Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung và đặc biệt là ô nhiễm môi trường nước nói riêng đang là mối quan tâm của toàn nhân loại. Nước là nhân tố quan trọng nhất quyết định sự sống trên Trái Đất. Cùng với sự tăng dân số kéo theo nhu cầu sử dụng nước cũng tăng. Theo thống kê của tổ chức y tế thế giới hiện nay có khoảng 13 dân cư trên thế giới thiếu nước sạch để sinh hoạt vì có rất nhiều nguồn nước bị ô nhiễm do nước thải chưa được xử lý của các nhà máy công nghiệp, nước thải sinh hoạt, nước rò rỉ từ các bãi chôn lấp chất thải rắn…Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền công ghiệp nước ta, tình hình ô nhiễm môi trường cũng gia tăng đến mức báo động. Do đó vấn đề xử lý nước thải và cung cấp nước sạch đang là một mối quan tâm lớn của nhiều quốc gia, nhiều tổ chức xã hội và chính bản thân mỗi cộng đồng dân cư. Và đây cũng là một vấn đề cấp thiết cần giải quyết ở nước ta trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Với những lý do trên em chọn đề tài: “ Các phương pháp xử lý nước thải” để làm bài khóa luận này. Mục đích: Tìm hiểu, nghiên cứu các phương pháp xử lý nước thải nhằm góp phần vào việc bảo vệ và cải tạo môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng. Nhiệm vụ: Tìm và đọc những tài liệu có liên quan đến nội dung của bài khóa luận, sau đó tổng hợp và trình bày một cách cô đọng, tương đối đầy đủ về thực trạng ô nhiễm môi trường nước và các phương pháp xử lý nước hiện nay.Với sự cố gắng tìm hiểu và nghiên cứu tài liệu để hoàn thành bài khóa luận này, nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn để bài khóa luận được hoàn thiện hơn.
Trang 1MỞ ĐẦU
Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung và đặc biệt là ô nhiễm môi trường nước nói riêng đang là mối quan tâm của toàn nhân loại Nước là nhân tố quan trọng nhất quyết định sự sống trên Trái Đất Cùng với sự tăng dân
số kéo theo nhu cầu sử dụng nước cũng tăng Theo thống kê của tổ chức y tế thế giới hiện nay có khoảng 1/3 dân cư trên thế giới thiếu nước sạch để sinh hoạt vì
có rất nhiều nguồn nước bị ô nhiễm do nước thải chưa được xử lý của các nhà máy công nghiệp, nước thải sinh hoạt, nước rò rỉ từ các bãi chôn lấp chất thải rắn…Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền công ghiệp nước
ta, tình hình ô nhiễm môi trường cũng gia tăng đến mức báo động Do đó vấn đề
xử lý nước thải và cung cấp nước sạch đang là một mối quan tâm lớn của nhiều quốc gia, nhiều tổ chức xã hội và chính bản thân mỗi cộng đồng dân cư Và đây cũng là một vấn đề cấp thiết cần giải quyết ở nước ta trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước
Với những lý do trên em chọn đề tài:
“ Các phương pháp xử lý nước thải” để làm bài khóa luận này.
