Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ vận hành đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ của hệ thống lọc sinh học yếm khí thiếu khí hiếu khí cải tiến

Với mong muốn môi trường sống ngày càng được nâng cao, vần đề quản lý nước thải sinh hoạt ngày càng chặt chẽ hơn phù hợp với sự phát triển tất yếu của xã hội và cải thiện được nguồn nước

HIẾU KHÍ CẢI TIẾN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: HÓA CÔNG NGHỆ - MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học:

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thiện tốt khóa luận tốt nghiệp, ngoài sự cố gắng của bản thân, em

đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình của các quý Thầy, Cô của trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 và các Thầy, Cô của Viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công Nghệ Việt Nam

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáo ThS Lê Cao Khải

người đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành khóa luận này

Em xin cảm ơn các Thầy, Cô giáo trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, đặc biệt là các Thầy, Cô trong khoa Hóa học đã giảng dạy, chỉ bảo em suốt thời gian qua

Em xin cảm ơn các anh, chị, các Thầy, Cô thuộc Viện Công nghệ Môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện cho

em thực nghiệm tại đây để hoàn thành tốt khóa luận

Mặc dù còn những thiếu sót do điều kiện hạn chế về thời gian cũng như kiến thức của bản thân, em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp theo đúng tiến độ của nhà trường đề ra với cố gắng và sự nhiệt tình của bản thân Em rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô và các bạn để khóa luận tốt nghiệp được hoàn thiện tốt hơn

Hà Nội, Ngày 04 tháng 05 năm 2015

Sinh viên

Đỗ Hồng Giang

DANH MỤC HÌNH

Hình 1: Sơ đồ và nguyên lý bể BASTAF 17

Hình 2: Sơ đồ công nghệ hệ thống V69 18

Hình 3: Mô hình cụm thiết bị khối Series QST 19

Hình 4: Mô hình công nghệ JKS 21

Hình 5: Sơ đồ công nghệ Bio-sac 22

Hình 6: Quá trình phân hủy yếm khí 26

Hình 7: Sơ đồ xử lý nước thải bằng công nghệ AAO 28

Hình 8: Thiết bị thí nghiệm AAO 32

Hình 9: Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm AAO 33

Hình 10: Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm AO 34

Hình 11: Ảnh hưởng tải lượng COD vào đến nồng độ COD ra 39

Hình 12: Ảnh hưởng tải lượng COD vào tới HSXL COD 40

Hình 13: Ảnh hưởng nhiệt độ đến HSXL COD 41

Hình 14: Ảnh hưởng chế độ sục khí đến HSXL COD 42

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Thành phần tương đối của nước thải sinh hoạt bình thường 6

Bảng 2: Chất lượng nước thải sinh hoạt chưa xử lý thông qua một số chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng 7

Bảng 3: Yêu cầu nước thải sau khi xử lý đạt QCVN 14: 2008/BTNMT 10

Bảng 4: Đặc trưng của nước thải trong nghiên cứu 38

Bảng kết quả thí nghiệm 45

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

(Anaerobic Anoxic Oxic)

(Biological Oxyzen Demand)

(Chemical Oxyzen Demand)

(Dissolved Oxyzen)

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 2

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 2

1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt 2

1.1.1 Hiện trạng nước thải sinh hoạt 2

1.1.2 Nguồn gốc của nước thải sinh hoạt 3

1.1.3 Phân loại nước thải sinh hoạt 4

1.1.4 Thành phần và đặc tính nước thải sinh hoạt 4

1.1.5 Tác hại đến môi trường 7

1.1.6 Bảo vệ nguồn nước mặt khỏi sự ô nhiễm do nước thải 9

1.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt 11

1.2.1 Phương pháp cơ học 11

1.2.2 Phương pháp hóa học, hóa lý 11

1.2.3 Phương pháp sinh học 14

1.2.4 Phương pháp khử trùng 15

1.3 Một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay 16

1.3.1 Những công nghệ ứng dụng phổ biến tại Việt Nam 16

1.3.1.1 Bể tự hoại BASTAF 16

1.3.1.2 Cụm thiết bị hợp khối V69 17

1.3.1.3 Cụm thiết bị hợp khối Series QST 19

1.3.2 Một số công nghệ của nước ngoài 21

1.3.2.1 Công nghệ JOHKASOU (Nhật Bản) 21

1.3.2.2 Công nghệ Bio – Sac (Hàn Quốc) 22

1.3.3 Công nghệ AAO (Anaerobic – Anoxic – Oxic) 23

CHƯƠNG 2 30

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Đối tượng và mục đích nghiên cứu 30

