nghiên cứu phương pháp xử lý nước thải công nghiệp sản xuất giấy tái chế bằng phương pháp sinh học

trình bày nghiên cứu phương pháp xử lý nước thải công nghiệp sản xuất giấy tái chế bằng phương pháp sinh học

Lời cảm ơn

Để hoàn thành đề tài nghiên cứu này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Vũ Thị Phương Anh đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em về kiến thức khoa học và phương pháp nghiên cứu

Em xin chân thành cảm ơn, các thầy cô giáo trong bộ môn công nghệ sinh học & môi trường - trường Đại Học Phương Đông, đã giảng dạy và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn anh Nguyễn Văn Khánh giám đốc công ty

cổ phần giấy Bình Minh đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho em tìm hiểu về tình hình sản xuất và môi trường của công ty

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè của em Đã khích lệ, ủng hộ, luôn động viên và tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Hà nội , tháng 5 năm 2009 Sinh viên

Khuất Thị Thanh Hoa

Mở đầu

Hiện nay vấn đề được quan tâm nhất đó là ô nhiễm môi trường, do tốc

độ phát triển của nền kinh tế cũng như dân số ngày càng tăng đã dẫn đến nhiều vấn đề về ô nhiễm môi trường Vì thế mà, môi trường bị ô nhiễm rất nhiều bởi chất thải cũng như nước thải các ngành công nghiệp, sinh hoạt Hầu như các con sông đều bị ô nhiễm nặng, do các cơ sở sản xuất đều thải trực tiếp nước thải ra môi trường một cách bừa bãi mà không hề có một biện pháp xử lý nào Nước thải phát sinh từ đây sẽ làm ảnh hưởng nhiều đến cuộc sống con người cũng như làm ảnh hưởng đến hệ thống nước ngầm Và nghành công nghiệp giấy, cũng là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường một cách đáng báo động nghành giấy ở nước ta chủ yếu hiện nay, với quy mô vừa và nhỏ, các doanh nghiệp này nằm rải rác ở các địa phương tập trung thành các làng nghề, do đó nguy cơ gây ô nhiễm môi trường là rất lớn, cụ thể là ô nhiễm môi trường nước, không khí, chất thải rắn ảnh hưởng

đến sức khoẻ của người dân sống quanh khu công nghiệp sản xuất giấy

Cụm công nghiệp Phú Lâm -Tiên Du -Bắc Ninh là một trong những làng nghề sản xuất giấy được hình thành và hoạt động khá lâu Nhưng do các

hộ nằm xen kẽ nhau,công nghệ sản xuất,trang thiết bị còn lạc hậu, cùng với việc xả thải bừa bãi nên ô nhiễm môi trường ở đây là một vấn đề rất khó giải quyết Nhằm góp phần bảo vệ môi trường, giảm thiểu ô nhiễm do sản xuất giấy tái chế gây ra, em đã tiến hành nghiên cứu đề tài:

“ Nghiên cứu phương pháp xử lý nước thải công nghiệp sản xuất giấy tái chế bằng phương pháp sinh học ”

Qua nghiên cứu này em rất mong sẽ đóng góp được phần nào đó trong việc khắc phục ô nhiễm của cơ sở sản xuất nói riêng cũng như ở địa phương nói chung

CHƯƠNG I TổNG QUAN Về Nước thải I.1 Thực trạng về nước thải ở Việt Nam

Hiện nay, nhân loại đang phải đối mặt với nhiều vấn đề môi trường rất bức xúc và nan giải, trong đó nổi bật nhất có các nhóm vấn đề như: nạn cạn kiệt các nguồn tài nguyên thiên nhiên ( đất, rừng, nước, tài nguyên khoáng sản, động, thực vật, nhiên liệu ); nạn ô nhiễm nặng nề môi trường sống ( ô nhiễm nước, ô nhiễm phóng xạ, ô nhiễm tiếng ồn ), những tai biến của thiên nhiên (động đất, núi lửa, bão lũ, hạn hán, các cơn bão từ vũ trụ xuống trái

đất, ) Do vậy,con người cần có trách nhiệm trong việc tìm cách khắc phục và ngăn chặn hậu quả, nếu không thảm họa sẽ không chỉ là môi trường tự nhiên

bị tàn phá, mà hơn thế còn xoá sạch những gì mà loài người đã dày công xây dựng trong hàng chục nghìn năm qua, kể cả sự sống của bản thân con người trên trái đất

Như chúng ta đều biết, nước đóng vai trò rất quan trọng trong việc điều hoà khí hậu và đảm bảo sự sống cho Trái Đất Gần 94% lượng nước trên Trái