Mục đích: Tìm hiểu, nghiên cứu các phương pháp xử lý nước thải nhằm
góp phần vào việc bảo vệ và cải tạo môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng
Nhiệm vụ: Tìm và đọc những tài liệu có liên quan đến nội dung của bài
khóa luận, sau đó tổng hợp và trình bày một cách cô đọng, tương đối đầy đủ về thực trạng ô nhiễm môi trường nước và các phương pháp xử lý nước hiện nay
Với sự cố gắng tìm hiểu và nghiên cứu tài liệu để hoàn thành bài khóa luận này, nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự góp
ý của thầy cô và các bạn để bài khóa luận được hoàn thiện hơn
Trang 2Chương 1 NƯỚC THẢI - VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC 1.1 Nước thải
1.1.1 Định nghĩa nước thải
Nước thải là chất lỏng được thải sau quá trình sử dụng của con người và
đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng [4; 419]
1.1.2 Phân loại nước thải
Người ta thường phân loại nước thải dựa vào nguồn gốc phát sinh: [4]
Nước thải sinh hoạt: Là nước thải từ khu dân cư, trường học, công sở
- Nó có hàm lượng chất dinh dưỡng cao và thường dư thừa so với nhu cầu
xử lý bằng phương pháp sinh học Do đó phương pháp sinh học thường được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt hoặc kết hợp để xử lý nước thải công nghiệp
- Khoảng 20 - 40% hàm lượng các chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt không có khả năng phân hủy sinh học, nó nằm lại trong lớp bùn lắng của bể xử
lý sinh học
- Ngoài ra nó còn chứa nhiều tạp chất khác, trong đó khoảng 52% tạp chất hữu cơ và khoảng 48% tạp chất vô cơ
Nước thải công nghiệp: Tính chất phụ thuộc vào các nghành công nghiệp
khác nhau
- Nước thải từ công nghiệp thực phẩm chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học
- Nước thải công nghiệp dệt, giấy, thuộc da chứa hóa chất, màu
- Nước thải công nghiệp dầu mỏ thì có hàm lượng phenol lớn…
Tùy thuộc vào loại hình công nghiệp mà nước thải có chứa các thành phần: Các chất trôi, nổi
Cát và đá sỏi
Dầu, mỡ
Các độc tố
Các chất ô nhiễm sinh học
Các chất ô nhiễm hóa học
Trang 31.2 Tình trạng ô nhiễm nguồn nước trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay
1.2.1 Tình trạng ô nhiễm nguồn nước trên thế giới
Trung bình mỗi ngày trên trái đất có khoảng 2 triệu tấn chất thải sinh hoạt
đổ ra sông hồ và biển cả, 70% lượng chất thải công nghiệp không qua xử lý
được đổ trực tiếp vào các nguồn nước tại các quốc gia đang phát triển Đây là thống kê của Viện Nước quốc tế (SIWI) được công bố tại Tuần lễ Nước thế giới (World Water Week) khai mạc tại Stockholm, thủ đô Thụy Điển ngày 5/9/2010
Cũng tại các diễn đàn ở Stockholm, đại diện nhiều nước châu Phi báo động về thảm cảnh khan hiếm nước tại lục địa này Nguồn nước ở đây vừa rất thiếu, lại rất thừa và bị ô nhiễm nặng nề do rác thải và sử dụng các chất hóa học
vô tội vạ Rất nhiều quốc gia đã lãng phí nguồn tài nguyên này do không có khả năng và kế hoạch "tích trữ nước" Tổ chức Lương Nông LHQ (FAO) cảnh báo trong 15 năm tới sẽ có gần 2 tỷ người phải sống tại các khu vực khan hiếm nguồn nước và 2/3 cư dân trên hành tinh có thể bị thiếu nước Nước, ở đây bao gồm cả nước ngọt và nước mặn, là nhu cầu thiết yếu đối với sản xuất và cuộc sống Nước do thiên nhiên ban tặng, là nguồn tài nguyên vô tận và quốc gia nào cũng có Tuy nhiên, sự phát triển kinh tế và xã hội, gia tăng dân số, ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu khiến nguồn "vàng trắng" trở thành một vấn đề báo động toàn cầu. [2,3]
1.2.2 Tình trạng ô nhiễm nguồn nước ở Việt Nam
Hiện nay ở Việt Nam tình trạng ô nhiễm nước đang là một vấn đề rất đáng
lo ngại Theo Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ Môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị
ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn Ở các thành phố lớn, hàng trăm
cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử lý chất thải
