PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ TẠO BÔNG

Mặt khác cùng với sự phát triển của nên công nghiệp hóa là xuất hiện của nhiều khu công nghiệp KCN, cụm công nghiệp trong cả nước đã thải ra một lượng chất thải rất lớn ra môi trường tự

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay vấn đề công nghiệp hóa - hiện đại hóa đang là một bước nhảy lớn cả sự phát triển nền kinh tế nước ta, sự phát triển kinh tế, các đô thị, các nghành sản xuất kinh doanh và dịch vụ ngày càng được phát triển và mở rộng Hơn thế, sự phát triển của dân số ngày càng tăng cao cùng với ý thức người dân chưa được nâng cao về bảo vệ môi trường đã tạo ra một khối lượng lớn chất thải gồm: chất thải sinh hoạt, chất thải công nghiệp, chất thải y tế, chất thải nông nghiệp Trong khi đó khả năng chịu đựng của môi trường là có giới hạn và khả năng chịu đựng đó đang ở mức báo động Do đặc thù của nền công nghiệp đã và đang trên đà phát triển, chưa có sự quy hoạch tổng thể và còn nhiều nguyên nhân khác nhau như: điều kiện kinh tế của nhiều doanh nghiệp còn nhiều khó khăn, hoặc do chi phí xử lý ảnh hưởng đến lợi nhuận nên hầu như chất thải công nghiệp của nhiều nhà máy chưa được xử lý mà xả thẳng ra môi trường

Mặt khác cùng với sự phát triển của nên công nghiệp hóa là xuất hiện của nhiều khu công nghiệp (KCN), cụm công nghiệp trong cả nước đã thải ra một lượng chất thải rất lớn ra môi trường tự nhiên mà không thông qua xử lý hoặc xử lý không đạt hiệu quả Trong đó, ô nhiễm nguồn nước là một trong những vấn đề nhức nhối của tình trạng ô nhiễm môi trường tự nhiên do nền công nghiệp hiện tại và vấn đề bảo vệ cũng như cung cấp nước sạch là vô cùng quan trọng, cần phải được quan tâm kịp thời

Nhằm mục đích góp phần nâng cao hiệu quả xử lý nước thải tại nhà máy

xử lý nước thải khu công nghiệp Việt Nam, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu

xử lý nước thải khu công nghiệp Phú Nghĩa- Chương Mỹ- Hà Nội bằng phương pháp keo tụ tạo bông trong điều kiện phòng thí nghiệm” góp phần

bảo vệ nâng cao chất lượng môi trường sống cho con người

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình phát triển khu công nghiệp ở Việt Nam và ảnh hưởng của nước thải công nghiệp đến con người và môi trường

1.1.1 Tình hình phát triển khu công nghiệp ở Việt Nam

Tính từ năm 1991 đến năm 2009, trải qua 18 năm xây dựng và phát triển, cả nước đã thành lập được 223 KCN với tổng diện tích tự nhiên đạt 57.264 ha, phân bố trên 56/63 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương Trong đó diện tích đất sử dụng cho sự phát triển công nghiệp có thể cho thuê theo quy hoạch đạt gần 40.000 ha, chiếm khoảng 65% diện tích đất quy hoạch các KCN

(Nguồn: Bộ KH&ĐT,2009) Trong số 223 KCN hiện nay của cả nước, có 171

KCN đã đi vào hoạt động, 52 KCN đang trong quá trình xây dựng hạ tầng kỹ thuật, chủ yếu là các KCN mới thành lập trong những năm gần đây

Năm 2008, Chính phủ đã ban hành Nghị định số 29/2008/NĐ-CP quy định về thành lập, hoạt động, chính sách và quản lý nhà nước đối với KCN, khu chế xuất và khu kinh tế, trong đó quy định thống nhất hoạt động của KCN trên các lĩnh vực theo hướng đẩy mạnh phân cấp quản lý cho Ban quản lý các KCN Nghị định đã góp phần đổi mới sâu sắc về thể chế, môi trường đầu tư kinh doanh cùng quá trình hội nhập kinh tế quốc tế mạnh mẽ sau khi Việt Nam gia nhập WTO Công tác quản lý Nhà nước về KCN cũng như bản thân hoạt động của các KCN đã có những điều chỉnh về cơ cấu tổ chức, năng lực, chương trình hoạt động để thích nghi với điều kiện mới Nhờ đó, trong năm 2008, các KCN một mặt tiếp tục đã tăng trưởng như những năm trước, mặt khác, có những nét phát triển mới mang tính đột phá, với 48 dự án đầu tư phát triển kết cấu hạ tầng KCN được cấp Giấy chứng nhận đầu tư, thành lập 44 KCN mới với tổng diện tích đất tự nhiên 15.675,6 ha (tăng 73% so với năm 2007) và mở rộng 8 KCN với tổng diện tích đất tự nhiên 2.810,8 ha (tăng 41,1%) so với năm 2007)