Đất là nước mặn, nước ngọt chiếm tỷ lệ rất nhỏ mà chủ yếu là nước ngầm và các núi băng ở 2 cực trái đât Như vậy, nước ngọt là nguồn tài nguyên quý giá không thể thiếu đối với con người, cùng sự phát triển của xã hội loài người Nhu cầu về nước sạch ngày càng tăng theo nhịp độ phát triển đô thị và phát triển xã hội Điều đó đặt ra một vấn đề là cần bảo vệ nguồn nước cũng như môi trường sống quanh ta để đảm bảo cuộc sống lâu bền của loài người trên Trái đất Theo con số thông kê của các cơ quan chức năng, Việt Nam có 2360 con sông với 10 lưu vực sông có diện tích 10.000km2, hàng năm cả nước có khoảng 880 tỷ m3 nước mặt Nhưng đó mới là trên lý thuyết, trong thực tế, do

vị trí nằm ở cuối hạ lưu các con sông lớn nên nguồn nước tạo ra trên lãnh thổ chúng ta chỉ chiếm gần 38% Một nguồn nước mặt có thể coi là chưa dồi dào

Đó là chưa kể trong tổng lượng nước ngầm dự trữ khoảng 10 đến 12 tỷ m3/

năm cả nước mới chỉ khai thác được cỡ 20%.Trong khi đó, tình trạng ô nhiễm môi trường nước đã đến lúc phải rung hồi chuông cảnh báo ở Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh, các bệnh viện và các cơ sở sản xuất có hệ thống xử lý nước thải không nhiều Hà Nội thải ra khoảng 400.000m3 nước thải mỗi ngày ở thành phố Hồ Chí Minh con số còn lớn hơn gấp nhiều lần Đó là chưa kể hàng loạt các thành phố lớn khác trong cả nước và cả khu vực nông thôn Theo các cơ quan quản lý môi trường, hiên nay các xí nghiệp chế biến thủy sản mỗi ngày thải ra từ 300.000 đến 400.000 m3 nước thải ô nhiễm vượt quá chỉ tiêu cho phép từ 5 đến 10 lần, đe doạ nghiêm trọng môi trường nuôi trồng thuỷ sản

và cả môi trường sống

Đơn cử, tại thành phố Hồ Chí Minh có 25 khu công nghiệp tập trung hoạt động với tổng số 611 nhà máy trên diện tích 2298 ha đất Theo kết quả tính toán, hoạt động của các khu công nghiệp này cùng với 195 cơ sở trong

điểm bên ngoài khu công nghiệp, thì mỗi ngày thải vào hệ thống sông Sài Gòn

- Đồng Nai tổng cộng 1.740.000 m3 nước thải công nghiệp, trong đó có khoảng 671 tấn cặn lơ lửng, 1.130 tấn BOD5, 1789 tấn COD tấn nitơ, 15 tấn photpho và kim loại nặng Lượng chất thải này gây ô nhiễm cho môi trường nước của các con sông vốn là nguồn cung cấp nước sinh hoạt cho một nội địa bàn dân cư rộng lớn, làm ảnh hưởng đến các vi sinh vật và hệ sinh thái vốn là tác nhân thực hiện quá trình phân huỷ và làm sạch các dòng sông

Sự ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo:

+ Sự ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: là do mưa, nước mưa rơi xuống đât, mái nhà, đường phố đô thị, khu công nghiệp, kéo theo các chất thải

bẩn xuống sông, hồ hoặc các sản phẩm của các hoạt động sống của sinh vật,

vi sinh vật kể cả xác chết của chúng Sự ô nhiễm này còn gọi là sự ô nhiễm không xác định được nguồn gốc

+ Sự ô nhiễm nhân tạo: Chủ yếu do nguồn nước thải từ các khu dân cư, khu công nghiệp, hoạt động giao thông vận tải, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và phân bón trong nông nghiệp

Nước thải là một tổ hợp phức tạp các thành phần vật chất có nguồn vô cơ hay hữu cơ tồn tại dưới dạng không hoà tan, keo và hoà tan Thành phần nồng độ chất bẩn tùy thuộc vào từng loại nước thải Căn cứ vào nguồn gốc và tính chất của nguồn nước thải mà người ta phân loại như sau:

+ Nước thải sinh hoạt

Là nước thải ra từ các khu dân cư bao gồm nước sau khi sử dụng từ các

hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan, khu vui chơi giải trí

Đặc điểm của nước thải sinh hoạt là trong đó có hàm lượng lớn các chất hữu cơ dễ phân huỷ( hydrocacbon, protein, chất béo) các chất vô cơ dinh dưỡng ( nitơ, photphat), cùng với vi khuẩn ( bao gồm cả vi sinh vật gây bệnh), trứng giun sán Hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào điều kiện sống, chất lượng bữa ăn, lượng nước sử dụng, hệ thống tiếp nhận nước thải và đặc điểm nước thải của từng vùng dân cư

Ô nhiễm môi trường nước và nước thải

Nước bị thay đổi thành phần trong quá trình tuần hoàn của thuỷ quyển

và đặc biệt qua sử dụng của con người Như vậy nước bị ô nhiễm do các tạp chất có nguồn gốc từ thiên nhiên và con người

