CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Nước thải sinh hoạt- Nước thải sinh hoạt là nước xả bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân… - Nước thải sinh hoạt thải ra từ

CHƯƠNG IV XỬ LÝ NƯỚC

THẢI

4.1 NGUỒN GỐC, THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI

4.1.1 Định nghĩa, các nguồn phát sinh

nước thải

Nước thải (NT): là chất lỏng được thải ra

sau quá trình sử dụng của con người và đã

bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng

Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước

thải được chia thành:

- Nước thải sinh hoạt

- Nước thải công nghiệp

- Nước chảy tràn

- Nước thải tự nhiên

A Nước thải sinh hoạt

- Nước thải sinh hoạt là nước xả bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân…

- Nước thải sinh hoạt thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, các công trình công cộng khác và nước thải vệ sinh của công nhân trong XNCN.

B Nước thải công nghiệp (industrial wastewater)

- Nước thải xả ra từ các cơ sở sản xuất công nghiệp sau khi sử dụng cho cácnhu cầu sinh hoạt và sử dụng cho các công đoạn sản xuất;

- Tại các cơ sở sản xuất công nghiệp, nước thải thường bao gồm ba loại cóthành phần và tính chất tương đối khác biệt nhau, đó là:

+ Nước mưa

+ Nước thải sinh hoạt

+ Nước thải sản xuất

4.1.2 Thành phần và tính chất nước thải

1 Các chỉ tiêu chất lượng nước

Các chỉ tiêu lý học: nhiệt độ, độ màu, mùi vị, độ đục, cặn lơ lửng (SS), tổng chất rắn (TS), độ nhớt, tính phóng xạ.

Các chỉ tiêu hóa học: Ph, độ axit, độ kiềm, độ cứng, clorua, sunphat, sắt, mangan, clo dư, oxy hòa tan (DO), nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), nito và các hợp chất chứa nito, chất béo và dầu mỡ, chất có hoạt tính bề mặt, kim loại nặng, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu.

Các chỉ tiêu sinh vật:

Các chỉ tiêu vật lý

Hàm lượng chất rắn

- Tổng chât rắn (TS): mg/l

+ Tổng của tất cả các chất rắn có nguồn gốc vô cơ và hữu cơ có trong

NT ở trạng thái lơ lửng và hòa tan;

+ Là phần còn lại sau khi cho NT bay hơi hoàn toàn ở 1050C – căn khô.

- Chất rắn lơ lưng (SS): mg/l

+ Lấy mẫu NT lọc qua giấy lọc tiêu chuẩn;

+ Phần cặn trên giấy được sấy khô ở 1050C, cân lại sẽ tính được lượng chất rắn lơ lửng.

- Chất rắn hòa tan (DS):

DS = TS - SS

Nước tự nhiên có thể có màu vì các lý do:

- Các chất hữu cơ trong cây cỏ bị phân rã;

- Nước có săt và mangan dạng keo hoặc dạng hòa tan;

- Nước có chất thải công nghiệp (crom, tannin, lignin…)

Màu thực của nước là màu tạo ra do các chất hòa tan hoặc ở dạng keo hạt.Trong thực tế, người ta chỉ xác định màu thực của nước, nghĩa là sau khi đãlọc bỏ các chất không tan

Mùi

Nước có mùi là do các nguyên nhân:

- Có chất hữu cơ từ công rãnh khu dân cư, xí nghiệp chế biến thực phẩm;

- Có nước thải công nghiệp hóa chất, chế biến dầu mỡ;

- Có sản phẩm phân hủy cây cỏ, rong tảo, động vật

Các chỉ tiêu hóa học

Hàm lượng oxy hòa tan

- Hàm lượng oxy hòa tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinhvật trong nước, thường được tạo ra do sự hòa tan từ khí quyển hoặc do sựquang hợp của tảo;

- Sự hiển diện của oxy hòa tan trong nước chứng tỏ chất lượng nước tốt,ngược lại sự thiếu vắng oxy hòa tan là dấu hiệu cho thấy nguồn nước bị ônhiễm;

- Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường: lượng oxy hòa tan trongnước là 8 – 10 mg/l, dao động mạnh phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phân hủyhóa chất, sự quang hợp của tảo

Nhu cầu oxy sinh hóa BOD

- Là lượng oxy (thể hiện bằng mg hoặc g O2 theo đơn vị thể tích) do vi sinhvật tiêu thụ để oxy hóa sinh học các chất hữu cơ trong bóng tối ở điều kiệnchuẩn về nhiệt độ và thời gian xác định

- Nhu cầu oxy hóa sinh là chỉ tiêu quan trọng và tiện dụng để chỉ mức độnhiễm bẩn của nước thải bằng các chất hữu cơ Giá trị BOD càng lớn nghĩa

là mức độ ô nhiễm hữu cơ càng cao

- Để oxy hóa hết chất hữu cơ trong nước thường phải mất 20 ngày ở 20C(BOD20) Để đơn giản người ta chỉ lấy chỉ BOD sau khi oxy hóa 5 ngày, kýhiệu BOD5 Sau 5 ngày có khoảng 80% chất hữu cơ đã bị oxy hóa

Nhu cầu oxy hóa học (COD)

- Là lượng oxi cần thiết để oxi hóa hoàn toàn hợp chất hữu cơ và một phần nhỉ các hợp chất vô cơ dễ bị oxy hóa có trong NT.