Bảng 1.1 Tình hình phát triển KCN qua các năm 2006, 2007, 2008

Giá trị sản xuất kinh doanh/1ha diện tích

đất cho thuê (triệu USD)

sở hạ tầng thì có tốc độ lấp đầy nhanh nhưng không thể thành lập nhiều do ngân sách địa phương hạn hẹp Các KCN khác cho các doanh nghiệp sản xuất thuê đất trước khi xây dựng hạ tầng kỹ thuật nên suất đầu tư thấp, có tốc độ triển

khai xây dựng và lấp đầy nhanh nhưng lại gặp khó khăn trong quản lý môi trường, hệ thống hạ tầng kỹ thuật không đồng bộ

1.1.2 Ảnh hưởng của nước thải công nghiệp đến con người và môi trường

1.1.2.1 Ảnh hưởng đến con người

Theo Báo cáo tổ chức Y tế thế giới (WHO) công bố đầu năm 2010 cho thấy, mỗi năm Việt Nam có hơn 20.000 người tử vong do điều kiện nước sạch

và vệ sinh nghèo nàn và thấp kém Theo thống kê của Bộ Y tế, hơn 80% các bệnh truyền nhiễm ở nước ta liên quan đến nguồn nước

Hậu quả chung của tình trạng ô nhiễm nước là tỉ lệ người mắc các bệnh cấp và mãn tính liên quan đến ô nhiễm nước như viêm màng kết, tiêu chảy, ung thư… ngày càng tăng Người dân sinh sống quanh khu vực ô nhiễm ngày càng mắc nhiều loại bệnh tình nghi là do dùng nước bẩn trong mọi sinh hoạt Ngoài

ra ô nhiễm nguồn nước còn gây tổn thất lớn cho các ngành sản xuất kinh doanh, các hộ nuôi trồng thủy sản

Các nghiên cứu khoa học cũng cho thấy, khi sử dụng nước nhiễm asen

để ăn uống, con người có thể mắc bệnh ung thư trong đó thường gặp là ung thư

da Ngoài ra, asen còn gây nhiễm độc hệ thống tuần hoàn khi uống phải nguồn nước có hàm lượng asen 0,1mg/l Vì vậy, cần phải xử lý nước nhiễm asen trước khi dùng cho sinh hoạt và ăn uống Người nhiễm chì lâu ngày có thể mắc bệnh thận, thần kinh, nhiễm Amoni, Nitrat, Nitrit gây mắc bệnh xanh da, thiếu máu,

có thể gây ung thư Metyl tert-butyl ete (MTBE) là chất phụ gia phổ biến trong khai thác dầu lửa có khả năng gây ung thư rất cao Nhiễm Natri (Na) gây bệnh cao huyết áp, bệnh tim mạch, lưu huỳnh gây bệnh về đường tiêu hoá, Kali, Cadimi gây bệnh thoái hoá cột sống, đau lưng Hợp chất hữu cơ, thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn trùng, diệt cỏ, thuốc kích thích tăng trưởng, thuốc bảo quản thực phẩm, phốt pho… gây ngộ độc, viêm gan, nôn mửa Tiếp xúc lâu dài sẽ gây ung thư nghiêm trọng các cơ quan nội tạng Chất tẩy trắng Xenon peroxide, sodium percarbonate gây viêm đường hô hấp, oxalate kết hợp với calcium tạo ra calcium oxalate gây đau thận, sỏi mật Vi khuẩn, ký sinh trùng các loại là

nguyên nhân gây các bệnh đường tiêu hóa, nhiễm giun, sán Kim loại nặng các loại: Titan, Sắt, chì, cadimi, asen, thuỷ ngân, kẽm gây đau thần kinh, thận, hệ bài tiết, viêm xương, thiếu máu

1.1.2.2 Ảnh hưởng đến môi trường

Ô nhiễm môi trường do hoạt động sản xuất công nghiệp nói chung và KCN nói riêng đã gây ra tác động xấu tới hệ sinh thái tự nhiên Đặc biệt nước thải không qua xử lý, xả thải trực tiếp vào môi trường gây ra những thiệt hại đáng kể tới sản xuất nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản tại cac khu vực lân cận

Sông suối là nguồn tiếp nhận và vận chuyển các chât ô nhiễm trong nước thải từ các KCN và các cơ sở sản xuất kinh doanh Nước thải chứa chất hữu cơ vượt quá giới hạn cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng, làm giảm lượng oxy trong nước Các loài thủ sinh bị thiếu oxy dẫn đến một số loài bị chết hàng loạt Sự xuất hiện cac độc chất như dầu mỡ, kim loại nặng, các loại hóa chất trong nước sẽ tác động đến thực vật thủy sinh và đi vào chuỗi thức ăn trong

KCN Điện Nam – Điện Ngọc, với hơn 34 nhà máy đã và đang đưa vào hoạt động, là KCN lớn nhất của tỉnh Quảng Nam Trong những năm 2006 –

2007, KCN này đã nổi lên như một điểm nóng về ô nhiễm môi trường nước ở miền Trung Nước thải của KCN thải trực tiếp ra môi trường, con mương dẫn

nước thải của KCN chảy ra sông Ngân Hà khiến dòng sông trở nên đen kịt Các loài thủy sinh không thể tồn tại

Tại khu vực miền Nam, ô nhiễm sông Thị Vải là một trong những điển hình về ô nhiễm môi trường do nước thải công nghiệp gây ra Sự ô nhiễm gây tác động trực tiếp tới hệ sinh thái, các loài thủy sản hầu như không thể tồn tại, chỉ còn lại ít sinh vật phù du