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 30

2.1.2 Mục đích nghiên cứu 30

2.2 Nội dung nghiên cứu 30

2.3 Phương pháp nghiên cứu 30

2.3.1 Phương pháp tài kiệu kế thừa 30

2.3.2 Phương pháp khảo sát 31

2.3.3 Phương pháp mô phỏng 31

2.4 Phương pháp thực nghiệm 31

2.5 Phương pháp phân tích 35

2.5.1 Cơ sở lý thuyết 35

2.5.2 Nguyên lý 35

2.5.3 Phạm vi ứng dụng 35

2.5.4 Hóa chất – dụng cụ 35

2.5.5 Cách tiến hành 36

2.5.6 Tính toán kết quả 37

CHƯƠNG 3 38

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Đặc trưng của nước thải sinh hoạt trong nghiên cứu 38

3.2 Ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD 38

3.2.1 Ảnh hưởng của tải lượng đến nồng độ COD ra 38

3.2.2 Ảnh hưởng của tải lượng COD vào đến hiệu suất xử lý COD 39

3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất xử lý COD 40

3.4 Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD 41

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHỤ LỤC 45

MỞ ĐẦU

Việt Nam đang dần chuyển mình hòa nhập vào nền kinh tế thế giới, do đó quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa không ngừng phát triển, và kết quả là kéo theo đó chính là sự đô thị hóa Dân số tăng nhanh nên các khu dân cư tập trung dần được quy hoạch và hình thành Nước thải sinh hoạt là sản phẩm trong quá trình sinh hoạt của con người Ô nhiễm nguồn nước do tác động của nước thải sinh hoạt đang là vấn đề bức xúc hiện nay Bên cạnh đó vấn đề xử lý nước thải trước khi thải ra sông rạch chưa được áp dụng rộng rãi và hiệu quả Hậu quả

là nguồn nước mặt bị ô nhiễm và nguồn nước ngầm cũng dần ô nhiễm theo, tình trạng ngập nước trên các tuyến đường, nước thải chảy tràn lan qua hệ thống sông ngòi, kênh rạch… ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường và cuộc sống của chúng ta Việc bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn nước để cung cấp cho các hoạt động sinh hoạt và sản xuất, đáp ứng nhu cầu hiện tại và thỏa mãn nhu cầu của tương lai

Hiện nay, việc quản lý nước thải trong đó có nước thải sinh hoạt là một vấn đề cấp thiết của các nhà quản lý môi trường trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Vì vậy, cần có hệ thống thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt nhằm cải thiện môi trường và phát triển theo hướng bền vững

Với mong muốn môi trường sống ngày càng được nâng cao, vần đề quản

lý nước thải sinh hoạt ngày càng chặt chẽ hơn phù hợp với sự phát triển tất yếu

của xã hội và cải thiện được nguồn nước đang bị suy thoái nên đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ vận hành đến hiệu quả xử lý chất hữu cơ của hệ thống lọc sinh học yếm khí – thiếu khí – hiếu khí cải tiến” được hình thành

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt

1.1.1 Hiện trạng nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng số nước thải ở các thành phố, là một nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm nước, là hiểm họa môi trường hàng đầu tại Việt Nam hiện nay và vấn đề này có xu hướng càng ngày càng xấu đi Tuy đã có cơ sở pháp lý là Luật và Tiêu chuẩn môi trường đối với nước thải sinh hoạt, song hiện trạng nước thải sinh hoạt và xử lý nước thải vẫn đang là vấn đề cấp bách cần được đặt ra để từng bước cải thiện tình hình

Ô nhiễm môi trường do nước thải sinh hoạt gây ra được các chuyên gia môi trường đánh giá đang ở mức rất nghiêm trọng, thực trạng này đã được thể hiện trong nhiều báo cáo của Bộ tài nguyên và Môi trường, của các Ủy ban bảo

vệ môi trường lưu vực: sông Cầu, sông Đáy, sông Nhuệ và sông Đồng Nai, báo cáo của các sở tài nguyên môi trường các tỉnh, thành phố trong cả nước và từ thực tế quan sát được ở các sông hồ nội thành của các thành phố Hà Nội, Đà Nẵng, Hồ Chí Minh

Tại một số thành phố lớn, thị xã và thị trấn chỉ một số khu vực dân cư có

hệ thống cống rãnh thải nước thải sinh hoạt song hệ thống này thường dùng chung với hệ thống thoát nước mưa thải trực tiếp ra môi trường tự nhiên hoặc ao

hồ hoặc sông suối hoặc thải ra biển Hầu như không có hệ thống thu gom và trạm xử lý nước thải sinh hoạt riêng biệt

Số liệu thống kê mới đây cho thấy, trung bình một ngày Hà Nội thải

458000 m3 nước thải, trong đó 41% là nước thải sinh hoạt, 57% nước thải công nghiệp, 2% nước thải bệnh viện Chỉ có khoảng 10% nước thải được xử lý Phần lớn nước thải không được xử lý đổ vào các sông Tô Lịch và Kim Ngưu gây ô nhiễm nghiêm trọng 2 con sông này và các khu vực dân cư dọc theo sông

