng các màng bán thấm Đó là các màng xốp đặc biệt không cho cáchạt keo đi qua

1.2.8 Xử lý nước thải bằng phương pháp nhiệt

Để xử lý khử độc của nhiều loại nước thải công nghiệp đôi khi người tadùng phương pháp nhiệt là hợp lý nhất Thực chất của phương pháp nhiệt làcác chất độc hữu cơ trong nước thải sẽ hoàn toàn bị oxy hoá ở nhiệt độ

cao( bị đốt cháy) và cho ra các sản phẩm ở thể khí và rắn; thể khí cho bay hơivào khí quyển; còn thể rắn có thể sử dụng được.

Để đốt cháy các chất hữu cơ trong nước thải trước tiên người ta phảicho bay hơi một lượng nước khá lớn tức là phải chi phí thêm nhiên liệu, điệnnăng Khi đó sơ đồ công nghệ trạm xử lý cũng phức tạp thêm Khi chọn sơ đồcông nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp nhiệt phải căn cứ vào thànhphần tính chất hoá lý và nộng độ các chất bẩn trong nước thải, trạng thái tồntại các sản phẩm sau khi đốt

1.2.9.Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học

Thực chất của phương pháp xử lý hoá học là đưa vào nước thải chấtphản ứng nào đó để gây tác động đối với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học vàtạo cặn lắng hoặc tạo dạng chất hoà tan nhưng không độc hại, không gây ônhiễm môi trường Ví dụ: phương pháp trung hoà nước thải chứa axit và chứakiềm, phương pháp oxy hoá khử, phương pháp ozon hoá, phương pháp điệnhoá…Theo giai đoạn và mức độ xử lý, phương pháp hoá học sẽ có tác độngtăng cường quá trình xử lý cơ học hoặc sinh học Những phản ứng diễn ra cóthể là phản ứng oxy hoá khử, các phản ứng tạo chất kết tủa hoặc các phản ứngphân huỷ chất độc hại

Phương pháp hoá học thường được áp dụng để xử lý nước thải côngnghiệp Tuỳ thuộc vào điều kiện địa phương và điều kiện vệ sinh cho phép,phương pháp xử lý hoá học có thể hoàn tất ở giai đoạn cuối cùng hoặc chỉ làgiai đoạn sơ bộ ban đầu của việc xử lý nước thải

Các phương pháp hoá học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trunghoà, oxy hoávà khử, phương pháp ozon hoá, phương pháp điện hoá học.Tất cảcác phương pháp này đều dùng các tác nhân hoá học nên là phương pháp đắttiền Người ta sử dụng các phương pháp để khử các chất hoà tan và trong các

hệ thống cấp nước khép kín

a)Phương pháp trung hoà

Phương pháp trung hoà được dùng để đưa môi trường nước thải chứaaxit vô cơ hoặc kiềm cần được trung hoà đưa pH về khoảng 6,5 đến 8,5 trướckhi thải vào nguồn nước hoặc xử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo.

Trung hoà nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:

- Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm

- Bổ sung các tác nhân hoá học

- Hấp thụ khí axit bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước axit.Việc lựa chọn phương pháp trung hoà là tuỳ thuộc vào thể tích và nồng

độ, chế độ thải của nước thải, khả năng sẵn có và giá thành của tác nhân hoáhọc

b) Phương pháp oxy hoá và khử

Để làm sạch nước thải người ta có thể sử dụng các chất oxy hoá như clo

ở dạng khí và hoá lỏng, dioxit clo, clorat canxi…

Trong quá trình oxy hoá, các chất độc hại trong nước thải được chuyểnthành các chất Ýt độc hơn và tách ra khỏi nước Quá trình này tiêu tốn mộtlượng lớn các tác nhân hoá học, do đó quá trình oxy hoá hoá học chỉ đượcdùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nước thảikhông thể tách bằng những phương pháp khác