1.2 Tổng quan về nước thải công nghiệp

1.2.1 Nguồn phát thải nước thải công nghiệp

Nhiều lĩnh vực công nghiệp tiêu thụ và thải ra một lượng nước khổng lồ, như các nhà máy luyện kim, hóa chất, hóa dầu, dệt nhuộm, chế biến thực phẩm Nước đã qua sử dụng trong quá trình sản xuất, nước làm mát thiết bị , nước làm vệ sinh nhà xưởng, máy móc tắm giặt của công nhân đều được coi

là nước thải

Lượng nước thải của các nhà máy công nghiệp nặng thường từ 9 đến 14m3/ha/ngày; của các xí nghiệp công nghiệp nhẹ từ 14 đến 28m3/ha/ngày Có thể tính lượng nước cấp đầu vào khoảng 95% nước đã qua sử dụng trong các phân xưởng và quá trình công nghệ là nước thải ( có ngoại lệ ở các nhà máy bia, các xí nghiệp nước giải khát và nước khoáng)

Bảng 1.2 Ước tính tổng lượng nước thải và thải lượng các chất ô nhiễm

trong nước thải từ các KCN của 4 vùng KTTĐ năm 2009

Lượng nước thải (m 3 /ngày)

Tổng lượng cấc chất ô nhiễm (kg/ngày)

(Trung tâm Công nghệ Môi trường (ENTEC), tháng 05/2009)

1.2.2 Thành phần và đặc tính nước thải công nghiệp

Thành phần và tính chất của nước thài công nghiệp rất đa dạng, phụ thuộc vào từng quá trình sản xuất, vào trình độ và bản chất của dây chuyền công nghệ Ví dụ nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm có nhiều các chất hữu cơ dễ phân hủy; từ xí nghiệp thuộc da - có các chất hữu cơ, tanin có màu nâu đen và đặc biệt là có mặt một số kim loại nặng cùng với sunfua; từ các xí nghiệp hóa chất -có mặt các hóa chất đã sử dụng và có thể gây độc hại

Nước thải công nghiệp thường mang các tính chất đặc trưng của quá trình sản xuất Tuy vậy, nước thải ở khu vực này phụ thuộc vào loại nhà máy, xí nghiệp, quy mô của xí nghiệp, trình độ công nghệ cũng như mức độ tái sử dụng nước và biện pháp xử lý nước thải của từng xí nghiệp

Bảng 1.3 Thành phần nước thải của một số ngành công nghiệp (trước xử lý)

Chế biến đồ hộp, thủy sản,

rau quả, đông lạnh BOD, COD, pH, SS Màu, tổng N, P

Chế biến nước uống có

Chế biến thịt BOD, pH, SS, độ đục NH 4+, P, màu

dầu mỡ, phenol, sunfua N, P, tổng Colifom

(Quan trắc và kiểm soát ô nhiễm môi trường nước, Lê Trình, NXB KHKT, 1997)

Trong các xí nghiệp công nghiệp còn có loại nước thải quy ước là sạch

Đó là nước làm nguội thiết bị, nhất là ở các nhà máy nhiệt điện Tuy không bẩn nhưng sau khi sử dụng có thể bọ nhiệt độ cao, kéo theo sắt gỉ ở các thiết bị trao

đổi nhiệt, đường ống hoặc do ngẫu nhiên bị sự cố làm cho nước bị nhiễm bẩn Nước thải loại này làm cho nguồn nước tăng nhiệt độ, nghèo oxy hòa tan hoặc

có thể làm chết các sinh vật nước

Thành phần nước thải công nghiệp được chia theo hai nhóm chính:

Tính chất vật lý của nước thải được xác định dựa trên các chỉ tiêu: màu

sắc, mùi, nhiệt độ…

Màu sắc: Nhìn chung, màu của nước thải thường là màu xám có vẩn

đục Màu của nước thải sẽ bị thay đổi đáng kể nếu như nó bị nhiễm khuẩn, khi

đó nước thải sẽ có màu tối

Mùi: Nước thải sinh hoạt thông thường có mùi mốc, nhưng nếu nước

thải bị nhiễm bẩn thì nó sẽ chuyển sang mùi trứng thôi do sự tạo thành H2S trong nước

Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nhiệt độ của

nguồn nước sạch ban đầu, bởi có sự gia tăng nhiệt vào nước từ các đồ dùng gia đình và các máy móc thiết bị công nghiệp Tuy nhiên chính dòng nước thấm qua đất và lượng nước mưa đổ xuống mới là nhân tố làm thay đổi một cách đáng kể nhiệt độ của nước

Tính chất hóa học: được biểu thị dưới dạng các chất trong nước thải có các tính chất hóa học khác nhau, được chia thành 3 nhóm:

Thành phần vô cơ: sét, gỉ, axit vô cơ, các ion của muối phân ly

Thành phần hữu cơ: các chất có nguồn gốc từ động vật, thực vật, cặn bã

+ Các chất chứa nitơ: urê, protein, acid amin

+ Các hợp chất nhóm hydrocacbon: mỡ, xà phòng, cellulose

+ Các hợp chất có chứa phospho, lưu huỳnh

Thành phần sinh học : nấm men, nấm mốc, tảo, vi khuẩn

1.3 Một số phương pháp xử lý nước thải

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quan các phương pháp xử lý nước thải