Việc thu gom và xử lý nước thải tập trung đang còn gặp nhiều bất cập và hạn chế Công tác xử lý nước thải chưa được đẩy mạnh, tại một số đô thị cũng

có xây dựng một số trạm xử lý nước thải cục bộ cho các bệnh viện như (Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh, Huế, Đà Nẵng ) nhưng do nhiều nguyên nhân như thiết kế, vận hành, bảo dưỡng, không có kinh phí mà nhiều trạm xử lý sau một thời gian ngắn hoạt động đã xuống cấp và ngừng hoạt động

Các giải pháp công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt ở Việt Nam đã được nhiều tổ chức khoa học và doanh nghiệp trong cả nước đề xuất thử nghiệm trong nhiều năm qua, hầu hết các giải pháp này được thiết kế và chế tạo trong nước, chất lượng thiết kế chưa hoàn chỉnh, công nghệ chế tạo thấp kém… Vì vậy, không đưa ra được kết quả xử lý như mong muốn, hoặc chỉ sau một thời gian hoạt động ngắn các hệ thống xử lý này đã bị trục trặc

1.1.2 Nguồn gốc của nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước đã được sử dụng bởi con người và trong đó chứa tất cả các chất bẩn sau khi sử dụng Nước thải sinh hoạt là loại nước thải phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của con người như tắm giặt, vệ sinh cá nhân hoặc các sinh hoạt khác… và được thải ra từ nhiều nguồn khác nhau như từ các khu dân cư, khu thương mại (chợ, các cửa hàng, bến xe, trụ sở kinh doanh, trung tâm mua bán của khu vực…), khu vui chơi giải trí (quán cà phê, các câu lạc bộ,

bể bơi, công viên…), khu vực cơ quan (gồm cơ quan công sở, trường học, bệnh viện, nhà tù, nhà nghỉ, nhà ăn…) chứa các chất bị phân rã dở dang từ nguồn thực phẩm phế liệu, ngoài ra còn một lượng nhỏ hóa chất đã được sử dụng trong đời sống hàng ngày như chất tẩy rửa, mỹ phẩm, thuốc sát trùng… Nước thải loại này bốc mùi, có màu sẫm đen, có nhiều váng và cặn lơ lửng (như phân, vải vụn, hộp nhựa, vỏ rau củ …) và các chất rắn lơ lửng ở dạng keo Một yếu tố gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt đó là các loại mầm bệnh được lây truyền bởi các vi sinh vật có trong phân Vi sinh vật gây bệnh cho người bao gồm các nhóm chính là: virus, vi khuẩn, nguyên sinh bào và giun sán Lượng nước thải

sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước của các nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có Các trung tâm đô thị thường có tiêu chuẩn cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành và nông thôn, do đó lượng nước thải sinh hoạt tính trên một đầu người cũng có sự khác biệt giữa thành thị và nông thôn Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thường thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn

ra các sông rạch, còn các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm

1.1.3 Phân loại nước thải sinh hoạt

Người ta chia nước thải sinh hoạt thành 2 loại chính: Nước đen và nước xám

 Nước đen: Là nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô nhiễm, chủ yếu là: các chất hữu cơ như phân, nước tiểu, các vi sinh vật gây bệnh và các cặn lơ lửng

 Nước xám: Là nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: Cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà Nước thải loại này có đặc trưng là chứa thành phần hàm lượng dầu mỡ rất cao, lượng cặn, rác lớn…

Ngoài ra, còn có nước thải giặt là, nước thải loại này có tính chất khác hẳn với các loại trên, hàm lượng chất hữu cơ không đáng kể mà chủ yếu là các hóa chất tẩy rửa

1.1.4 Thành phần và đặc tính nước thải sinh hoạt

Về đặc tính thì nước thải sinh hoạt không nguy hại như nước thải khác nhưng nó chứa 1 lượng lớn các sinh vật gây bệnh cho con người Trong điều kiện ẩm và kín nước thải sinh hoạt có thể tự làm sạnh nhờ các vi sinh kị khí hoạt động bể phốt và bể phốt thường có mùi khó chiụ đó là mùi hydrosunfua

Thành phần ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt rất phong phú ngoài việc xuất phát từ một nguồn thải nhất định nào đó còn có các sản phẩm tiếp theo của

chúng trong môi trường, để phù hợp với mục đích của kỹ thuật xử lý nước thải thì thành phần gây ô nhiễm có thể được phân loại theo tính chất hóa học, vật lý

và sinh hóa của chúng

Theo đặc trƣng vật lý

Trong nước thải vật chất tồn tại dưới ba trạng thái là khí, lỏng và rắn Khí

và chất rắn có thể nổi trên mặt nước hay phân tán trong nước dưới dạng hạt keo (chất rắn mịn, khó lắng) hay dạng nhũ, bọt khí Tính chất nổi, chìm hay phân tán của các vật chất trong nước trước hết phụ thuộc vào khối lượng riêng của nó so với của nước và mức độ phân tán (kích thước càng nhỏ thì độ phân tán càng cao) Mức độ phân tán có thể chia thành ba cấp: tan (tồn tại ở mức phân tử độc lập trong nước, gồm các chất bẩn ở dạng hoà tan có < 10-6mm), chỉ tan một phần (gồm các chất bẩn dạng keo= 10-4– 10-6

mm, ví dụ keo gelatin, lòng trắng trứng) và các chất không tan chứa trong nước thải dạng thô (vải, giấy, lá cây, cát, da, lông…) ở dạng lơ lửng (> 10-1mm) và ở dạng huyền phù, nhũ tương ( = 10-1 – 10-4

