Biểu thị dạng chất bẩn trong nước thải có các tính chất hóa học khác nhau, được chia làm 2 nhóm: o Thành phần vô cơ: cát, sét, acid vô cơ, kiềm vô cơ, các ion của các muối phân ly.... Ho
Trang 1Mục lục
I Tống quan về xử lý nước thải
1 Giới thiệu chung
2 Các nguồn phát sinh nước thải
3 Thành phần và tính chất nước thải
4 Sơ lược các quá trình vi sinh trong xử lý nước thải.
I Tông quan vê xử lý nước thải
1 Giói thiệu chung.
Các hoạt động của con người luôn gắn chặt với nhu cầu sử dụng nước cho các mục đích khác nhau (sinh hoạt, công nghiệp, dịch vụ ) và thải ra nhiều loại nước thải có chứa các tác nhân gây ô nhiễm sau quá trình sử dụng Neu không được kiểm soát, quản lý tốt và không có các biện pháp xử lý hữu hiệu, các dòng thải đó sẽ gây ra nhiều vấn đề nạn giải về:
o Ngập úng đường phố
o Ô nhiễm môi trường và ô nhiễm nguồn nước
Dầu lan trên bề mặt biển
Đe bảo vệ môi trường và duy trì các điều kiện sống trong lành, các nguồn nước thải cần được duy trì và kiếm soát nghiêm ngặt Một hệ thống quản lý nước thải hiện đại cần phải xem xét đến các yếu tố sau:
o Các nguồn phát sinh nước thải
o Các phương tiện xử lý nước thải tại nguồn
Trang 2Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Kết quả
(mg/L)
COD (mg/L)
-320
Công ty Nước Giải Khát
DONANEWTOWER
Công ty Nông Thủy Sản
Vĩnh Hưng
o Các phương tiện thu gom nước thải
o Các phương tiện chuyển tải nước thải
o Các phương tiện xử lý nước thải
o Các phương tiện thải bỏ nước thải vào nguồn tiếp nhận
ị- Mối tương quan giữa các yếu tố trên được thể hiện bằng sơ đồ khối
So’ đồ tống quát quá trình xử lý nưóc thải
2 Các nguồn phát sinh nưóc thải
a Nước thải sinh hoạt
- Nước thải được định nghĩa như là những chất thải dạng lỏng xả ra
từ các công trình, nhà cửa, các khu dân cư, khu thương mại và dịch
vụ, các cơ sở sản xuất công nghiệp và khu công nghiệp, nước mưa chảy tràn
- Nước thải sinh hoạt: nước xả bỏ sau khi sử dụng cho mục đích sinh hoạt cộng đồng: tắm, giặt, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân
- Nước thải sinh hoạt thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, các công trình công cộng khác và chính ngay trong cơ sở sản xuất công nghiệp
- Khối lượng nước thải sinh hoạt của 1 cộng đồng dân cư phụ thuộc vào:
o Tiêu chuẩn nước cấp
o Khả năng và đặc điếm của hệ thống thoát nước
- Đặc tính chung của nước thải công nghiệp thường bị ô nhiễm bởi cặn bã hữu cơ, các chất hữu cơ hòa tan, các chất dinh dưỡng, các vi trùng gây bệnh
- Mức độ ô nhiễm nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào:
o Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người
b Nước thải công nghiệp
Nước thải công nghiệp là nước thải ra từ các cơ sở sản xuất công nghiệp sau khi được sử dụng cho các nhu cầu sinh hoạt và sử dụng cho các công đoạn
và quá trình sản xuất ở mỗi cơ sở công nghiệp
Tại các cơ sở sản xuất công nghiệp, nước thải thường bao gồm 3 loại:
- Nước mưa : về nguyên tắc được xem là nước thải quy ước sạch Tuy nhiên trong 1 số trường hợp có thể bị nhiễm bẩn ở các mức độ khác nhau, cần phải thu gom và xử lý
- Nước thải sinh hoạt: tương tự nước thải sinh hoạt ở các khu dân
cư, khu đô thị
- Nước thải sản xuất được chia làm hai loại:
o Nước thải quy ước sạch: nước giải nhiệt máy móc, làm nguội 1 số sản phẩm không hòa tan (nhựa, da )
o Nước thải nhiễm bẩn: nhìn chung rất đa dạng tùy theo đặc điếm của từng nghành nghề sản xuất và chế độ vệ sinh công nghiệp, cần phải có các khảo sát riêng
Trang 3c Nước mưa
- về bản chất thì nước mưa là 1 nguồn nước thải sạch
- Tuy nhiên trong 1 số trường hợp, nước mưa khi đến hệ thống thoát nước thường mang theo 1 số chất bẩn ở các mức độ ô nhiễm khác nhau: dầu mỡ, các tạp chất vô cơ, hữu cơ
- Nước mưa bị nhiễm bẩn thường chỉ xuất hiện ở những trận mưa đầu mùa và trong thời gian đầu của cơn mưa, cần đặc biệt lun ý vấn đề
3 Thành phần và tính chất nước thải
a Thành phần nước thải
> Thành phần vật lý.