c) Phương pháp ozon hoá

Là phương pháp xử lý nước thải có chứa các chất hữu cơ dạng hoà tan

và dạng keo bằng ozon Ozon dễ dàng nhường oxy nguyên tử cho các tạp chấthữu cơ

d) Phương pháp điện hoá học

Phương pháp này thực chất là phá huỷ các tạp chất độc hại có trong nướcthải bằng oxy hoá điện hoá trên cực anôt hoặc dùng để phục hồi các chất quý(đồng, chì, sắt …) Thông thường hai nhiệm vụ phân huỷ chất độc hại và thuhồi chất quý được giải quyết đồng thời

1.2.10 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Phương pháp này thường dùng để loại các chất phân tán nhỏ, keo vàhoà tan chất hữu cơ ( đôi khi cả vô cơ ) khỏi nước thải Phương pháp này dựavào khả năng sống của vi sinh vật Chúng sử dụng các chất hữu cơ có trongnước thải làm chất dinh dưỡng như cacbon, nitơ, phôtpho, kali,….Trong quátrình dinh dưỡng các vi sinh vật sẽ nhận các chất để xây dựng tế bào và sinhnăng lượng nên sinh khối của nó tăng lên Quá trình phân huỷ các chất hữu cơnhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá.

Như vậy, nước thải được xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ được đặctrưng bởi chỉ tiêu BOD hoặc COD Để có thể xử lý bằng phương pháp nàynước thải sản xuất cần không chứa các chất độc và tạp chất, các muối kim loạinặng hoặc nồng độ của chúng không được vượt quá nồng độ cực đại chophép

Sau khi được xử lý sinh học nước thải sẽ bị phân huỷ chủ yếu theo cácphản ứng oxy hoá Các sản phẩm tạo thành sau khi phân huỷ sẽ được loạikhỏi nước thải ở dạng khí, cặn lắng hoặc còn lại trong nước nhưng không độc.Những công trình xử lý sinh học phân thành hai nhóm:

- Những công trình trong đó quá trình xử lý được thực hiện trong điềukiện tự nhiên như cánh đồng tưới, bãi lọc, hồ sinh học…Thường thì các quátrình này diễn ra chậm

- Những công trình trong đó quá trình xử lý diễn ra trong điều kiện nhântạo như bể lọc sinh học, bể làm thoáng sinh học( aeroten) … Do các diều kiệnnhân tạo mà quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn Quá trình xử lý sinh học cóthể đạt được hiệu xuất khử trùng 99%, theo BOD là 90 đến 95%

Thông thường giai đoạn xử lý sinh học được tiến hành sau giai đoạn xử

lý cơ học Bể lắng đặt sau giai đoạn xử lý cơ học gọi là bể lắng đợt 1 Bể lắngdùng để tách màng sinh học hoặc tách bùn hoạt tính ( đặt sau bể aeroten ) gọi

là bể lắng đợt 2

Trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, bùn hoạt tính ( bùntuần hoàn ) thường được đưa quay trở lại bể sinh học để tạo điều kiện cho quá

trình sinh hoá hiệu quả Phần bùn còn lại là bùn dư, thường được đưa tới bểnén bùn để giảm thể tích trước khi đưa tới các công trình xử lý cặn bã.

Chương 2 Nước thải nhà máy bia Vinh và phương pháp xử lý sinh học 2.1 Nước thải nhà máy bia Vinh

2.1.1 Công nghệ sản xuất bia

Các công đoạn chính của công nghệ sản xuất bia bao gồm:

- Chuẩn bị nhiên liệu : Malt đại mạch và nguyên liệu thay thế( gạo, lúa

mì, ngô )được làm sạch rồi đưa vào xay, nghiền ướt để tăng bề mặt hoạt độngcủa enzim và giảm thời gian nấu

- Lọc dịch đường dể thu nước nha trong và loại bỏ bã malt gồm haibước:

Lọc hỗn hợp dịch đường thu nước nha đầu và dùng nước nóng thu bãnha cuối và tách bã malt

- Nấu với hoa houblon để tao ra hương vị cho bia, sau đó nước nha đượcqua thiết bị tách bã hoa

- Làm lạnh: Nước nha từ nồi nấu có nhiệt độ xấp xỉ 1000C được làm lạnhtới nhiệt độ thích hợp của quá trình lên men, ở nhiêt độ vào khoảng 10 đến

160C và qua hai giai đoạn Giai đoạn một, dùng nước lạnh hạ nhiệt độ xuống

chừng 600C và giai đoạn hai, dùng tác nhân lạnh glycon để hạ nhiệt độ xuốngchừng 140C.

- Lên men chính và lên men phụ: Đây là các quá trình quan trọng của sảnxuất bia Quá trình lên men nhờ tác dụng của men giống để chuyển hoá đườngthành alcol etylic và khí cacbonic:

C6H12O6 lên men C2H5OH + 2CO2

Nhiệt độ duy trì trong giai đoạn lên men chính( 6 đến 10 ngày ) là 8 đến

100C Sau đó tiếp tục thực hiện giai đoạn lên men phụ bằng cách hạ nhiệt độcủa bia non xuống 1 đến 30C và áp suất 0,5 đến 1 at trong thời gian 10 ngàycho bia hơi và 15 ngày cho bia đóng chai lon Quá trình len men phụ diễn rachậm và thời gian dài giúp cho các cặn lắng, làm trong bia và bão hoà CO2làm tăng độ bền và chất lượng của bia Nấm men tách ra, một phần dược phụchồi làm men giống, phần thải có thể làm thức ăn gia sóc

- Lọc bia nhằm loại bỏ các tạp chất không tan như nấm men, protein,houblon làm cho bia trong hơn trên máy lọc khung bản với chất trợ lọc làdiatomit

- Bão hoà CO2 và chiết chai: Trước khi chiết chai, bia được bão hoà CO2bằng khí CO2 lấy từ quá trình lên men chứa trong bình áp suất Các dụng cụchứa bia( chai, lon, két ) phải được rửa, thanh trùng đảm bảo tiêu chuẩn vệsinh, Sau đó thực hiện công việc triết chai, cuối cùng là đóng nắp và thanhtrùng ở các chế độ nhiệt khác nhau để đảm bảo chất lượng trong thời gian bảohành

Trong công nghệ sản xuất bia, nước được dùng vào các mục đích:

- Làm nguyên liệu pha trộn theo tỷ lệ nhất định để nghiền ướt malt vàgạo( hay lúa mì)và bổ xung tiếp trong quá trình nấu- đường hoá

- Sản xuất hơi nước dùng cho quá trình nấu đường hoá, nấu hoa, thanhtrùng

- Một lượng nước lớn dùng cho quá trình rửa chai, lon, thiết bị máy móc,sàn thao tác

2.1.2.Các nguồn phát sinh nước thải

Nước thải của dây chuyền sản xuất bia Vinh bao gồm:

- Nước làm lạnh, nước ngưng - đây là nguồn nước thải Ýt hoặc gần nhưkhông bị ô nhiễm có khả năng tuần hoàn sử dụng lại

- Nước thải từ bộ phận nấu đường hoá, chủ yếu là nước vệ sinh thùngnấu, bể chứa, nhà sàn… nên chứa bã malt tinh bột, bã hoa,các chất hữu cơ

- Nước thải rửa chai- đây là một trong những dòng thải có ô nhiễm lớntrong dây chuyền sản xuất bia Vinh Bia được làm sạch qua các bước: Rửavới nước nóng, rửa bằng kiềm loãng nóng, tiếp đó là rửa sạch bẩn và nhãnbên ngoài chai và phun kiềm nóng để rửa bên trong và bên ngoài, sau đó chaiđược rửa bằng nước lạnh Do đó dòng thải của quá trình rửa chai có độ pHcao và làm cho dòng nước thải chung có giá trị pH kiềm tính