Hợp chất hữu cơ chiếm khoảng 58% đối với NTSH bao gồm các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên như mỡ, protein, carbohydrat, axit humic, tanin, lignin và hợp chất hữu cơ nhân tạo như chất tẩy rửa, nước gội đầu, xà phòng, hóa mỹ phẩm, hóa chất bảo vệ thực vật, chất màu công nghiệp

Theo đặc trƣng sinh hóa

Các tạp chất trong nước thải cũng có thể được phân loại theo đặc điểm về tốc độ phân hủy chúng bởi vi sinh vật gây ra trong các hệ thống xử lý nước thải,

ví dụ phân hủy nhanh (đường, rượu etanol, metanol), chậm (mỡ, protein), không

phân hủy, bền trong môi trường tự nhiên (hợp chất hữu cơ chứa clo, một số loại thuốc trừ sâu), độc (dioxin)

Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học, ngoài ra còn có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm Chất hữu cơ chứa trong nước thải bao gồm các hợp chất như protein (40 – 50%); hydrat cacbon (40 – 50%) Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150 – 450 mg/l theo trọng lượng khô Có khoảng 20 – 40% chất hữu cơ khó bị phân huỷ sinh học Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Bảng 1: Thể hiện thành phần tương đối của nước thải sinh hoạt trước và sau xử lý BOD và chất rắn lơ lửng là hai thông số quan trọng nhất được sử dụng

để xác định đặc tính của NTSH Quá trình xử lý lắng đọng ban đầu có thể giảm được khoảng 50% chất rắn lơ lửng và 35% BOD

Bảng 1: Thành phần tương đối của nước thải sinh hoạt bình thường

lắng đọng

Sau khi lắng đọng

Chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt đặc trưng có thể phân huỷ sinh học

có thành phần 50% hydrocacbon, 40% protein và 10% chất béo Độ pH dao động trong khoảng 6,5 – 8,0 trong nước thải có khoảng 20% - 40% vật chất hữu

cơ không phân huỷ sinh học

Chất lượng nước thải sinh hoạt chưa xử lý thông qua một số chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng thể hiện ở bảng

Bảng 2: Chất lượng nước thải sinh hoạt chưa xử lý thông qua một số chỉ

1.1.5 Tác hại đến môi trường

Các vật chất trong nước thải gây ra sự thay đổi có hại cho sinh vật trong đất, nước và không khí Từ nước thải, các chất ô nhiễm có thể phát tán vào không khí, đất thông qua quá trình bốc hơi hoặc thấm vào đất rồi tích tụ lại trong

đó Một dòng nước thải cuối cùng sẽ tập trung vào một nguồn nước nào đó gọi

là vực nhận nước Thành phần gây ô nhiễm rất phong phú và cơ chế gây hại của từng thành phần rất khác nhau đối với từng đối tượng, trực tiếp gây hại hoặc gián tiếp thông qua sự chuyển hóa tiếp theo qua nhiều giai đoạn trung gian

- Các kim loại nặng: tác động đến hoạt động của tủy sống và máu thông qua cơ chế thay thế thành phần sắt trong phân tử hemoglobin của hồng cầu Trước khi tiếp cận với máu của động vật bậc cao, một kim loại nặng nào đó có

thể đã trải qua những bước biến đổi, ví dụ từ dạng tan chuyển sang dạng kết tủa, lắng xuống lớp bùn và thâm nhập vào cơ thể của loại động vật lớp đáy (trai, hến,

ốc, lươn…) và vào tới cơ thể người qua đường thức ăn

- COD, BOD: Sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn

và gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường nước Ví dụ đối với thành phần đường trong nguồn nước thải: khi tồn tại trong nước với nồng độ khá cao, vi khuẩn hiếu khí dị dưỡng sử dụng đường làm thức ăn để sống và phát triển, đồng thời chúng phải sử dụng nguồn oxy tan trong nước cho hoạt động tiêu thụ đường và do nguồn oxy tan trong nước có giới hạn nên nó nhanh chóng bị cạn kiệt và gây ảnh hưởng đến các loài động vật khác sống trong nước cũng sử dụng oxy để hô hấp Cạn kiệt oxy trong nước cũng tác động lên chính vi khuẩn dị dưỡng, làm chúng không tiếp tục tồn tại được nữa Khi đó loại vi khuẩn yếm khí dị dưỡng xuất hiện và tiêu thụ nguồn đường còn dư lại Quá trình chuyển hóa đường trong điều kiện yếm khí sinh ra các loại axit béo và các chất hóa học có tính khử cao, dễ bay hơi, gây ra mùi hôi thối do sinh ra các sản phẩm như H2S, NH3, CH4, phát tán vào không khí và làm giảm pH của môi trường