Biểu thị các chất cơ bản có trong nước thải theo kích thước khác nhau, được chia làm 3 nhóm:
o Nhóm 1: gồm các chất không tan chứa trong nước thải ở dạng thô (vải, giấy, lá cây sỏi, cát ) ở dạng lơ lửng (ô > 101 mm )
và ở dạng keo, huyền phù, nhũ tương, bọt (
o Nhóm 2: gồm các chất bần dạng keo (ô ~ 10‘4 - 10"6 mm )
o Nhóm 3: gồm các chất bẩn dạng hòa tan có ( ỗ < 10"6 mm ) Chúng có thể ở dạng ion hoặc phân tử
> Thành phần hóa học.
Biểu thị dạng chất bẩn trong nước thải có các tính chất hóa học khác nhau, được chia làm 2 nhóm:
o Thành phần vô cơ: cát, sét, acid vô cơ, kiềm vô cơ, các ion của các muối phân ly
o Thành phần hữu cơ: các chất có nguồn gốc tù’ động, thực vật ( Các hợp chất chứa nitơ, ure, amin, protein, acid amin , Các hợp chất nhóm hydratcacbon: mỡ, xà phòng, lun huỳnh )
b Tính chất nước thải
> Tính chất vật lý
- Khả năng lắng đọng, nối của chất bẩn
- Khả năng tạo mùi và các ảnh hưởng của mùi
- Khả năng tạo màu và các ảnh hưởng của màu
- Khả năng biến đổi nhiệt độ của nước thải
- Khả năng giữ ấm của bùn cặn
> Tính chất hóa học
- Khả năng phản ứng giữa các chất bẩn có sẵn trong nước thải
Trang 4- Trong nước có rất nhiều chủng loại vi sinh vật: vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xoắn thể, xạ khuẩn, virus, thực khuẩn thể, nhưng chủ yếu là
vi khuẩn
- Nói chung trong nước số lượng vi sinh vật không sinh bào tử chiếm
ưu thế (gần 87% ), còn trong bùn số lượng vi sinh vật bào tử lại chiếm
ưu thế gần (75% )
b Hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải
> Quá trình trao đoi chất của vi sinh vật
o Cacbon và nguồn năng lưọng
- Hai nguồn cacbon quan trọng nhất để sinh vật sử dụng để tạo tế bào mới là cacbon chứa trong các hợp chất hữu cơ và cacbon
dioxide (C0 2)
- Sinh vật sử dụng các hợp chất cacbon hữu cơ để tạo tế bào gọi
là vi sinh vật dị dưỡng (heterotrophs).
- Sinh vật sử dụng C0 2để tạo tế bào gọi là vi sinh vật tự dưỡng
(iautotrophs).
- Sự chuyển hóa CO 2thành các hợp chất hữu cơ cấu tạo tế bào là quá trình khử và đòi hỏi phải cung cấp và đòi hỏi phải cung cấp năng lượng
- Do vậy, các sinh vật tự dưỡng sử dụng nhiều năng lượng cho quá trình tổng hợp tế bào hơn các sinh vật dị dưỡng nên sinh vật tự dưỡng có tốc độ phát triển nhìn chung là thấp hơn các sinh vật dị dưỡng
o Chất dinh dưỡng
Sự hiện diện của các chất dinh dường với nồng độ nhất định cũng rất cần thiết cho quá trình phát triển và tổng hợp tế bào mới Các chất dinh dưỡng
vô cơ chủ yếu mà vi sinh vật cần có là Ny Sy Py Ky Mgy Ctty Fe f Na.Ngoài ra
còn có chất dinh dưỡng vô cơ thứ yếu nhưZn y Mny Moy Sey Co, CUy Ni,
> Anh hưởng của các yếu tố môi trường
Hai yếu tố môi trường quan trọng nhất đối với quá trình sống và phát triển
của vi khuẩn chính là nhiệt độ và độ pH.