Ô nhiễm nước do sản xuất công nghiệp là rất nặng Ví dụ: ở ngành công nghiệp dệt may, ngành công nghiệp giấy và bột giấy, nước thải thường có độ pH
Trang 4trung bình từ 9 - 11; chỉ số nhu cầu oxi sinh hoá (BOD), nhu cầu oxi hoá học (COD) có thể lên đến 700 mg/1 và 2500 mg/1; hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép Hàm lượng nước thải của các ngành này có chứa xyanua (CN-) vượt đến 84 lần, H2S vượt 4,2 lần, hàm lượng NH3 vượt 84 lần tiêu chuẩn cho phép nên đã gây ô nhiễm nặng nề các nguồn nước mặt trong vùng dân cư Cùng với đó là tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thị, thấy rõ nhất
là ở thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh Ở thành phố Hà Nội, tổng lượng nước thải của thành phố lên tới 300.000 - 400.000 m3/ngày; hiện chỉ có 5/31 bệnh viện có hệ thống xử lý nước thải, chiếm 25% lượng nước thải bệnh viện; 36/400 cơ sở sản xuất có xử lý nước thải; lượng rác thải sinh hoạt chưa được thu gom khoảng 1200 m3/ngày đang xả vào các khu đất ven các hồ, kênh, mương trong nội thành; chỉ số BOD, oxi hoà tan, các chất NH4+, NO2-, NO3- ở các sông, hồ, mương nội thành đều vượt quá quy định cho phép, ở thành phố Hồ Chí Minh thì lượng rác thải lên tới gần 4000 tấn/ngày; chỉ có 24/142 cơ sở y tế lớn là có xử lý nước thải; khoảng 3000 cơ sở sản xuất gây ô nhiễm thuộc diện phải di dời Không chỉ ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh mà ở các đô thị khác như Hải Phòng, Huế, Đà Nẵng, Nam Định, Hải Dương…tình trạng ô nhiễm cũng tương tự
Về tình trạng ô nhiễm nước ở nông thôn và khu vực sản xuất nông nghiệp, hiện nay Việt Nam có gần 76% dân số đang sinh sống ở nông thôn là nơi cơ sở
hạ tầng còn lạc hậu, phần lớn các chất thải của con người và gia súc không được
xử lý nên thấm xuống đất hoặc bị rửa trôi, làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nước về mặt hữu cơ và vi sinh vật ngày càng cao Hơn nữa, trong sản xuất nông nghiệp, do lạm dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật, nên các nguồn nước ở sông,
hồ, kênh, mương bị ô nhiễm, ảnh hưởng lớn đến môi trường nước và sức khoẻ nhân dân Trong lĩnh vực nuôi trồng thuỷ sản, do nuôi trồng thuỷ sản ồ ạt, thiếu quy hoạch, không tuân theo quy trình kỹ thuật nên đã gây nhiều tác động tiêu cực tới môi trường nước Cùng với việc sử dụng nhiều và không đúng cách các loại hoá chất trong nuôi trồng thuỷ sản, thì các thức ăn dư lắng xuống đáy ao,
Trang 5hồ, lòng sông làm cho môi trường nước bị ô nhiễm các chất hữu cơ, làm phát triển một số loài sinh vật gây bệnh và xuất hiện một số tảo độc; thậm chí đã có dấu hiệu xuất hiện thuỷ triều đỏ ở một số vùng ven biển Việt Nam… Đó là những thực trạng đáng báo động về ô nhiễm môi trường nước ở nước ta hiện nay, do đó cần có sự quan tâm đúng mức của các cấp các ngành và toàn xã hội
[9]
1.3 Ảnh hưởng của nước thải đến nguồn tiếp nhận
- Nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy, các chất độc hại, các chất phóng xạ là nguyên nhân gây bệnh và truyền bệnh và làm giảm lượng oxi hòa tan trong nước do nhu cầu tiêu thụ oxi cho quá trình phân hủy hay oxi hóa các chất gây ô nhiễm, do có lớp dầu mỡ, các chất hoạt động bề mặt gây cản trở sự hấp thụ oxi từ không khí vào bề mặt thoáng của nước
- Nước thải bị ô nhiễm chất hữu cơ càng nhiều thì hàm lượng DO càng nhỏ (nước sạch có độ hòa tan bão hòa oxi khoảng 9,2 mg/l ở 20oC) Hàm lượng oxi thấp sẽ ảnh hưởng tới sự sống của các loài thủy sinh
- Các độc tố của nước thải sẽ làm ảnh hưởng tới nguồn tiếp nhận nước, làm ảnh hưởng xấu tới việc cấp nước và sử dụng nước vào các mục đích sinh hoạt, giải trí, ảnh hưởng xấu tới sinh thái thủy vực
- Cùng với nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp cũng làm ô nhiễm nặng nguồn tiếp nhận như sông, hồ… [4]
Trang 6Chương 2 CÁC THÔNG SỐ VÀ CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT
LƯỢNG NƯỚC THẢI 2.1 Độ pH
Giá trị pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý.