- SS: Lắng đọng ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí

- Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng đến đời sống của thuỷ sinh vật nước

- Vi trùng gây bệnh: Gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da,…

- Các hợp chất nitơ và phospho: Đây là các nguyên tố đa lượng khi có mặt trong nước thải, các hợp chất chứa nitơ, phospho bị thủy phân tạo thành amoni

và phosphat tan Amoniac là thành phần gây độc cho hầu hết các loài thủy động vật nhưng lại là nguồn dinh dưỡng được tất cả các loại thủy thực vật ưa chuộng (hơn nitrat) Khi đó, thủy thực vật (tảo, thủy thực vật thân lớn) có cơ hội phát triển mạnh, tạo nên hiện tượng phú dưỡng cho một nguồn nước Trong một nguồn nước có hiện tượng phú dưỡng thì mức độ dao động của oxy hòa tan, pH

theo chu kỳ rất lớn, gây ảnh hưởng rất xấu đối với thủy động vật Hơn nữa, sau một thời gian bùng phát, tảo sẽ chết hàng loạt trong một thời gian rất ngắn (vài ngày) và lắng xuống lớp đáy, tại đó lại xảy ra quá trình phân hủy yếm khí, tạo ra mùi hôi

- Màu: Nước thải thường có màu nâu, xám, đen gây mất mỹ quan cho môi trường

- Dầu mỡ: Gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt

1.1.6 Bảo vệ nguồn nước mặt khỏi sự ô nhiễm do nước thải

Nước thải sinh hoạt gây rất nhiều tác hại cho môi trường nước do đó việc bảo vệ nguồn nước mặt khỏi sự ô nhiễm do nước thải là rất quan trọng

Ô nhiễm nguồn nước mặt chủ yếu là do tất cả các dạng nước thải chưa xử

lý xả vào nguồn nước làm thay đổi các tính chất hoá lý và sinh học của nguồn nước Sự có mặt của các chất độc hại xả vào nguồn nước sẽ làm phá vỡ cân bằng sinh học tự nhiên của nguồn nước và kìm hãm quá trình tự làm sạch của nguồn nước Khả năng tự làm sạch của nguồn nước phụ thuộc vào các điều kiện xáo trộn và pha loãng của nước thải với nguồn Sự có mặt của các vi sinh vật, trong

đó có các vi khuẩn gây bệnh, đe doạ tính an toàn vệ sinh nguồn nước

Biện pháp được coi là hiệu quả nhất để bảo vệ nguồn nước là:

 Hạn chế số lượng nước thải xả vào nguồn nước

 Giảm thiểu nồng độ ô nhiễm trong nước thải theo quy định bằng cách áp dụng công nghệ xử lý phù hợp đủ tiêu chuẩn xả ra nguồn nước Ngoài ra, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ sử dụng lại nước thải trong chu trình kín có ý nghĩa đặc biệt quan trọng

Chất lượng nước thải sau khi xử lý phải đạt tiêu chuẩn môi trường, đối với nước ta tiêu chuẩn nước thải sau khi xử lý được quy định theo bảng sau:

Bảng 3: Yêu cầu nước thải sau khi xử lý đạt QCVN 14: 2008/BTNMT

Trong đó:

- Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép trong nước thải sinh hoạt khi thải vào các nguồn nước được dùng cho sinh hoạt

- Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép trong nước thải sinh hoạt khi thải vào các nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt

Giới hạn cho phép (QCVN 14: 2008)

1.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt

Các loại nước thải đều chứa các tạp chất gây nhiễm bẩn có tính chất 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 tạp chất để lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp

Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay được chia thành: Phương pháp cơ học, phương pháp hóa học, hóa lý và phương pháp sinh học

1.2.1 Phương pháp cơ học

Xử lý cơ học là giai đoạn không thể thiếu trong các hệ thống xử lý nước thải Phương pháp cơ học là nhằm loại bỏ các hợp chất không tan ra khỏi nước thải Nó là bước ban đầu nhằm chuẩn bị cho các giai đoạn xử lý sau đó diễn ra thuận lợi và ổn định hơn Trong giai đoạn này thường có các công trình đơn vị như: song chắn rác hoặc lưới chắn rác, máy nghiền rác, bể lắng, bể điều hòa…

Xử lý cơ học nhằm mục đích:

 Tách các chất không hòa tan, những vật chất có kích thước lớn như nhánh cây, gỗ, nhựa, lá cây, giẻ rách, dầu mỡ…ra khỏi nước thải

 Loại bỏ cặn nặng như sỏi, thủy tinh, cát…

 Điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải

 Nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lí tiếp theo

Về nguyên tắc, xử lý cơ học là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi xử lý tiếp theo

1.2.2 Phương pháp hóa học, hóa lý

Là phương pháp dùng các phản ứng hoá học để chuyển các chất ô nhiễm thành các chất ít ô nhiễm hơn, chất ít ô nhiễm thành các chất không ô nhiễm Ví

dụ như dùng các chất ôxy hoá như ozone, H2O2, O2, Cl2… để oxy hoá các chất hữu cơ, vô cơ có trong nước thải Phương pháp này giá thành xử lý cao nên có hạn chế sử dụng Thường chỉ sử dụng khi trong nước thải tồn tại các chất hữu

cơ, vô cơ khó phân huỷ sinh học Thường áp dụng cho các loại nước thải như: nước thải rỉ rác, nước thải dệt nhuộm, nước thải giấy

Một số nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt cũng áp dụng phương pháp hoá học để đưa vào quy trình xử lý, vì phương pháp này sẽ tăng cường hiệu quả xử

lý sinh học

Keo tụ ( Đông tụ - Kết tủa bông)

Đông tụ và kết tủa bông là một công đoạn của quá trình xử lý nước thải,

mặc dù chúng là hai quá trình riêng biệt nhưng chúng không thể tách rời nhau

Vai trò của quá trình đông tụ và kết tủa bông nhằm loại bỏ huyền phù, chất keo có trong nước thải

Các hạt lơ lửng trong nước đều mang điện tích âm hoặc dương Các hạt có nguồn gốc silic và các hợp chất hữu cơ mang điện tích âm, các hạt hiđroxit sắt

và hidroxit nhôm mang điện tích dương Khi thế điện động của nước bị phá vỡ, các hạt mang điện tích này sẽ liên kết lại với nhau thành các tổ hợp các phần tử, nguyên tử hay các ion tự do Các tổ hợp này chính là các hạt bông keo Có hai loại bông keo là: loại ưa nước và loại kỵ nước Loại ưa nước thường ngậm thêm các vi khuẩn, vi rút…, loại kỵ nước đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý nước nói chung và xử lý nước thải nói riêng

Các chất đông tụ thường dùng trong mục đích này là các muối sắt hoặc muối nhôm hoặc hỗn hợp của chúng Các muối nhôm gồm có: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al(OH)5Cl, KAl(SO4).12H2O, NH4Al(SO4).12H2O Trong đó phổ biến nhất là: Al2(SO4)3.18H2O vì chất này hòa tan tốt trong nước, giá rẻ và hiệu quả đông tụ cao ở pH = 5,0 – 8,5

Trung hòa

Phương pháp trung hoà chủ yếu được dùng trong nước thải công nghiệp

có chứa kiềm hay axit Để tránh hiện tượng nước thải gây ô nhiễm môi trường xung quanh thì người ta phải trung hoà nước thải, với mục đích là làm lắng các muối của kim loại nặng xuống và tách chúng ra khỏi nước thải

Quá trình trung hoà trước hết là phải tính đến khả năng trung hoà lẫn nhau giữa các loại nước thải chứa axit hay kiềm hay khả năng dự trữ kiềm của nước thải Trong thực tế hỗn hợp nước thải có pH = 6,5 – 8,5 thì nước đó được coi là

đã trung hoà

Một số hóa chất thường dùng để trung hòa là: CaCO3, CaO, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH)2, NaOH, HCl, H2SO4,

Nước thải thường có những giá trị pH khác nhau Muốn nước thải được

xử lý tốt bằng phương pháp sinh học thì phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh

pH

Hấp phụ

Phương pháp hấp phụ dùng để loại hết các chất bẩn hoà tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học cùng các phương pháp khác không thể loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ Thông thường đây là các hợp chất hoà tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi, vị và màu rất khó chịu

Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm, một số chất tổng hợp khác và một số chất thải trong sản xuất như xỉ tro, xi mạ sắt trong số này, than hoạt tính thường được dùng phổ biến nhất Các chất hữu cơ, kim loại nặng và các chất màu dễ bị than hấp phụ Lượng chất hấp phụ tuỳ thuộc vào khả năng của từng loại chất hấp phụ và hàm lượng chất bẩn có trong nước Phương pháp này có thể hấp phụ 58 – 95% các chất hữu cơ màu Các chất hữu cơ có thể bị hấp phụ là phenol, Alkylbenzen, sunfonic axit, thuốc nhuộm và các chất thơm

Tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi này dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có khả năng tụ lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nước Sau đó người ta tách các bọt khí đó ra khỏi nước Thực chất quá trình này là tách bọt hoặc làm đặc bọt Trong một số trường hợp quá trình này cũng được dùng để tách các hóa chất hòa tan như các chất hoạt động

bề mặt Quá trình này được thực hiện nhờ thổi không khí thành bọt nhỏ vào trong nước thải Các bọt khí dính các hạt lơ lửng và nổi lên trên mặt nước Khi nổi lên các bọt khí tập hợp thành một tập hợp thành các lớp bọt chứa nhiều chất bẩn Tuyển nổi có thể đặt ở giai đoạn xử lý sơ bộ (bậc 1) trước khi sử lý cơ bản (bậc 2) Bể tuyển nổi có thể thay thế cho bể lắng, trong dây chuyền nó có thể đứng trước hoặc sau bể lắng, đồng thời có thể ở giai đoạn xử lý bổ sung hay triệt

để cấp ba sau xử lý cơ bản

Có hai hình thức tuyển nổi:

+ Sục khí ở áp lực khí quyển gọi tuyển nổi bằng không khí

+ Bão hòa không khí ở áp suất khí quyển sau đó thoát khí ra khỏi nước ở

áp suất chân không gọi là tuyển bằng chân không

Oxy hóa khử

Oxi hoá bằng không khí: dựa vào khả năng hoà tan của oxi vào nước Phương pháp thường dùng để oxi hoá Fe2+

thành Fe3+ Ngoài ra phương pháp còn dùng để loại bỏ một số hợp chất như: H2S, CO2 tuy nhiên cần phải chú ý hàm lượng khí sục vào vì nếu sục khí quá mạnh sẽ làm tăng pH của nước

Trao đổi ion

Thực chất của trao đổi ion là quá trình trong đó các ion trên bề mặt chất thải rắn trao đổi 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 này được dùng làm sạch nước thải loại ra khỏi nước các ion như kim loại: Zn, Cu, Cr, Ni, Hg, Pb, Cd, Mn, cũng như các hợp chất có chứa asen, phospho, xianua và cả chất phóng xạ Phương pháp này được dùng phổ biến để làm mềm nước, loại ion Ca2+

và Mg3+ ra khỏi nước cứng

1.2.3 Phương pháp sinh học

Là phương pháp xử lý nước thải nhờ vào khả năng sống và hoạt động của các loài vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước thải thủy sản Các sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh

dưỡng và tạo năng lượng Phương pháp này chủ yếu chia làm hai loại là sinh học hiếu khí (có mặt các loài vi sinh vật hiếu khí) và sinh học kỵ khí (có mặt các loài

vi sinh vật kỵ khí)

Các công trình đơn vị xử lý sinh học hiếu khí như: arerotank, sinh học hiếu khí tiếp xúc (có giá thể tiếp xúc), lọc sinh học hiếu khí, sinh học hiếu khí quay – RBC (Rotating Biological Contact)

Các công trình xử lý sinh học kỵ khí như: UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), bể lọc sinh học kỵ khí dòng chảy ngược, bể sinh học kỵ khí dòng chảy ngược có tầng lọc (Hybrid Digester), bể kỵ khí khuấy trộn hoàn toàn…

Quá trình xử lý sinh học gồm các bước:

+ Chuyển hoá các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hoà tan thành thể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh

+ Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ trong nước thải

+ Loại các bông cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng

Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo có thể đạt mức hoàn toàn với BOD giảm tới 90-95% và không hoàn toàn với BOD giảm tới 40-80% Phương pháp sinh học là triệt để nhất, phương pháp này tạo ra những sản phẩm thân thiện với thiên nhiên hoặc biến đổi những chất có hại thành có ích cho môi trường

trước khi xả ra nguồn tiếp nhận Các biện pháp khử trùng nước thải phổ biến

hiện nay là:

 Dùng Clo qua thiết bị định lượng Clo

 Dùng Hypoclorit – canxi dạng bột – Ca(ClO)2 – hoà tan trong thùng dung dịch 3 – 5% rồi định lượng vào bể tiếp xúc

 Dùng Hydroclorit – natri, NaClO

 Dùng Ozon, Ozon được sản xuất từ không khí do máy tạo Ozon đặt trong nhà máy xử lý nước thải Ozon sản xuất ra được dẫn ngay vào bể hoà tan

và tiếp xúc

 Dùng tia cực tím (UV) do đèn thủy ngân áp lực thấp sản ra Đèn phát tia cực tím đặt ngập trong mương có nước thải chảy qua Từ trước đến nay, khi khử trùng nước thải hay dùng Clo hơi và các hợp chất của Clo vì Clo là hoá chất được các ngành công nghiệp dùng nhiều, có sẵn trên thị trường, giá thành chấp nhận được, hiệu quả khử trùng cao Nhưng những năm gần đây các nhà khoa học đưa ra khuyến cáo hạn chế dùng Clo để khử trùng nước thải