Các nguồn nước tự nhiên hoặc nước sử dụng cho bất kỳ một mục đích nào cũng đều chứa một lượng các tạp chất vô cơ và hữu cơ hoà tan Các hợp chất này tuỳ giới hạn hàm lượng hoà tan, có thể là các chất dinh dưỡng cho cây trồng và động vật hoặc ngược lại là các chất độc hại Nước chảy qua núi rừng vào các dòng suối rồi đổ vào các dòng sông ra biển Quá trình này rửa trôi các khoáng chất có trong đất đá, cuốn theo các lá cây rừng Trong các yếu tố rửa trôi các khoáng chất có thể có các chất độc Trong quá trình phát triển của nền nông nghiệp, công nghiệp hiện đại cũng như tốc độ của đô thị hoá như vũ bão như hiện nay dẫn tới việc sử dụng nước ngày càng nhiều và lượng nước thải ngày càng lớn Trong nước thải có chứa nhiều chất hữu cơ, vô cơ và thành phần vi sinh vật Nếu không kiểm soát được nước thải, không xử lý thích hợp

sẽ ảnh hưởng rất xấu tới môi trường sống nói chung Xét cho cùng ô nhiễm môi trường nước hiện nay trên thế giới đều do hoạt động của con người, trong

đó chủ yếu là từ nước thải

I.2.2 Tác hại của nước thải

Nước thải không được xử lý thích đáng cho chảy vào ao hồ, đầm phà, sông ngòi sẽ làm cho các thuỷ vực này bị nhiễm bẩn, gây hậu quả xấu đối với nguồn nước

Nước thải chưa qua xử lý có một số ảnh hưởng tới các nguồn nước như sau:

- Làm thay đổi tính chất hoá lý, độ trong, màu, mùi vị, pH, hàm lượng các chất hữu cơ, vô cơ, các kim loại nặng có độc tính, chất nổi, chất lắng căn,

- Làm giảm oxy hoà tan do tiêu hao trong quá trình oxy hoá các chất hữu cơ

- Làm thay đổi hệ sinh vật nước, kể cả vi sinh vật, xuất hiện các vi sinh vật gây bệnh, làm chết các vi

- Sinh vật nước( trong đó có thể là tôm, cá và các thuỷ sinh có ích)

Kết quả nguồn nước không thể sử dụng cho cấp nước sinh hoạt, cho tưới tiêu thủy lợi và nuôi trồng thủy sản

I.3 Các thông số đánh giá chất lượng nước thải

I.3.1) Độ pH

- Là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nước cấp và nước thải Chỉ

số này cho thấy nhất thiết phải trung hoà hay không và tính lượng hoá chất cần thiết trong quá trình xử lý đông keo tụ và khử khuẩn

Sự thay đổi trị số pH làm thay đổi các quá trình hoà tan hoặc keo tụ, làm tăng, giảm vận tốc của các phản ứng hoá sinh xảy ra trong nước

I.3.2) Độ oxi hoà tan (DO)

Nồng độ ôxi hoà tan trong nước rất cần cho vi sinh vật hiếu khí bình thường oxi hoà tan trong nước khoảng 8 – 10 mg/l chiếm 70 – 80% khi ôxi bão hoà Mức oxi hoà tan trong nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào mức

độ ô nhiễm hữu cơ, vào hoạt động của thuỷ sinh, các hoạt động hoá sinh, hoá học và vật lý của nước

Trong môi trường nước bị ô nhiễm` nặng ôxi được ding nhiều cho quá trình hoá sinh và xuất hiện hiện tượng thiếu oxi trầm trọng

Phân tích chỉ số oxi hoà tan ( DO ) là một lượng những chỉ tiêu quan trọng đánh gía sự ô nhiễm của nước và giúp ta đề ra các phương pháp xử lý thích hợp

I.3.3) Hàm lượng các chất rắn trong nước

Tổng chất rắn được xác định bằng trọng lượng khô phần còn lại sau khi cho bay hơi 11 mẫu nước trên bếp cách thuỷ rôi sấy ở 1030C cho tới khi trọng lượng không đổi

+ chất rắn lơ lửng ở dạng huyền ( căn lơ lửng) : Hàm lượng các chất huyền phù là trọng lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thuỷ tinh,

khi lọc 11 mẫu nước pha qua phễu lọc Gooch rồi sấy ở 1050C tới trọng lượng không đổi

+ Chất rắn hoà tan (DS) : Hàm lượng chất rắn hoà tan chính là hiệu số của tổng chất rắn với chất rắn huyền phù

+ Chất rắn bay hơi (VS): Hàm lượng chất rắn bay hoiư trong nước thường biểu thị cho chất hữu cơ có trong nước Nó là trọng lượng mất đi khi nung chất rắn huyền phù (SS) ở 5500C trong khoảng thời gian xác định, thời gian nung phụ thuộc vào bản chất nước đem nung

+ Chất rắn có thể lắng: là số ml phần chất rắn của 11 mẫu nước đã lắng xuống đáy phễu sau khoảng thời gian xác định

I.3.4) Độ mầu

Nước thải thường có màu nâu, đỏ nâu hoặc đen Màu này là do các dạng keo hoặc hoà tan, nước có thải công nghiệp

Mầu của nước được phân làm 2 dạng:

+ mầu thực do các chất hoà tan hoặc dạng keo

+ mầu biển kiến là mầu của các chất lơ lửng trong nước tạo lên

Có nhiều phương pháp xác định mầu của nước nhưng người ta thường dùng là phương pháp so mầu với dung dịch chuẩn Clorophantinat coban