Công nghệ sản xuất bia và các dòng thải của nó được giới thiệu trên hình2.1 trang kế tiếp

2.1.3.Các thành phần quan trọng trong nước thải liên quan đến công nghệ xử lý

a) Các chất rắn lơ lửng

Các chất rắn lơ lửng có thể dẫn đến khả năng lắng bùn và điều kiện kỵkhí nước thải thông qua xử lý vào môi trường nước

b) Các chất hữu cơ phân huỷ sinh học

Gồm protein, cacbonhydrat và chất béo Các chất hữu cơ phân huỷ sinhhọc được đo bằng chỉ tiêu BOD và COD Nếu thải chúng trực tiếp vào môitrường, quá trình ổn định sinh học của chúng có thể dẫn đến giảm lượng oxytrong nước tự nhiên và nguyên nhân gây đến mùi khó chịu

c ) Các nhân tố gây bệnh

Rất nhiều bệnh có thể lan truyền qua các vi khuẩn gây bệnh trong nướcthải

d) Các chất dinh dưỡng

Cả nitơ và photpho cùng với cacbon là những chất dinh dưỡng chínhcho sự phát triển của vi sinh vật Khi thải chúng vào môi trường nước, cácchất dinh dưỡng này có thể dẫn đến sự phát triển của các sinh vật ngoài ýmuốn trong môi trường nước Còn khi thải chúng với một lượng dư các chất

sẽ làm ô nhiễm nước ngầm

e) Các chất hữu cơ trơ

Các chất hữu cơ này không bị phân huỷ bởi các phương pháp xử lýnước thải thông thường Ví dụ điển hình là chất hoạt động bề mặt, phenol vàmột số hoá chất bảo vệ trong nông nghiệp

f) Kim loại nặng

Các kim loại nặng thường này là một trong những nguồn ô nhiễm nướctrong dây chuyền sản xuất bia

g) Các chất rắn vô cơ hoà tan

Các thành phần vô cơ như canxi, natri, sunphat luôn có mặt trong quátrình sử dụng nước thải bia Nếu nước thải muốn sử dụng lại thì phải khử bỏchúng

Bảng 1.1 Thành phần, tính chất nước thải của nhà máy bia Vinh và yêucầu chất lượng nước thải khi xả ra môi trườmg bên ngoài theo TCVN 5945-1995

xử lý Nước thải sau xử lý

Để giảm lượng nước thải và các chất ô nhiễm nước thải trong dâychuyền sản xuất bia Vinh cần tiến hành các bước dưới đây:

- Phân luồng các dòng thải để có thể tuần hoàn sử dụng các dòng Ýt chất

ô nhiễm như nước làm lạnh, nước ngưng cho quá trình rửa thiết bị, sàn, chai

- Sử dụng các thiết bị cao áp như súng phun tia hoặc rửa khô để giảmlượng nước rửa

- Hạn chế rơi vãi nguyên liệu, men, hoa houblon và thu gom kịp thời bãmen, bã malt, bã hoa và bã lọc để hạn chế ô nhiễm trong dòng nước rửa sàn

- Do đặc tính nước thải của công nghệ sản xuất bia có chứa hàm lượngcác chất hữu cơ ở trạng thái hoà tan và trạng thái lơ lửng, trong đó chủ yếu làhydrat cacbon protein và các axit hữu cơ là các chất có khả năng phân huỷsinh học Tỷ lệ giữa BOD và COD là 0.7 thích hợp với phương pháp xử lýsinh học

- Nước thải trước khi đưa vào sử lý sinh học cần qua sàng, lọc để táchcác tạp chất thô như giấy, nhãn và các loại hạt rắn khác Đối với dòng thải rửachai có giá trị pH cao cần được trung hoà bằng khí CO2 của quá trình lên menhay bằng khí thải nồi hơi