Giá trị pH cho phép ta quyết định xử lý nước theo phương pháp thích hợp, hoặc điều chỉnh lượng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý nước Các công trình
xử lý nước thải áp dụng các quá trình sinh học làm việc tốt khi pH nằm trong giới hạn từ 7 - 7,6 Ngoài ra pH còn ảnh hưởng đến quá trình tạo bông cặn của các bể lắng bằng cách tạo bông cặn bằng phèn nhôm [8]
2.2 Màu
Nước tự nhiên sạch thường không chứa những chất rắn lơ lửng nên trong
suốt và không màu Độ đục do các chất rắn lơ lửng gây ra Những hạt vật chất gây đục thường hấp phụ các kim loại nặng cùng các vi sinh vật gây bệnh Nước đục còn ngăn cản quá trình chiếu sáng của mặt trời xuống đáy làm giảm quá trình quang hợp và nồng độ oxi hòa tan trong nước Để xác định độ màu của nước người ta thường sử dụng một số phương pháp như so màu, trắc quang… Thông số màu được xác định theo đơn vị Pt - Co (TCVN). [7,8]
2.3 Mùi
Mùi hôi thối khó ngửi của nước thải do các chất hữu cơ bị phân hủy, mùi của các hóa chất, dầu mỡ có trong nước Các chất có mùi như NH3, các amin, các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh Có thể xác định mùi của nước theo phương pháp đơn giản sau: mẫu nước chứa trong bình có nắp đậy kín, lắc khoảng 10 - 20 giây sau đó mở nắp ngửi mùi và đánh giá không mùi, mùi nhẹ, trung bình, nặng và mùi rất nặng. [8]
2.4 Hàm lượng chất rắn
Là thành phần vật lý đặc trưng quan trọng của nước thải, nó bao gồm: chất rắn dạng vô cơ, hữu cơ, chất rắn nổi, lơ lửng, keo và tan
Trang 7Chất rắn dạng vô cơ gồm:
Chất rắn tan: các loại muối
Chất rắn không tan: đất đá ở dạng lơ lửng hay lắng được
Chất rắn dạng hữu cơ gồm: các vi sinh vật, vi khuẩn, động vật nguyên
sinh, tảo, các loại phân, chất thải
Tổng chất rắn (TS) được xác định bằng trọng lượng khô, phần còn lại khi
cho bay hơi một lít mẫu nước trên bếp cách thủy rồi sấy khô ở 103oC cho đến khi trọng lượng không đổi Đơn vị tính bằng mg/l (hoặc g/l)
Hàm lượng chất rắn huyền phù (SS): là hàm lượng chất rắn lơ lửng có
trong 1 lít nước Được tính bằng trọng lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh, sau sấy khô ở nhiệt độ 103 - 1050C đến khi trọng lượng không thay đổi (mg/l)
Chất rắn hòa tan: DS = TS - SS.
Chất rắn bay hơi: VSS phần mất đi khi nung chất rắn huyền phù SS ở
5500C trong khoảng thời gian nhất định, sau khi nung còn lại M: VSS = SS – M ( VSS là lượng chất rắn dạng hữu cơ có trong nước). [4]
2.5 Hàm lượng oxi hòa tan DO
Hàm lượng oxi hòa tan là một trong những chỉ tiêu quan trọng của nước thải vì oxi không thể thiếu được với các quá trình sống Oxi duy trì quá trình trao đổi chất sinh ra năng lượng cho sự sinh trưởng, sinh sản và tái sản xuất Khi thải các chất thải vào các nguồn nước quá trình oxi hóa chúng sẽ làm giảm nồng
độ oxi hòa tan trong các nguồn nước này thậm chí có thể đe dọa sự sống của các loại cá cũng như các vi sinh vật trong nước
Việc xác định thông số về hàm lượng oxi hòa tan có ý nghĩa quan trọng trong việc duy trì điều kiện hiếu khí trong quá trình xử lý nước thải Mặt khác
Trang 8lượng oxi hòa tan còn là cơ sở của phép phân tích xác định nhu cầu oxi sinh hóa.