I.3.5) Độ đục

Độ đục của nước thải do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân huỷ hoặc

do giới thuỷ sinh gây ra Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, ảnh hưởng đến khả năng quang hợp của các vi sinh vật tự dưỡng trong nước Vi sinh vật có thể bị hấp thụ bởi các chất rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn

Độ đục có thể đo bằng máy đo mầu quang điện với kính lọc mầu đỏ có bước sang 580 - 602 nm

I.3.6) Tổng chất huyền phù T.S.S

Các chất huyền phù là các chất rắn tồn tại lơ lửng trong nước trong thời gian tương đối dài Chúng bao gồm các phần tử có kích thước khoảng từ 10-1

cm đến 10-4 cm và có tỷ trọng xấp xỉ trọng xấp xỉ trọng của nước Các chất

huyền phù làm tăng độ đục nước nên có thể loại chúng ra khỏi nước bằng các phương pháp xử lý cơ học như lắng, đọng, lọc hoặc keo tụ

I.3.7) Chỉ số BOD (nhu cầu oxi hoá)

Nhu cầu oxi sinh hoá ( BOD ) là lượng oxi cần thiết để oxi hóa các chất hữu cơ có trong nước bằng sinh vật ( chủ yếu vi khuẩn ) hoạt sinh, hiếu khí Quá trình này được gọi là quá trình oxi hoá sinh học

Tóm tắt quá trình: Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O

Vi sinh vật Tế bào mới ( tăng sinh khối)

Quá trình này đòi hỏi thời gian dài ngày, vì phụ thuộc vào bản chất của chất hữu cơ, vào các chủng vi sinh vật, nhiệt độ của nước, cũng như một số chất có độc tính trong nứơc

Bình thường 70% nhu cầu O2 được sử dụng trong 5 ngày đầu 20% trong 5 ngày tiếp theo và 99% ở ngày thứ 20 và 100% ở ngày thứ 21

Xác định BOD đượcdùng rộng rãi trong kỹ thuật môi trường để :

+ Tính gần đúng lượng oxi cần thiết oxi hoá các chất hữu cơ để phân huỷ có trong nước thải

+ Làm cơ sở tính toán kích thước các công trình xử lý

+ Xác định hiệu suất xử lý của một số quá trình

+ Đánh giá chất lượng nước sau khi xử lý được phép thải vào các nguồn nước

hoàn toàn chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học, mà chỉ xác định lượng oxi cần thiết trong năm ngày đầu ở nhiệt độ 200C trong bóng tối, trong phòng tối

để tránh quá trình quang hợp trong nước Chỉ số này gọi là BOD5 chỉ số này

được dùng hầu hết ở các nước trên thế giới

Trong nước thải có hàm lượng chất hữu cơ lớn lượng oxi hoà tan không đủ đáp ứng cho 5 ngày ở 200C Để xác định BOD5 thường dùng phương pháp pha loãng mẫu nứơc bằng cách bổ sung vào một số chất khoáng và làm bão hoà oxi hoà tan

I.3.8) Chỉ số COD ( nhu cầu oxi hoá )

Nhu cầu oxi hoá học ( COD ) là lượng oxi cần thiết cho quá trình oxi hoà tam toàn bộ các chất hữu cơ có trong nước thành CO2 và H2O

Để xác định COD người ta thường sử dụng một chất oxi hoá mạnh trong môi trường axít Chất oxi hoá thường dùng K2Cr2O7

Trong trường hợp các nguồn nước thải không có chất độc và tương đối ổn

định về thành phần nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp thực phẩm

ta có thể xác định một hệ số chuyển đổi từ COD ra BOD và ngược lại vì vậy

có thể sử dụng giá trị phép đo COD là chỉ số chất hữu cơ bị phân huỷ trong quá trình xử lý nước thải

I.3.9) Hàm lượng Nitơ

Nitơ có trong nước thải thường ở trong hợp chất Protein và các sản phẩm phân huỷ : amôn, nitrat, nitrit Chúng có vai trò quan trọng trong hệ sinh thái nước Mối quan hệ giữa BOD5 với N, P có ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành và khả năng oxi hoá của bùn hoạt tính

Trong xử lý nước thải người ta cần phải xác định các chỉ số N- NH3, NO3

-NO2-, để đánh giá mức độ và giai đoạn phân huỷ chất hữu cơ trong nước thải

đồng thời đề ra phương pháp khử nitrat nếu quá lượng cho phép và đồng thời

tạo điều kiện cho các vi khuẩn phản nitrat hoá hoạt động chuyển iôn về Nitơ phân tử

I.3.10) Hàm lượng Phospho

Phospho tồn tại ở trong nước với các dạng H2PO4-, HPO4-,PO3-4, các pholyphosphat như Na3(PO3)6 và phosphate hữu cơ Đây là nguồn dinh dưỡng cho thực vật dưới nước, gây ô nhiễm và góp phần thúc đẩy hiện tượng phú dưỡng ở các thủy vực Trong nước thải ta cần xác định hàm lượng P tổng số

để xác định tỷ số BOD5 : N : P nhằm chọn kỹ thuật bùn hoạt tính thích hợp cho quá trình xử lý Ngoài ra cũng nên xác lập tỉ số giữa P và N đánh giá mức dinh dưỡng có trong nước