1.3 Một số hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay

1.3.1 Những công nghệ ứng dụng phổ biến tại Việt Nam

1.3.1.1 Bể tự hoại BASTAF

Bể tự hoại cải tiến (BASTAF) hay còn gọi là Bể phản ứng kỵ khí với các vách ngăn mỏng và ngăn lọc kỵ khí dòng hướng lên, có chức năng xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải khác có thành phần, tính chất tương tự nước thải sinh hoạt

Hình 1: Sơ đồ và nguyên lý bể BASTAF

Nguyên tắc hoạt động: nước thải được đưa vào ngăn thứ nhất của bể, có vai trò làm ngăn lắng - lên men kỵ khí, đồng thời điều hoà lưu lượng và nồng độ chất bẩn trong dòng nước thải Nhờ các vách ngăn hướng dòng, ở những ngăn tiếp theo, nước thải chuyển động theo chiều từ dưới lên trên, tiếp xúc với các vi sinh vật kỵ khí trong lớp bùn hình thành ở đáy bể trong điều kiện động Các chất bẩn hữu cơ được các vi sinh vật hấp thụ và chuyển hoá, làm nguồn dinh dưỡng cho sự phát triển của chúng, đồng thời cho phép tách riêng hai pha (lên men axít

và lên men kiềm) Quần thể vi sinh vật trong từng ngăn sẽ khác nhau và có điều kiện phát triển thuận lợi Ở những ngăn đầu, các vi khuẩn tạo axít sẽ chiếm ưu thế, trong khi ở những ngăn sau, các vi khuẩn tạo metal sẽ là chủ yếu

Ưu điểm: Kỹ thuật lắp đặt và vận hành đơn giản; không tốn chi phí vận

hành do không sử dụng điện năng, hóa chất

Nhược điểm: Không kiểm soát được pH đầu vào; trong quá trình vận

hành sinh ra mùi hôi, khó chịu; chỉ thích hợp dùng cho các hộ gia đình và các khu đô thị nhỏ

1.3.1.2 Cụm thiết bị hợp khối V69

Hình 2: Sơ đồ công nghệ hệ thống V69

Thuyết minh quy trình công nghệ xử lý

Nước thải theo hệ thống ống thu gom chảy vào các hố thu gom nước thải Trước khi chảy vào hố thu nước thải chảy qua lưới chắn rác 1 để tách các cặn rác có kích thước lớn (nylon, giấy…) có lẫn trong dòng nước thải

Tiếp đó nước thải được đưa tới bể điều hoà lưu lượng kết hợp làm thoáng

sơ bộ (bể cân bằng) Tại bể cân bằng có lắp đặt hệ thống làm thoáng sơ bộ để khuấy trộn nước thải (tránh tạo điều kiện kị khí gây mùi thối) đồng thời bể ôxy hoá một phần các chất hữu cơ trong nước thải

Từ bể cân bằng nước thải được bơm lên dàn ống phân phối đều trên diện tích đáy bể của các bể sinh học, nước thải được trộn đều với không khí được cấp

từ mạng ngoài và qua dàn ống phân phối khí Hỗn hợp khí nước đi cùng chiều từ dưới lên qua lớp vật liệu sinh học - màng vi sinh bám trên giá thể Trong lớp vật liệu lọc xảy ra quá trình khử BOD chuyển hoá các chất hữu cơ ô nhiễm thành những đơn chất vô hại là nước và khí CO2, đồng thời chuyển hoá NH4+

hoá Quá trình cấp khí nhẹ cung cấp O2 cho quá trình nitrit hoá Ngăn 2 và 3 của thiết bị là ngăn yếm khí Tại 2 ngăn này xảy ra các quá trình chuyển hoá yếm khí các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là quá trình phản Nitrat hoá gián tiếp Ngăn 4 của thiết bị được cấp khí cho quá trình oxy hoá hoàn toàn các chất hữu cơ, nhờ vậy các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải được loại bỏ

Nước thải sau khi đã loại bỏ các chất hữu cơ tại các bồn vi sinh được đi vào bể trộn hoá chất khử trùng nước để tiệt trùng trước khi thải vào môi trường Lượng Clo dư có thể còn trong nước đã khử trùng sẽ được bay hơi hết sau thời gian đối lưu trong kênh 20 - 30 phút

Nước đã qua xử lý đạt tiêu chuẩn mức I - TCVN 5945: 2005 đi vào hệ thống thoát nước chung của khu vực

Ưu điểm:

- Không tạo ra nhiều bùn, chí phí vận hành hệ thống thấp

- Dễ vận hành và tự động hóa

- Tiết kiệm diện tích xây dựng

- Dễ dàng mở rộng quy mô khi cần

Nhược điểm:

- Chi phí đầu tư lớn

- Đòi hỏi năng lực của người vận hành cao

1.3.1.3 Cụm thiết bị hợp khối Series QST

Hình 3: Mô hình cụm thiết bị khối Series QST