Có hai phương pháp xác định DO là phương pháp Winkler và phương pháp điện cực oxi. [8]
2.6 Nhu cầu oxi sinh hóa BOD
Nhu cầu oxi sinh hóa BOD là lượng oxi cần thiết mà vi sinh vật đã sử dụng trong quá trình oxi hóa các chất hữu cơ trong nước Đơn vị mg/l. [4]
Phương trình tổng quát của quá trình này có thể biểu diễn như sau: [8]
Chất hữu cơ + O2 Vi sinh vật CO2 + H2O + Sinh khối (1.1)
Chỉ số BOD là thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước Chỉ số BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước ô nhiễm càng lớn
Trong thực tế khó có thể xác định được toàn bộ lượng oxi cần thiết để các
vi sinh vật phân hủy hoàn toàn các chất hữu cơ trong nước mà chỉ xác định được lượng oxi cần thiết trong năm ngày ở nhiệt độ 20oC trong bóng tối Mức độ oxi hóa các chất hữu cơ không đều theo thời gian Thời gian đầu, quá trình oxi hóa xảy ra với cường độ mạnh hơn và sau đó giảm dần
BOD5 = ( D1 – D2 )/P (mg/l) [4]
D1 là nồng độ oxi hòa tan của mẫu nước thải pha loãng trước khi ủ ( mg/l );
D2 là nồng độ oxi hòa tan của mẫu nước thải pha loãng sau 5 ngày ủ
ở 200C (mg/l)
P là tỉ số pha loãng
2.7 Nhu cầu oxi hóa học COD
Trang 9Ag 2 SO 4
Nhu cầu oxi hóa học COD là lượng oxi cần thiết cho toàn bộ quá trình oxi hóa toàn bộ các chất hữu cơ trong mẫu nước thải thành CO2 và H2O bằng tác nhân oxi hóa mạnh
Trong thực tế COD được dùng rộng rãi để đánh giá mức độ ô nhiễm các chất hữu cơ có trong nước Do việc xác định chỉ số này nhanh hơn so với việc xác định BOD Chỉ số COD được xác định bằng cách dùng một chất ôxy hóa mạnh trong môi trường axit để oxi hóa chất hữu cơ Ví dụ:
Chất hữu cơ + Cr2O72- + H+ CO2 + H2O + Cr3+ (1.2)
Sau đó đem đo mật độ quang của dung dịch phản ứng trên dựa vào đường chuẩn để xác định giá trị COD Thường thì tỉ lệ giữa BOD và COD khoảng từ 0,5 đến 0,7 Vì chỉ số COD biểu thị cả lượng chất hữu cơ không bị oxi hóa bởi
vi sinh vật nên giá trị COD bao giờ cũng cao hơn giá trị BOD.[8]
2.8 Tổng hàm lượng nitơ (TN)
Nitơ có thể tồn tại ở các dạng chủ yếu như sau:[4]
Vì Nitơ là nguyên tố chính xây dựng tế bào tổng hợp protein nên số liệu
về chỉ tiêu Nitơ rất cần thiết để xác định khả năng có thể xử lý một loại nước thải nào đó bằng các quá trình sinh học
Tổng Nitơ là tổng các hàm lượng Nitơ hữu cơ, N–NH3, N–NO2, N–NO3 Khi trong nước thừa Nitơ thì gây ra hiện tượng phú dưỡng
Trong nước thải đô thị, hàm lượng Nitơ dạng amoniac và hữu cơ có giá trị
từ 15 - 50 mg/l
Trang 10Nước thải chứa Nitơ dạng amoniac sẽ tiêu thụ oxi hòa tan trong nước, làm giảm lượng oxi hòa tan trong nước
Amoni sẽ tác dụng với các hợp chất clo tạo thành cloramin làm giảm hiệu suất khử trùng so với clo tự do và các hợp chất khác của clo:
Hợp chất của amoni độc với cá Nước để nuôi cá phải có nồng độ NH3–N trong nước nhỏ hơn 0,02 mg/l
Hàm lượng nitơ hữu cơ được xác định bằng phương pháp Kendal Tổng nitơ Kendal là tổng nitơ hữu cơ và nitơ amoniac Chỉ tiêu amoniac thường được xác định bằng phương pháp so màu hoặc chuẩn độ còn nitrit và nitrat được xác định bằng phương pháp so màu Để xác định tổng nitơ theo phương pháp Kendal, người ta phá mẫu bằng axit H2SO4 đặc nóng, khi đó các dạng nitơ hữu
cơ chuyển về dạng ion NH4+ Sau đó đưa pH của dung dịch lên cao để NH4+
chuyển thành NH3, sau đó NH3 được cất tách ra và xác định bằng cách chuẩn độ
2.9 Tổng hàm lượng photpho
Photpho là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự phát triển bùng
nổ của tảo ở một số nguồn nước mặt Photpho trong nước thải thường tồn tại dưới dạng PO43-, HPO42-, H2PO4-, H3PO4 hoặc poliphotphat
Nguồn gốc gây ra:
- Phân hủy xác chết động vật
- Từ nguồn phân bón
- Do công nghiệp thải vào nước