I.3.11) Vi sinh vật trong nước thải

Vi sinh vật trong nước thải chiếm đa số về loài và số cá thể trong tập

đoàn sinh vật của nước thải Nước thải càng bẩn càng phong phú vi sinh vật, chủ yếu vi khuẩn Vi khuẩn đóng vai trò đặc biệt quan trọng các quá trình phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước Chúng có ý nghĩa rất lớn trong hệ sinh thái của trái đất Tuỳ thuộc vào phương thức dinh dưỡng vi khuẩn được làm 2 nhóm: dị dưỡng và tự dưỡng

a) vi khuẩn dị dưỡng: sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn cơ chất

cácbon và năng lượng trong các quá trình sinh tổng hợp Phân huỷ các chất hữu cơ ở vi khuẩn được mô tả như sau:

- ở vi khuẩn hiếu khí

Chất hữu cơ + O2 → CO2 + H2O + năng lượng

- ở vi khuẩn kỵ khí hay hiếm khí ( anaerobic):

chất hữu cơ + NO3 → CO2 + N2 + năng lượng

chất hữu cơ +SO4- → CO2+ H2O + năng lượng

chất hữu cơ → axit hữu cơ + CO2 + SO2 + CH4 + năng lượng

Năng lượng được giải phóng trong quá trình biến đổi hoá sinh được sử dụng vào tổng hợp tế bào mới, phát triển tăng sinh khối và một phần thoát ra ở dạng nhiệt

b) vi khuẩn tự dưỡng ( autrophic) có khả năng oxy hoá chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho các quá trình sinh tổng hợp Trong nhóm này có vi khuẩn nitrit hoá, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt

c) hệ vi sinh vật đường ruột và vi sinh vật gây bệnh trong nước thải: Trong công tác giám sát ô nhiễm, người ta thường dùng vi sinh vật chỉ thị Chỉ cần xác định chỉ thị ta có thể kết luận nước có bị nhiễm phân hay không và nước có thể có hoặc không có những vi sinh vật gây bệnh đường ruột

Có 3 nhóm vi sinh vật chỉ thị ô nhiễm phân:

- Nhóm Coliform đặc trưng là Escherichia coli ( E.coli)

- Nhóm Streptococci đặc trưng là Streptococcus faecalis

- Nhóm Clostridia khử sunfit đặc trưng là Clostridium perfringens

Trong 3 nhóm này thì E.coli hay được dùng nhất Xác định E.coli và kết quả thể hiện bằng 2 cácnh tính: chuẩn coli ( là số ml nước có một tế bào E.coli) và chỉ số coli ( là số tế bào có trong 1ml nước)

I.4 Các phương pháp xử lý nước thải

I.4.1) Một số nguyên tắc khi tiến hành xử lý nước thải

Trước hết phải xem nước thải từ các công đoạn công nghệ có những đặc

điểm nào cần quan tâm đặc biệt để tránh pha loãng không cần thiết và không

có lợi Do vậy cần phải thực hiện nguyên tắc sau:

- Nước làm mát thiết bị ( nếu không tham gia vào chu trình hở), nước mưa không ô nhiễm được thải vào hệ thống riêng hoặc có thể tái sử dụng Nước mưa bị ô nhiễm đưa đến trạm xử lý

- Nước thải có nồng độ nhiễm bẩn cao hay có chất ô nhiễm đặc biệt được thu gom riêng biệt ( nước chứa xianua (CN-), cromat, nước muối ) Cần có biện pháp xử lý riêng hoặc cục bộ cho loại nước thải này

- Nước thải chứa chất có giá trị hoặc có thể dùng lại được xử lý sơ bộ trước khi trộn với các nước ô nhiễm khác

- Dòng thuỷ lực và dòng ô nhiễm khi có biến động quá lớn được điều chỉnh bằng:

- Có bể chứa nước mưa khi giông bão, có bể đặt phân nhánh để chứa nước ô nhiễm ban đầu vào giờ cao điểm Từ các bể này tuỳ theo mức độ sẽ

điều chỉnh vào hệ thống xử lý

- Bể đồng nhất hoá hay bể trộn nước dự trữ trong một vài giờ, có khi tới một ngày ở đây nước thải qua phân xưởng hoặc phải được làm đồng nhất, tránh các đỉnh ô nhiễm cao làm sai lệch chế độ làm việc của hệ thống và thiết

I.4.2) Xử lý riêng biệt các loại nước thải

Thu hồi giá trị của các sản phẩm phụ lẫn vào nước ( tuyển nổi thu hồi bột giấy trong các nhà máy giấy tái chế)

Hoặc là xử lý nước thải bằng biện pháp riêng lẻ hơn ( khử sulfat bằng oxit đó dùng trong việc lọc nước) Hoặc là loại bỏ độc hại ( crom, dung môi, sulfua) cần thiết trước khi xử lý sinh học Hoặc bằng các tối ưu hoá quy trình

xử lý sinh học: metan hoá công đoạn trước đối với nước thải đặc ( BOD5 > 2000) sau đến xử lý hiếu khí Xử lý hoá lý, tuỳ thuộc vào yêu cầu cụ thể ta có thể đưa công đoạn hoá lý vào hệ thống thành công đoạn trung gian trước xử lý sinh học hay ở giai đoạn kết thúc với các mục đích:

- Kết tủa kim loại hoặc muối độc hại

- Loại bỏ nhũ tương

- Làm trong, đồng thời làm giảm BOD5 dạng keo và COD tương ứng

pH trong xử lý hoá lý cần khống chế trong vùng tương đối hẹp Tuỳ theo bản chất của quá trình ( kết tủa, kết tinh, hấp phụ hay kết bông) sẽ thực hiện trong các thiết bị lắng lọc khác nhau

+ Thiết bị lắng có nạo vét cặn

+ Thiết bị tuyển nổi để loại bỏ dầu, sợi và chất mầu

+ Thiết bị lắng màng mỏng dùng để kết tủa hidroxit

+ Thiết bị lọc với vật liệu hạt cho nước chứa ít dầu( nhà máy tinh luyện hay cán thép)

Tuỳ vào từng trường hợp cụ thể, xử lý có thể tiến hành đồng thời với các quá trình

+ trung hoà

+ oxi hoá - khử

+ xử lý sinh học: Nước thải sau khi xử lý sơ bộ, có thể qua công đoạn xử

lý hoá lý, còn một lượng chất rắn lơ lửng SS nào đó, BOD5 chủ yếu ở dạng hoà tan, tỷ số: COD/BOD5 ≤ 2

Nếu ở giá trị 2 vẫn có thể đưa vào xử lý sinh học nhưng nên có công

đoạn kị khí, hoặc một công đoạn hoá lý bổ sung khác

- Tỷ lệ BOD5:N:P ít khi bằng 100:1:5 Vì vậy, phải thường xuyên hiệu chỉnh nồng độ N và P trong nước thải

- Nồng độ muối vô cơ cao thường xuyên và sự thay đổi nhanh chóng của chúng có thể làm rối loạn cả quá trình, đặc biệt là sinh học

- Tuổi bùn cao thường có lợi cho tính ổn định và hiệu quả của phương pháp Cần phải lưu ý pH và nhiệt độ ở các công đoạn, giữ chúng đúng yêu cầu

và duy trì sự ổn định

Cần bổ sung giống vi khuẩn để tạo bùn hoạt tính được tốt và giữ nồng

độ bùn thích hợp trong các công đoạn hoặc phương pháp khác nhau

Các giải pháp khác nhau được sử dụng để xử lý sinh học:

- Kỹ thuật bùn hoạt tính trong các aeroten và ao hồ hiếu khí

- Màng sinh học cố định vi khuẩn hiếu khí

I.4.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ

Trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất rắn huyền phù

có kích thước lớn > 10mm, còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không thể lắng

được Ta có thể làm tăng kích thước các hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào các tập hợp hạt để có thể lắng được Muốn vậy, trước hết cần trung hoà điện tích của chúng, sau là liên kết chúng với nhau Quá

trình trung hoà điện tích các hạt được gọi là quá trình đông tụ, còn quá trình tạo thành các bông lớn từ các hạt nhỏ gọi là keo tụ

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 hidroxit 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 phẩn tử, nguyên tử hay các ion tự do Các tổ hợp này chính là các hạt bông keo Có hai loại bông keo: loại kị nước và loại ưa nước Loại ưa nước thường ngậm thêm các phần tử nước cùng vi khuẩn, virut Loại keo kị nước đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý nước nói chung và xử lý nước thải nói riêng

Các chất đông keo 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

Trong số này dùng phổ biến nhất là Al2(SO4)3 vì chất hoà tan tốt trong nước, giá rẻ và hiệu quả đông tụ cao ở pH = 5 : 7,5

Các muối sắt dùng làm chất keo tụ là :

Các muối sắt có ưu điểm hơn so với muối nhôm trong việc làm đông tụ các chất lơ lửng của nước vì :

- Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp

Đây cũng là phản ứng khử P trong nước thải

Dùng vôi để khử các muối bicacbonat, cacbonat,phosphat và magiê

Dùng muối clorua hoặc sulfat sắt (III) để loại phosphat:

FeCl +H3 2 O + 3

4

POư → FePO4↓ +3 Clư +H2O Dùng natri aluminat để loại bỏ phosphat:

Na2Al2O4 + 3

4

POư + H2 O → 2AlPO4 ↓ +NaOH +OH- Những chất kết lắng thành bùn và trong bùn có chứa nhiều hợp chất

khó tan Việc sử dụng làm phân bón cần phải xem xét, cân nhắc, vì bùn này

có thể làm cho cây trồng khó tiêu

I.4.4) Hấp phụ

Phương pháp hấp phụ dùng để loại hết các chất bẩn hoà tan vào trong

nước mà phương pháp xử lý sinh học cũng như các phương pháp khác không

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 mầu 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 hoặc chất thải trong sản xuất, như

tro xỉ, mạt sắt Trong số này than hoạt tính được dùng phổ biến nhất Than

hoạt tính có hai loại dạng bột và dạng hạt đều được dùng để hấp phụ Các chất

hữu cơ, kim loại nặng và các chất mầu dễ bị than hấp phụ Lượng chất hấp

phụ tuỳ thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn có

trong nước Phương pháp này có thể hấp phụ được 58 – 95% các chất hữu cơ

và mầu Các chất hữu cơ có thể bị hấp phụ được tính đến là phenol, alkylbenzen, sulfonic axit, thuốc nhuộm các chất thơm Do có những ứng

dụng dùng than hoạt tính hấp phụ thủy phân và những thuốc nhuộm khó phân

hủy, nhưng tốn kém làm cho quá trình không kinh tế Để loại bỏ kim loại

nặng, các chất hữu cơ, vô cơ độc hại người ta dùng than bùn để hấp phụ và

nuôi bèo tây trên mặt hồ

I.4.5) Tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi dựa trên nguyên tắc: Các phần tử phân tán trong nước có khả năng tự lắng, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên mặt nước

Sau đó người ta tách các bọt khí cùng các phần tử dính vào ra khỏi nước Thực chất đây là quá trình tách bọt hoặc làm đặc bọt Trong một số trường hợp, qúa trình này cũng được dùng để tách các chất hoà tan như các chất hoạt động bề mặt

Phương pháp tuyển nổi được áp dụng vào để xử lý nước thải Quá trình này được thực hiện nhờ thổi không khí thành bọt nhỏ vào trong nước thải Các bọt khí dính vào các hạt lơ lửng lắng và nổi lên trên mặt nước Khi nổi lên các bọt khí tập hợp thành bông hạt đủ lớn, rồi tạo thành một lớp bọt chứa nhiều các hạt bẩn

Tuyển nổi dùng để tách các hạt lơ lửng không tan và một số chất keo hoặc hoà tan ra khỏi pha lỏng Kĩ thuật này có thể sử dụng trong xử lý nước thải của các lĩnh vực như công nghiệp dệt, thuộc da, giấy

Tuyển nổi có thể đặt ở giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi xử lý cơ bản Bể tuyển nổi có thể thay thế cho bể lắng, trongdây truyền nó có thể đứng trước sau bể lắng, đồng thời có thể ở giai đoạn xử lý bổ sung sau xử lý cơ bản

Có hai hình thức tuyển nổi với:

- Sục khí ở áp suất khí quyển gọi là tuyển nổi bằng không khí

- Bão hoà không khí ở áp suất khí quyển sau đó thoát khí ra khỏi nước ở

áp suất chân không gọi là tuyển nổi chân không

I.4.6) Trao đổi ion

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

Phương pháp này được dùng làm sạch trong đó có nước thải loại ra khỏi các ion kim loại như Zn, Cu, Ni, Pb, Hg Cũng như các hợp chất chứa asen, phospho, xianua và cả chất phóng xạ Phương pháp này phổ biến để làm mềm nước, loại các ion Ca+2 và Mg+2 ra khỏi nước cứng

I.4.7) Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

I.4.7.1) Cơ sở của phương pháp sinh trong trong xử lý nước thải

Phương pháp sinh học để làm sạch nước thải sinh hoạt cũng như nước

thải sản xuất khỏi nhiều chất hữu cơ hoà tan và một số chất vô cơ như

H2S, các sunfit, amoniac,nitơ

Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động vi sinh vật để phân

huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trình dinh dưỡng chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng tăng lên

I.4.7.2) Giai đoạn phát triển của vi sinh vật

- Giai đoạn tiềm phát: Vi sinh vật chưa thích nghi được với môi trường hoặc

đang biến đổi để thich nghi Đến cuối giai đoạn này tế bào vi sinh vật mới bắt đầu sinh trưởng Các tế bào mới tăng về kích thước nhưng chưa tăng về số lượng

- Giai đoạn luỹ tiến: Vi sinh vật phát triển với tốc độ riêng không đổi Sau một

thời gian nhất định, tổng số tế bào cũng như trọng lượng của tế bào tăng gấp đôi

- Giai đoạn tốc độ chậm: Tốc độ phát triển giảm dần tới mức cân bằng ở cuối

pha.ở các vi sinh vật cho sản phẩm trao đổi chất thì giai đoạn này chính

là giai đoạn hình thành sản phẩm như enzim, alcol

- Giai đoạn cân bằng: Số lượng tế bào sống được giữ ở mức không đổi nghĩa là

số lượng tế bào chết đi tương đương với số lượng tế bào mới được sinh

ra Tính chất sinh lý của tế bào vi sinh vật bắt đầu thay đổi, cụ thể là cường độ trao đổi chất giảm đi rõ rệt

- Giai đoạn suy tàn: Tốc độ sinh sản giảm đi rõ rệt và dần dần ngừng hẳn dẫn

đến số lượng tế bào sống giảm đi rất nhanh và bắt đầu có hiện tượng tự huỷ Nguyên nhân chủ yếu là do nguồn thức ăn trong môi trường đã cạn, sự tích lũy sản phẩm trao đổi chất có tác động ức chế và đôi khi tiêu diệt cả vi sinh vật