2.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

2.2.1 Đại cương về phương pháp sinh học

Thực chất của phương pháp xử lý sinh học là sử dụng khả năng hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất bẩn hữu cơ trong nước thải.Các vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số khoáng chất làmnguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trình dinh dưỡng, chúngnhận được các chất làm vật liệu để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sảnnên sinh khối được tăng lên Phương pháp sinh học có thể dùng để làm sạchhoàn toàn các loại nước thải sản xuất chứa các chất hữu cơ hoà tan hoặc phântán nhỏ Do vậy phương pháp này thường dùng sau khi đã loại bỏ các tạp chấtphân tán thô ra khỏi nước thải Đối với nước thải chứa chất vô cơ thì phươngpháp này dùng để khử các chất sunfit, muối amon, nitrat – tức là các chất

sống-chưa bị ôxy hoá hoàn toàn Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân huỷ sinhhoá các chất bẩn sẽ là: khí cacboníc, nước, nitơ, ion sunphat…

Nhiệm vụ của công trình kỹ thuật xử lý nước thải bằng phương phápsinh học là tạo điều kiện sống và hoạt động tốt nhất cho các vi sinh vật đểphân huỷ các chất hữu cơ được nhanh chóng

- Khử các chất hữu cơ chứa cacbon trong nước thải, thường được biểuthị bằng nhu cầu oxy sinh hoá- BOD; tổng cacbon hữu cơ- TOC hoặc nhu cầuoxy hoá học- COD

- Nitrat hoá

- Khử nitrat, photpho

- Ổn định nước thải

2.2.3 Xử lý nước thải trong điều kiện hiếu khí

a) Nguyên lý chung của quá trình oxy hoá sinh hoá

Để thực hiện quá trình oxy hoá sinh hoá, các chất hữu cơ hoà tan, cácchất keo và phân tán nhỏ sẽ được chuyển hoá bằng cách hấp thụ và keo tô

sinh học trên bề mặt các tế bào vi sinh vật Tiếp đó trong quá trình trao đổichất, dưới tác dụng của những men nội bào, các chất hữu cơ sẽ bị phân huỷ.Việc thu hồi các chất bẩn từ nước thải và việc vi sinh vật tiêu thụ các chất đó

là một quá trình gồm ba giai đoạn dưới đây:

- Khuếch tán và chuyển chất từ dịch thể ( nước thải ) tới bề mặt các tếbào vi sinh vật

- Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằngkhuếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngoài tế bào

- Chuyển hoá các chất đã được khuếch tán và hấp thụ ở trong tế bào visinh vật với sự sản sinh năng lượng và tổng hợp các chất mới của tế bào

Các giai đoạn trên có quan hệ rất chặt chẽ với nhau và quá trình chuyểnhoá các chất đóng vai trò chính trong quá trình xử lý nước thải

Các hợp chất hoá học trải qua nhiều phản ứng chuyển hoá khác nhautrong nguyên sinh các tế bào Phương trình tổng quát các phản ứng tổng củaquá trình oxy hoá sinh hoá ở điều kiện hiếu khí có dạng như sau:CxHyOzN+( x + y/4 + z/3 + 3/4) O2 xCO2 + y2 3 H2O + NH3 +

H CxHyOzN + NH3 + O2 C5H7NO2 + CO2 + H

Trong phản ứng trên CxHyOzN là tất cả các chất hữu cơ nước thải, cònC5H7NO2 là công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào

vi sinh vật, H là năng lượng

Sù oxy hoá các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng trong tế bàosống vi sinh vật được gọi là hô hấp Nhờ năng lượng do vi sinh vật khai thácđược trong quá trình hô hấp chúng mới có thể tổng hợp các chất mới để sinhtrưởng, phát triển, trao đổi nhiệt vận động

b) Nguyên lý chung của tế bào và động học của phản ứng lên men

Dựa trên đặc tính sinh lý và tốc độ sinh sản của vi sinh vật, quá trìnhphát triển của chúng được chia thành nhiều giai đoạn:

Giai đoạn tiềm phát, vi sinh vật chưa thích nghi với môi trường hoặcđang biến đổi để thích nghi Đến cuối giai đoạn này vi sinh vật mới bắt đầusinh trưởng Các tế bào mới tăng về kích thước nhưng chưa tăng về số lượng Trong giai đoạn luỹ tiến, vi sinh vật phát triển với tốc độ riêng khôngđổi Sau một thời gian nhất định, tổng số tế bào cũng như trọng lượng tế bàotăng lên gấp đôi

Trong giai đoạn tốc độ chậm, tốc độ giảm dần tới mức cân bằng ở cuốipha, ở các vi sinh vật cho sản phẩm trao đổi chất thì giai đoạn này chính làgiai đoạn hình thành sản phẩm như các enzim, alcol, axit hữu cơ, vitamin… Trong giai đoạn cân bằng, số lượng tế bào sống giữ ở mức không đổi,nghĩa là số lượng tế bào chết đi tương đương với số lượng tế bào mới sinh ra.Tính chất sinh lý của tế bào vi sinh vật bắt đầu thay đổi – cường độ trao đổichất giảm đi rõ rệt

Trong giai đoạn suy tàn, tốc độ sinh sản giảm đi rõ rệt và dần ngừnghẳn, dẫn đến số lượng sống tế bào sống giảm đi rất nhanh và bắt đầu có hiệntượng tự huỷ

Nguyên nhân suy tàn chủ yếu là do nguồn thức ăn trong môi trường đãcạn, sự tích luỹ sản phẩm trao đổi chất có tác động ức chế và đôi khi tiêu diệt

cả vi sinh vật

c) Ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau lên tốc độ oxy hoá sinh hoá

Tốc độ oxy hoá sinh hoá phụ thuộc vào nồng độ các chất hữu cơ, hàmlượng các tạp chất và mức độ ổn định của dòng nước thải vào hệ thống xử lý Ngoài ra việc khuấy trộn trong các công trình xử lý nước thải sẽ làmtăng cường sự phân chia bông bùn hoạt tính thành các hạt nhỏ hơn, tăng tốc

độ hấp thụ các chất dinh dưỡng và oxy lên các bề mặt vi sinh vật Điều đódẫn đến làm tăng tốc độ làm sạch Cường độ khuấy trộn phụ thuộc vào lượngkhông khí cấp vào chất lỏng Chuyển động rối của các dòng hạt đạt dược nhờ

sự khuấy trộn mãnh liệt, khi đó bùn hoạt tính nằm ở trạng thái lơ lửng đảmbảo phân bố đồng đều trong nước thải

* Ảnh hưởng của nhiệt độ

Tốc độ phản ứng oxy hoá sinh hoá tăng khi nhiệt độ tăng Song trongthực tế nhiệt độ nước thải trong hệ thống xử lý thường nằm trong khoảng 20đến 300C Trong phạm vi tối ưu này, khi nhiệt độ tăng tốc độ quá trình phânhuỷ các chất hữu cơ tăng gấp 2 đến 3 lần Tuy nhiên, khi nhiệt độ nước thảităng thì độ hoà tan của oxy trong nước giảm nên người ta phải tiến hành sụckhí liên tục Khi nhiệt độ tăng quá ngưỡng trên có thể làm cho các vi sinh vậtchết, còn ở nhiệt độ quá thấp tốc độ làm sạch sẽ bị giảm và quá trình thíchnghi của vi sinh vật với môi trường mới bị chậm lại, các quá trình nitrat hoáhoạt tính keo tụ và lắng bùn bị giảm hiệu suất

* Ảnh hưởng của kim loại nặng

Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ các muối kim loại nặng Khi đó hoạtđộng sinh hoá của chúng bị giảm do sự phát triển mạnh của vi khuẩn dạng sợilàm cho bùn hoạt tính bị phồng lên Muối của các kim loại này làm giảm tốc