1.3.1 Phương pháp cơ học

Nước thải công nghiệp thường chứa các chất tan và không tan ở dạng hạt lơ lửng Các tạp chất lơ lửng cũng có thể ở dạng rắn và lỏng, chúng tạo với nước thành hệ huyền phù

Để tách các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải, người ta thường sử dụng quá trình thủy cơ: Lọc qua lưới chắn hoặc song chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng trường hoặc lực ly tâm và lọc Việc lựa chọn các phương pháp tùy thuôc vào kích thước hạt, tính chất hóa lý, nồng độ hạt lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch cần thiết

1.3.1.1 Lọc qua song chắn rác hoặc lưới lọc

Song chắn rác: để chắn giữ rác bấn,thô ( giấy, rác thải ) người ta dùng

song chắn rác

Song chắn rác là công trình xử lý sơ bộ để chuẩn bị điều kiện cho việc

xử lý nước thải sau đó Trường hợp ở trạm bơm chính đã đặt song chắn rác với kích thước 16 mm thì không nhất thiết phải đặt nó ở trên trạm xử lý nữa ( đối với trạm có công suất nhỏ)

Song chắn rác gồm các thanh đan sắp xếp cạnh nhau ở trên mương dẫn nước Khoảng cách giữa cách đan gọi là khe hở ( mắt lưới)

Lưới lọc: Khử các chất rắn lơ lửng có kích thước nhỏ hoặc các sản phẩm

có giá trị

1.3.1.2 Điều hòa lưu lượng

Điều hòa lưu lượng dùng để duy trì dòng thải gần như không thay đổi, khắc phục vấn đề vận hành do sự giao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý

1.3.1.3 Quá trình lắng

Quá trình lắng dùng để loại các dạng tạp chất ở dạng huyền phù thô ra khỏi nước Sự lắng của các hạt sảy ra dưới tác dụng của trọng lực Bể lắng có ba loại: bể lắng cát, bể lắng cấp I, II

1.3.2 Phương pháp hóa lý

1.3.2.1 Đông tụ và keo tụ

Quá tình lắng chỉ có thể tách được các hạt chất rắn ở huyền phù chung nhưng không thể tách các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là chất rắn có kích thước quá nhỏ Để tách các hạt chất rắn bằng phương pháp lắng cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm tăngvận tốc lắng của chúng

Việc khử các hạt keo rắn bằng phương pháp lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, tiếp đến là liên kết chúng lại với nhau Quá trình trung hòa điện tích thường gọi là quá trình đông tụ và quá trình tạo thành bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ

Quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:

Di chuyển chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt hạt hấp phụ ( vùng khuếch tán ngoài)

Thực hiện quá trình hấp phụ

Di chuyển chất bên trong hạt chất hấp phụ ( vùng khuyếch tán trong) Các chất hấp phụ thường dùng: than hoạt tính, các chất tổng hợp hoặc một số chất thải của sản xuất như tro,xỉ, mạ sắt

1.3.2.4 Trao đổi ion

Phương pháp tra đổi ion ứng dụng là sạch nước hoặc nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Cd, Mn cũng như các hợp chất của asen, photpho, xyanua và các chất phóng xạ

Phương pháp cho phép thu hồi các chất có giá trị và đạt được mức độ làm sạch cao Ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước và nước thải

1.3.3 Phương pháp hóa học

1.3.3.1 Phương pháp trung hòa

Nước thải có chứa các axit vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH

về khoảng 6,5 đến 8,5 hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo

Trung hòa có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau: Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm; Bổ sung các tác nhân hóa học; Lọc nước axit qua

các vật liệu có tác dụng trung hòa; Hấp thụ khí axit bằng nước hoặc hấp phụ amoniac bằng nước axit

Trong quá trình trung hòa một lượng bùn cặn được tạo thành Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần nước thải

1.3.3.2 Phương pháp oxi hóa khử

Để làm sạch nước thải có thể sử dụng các chất oxy hóa như Clo ở dạng khí và hóa lỏng, dioxyt clo, hypoclorit canxi, ozon, fenton, uv và các hệ oxy hóa nâng cao

Trong quá trình oxy hóa các chất độc hại trong nước thải được chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hóa học, do đó quá trình oxy hoá học chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn không thể tách bằng những phương pháp khác

Nước thải có ô nhiễm chất hữu cơ và độ màu cao như: nước rỉ rác, nước thải dệt nhuộm, nước thải dược phẩm, nước thải từ lò mổ…

1.3.4 Phương pháp sinh học

Cơ sở của phương pháp dựa trên hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ bị nhiễm bẩn có trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất 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 được tăng lên Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh học

Xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ được đặc trưng bởi chỉ tiêu BOD hoặc COD Phương pháp sinh học bao gồm:

Phương pháp hiếu khí: là phương pháp xử lý sử dungn các nhóm vi sinh vật hiếu khí Để đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục

và duy trì nhiệt độ khoảng 20oC đến 40oC

Phương pháp yếm khí: là phương pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí

để oxy hóa các chất trong nước

Phương pháp thiếu khí

Xử dụng thực vật để xử lý: bãi lọc sinh học, hồ sinh học, cỏ ventiver, bèo…

1.4 Tổng quan về phương pháp keo tụ - tạo bông

1.4.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình keo tụ

Keo tụ là quá trình tập hợp các hạt chất rắn keo tụ dạng keo (cặn lơ lửng, chất huyền phù) có kích thước nhỏ khó lắng thành các tập hợp có kích thước dễ lắng

Hạt keo là những phần tử nhỏ có kích thước cỡ từ 10-6 đến 10-3, không

có khả năng lắng bởi trọng lực vì hạt keo có diện tích bề mặt lớn nên có xu hướng hấp phụ các chất như các phân tử nước và các ion cho nên các hạt keo sẽ lớn dần hay có thể tích điện với môi trường xung quanh

Các chất keo trong nước là hệ thống không bền về mặt nhiệt độ do chuyển động nhiệt Brown cân bằng với trọng lực nên chúng khó lắng Keo tụ gây ra hiện tượng co cụm chúng, tảo kích thước lớn ít chịu tác động của chuyển động nhiệt tạo điều kiện để dễ lắng

Các hạt chất rắn gây đục tích điện trong môi trường nước do nhiều nguyên nhân Dấu điện tích bề mặt của chúng phụ thuộc vào pH của môi trường: trên điểm đẳng điện tích bề mặt điện tích âm, dưới điểm đẳng điện tích điện dương Trong môi trường nước tự nhiên, pH thường gặp là từ 5-9, các chất gây đục có thành phần chủ yếu là vô cơ nên phần lớn chúng tích điện âm Trong khi chuyển động, các phần tử tích điện âm va chạm vào nhau, nếu động năng của chúng thắng được lực đẩy, chúng có thể tạo được tập hợp lớn hơn và lắng được

Tuy nhiên phần lắng được theo cơ chế trên chiếm tỷ lệ thấp Muốn để chúng lắng được trước hết cần khử điện tích bề mặt để chúng không đẩy nhau

và tạo điều kiện cho chúng tập hợp lớn Để khử điện tích bề mặt người ta sử dụng chất keo tụ, chủ yếu là muối nhôm, muối sắt và trong một số trường hợp

có thể dùng polime có điện tích dương Sau khi khử điện tích ( khử tính bền) chúng có thể co cụm lại nhờ chế độ thủy động (khuấy) hợp lý hoặc có thể đưa vào chất trợ keo tụ để làm tăng quá trình co cụm [4]

1.4.2 Các cơ chế của quá trình keo tụ

Hấp phụ và trung hòa điện tích:

Khi có được môi trường pH phù hợp cho quá trình hấp phụ của các cấu

tử nhôm trên bề mặt chất gây đục, hiện tượng keo tụ xảy ra trong một hệ có độ phân tán cao nên tốc độ hấp phụ rất lớn Nếu được khuấy trộn tốt, thời gian đạt tới cân bằng chỉ tính bằng phút [4]

Lôi cuốn, quét cùng với chất kết tủa:

Bản thân chất keo tụ muối nhôm tự nó đã có thể kết tủa và lắng Khi nồng độ huyền phù thấp và các chất gây đục khó tạo thành tập hợp để lắng Nếu

đã kết tủa hết hệ đó cần thêm một lượng chất keo tụ Nồng độ chất keo tụ cao đạt mức siêu bão hòa sẽ tự kết tủa và lắng, trong quá trình đó sẽ cuốn theo các hạt cùng lắng [4]

Cơ chế hấp thụ và tạo cầu liên kết giữa các hạt keo, gồm 5 phản ứng:

Phản ứng 1: Hấp thụ ban đầu ở liều lượng polyme tối ưu

Phản ứng 2: Hình thành bông cặn

Phản ứng 3: Hấp phụ lần hai của Polyme

Phản ứng 4: Khi liều lượng Polyme dư

Phản ứng 5: Phá vỡ bông cặn

Sau khi hạt huyền phù được khử điện tích bề mặt, chúng có thể co cụm lại thành các tập hợp lớn Quá trình này diễn ra chậm Để thúc đẩy người bổ sung thêm polyme trợ keo tụ vào hệ, các Polyme này sẽ bị hấp phụ trên bề mặt chất gây đục theo kiểu “mỏ neo”, tức là một phần tử Polyme có thể bị hấp phụ trên nhiều hạt gây đục – chúng đóng vai trò chiếc cầu nối của các chất gây đục, kéo chúng lại với nhau thành các cụm lớn Tốc độ này xảy ra nhanh chỉ vài phút.[4]

1.4.3 Các giai đoạn của quá trình keo tụ

Khi cho chất keo tụ vào các phân tử phản ứng với nước tạo phản ứng thủy phân, để tăng hiệu quả ta sử dụng biện pháp khuấy trộn trong bể phản ứng

Giai đoạn Perikinetics (chuyển khối do khuếch tán Brown): là giai đoạn các phần tử chuyện động hỗn loạn và hình thành nên các bông nhỏ