- Chỉ tiêu nhu cầu oxy sinh hóa BOD không đủ để phản ánh khả năng oxy hóa các chất hữu cơ khó bị oxy hóa và các chất vô cơ có thể bị oxy hóa có trong NT, nhất là nước thải công nghiệp Vì vậy, cần phải xác định nhu cầu oxy hóa học COD để oxy hóa hoàn toàn các chất bẩn có trong NT.

+ Khi có sự hiện diện đồng thời của NH4+ và nitrit thời gian ô nhiễm ở giaiđoạn đầu đã chấm dứt chuyển sang giai đoạn trung gian;

+ Khi không có NH4+, mà có mặt nitrit và nitrat, có nghĩa là sự ô nhiễm đãdiễn ra từ lâu, và trong thời gian đó đồng thời cũng xảy ra quá trình tự làmsạch của nguồn nước

Các kim loại nặng: Chì, thủy ngân, asen, cadmi, crom, selen, niken….là các tác nhân gây độc hại tài nguyên thủy sinh và sức khỏe con người ngay ở nồng độ thấp.

Chỉ số vi sinh vật

- Nhóm Coliform (E coli)

- Nhóm Streptococci;

- Nhóm Clostridia khử sunfit.

2 Thành phần và tính chất nước thải

Thành phần vật lý: được chia làm ba nhóm tùy vào kích thước:

Nhóm một: gồm các chất không tan ở dạng thô (vải, giấy,

sạn, sỏi, cát, long, cành cây ); ở dạng lơ lửng (δ˃10-1mm), ở dạng huyền phù, nhũ tương, bọt (δ = 10-4 – 10-1mm);

Nhóm hai: gồm các chất bẩn dạng keo (δ = 10-6 – 10-4mm);

Nhóm ba: gồm các chất bẩn ở dạng hòa tan δ˂10-6 mm, chúng có thể ở dạng ion hoặc phân tử.

Thành phần hóa học: các chất bẩn có các tính chất hóa học khác nhau, được chia thành 2 nhóm:

- Thành phần vô cơ: cát, sét, xỉ, axit vô cơ, kiềm vô cơ, các ion

của các muối phân ly;

- Thành phần hữu cơ:

+ các chất có nguồn gốc từ động vật, thực vật, cặn bã bài tiết:

+ Các hợp chất chứa nito: ure, protein, amin, acid amin…

+ Các hợp chất nhóm hydrocacbon: mỡ, xà phòng, cellulose… + Các hợp chất có chứa phosphor, lưu huỳnh.

Thành phần sinh học: các chất bẩn có trong nước thải có khả

năng gây bệnh hoặc không gây bênh.

2 Thành phần và tính chất nước thải

Các thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt

4.1.3 Tác hại của nước thải

- Nếu không kiểm soát và quản lý tốt các dòng nước thải sẽ gây nhiều vấn đề:

+ Ngập úng đường phố

+ Ô nhiễm môi trường và ô nhiễm nguồn nước

+ Phá vỡ mối cân bằng sinh thái tự nhiên

+ Làm mật đi vẻ mỹ quan của các trung tâm đô thị

4.2 LƯU LƯỢNG VÀ NỒNG ĐỘ CHẤT BẨN TRONG NƯỚC THẢI

4.2.1 Lưu lượng nước thải cho khu dân cư

- Lưu lượng nước thải phụ thuộc vào:

+ Lượng nước cấp;

+ Gía nước

+ Điều kiện kinh tế xã hội cộng đồng

+ Điều kiện khí hậu (tự nhiên)

- Lưu lượng nước thải cho khu dân cư được xác định dựa trên:

+ Đối với đô thị cũ: dựa trên số liệu nước cấp = 60-90% nước cấp tiêu thụ+ Đối với đô thị mới: dựa trên số dân/ số hoach và tiêu chuẩn thải nước:

• Nhà có vòi tắm hoa sen: 100-120 l/người.ngày

• Nhà có bồn tắm: 200 – 250 l/người.ngày

• Khu du lịch / resort: 400 – 600 l/người.ngày

4.2.2 Lưu lượng nước thải cho công trình

4.2.3 Tải lượng ô nhiễm

Mức độ ô nhiễm do nước thải được đánh giá qua thông số tải lượng ô nhiễm theo thành phần (BOD5, SS, COD,…)