độ làm sạch Nồng độ cho phép của các chất độc để quá trình oxy hoá sinhhoá có thể xảy ra phụ thuộc vào bản chất của các chất đó Đôi khi hàm lượngcủa các chất khoáng cao hơn nồng độ cho phép cũng làm ảnh hưởng xấu tớitốc độ làm sạch nước thải

* Các nguyên tố dinh dưỡng và vi lượng

Để có phản ứng sinh hoá, nước thải cần chứa các hợp chất của cácnguyên tố dinh dưỡng và vi lượng Đó là các nguyên tố N, K, P, Mg, Ca, Na,

Cl, Fe… trong đó N, P, K là các nguyên tố chủ yếu và cần được đảm bảo mộtlượng cần thiết trong xử lý sinh học Hàm lượng các nguyên tố khác khôngcần phải định mức vì chúng có trong nước thải ở mức đủ cho nhu cầu của các

vi sinh vật

Khi thiếu nitơ lâu dài, ngoài việc cản trở quá trình sinh hóa các chất bẩnhữu cơ còn tạo ra bùn hoạt tính khó lắng

Khi thiếu photpho đẫn đến sự phát triển vi sinh vật dạng sợi và lànguyên nhân chính làm cho bùn hoạt tính bị phồng lên, khó lắng đẫn đếngiảm sinh trưởng của bùn hoạt tính, giảm cường độ quá trình oxy hoá.

Khi trong nước thải không có đủ nitơ và photpho người ta bổ xungchúng bằng cách đưa thêm phân nitơ, photpho và kali vào

d) Điều kiện, yêu cầu và yếu tố môi trường ảnh hưởng tới quá trình xử lý

- Điều kiện đầu tiên là phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxy một cáchliên tục

- Nồng độ cho phép các chất bẩn hữu cơ phải ở mức độ nhất định chophép Nếu dùng các bể aeroten thì BOD toàn phần không được quá 1000mg/l.Nếu vượt quá giới hạn đó thì phải dùng nước sản xuất quy ước sạch, nướcsông hoặc nước đã xử lý rồi để pha loãng

- Lượng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết để các quá trình sinh hoádiễn ra bình thường không được thấp hơn giá trị cho trong bảng dưới đây [3]

BOD toàn

phần của nước thải,

mg/l

Nồng độ nitơtrong muối amon,mg/l

Nồng độphotpho theoP2O5, mg/l

< 500 15 3

500- 100 25 8

Ngoài các nguyên tố dinh dưỡng chủ yếu trên còn cần có K,Mg, Ca, S,Fe…

- Nồng độ giới hạn cho phép của các chất độc

- Giá trị pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quátrình hấp thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào

- Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn tới chức năng hoạt động của visinh vật Đối với đa số vi sinh vật , nhiệt độ nước thải trong các công trình xử

lý không dưới 60C và khônh quá 370C

- Nồng độ các muối vô cơ trong nước thải không quá 10g/l Lượng cácchất lơ lửng chảy vào các công trình không quá 100mg/l khi dùng bể lọc sinhhọc và 150mg/l khi dùng bể aeroten.

Ngoài ra các cấu trúc của chất bẩn và các loại vi sinh vật là những yếu

tố rất quan trọng quyết định tốc độ của các quá trình oxy hoá sinh hoá

2.2.4 Các loại bể xử lý nước thải trong điều kiện hiếu khí

a) Bể thông khí sinh học ( bể aeroten )

Đối với các loại nước thải trong lĩnh vực công nghiệp thì loại bể aerotencho hiệu quả tốt nhất Bể aeroten thường làm bằng bê tông cốt thép hoặc bằngthép phủ sơn epoxy

Quá trình làm sạch trong bể aeroten diễn ra theo mức dòng chảy qua cửahỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được sục khí Bùn hoạt tính là loại bùnchứa nhiều vi sinh vật có khả năng oxy hoá và khoáng hoà các chất hữu cơchứa trong nước thải