Giai đoạn Orthokinetics (giai đoạn keo tụ cưỡng bức): Là giai đoạn hình thành các bông lớn và diễn ra sự vận chuyển lôi cuốn các bông cặn lắng xuống

Sau khi hình thành các bông lớn, chúng chuyển động và lắng dần xuống bể lắng và kết thúc quá trình keo tụ Các giai đoạn của quá trình keo tụ được thể hiện:

Giai đoạn 1: Thủy phân (cho chất keo tụ)

Giai đoạn 2: Keo tụ (làm mất tính ổn định)

Giai đoạn 3: Keo tụ Perikinetics (vận chuyển)

Giai đoạn 4: Keo tụ Orthokinetics (vận chuyển) [4]

1.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ

pH: pH là một yếu tố cực kì quan trọng đối với quá trình keo tụ Thông

thường, ở pH thấp các chất hữu cơ mang điện tích âm và pH cao chúng mang điện tích dương

Ảnh hưởng của pH tới tốc độ đông tụ của dung dịch keo: Tốc độ đông tụ của dung dịch keo và điện thế của nó có quan hệ Trị số điện thế càng nhỏ, lực đẩy giữa các hạt keo càng yếu Vì vậy tốc độ đông tụ cảu nó càng nhanh Khi điện thế bằng không, tốc độ đông tụ của nó lớn nhất; Dung dịch keo được hình thành từ hợp chất lưỡng tính, trị số điện thế của nó và điểm đẳng điện chủ yếu quyết định bởi trị số pH của nước; Do đó để đạt hiệu quả keo tụ là tối ưu thì phải chọn trị số pH thích hợp cho từng loại nước thải

Liều lượng chất keo tụ: Quá trình keo tụ không phải là một phản ứng

hóa học thông thường nên lượng chất keo tụ không thể dựa vào tính toán để xác định Tùy vào loại nước thải khâc nhau mà tiến hành thí nghiệm để xác định lượng pH tối ưu

Độ đục ban đầu: Một số loại nước cần keo tụ ở nồng độ thấp nên hiệu

quả keo tụ không cao Lúc này phải tạo độ đục ban đầu bằng cách cho thêm chất trợ keo tụ

Chất hữu cơ: Các chất hữu cơ là mục tiêu keo tụ chính của quá trình keo

tụ Một số chất hữu cơ hòa tan gây khó khăn cho quá trình keo tụ

Anion, cation trong nước: Sự có mặt của các ion này làm giảm tính ổn

định của hệ keo, tăng khả năng keo tụ của chúng

Tốc độ khuấy: Trong quá trình keo tụ, một trong những yếu tố quyết

định là tốc độ khuấy trộn Quá trình khuấy trộn phải đảm bảo sự khuấy trộn thích hợp theo giai đoạn riêng biệt giúp chất keo tụ tiếp xúc với các hạt keo và các bông keo tiếp xúc với nhau tạo thành các bông lớn hơn nhằm đạt hiệu quả tạo bông là tốt nhất [4]

1.5 Tổng quan về khu vực nghiên cứu

Nhằm tối ưu hóa những lợi thế trên, ngày 24/12/2008, UBND tỉnh Hà Tây (cũ) đã ký quyết định số 2508/QĐ-UBND chính thức thành lập KCN Phú Nghĩa, huyện Chương Mỹ và giao Tập đoàn Phú Mỹ làm chủ đầu tư với diện tích giai đoạn 1 là 170,1ha, trên cơ sở sáp nhập các Cụm, Điểm công nghiệp đã

có và mở rộng thêm phần diện tích mới, với mong muốn thu hút đầu tư vào huyện, thu hút nguồn lao động, tạo công ăn việc làm Thúc đẩy kinh tế xã hội phát triển

Khu công nghiệp Phú Nghĩa giai đoạn 2 với được đầu tư xây dựng với tổng diện tích 238 ha

Khu công nghiệp Phú Nghĩa đã quy hoạch Khu nhà ở cho người lao động và trung tâm điều hành dịch vụ công cộng với diện tích gần 12 ha Trong

đó ngoài Khu trung tâm điều hành với diện tích 2,5 ha để cung cấp các dịch vụ tiện ích cho các doanh nghiệp trong KCN: hải quan, thuế quan, ngân hàng, trưng bày và giới thiệu sản phẩm…

Đặc biệt với định hướng phát triển bền vững, giữ gìn môi trường xanh, sạch đẹp, năm 2011, KCN Phú Nghĩa đầu tư, đưa vào hoạt động trạm xử lý nước thải công suất 3000m3/ ngày đêm ở khu vực Nam KCN, nơi tập trung chủ yếu các nhà máy doanh nghiệp của KCN

Hình 1.2 Nhà máy xử lý nước thải công suất 3000m 3 / ngày đêm KCN Phú

Nghĩa

Công nghệ xử lý nước thải tập trung tại KCN Phú Nghĩa

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tập trung KCN Phú Nghĩa

Bể xử lý bùn

Bể chứa bùn

Máy thổi khí

Chất dinh dưỡng

Cặn rác chôn lấp

Hóa chất Chlorine

Máy ép bùn

Bánh bùn, chở đi đổ

bỏ hợp vệ sinh

CHƯƠNG II MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu chung

Làm cơ sở khoa học để đề xuất giải pháp nghiên cứu, tính toán sử dụng hợp lý và hiệu quả hệ thống xử lý nước thải khu công nghiệp, nhằm đảm bảo chất lượng nước thải công nghiệp trước khi thải ra môi trường