> Các dạng trao đổi chất của vi sinh vật
Người ta cũng có thế phân chia vi sinh vật hóa năng dị dưỡng dựa theo trao đổi chất và nhu càu oxy của chúng
Trang 5Giai đoạn tăng trưởng theo Logarit: trong suốt thời kỳ này, các tế
bào tăng trưởng và phân chia theo tốc độ xác định bởi thời gian sinh sản và khả năng thu nhận và đồng hóa thức ăn
Giai đoạn phát triển ổn định: Ở giai đoạn này, số lượng vi khuẩn ổn
định là do: nguồn dinh dưỡng trong môi trường đã cạn, vi sinh vật bị giới hạn tốc độ sinh trưởng và phát triển, số vi khuẩn mới sinh ra vừa
đủ bù cho số vi khuẩn già cỗi chết đi
s Giai đoạn vi khưấn tự chết: Trong suốt giai đoạn này: tốc độ tự chết
của vi khuẩn vượt xa tốc độ sinh sản ra tế bào mới
Quá trình sinh trưởng và phát triến của vi sinh vật
c Cơ chế quá trình làm sạch nước
- Quá trinh làm sạch nước chia thành 3 giai đoạn:
o Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào vi sinh vật
o Khuếch tán và hấp thụ qua màng bán thấm và trong tế bào vi sinh vật
o Chuyển hóa các chất này trong nội bào để tạo ra năng lượng và tổng hợp các vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật
- Cơ chế quá trình phân hủy các chất trong tế bào vi sinh vật như sau:
o Họp chất bị oxy hóa trước tiên là các hydratcacbon và 1 số chất
Trang 6o Đối với các protein sẽ có enzyme proteinaza xúc tác phân hủy thành các polipeptit, peptone, acidamine và cuối cùng là NH4+
o Đối với các chất béo có lipaza phân hủy thành các acid béo,
gỉycerine, các sản phẩm cuối cùng là đường, rượu, và 1 số chất
hữu co bị oxy hóa trong tế bào nhờ emyme oxy hóa khử
dehidrogenaza Các emyme này tách ft ra khỏi phân tử
enzyme kết hợp với oxi tạo ra nước, nhờ có hydro và oxy ở trong nước các phản ứng oxy hóa khử tạo giữa các nguyên tử
cacbon mới xảy ra.
o Quá trình phân hủy hay là quá trình oxy hóa khủ không phải là tất cả đều bị oxy hóa hoàn toàn thành sản phẩm cuối cùng là
co2 và nước, một số sản phẩm trung gian của quá trình này được tham gia vào quá trình đồng hóa hay là quá trình sinh tổng hợp vật chất tế bào đế hình thành tế bào mới phục vụ cho sinh trưởng
o Do vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học nên căn cứ vào tính chất, hoạt động và môi trường sống của chúng ta, ta có thể chia phương pháp sinh học thành 3 dạng chính như sau:
- Quá trình phân hủy hiếu khí: quá trình này cần diễn ra
ở nồng độ DO cao (trên 1,5 mg/L)
- Quá trình phân hủy kỵ khí: quá trình này cần diễn ra trong điều kiện DO = 0
- Quá trình phân hủy yếm khí: quá trình này cần diễn ra trong điều kiện có DO thấp ( dưới 0,5 mh/L )
II Co’ sỏ’ lý thuyết quá trình phân hủy yếm khí
- Quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện yếm khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:
Vi sinh vật Chất hữu cơ * CH4 + C02 + H2 + H2S + Tế bào mới
- Một cách tổng quát, quá trình phân hủy yếm khí xảy ra theo 4 giai đoạn
Trang 7o Giai đoạn 3: Acetate hóa
o Giai đoạn 4: Methane hóa
a Giai đoạn thủy phân: Quá trình thủy phân các chất hữu cơ thường
thì quá chậm Tốc độ thủy phân thường quyết định bởi pH, kích cỡ của chất nền, hiệu quả của chất nền
Vỉ du:
- Chất béo được phân thủy chậm
- Các chất thải hữu cơ chứa các nhiều chất hữu cơ cao phân tử như protein, chất béo, carbohydrates, cellulose, lignin trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo thành những phân tủ đơn giản , dễ phân hủy hơn
Các phản ứng thủy phân sẽ chuyến hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn, và chất béo thành các acid béo
b Quá trình acid hóa: Sự tạo thành acid được thực hiện bởi rất
nhiều nhóm vi sinh vật
- Phần lớn là các vi sinh vật yếm khí, nhưng một số thì tùy nghi tức là chúng có thể dùng oxygen số lượng chúng thi rất thấp chỉ khoảng 1
% trong tổng số lượng vi sinh vật
- Trong giai đoạn này, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và cơ2.
- Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid, propionic acid và lactic acid
- Bên cạnh đó, C02 và H2 methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrate
- Các vi sinh vật liên quan đến quá trình acid hóa thì thường có sức chịu đựng cao ở pH thấp, sự hình thành acid diễn ra ở pH dưới 4 trong khi
sự hình thành CH4 tói ưu ở 6.8 - 7.4, khi pH thấp có thể dẫn đến sự tích lũy của các acid béo dễ bay hơi trung gian
c Quá tình acetate hóa và metan hóa: Sản phẩm của các bước acid
hóa được chuyển hóa bởi các vi sinh vật acetone thành acetate, H2
và C02
- Vi sinh vật chuyển hóa metan chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất
Trang 8Quá trình acetate hóa và khử hydro
Quá trình phân hủy yếm khí
- Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý yếm khí thành:
o Quá trình xử lý yếm khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc yếm khí ( Anaerobic Contact Process ), quá trình xử lý bàng lớp bùn yếm khí với dòng nước
đi từ dưới lên ( Upflow Anaerobic Sludge Blanket - UASB)
o Quá trình xử lý yếm khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc yếm khí ( Anaerobic Fiĩter Process )
Trang 9III Quá trình xử lý yếm khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng
1 Quá trình tiếp xúc yếm khí ( Anaerobic Contact Process )
- Một số loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao có thể xử lý rất hiệu quả bằng quá trình tiếp xúc yếm khí
- Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn
-ể- Nguyên tắc hoạt động:
o Hỗn họp bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn
o Sau khi phân hủy, hỗn hợp được đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nước,
o Bùn được tuần hoàn trở lại bể yếm khí
Sơ đồ thiết bị xử lý sinh học tiếp xúc yếm khí
Trang 103 ƯASB ( ưpflow Anaerobic Sludge Blanket)
Đây là một trong những quá trình yếm khí được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do hai dặc điểm chính sau:
- Cả ba quá trình phân hủy - lắng bùn - tách khí, được lắp đặt trong cùng một công trình
- Tạo thành các loại bùn có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lững
- Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học yếm khí sử dụng UASB còn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như:
V ít tiêu tốn năng lượng vận hành
V ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn
V Bùn sinh ra dễ tách nước
V Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bố xung dinh dưỡng
V Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí mêtan
V Cò khả năng hoạt động theo mùa vì bùn yếm khí có thể hồi phục và hoạt động được sau một thời gian ngưng không nạp liệu
- Nhược điểm:
S Khởi động lâu, phải khởi động một tháng trước khi
hoạtđộng
S Hiệu quả xử lí không ốn định vì đây là quá trinh sinh học
xảy ra tự nhiên nên chúng ta không thể can thiệp sâu vào
hệ thống
Trang 11Upward-flow Anaerobic Sludge Blanket
So’ đồ bể UASB đưọc trình bày trong hình.
Hạt bùn: Trong một lò phản ứng UASB, yếm khí bùn đã hoặc mua lại tài
sản trầm tích tốt, và là co học hỗn hợp của các lực lượng dòng chảy lên của
nước thải đến các bong bóng khí được tạo ra trong lò phản ứng Vì lý do đó
cơ khí trộn có thể được bỏ qua từ một lò phản ứng ƯASB làm giảm vốn và
chi phí bảo trì Quá trình trộn cũng khuyến khích sự hình thành các hạt bùn