Quá trình làm sạch trong aeroten diễn ra theo mức dòng chảy qua cửahỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được sục khí Việc sục khí ở đây đảm bảocác yêu cầu của quá trình: làm nước được bão hoà oxy và duy trì bùn hoạttính ở trạng thái lơ lửng

b ) Bể lọc sinh học

Bể lọc sinh học bao gồm một lớp các vật liệu dễ thấm nước với những

vi sinh vật sinh trưởng gắn kết vào các hạt vật liệu và nước thải chảy qua,thấm hoặc nhỏ giọt trên đó Vật liệu lọc thường gồm đá dăm hoặc các hộp -khối vật liệu dẻo Khi hoạt động các vật liệu tiếp xúc chứa đầy nước thải từtrên xuống dưới và nước thải được phép tiếp xúc với vật liệu trong khoảngthời gian nhắn Sau đó nước thải được xả đi và bể được nghỉ một thời giantrước khi bắt đầu lặp lại một chu trình khác.Trung bình một chu trình yêu cầu

là 12h( 6h hoạt động và 6h nghỉ) Những hạn chế của bể lọc tiếp xúc bao gồm

độ ứ tắc tương đối nhiều, đòi hỏi thời gian nghỉ lâu và tải trọng tương đốithấp

Các bể lọc thường được xây dựng với hệ thống thu và dẫn nước thải đã

xử lý cùng các chất rắn sinh học đã bị nước xối theo Hệ thống thu nước nàyrất quan trọng ở chỗ nó là bộ phận thu nước lọc, đồng thời là không gian đểkhông khí đi qua tạo cấu trúc xốp cho lớp vật liệu

Nước thải sau khi được tập chung sẽ được cho qua bể lắng để tách cácchất rắn sinh học khỏi nước đã xử lý Thực tế một phần nước đã được tậpchung về hệ thống thu hoặc nước sau khi lắng sẽ được tuần hoàn trở lại đểpha loãng nước thải đậm dặc chảy vào bể lọc và giữ cho lớp màng sinh họctrong điều kiện đủ Èm Chất hữu cơ trong nước thải sẽ bị phân huỷ bởi quầnthể vi sinh vật gắn kết vào bề mặt các hạt vật liệu lọc

c) Bể hoạt động gián đoạn

Bể hoạt động gián đoạn (SBR) là hệ xử lý nước thải với bùn hoạt tínhtheo kiểu đầm lầy và xả cạn Quá trình diễn ra trong bể hoạt động gián đoạncũng tương tự như quá trình diễn ra trong bể hoạt động liên tục với bùn hoạttính thông thường, ở cả hai hệ đều phải thực hiện làm thoáng và lắng, làmtrong Nhưng có điểm khác cơ bản: trong trạm hoạt động liên tục, các quátrình diễn ra tức thời ở hai bÓ riêng biệt Trong khi đó ở hệ gián đoạn các quátrình được thực hiện ngay trong một bể

d) Hồ làm thoáng

Hồ làm thoáng có quá trình giống như quá trình bùn hoạt tính kéo dàithông thường Oxy yêu cầu cho quá trình được cung cấp nhờ thiết bị làmthoáng bề mặt hoặc khuếch tán Trong hồ hiếu khí, tất cả các chất rắn đượcgiữ ở trạng thái lơ lửng Trước đây các hồ làm thoáng được vận hành như hệvới bùn hoạt tính có dòng chảy đi qua không có tuần hoàn, thường đi kèm tiếptheo đó là hồ lắng lớn Để thoả mãn yêu cầu tiêu chuẩn xử lý bậc hai, ngàynay nhiều loại hồ làm thoáng được sử dụng cùng với hồ lắng và tuần hoànbùn sinh học

2.3 Xử lý nước thải trong điều kiện yếm khí