2.1.2 Mục tiêu cụ thể

Đánh giá hiện trạng chất lượng nước thải công nghiệp tại khu công nghiệp Phú Nghĩa - Chương Mỹ - Hà Nội

Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải công nghiệp bằng phương pháp keo

tụ tạo bông tại khu công nghiệp Phú Nghĩa - Chương Mỹ - Hà Nội

Tiến hành thực nghiệm và đề xuất phương pháp keo tụ tạo bông đạt hiệu quả cao nhất tại khu công nghiệp Phú Nghĩa - Chương Mỹ - Hà Nội

2.2 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu, đánh giá được thực trạng nước thải công nghiệp tại khu công nghiệp Phú Nghĩa- Chương Mỹ- Hà Nội

Đánh giá khả năng xử lý nước thải công nghiệp bằng phương pháp keo

tụ tạo bông tại khu vực lấy mẫu

Tiến hành thực nghiệm và đề xuất phương pháp xử lý nước thải tại khu công nghiệp Phú Nghĩa - Chương Mỹ - Hà Nội bằng keo tụ tạo bông

2.3 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu đánh giá hiệu suất xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ tạo bông bằng PAC tại nhà máy xử lý nước thải thuộc khu công nghiệp Phú Nghĩa- Chương Mỹ- Hà Nội Tiến hành thực nghiệm và tính toán khả năng xử lý nước thải đạt hiệu quả cao nhất, từ đó đề xuất hướng áp dụng tại nhà máy xử lý nước thải thuộc khu công nghiệp Phú Nghĩa- Chương Mỹ- Hà Nội

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp thu thập và kế thừa tài liệu

Phương pháp kế thừa tài liệu là phương pháp sử dụng những tư liệu đã được công bố của các công trình nghiên cứu khoa học, các văn bản mang tính pháp lý, những tài liệu điều tra cơ bản của các cơ quan có thẩm quyền, liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài khoa học

Đề tài kế thừa các loại tư liệu sau:

Kế thừa tư liệu về một số giáo trình và tài liệu liên quan đến xử lý nước thải, quy chuẩn môi trường nước Việt Nam

Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy xử lý nước thải thuộc khu công nghiệp Phú Nghĩa- Chương Mỹ- Hà Nội

2.4.2 Phương pháp ngoại nghiệp

Điều tra, khảo sát hiện trạng xử lý nước thải công nghiệp tại khu vực lấy mẫu

2.4.3 Phương pháp thực nghiệm

2.4.3.1 Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu

Đề tài tiến hành lấy mẫu và phân tích mẫu nước thải từ nhà máy xử lý

nước thải tập trung Khu Công Nghiệp Phú Nghĩa - Chương Mỹ- Hà Nội

Thời gian lấy mẫu: 11h ngày 09/03/2016

Phương pháp lấy mẫu: sử dụng phương pháp lấy mẫu đơn theo TCVN: 5999:1995 (ISO 5667 – 10: 1992) Chất lượng nước – Lấy mẫu Hướng dẫn lấy mẫu nước thải

Mẫu sau khi được lấy một phần được sử dụng tiến hành phân tích ngay tại phòng thí nghiệm, mẫu còn lại chưa xử lý được bảo quan trong ngăn lạnh

Dụng cụ chứa mẫu: can nhựa thể tích 10l, 20l có nắp kín để lấy mẫu

2.4.3.2 Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm

2.4.3.2.1 Phương pháp đo pH

Sử dụng phương pháp đo pH bằng máy với các bước đo:

Lắc đều mẫu trước khi đổ ra cốc, đổ ra 100ml để đo

Rửa sạch điện cực bằng nước cất

Bật máy, nhúng điện cực vào mẫu cần đo

Đợi giá trị pH trên máy ổn định, đọc kết quả

m0: khối lượng giấy lọc đã sấy (mg)

m1: khối lượng giấy lọc bám chất rắn lơ lửng sau khi sấy (mg)

V: thể tích mẫu phân tích

2.4.3.2.3 Chỉ tiêu nhu cầu oxi sinh hóa (BOD 5 )

Chỉ tiêu BOD5 được xác định bằng phương pháp pha loãng mẫu theo TCVN 4566:1988 dựa trên nguyên tắc sau 5 ngày 70- 80% lượng chất hữu cơ

dễ phân hủy sinh học đã được oxy hóa

Nước pha loãng được chuẩn bị ở chai to, rộng miệng, tiến hành thổi không khí sạch ở 20oC vào nước cất bằng máy sục khí cho đến khi bão hòa oxi, sau đó thêm 1ml dd đệm photphat có pH=7,2; 1ml MgSO4.6H2O nồng độ 22,5 g/l; 1ml CaCl nồng độ 27,5 g/l; 1ml FeCl3 nồng độ 0,25g/l vào 1 lít nước sục khí

Mẫu lấy về cần được điều chỉnh pH=7 bằng H2SO4 đặc 1N NaOH 1N Chọn hệ thống pha loãng thích hợp cho tính chất mước phân tích Ở đây, mẫu nước phân tích là nước thải tập trung KCN Phú Nghĩa nên đề tài đã tiến hành lựa chọn hệ số pha loãng F=30 Khi pha loãng cần tránh không để oxi cuốn theo nước vào bình Sử sụng máy đo nhanh đo giá trị DO0

Nắp bình bằng nắp có nút nhám, đảm bảo không có khoảng không trong bình, thêm ít nước phân tích vào phần loe miệng trên bình

Mẫu phân tích và mẫu trắng được ủ ở 20oC trong 5 ngày rồi tiếp tục đo DO1.