AB – giai đoạn tiềm phát ; BC – giai đoạn phát triển lũy tiến bằng pha chỉ số;

CD – giai đoạn tốc độ chậm; DE – giai đoạn cân bằng hoặc giai đoạn dừng;

EF – giai đoạn suy tàn

I.4.7.2) Bể phản ứng sinh học hiếu khí - aroten

Xử lý nước thải bằng aeroten được nhà khoa học người Anh đề xuất từ năm 1887, nhưng đến năm 1914 thì mới được áp dụng trong thực tế và tồn tại, phát triển rộng rãi cho đến ngày nay Quá trình hoạt động sống của quần thể

vi sinh vật trong aeroten thực chất là quá trình nuôi vi sinh vật trong các bình

phản ứng sinh học hay các bình lên men thu sinh khối Sinh khối vi sinh vật ở trong công nghệ vi sinh thường là từ một giống thuần chủng, còn trong xử lý nước thải là quần thể vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn có sẵn trong nước thải

I.4.7.3) Đặc điểm và nguyên lý làm việc của aeroten

Đặc điểm:

Bể phản ứng sinh học hiếu khí - aeroten là công trình bê tông hình khối chữ nhật hoặc hình tròn cũng có trường hợp người ta chế tạo các aeroten bằng sắt thép hình khối trụ Thông dụng nhất hiện nay là các bể aeroten hình khối chữ nhật Nước thải chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí, khuấy

đảo nhằm tăng cường lượng oxi hoà tan và tăng cường quá trình oxi hoá chất bẩn hữu cơ có trong nước

Quỏ trỡnh xử lý hiếu khớ, cỏc vi sinh vật sinh trưởng ở dạng huyền phự Quỏ trỡnh làm sạch trong aeroten diễn ra theo mức dũng chảy qua của hỗn hợp nước thải và bựn hoạt tớnh được sục khớ Việc sục khớ ở đõy đảm bảo yờu cầu của quỏ trỡnh: làm nước được bóo hũa oxy và duy trỡ bựn hoạt tớnh ở trạng thỏi lơ lửng

Trong quỏ trỡnh oxy húa cỏc chất hữu cơ trong nước thải, lượng bựn hoạt tớnh tăng lờn tạo nờn lượng bựn dư Một phần bựn được tuần hoàn trở lại, phần khỏc được đưa về bể xử lớ bựn dư

Nếu nước thải cú BOD lớn (BOD > 150 mg/l) và cú cỏc chất độc hại đối với vi sinh vật thỡ cần phải tỏi sinh bựn hoạt tớnh bằng cỏch thổi khớ cho chỳng sau khi tuần hoàn lại và trước khi tiếp xỳc với nước thải hoặc phải xử lớ nước thải trong aeroten nhiều bậc

Tốc độ sử dụng oxy hũa tan phụ thuộc vào cỏc yếu tố sau: tỷ số giữa lượng chất dinh dưỡng và số vi sinh vật (F/M), nhiệt độ, tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật, nồng độ sản phẩm độc tớch tụ trong quỏ trỡnh trao đổi chất, lượng cỏc chất cấu tạo tế bào, hàm lượng oxy hũa tan

Hiệu suất xử lớ nước thải trong bể aeroten và chất lượng bựn hoạt tớnh phụ thuộc vào thành phần và tớnh chất nước thải, điều kiện thủy động học

cỏc quỏ trỡnh khuấy trộn, nhiệt độ, pH của nước thải, sự tồn tại cỏc nguyờn tố dinh dưỡng và cỏc yếu tố khỏc

Sơ đồ hệ thống thiết bị:

sơ đồ hệ thống thông khí sinh học ( bể aroten)

Nguyên lý làm việc của bể aroten:

Nước thải sau khi đã xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hoà tan cùng với các chất lơ lửng đi vào trong aeroten Các chắt lơ lửng này là một số chất rắn và có thể là các chất hữu cơ chưa phải là dạng hoà tan Các chất lơ lửng là nơi vi khuẩn bám vào để cư trú, sinh sản và phát triển dần thành các hạt cặn bông Các hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước Chính vì vậy, xử lý nước thải ở aeroten được gọi là quá trình xử lý với sinh trưởng lơ lửng của quần thể vi sinh vật Các bông cặn này cũng chính là bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẫm, chứa các chất hữu cơ hấp phụ

từ nước thải và là nơi cư trú cho các vi khuẩn cùng các vi sinh vật bậc thấp khác, như động vật nguyên sinh sống và phát triển Trong nước thải có những trường hợp chất hữu cơ hoà tan là loại chất dễ bị vi sinh vật phân huỷ nhất Ngoài ra còn có loại hợp chất hữu cơ khó bị phân huỷ hoặc loại hợp chất chưa hoà tan, khó tan ở dạng keo Các hợp chất này có cấu trúc phức tạp cần được

vi khuẩn tiết ra enzim ngoại bào, phân huỷ thành những chất đơn giản hơn rồi

sẽ thẩm thấu qua màng tế bào và bị oxy hoá tiếp thành sản phẩm cung cấp vật liệu cho tế bào hoặc sản phẩm cuối cùng là CO2và nước Các hợp chất hữu cơ