Mẫu sau khi ủ Nhu cầu oxi sinh hóa được tính theo công thức:

BOD 5 =(DO 0 -DO 1 )*F

Trong đó:

DO0: Hàm lượng oxi hòa tan trong mẫu nước trước khi ủ (mg/l)

DO1: Hàm lượng oxi hòa tan trong mẫu sau khi ủ 5 ngày (mg/l)

F: Hệ số pha loãng

2.4.3.2.4 Nhu cầu oxi hóa học COD

Chỉ tiêu COD được xác định theo TCVN 6491:1999 (ISO 6060:1989) Chất lượng nước – Xác định nhu cầu oxy hóa hóa học

Tiến hành mẫu trắng song song đồng thời

COD được tính theo công thức:

2.4.3.2.5 Xác định hàm lượng Amoni N-NH 4 +

Xác định bằng phương pháp so màu quang điện

Lấy 3ml mẫu phân tích vào bình định mức 50ml, thêm 2ml dung dịch Seignetle 50%, 2ml dd Netle rồi định mức tới vạch

Tiến hành đo mật độ quang của dung dịch trên máy so màu UV-VIS với đường chuẩn có sẵn

Mẫu trắng được tiến hành song song đồng thời

V0: Thể tích mẫu nước phân tích (ml)

C0: Nồng độ NH4+ trong mẫu phân tích

2.4.3.2.6 Xác định hàm lượng P-PO 4 3-

Lấy 5ml mẫu cần phân tích vào bình định mức 100ml, thêm 1ml H2SO4

4,5M, thêm 25ml dung dịch hiện màu (dung dịch hiện màu là hỗn hợp của Amonimolidat và Axit ascobic)

Đợi từ 30 phút đến 120 phút để dung dịch có màu xanh ổn định

Mẫu trắng được tiến hành song song đồng thời

Mang mẫu đi so màu trên máy so màu

V0: Thể tích mẫu nước phân tích (ml)

C0: Nồng độ PO43- trong mẫu phân tích

2.4.3.2.7 Thí nghiệm keo tụ tạo bông với mô hình Jartest

Lý do lựa chọn chất keo tụ PAC thay vì sử dụng phèn sắt và phèn nhôm sunfat

 Hạn chế việc điều chỉnh pH của nước thải do PAC có khoảng pH hoạt động rộng (5- 8,5) Từ đó tiết kiệm liều lượng hóa chất và các thiết bị đi kèm như thùng bơm hóa chất và bơm định lượng

 Ít làm biến động độ pH của nước so với các loại phèn khác

 Không xảy ra hiện tượng đục trở lại khi cho quá liều lượng

 Có khả năng loại bỏ các chất hữu cơ tan và không tan cùng với kim loại nặng tốt hơn các loại phèn khác

 Liều lượng sử dụng thấp, bông cặn to, dễ lắng, tốc độ trong của nước sau lắng kéo dài chu kì lọc và tăng chất lượng nước sau lọc

 Ít ăn mòn thiết bị so với phèn sunfat

 Hàm lượng Al3+ dư trong nước sau xử lí thấp hơn khi sử dụng các loại phèn sunfat

 Do không phải trải qua các bước hình thành polyme nên tốc độ keo

tụ rất lớn và bước tạo ra kết tủa Al(OH)3 vô định hình cũng rất thuận lợi, nhất là trong nhiệt độ không cao [3]

Mục đích của thí nghiệm Jartest

Sử dụng chất keo tụ hoặc chất keo tụ kết hợp với chất trợ lắng để tìm ra

phương pháp phù hợp nhất đối với quy trình xử lý nước thải công nghiệp

Xác định lượng chất keo tụ và trợ lắng tối ưu cho loại nước thải cần xử lý

Mô hình thí nghiệm Jartest

Hình 1.4 Mô hình Jartest thực nghiệm

Mô hình thí nghiệm Jartest trong phòng thí nghiệm : Máy khuấy Jartest bao gồm 4 cánh khuấy có kích thước bằng nhau, tương ứng với đó là 4 cốc thủy tinh giống nhau mỗi cốc có thể tích V = 500ml Vận tốc của cánh khuấy được điều chỉnh bằng năng lượng cấp vào động cơ tương ứng Có thể điều chỉnh vận tốc và thời gian khuấy của cánh khuấy

+ Máy khuấy Jartet của Đức có 4 cánh

+ Cốc đựng mẫu nước thải nghiên cứu Đức có thể tích V = 500ml, cốc miệng rộng

+ Cần phân tích sai số ± 0,1 mg

Các bước tiến hành thí nghiệm

Bước 1: Xác định lượng PAC tối ưu cho nước thải