Li = Q×Ci

Li: tải lượng ô nhiễm, kg/ngđ

Q : lưu lượng nước thải m 3 /ngđ

Ci : Nồng độ thành phần trong dòng thải, kg/m 3

STT Chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng Đơn vị Nồng độ NT nhà máy mía

đường trước xử lý

QCVN 24: 2009/BTNMT, cột B

4.2.4 Hệ thống quản lý nước thải (wastewater

Hệ thống thoát nước (Sewerrage):

- Hệ thống thoát nước chung (combined system): nước mưa và nước thảiđược vận chuyển trong cùng một mạng lưới tới trạm xử lý

- Hệ thống thoát nước riêng (separate system): từng loại nước thải riêng biệtđược thug om và vận chuyển theo mạng lưới riêng biệt

Hệ thống thoát nước riêng

Mỗi một XNCN đều có hệ thống thoát nước, bao gồm:

- Mạng lưới thoát nước;

- Trạm xử lý cục bộ (hoặc theo cụm) làm nhiệm vụ:

+ dẫn nước thải ra khỏi phạm vi XNCN

+ xử lý NT công nghiệp đạt yêu cầu, tiêu chuẩn môi trường đồng thời có thểthu hồi lại các chất (thành phần) có giá trị

Sơ đô thoát nước cục bộ trong XNCN

4.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Để đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng của nước thải trước khi xả vàonguồn tiếp nhận, nước thải từ các khu dân cư, từ nhà máy công nghiệp, từcác công sở và khu thương mại phải được thu gom bằng hệ thống cống,dẫn đến nơi tập trung (nhà máy xử lý) để xử lý

- Chọn lựa phương pháp, quá trình xử lý:

+ Thông số thiết kế:

BOD5 cao → xử lý sinh học

SS cao → phương pháp cơ / hóa lý

N, P cao → phương pháp sinh học/ hóa lý

+ Nguồn xả, tiêu chuẩn xả ra môi trường:

Xả ra sông/ hồ

Xả ra biển

Sử dụng lại: công nghiệp, nông nghiệp

Theo đặc trưng của quy trình xử lý có các pp sau:

- Phương pháp cơ học: lắng cặn, lọc qua lưới lọc, lọc qua

vật liệu lọc, khuấy trộn pha loãng…

- Phương pháp hóa lý: đông tụ, keo tụ, hấp phụ, tuyển

nổi, trao đổi ion…

- Phương pháp hóa học: trung hòa, oxi hóa khử, clo hóa,

ozon hóa…

- Phương pháp sinh học: xử lý hiếu khí, xử lý yếm khí…

Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải bệnh viện bằng pp sinh học

Hệ thống bồn xử lý nước thải sinh hoạt tại nguồn (CN của Nhật)

Hình Sơ đồ nguyên lý và các mức độ xử lý nước thải

4.4 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

4.4.1 Song chắn rác (SCR)

Vị trí: SCR bố chị tại máng dẫn nước thải trước trạm bơm nước thải và trước các công trình XLNT.

Chức năng:

- Giữ lại các tạp chất thô như giấy, rác, túi nilon, vỏ cây và các tạp chất có trong nước thải;

- Nhằm đảm bao cho máy bơm, van, đường ống, các công trình và thiết bị XLNT hoạt động ổn định.

4.4.2 Bể lắng cát

Vị trí: Bể lắng cát thường được đặt phía sau thiết bị chắn rác và trước bểlắng sơ cấp

Chức năng:

- Loại bỏ các tạp chất vô cơ không tan khỏi nước thải Các tạp chất này có thể là cặn/hạt nhỏ, nặng như cát sỏi

- Bảo vệ các trang thiết bị cơ khí động (bơm) tránh bị mài mòn;

- giảm cặn lắng trong ống, mương dẫn và bể phân hủy;

- giảm tần suất làm sạch bể phân hủy;

- Đảm bảo cho các công trình XLNT hoạt động ổn định.

Phân loại:

- Bể lắng cát ngang

- Bể lắng cát đứng

- Bể lắng cát có sục khí

A Bể lắng cát ngang

- Chiều sâu của bể 0,25 – 1 m, tỉ lệ B/H = 1:2

- BLC ngang là đoạn mở rộng của máng dẫn nước thải, có hố tập trung cát phía đầu;

- Sử dụng khi lượng NT ˃100 m 3 /ngày

- Vận tốc của dòng nước thải (0,15˂v˂0,3m/s)

- Thời gian lưu trong bể 30 – 60 s

- Cặn lắng được thu hồi bằng phương pháp thủ công hoặc cơ giới

- Các ông phân phối khí đặt cách đáy bể 0,45 – 0,6 m;

- Chiều sâu tối thiểu 2 m, tỉ lệ giữa chiều rộng và chiều sâu 1,5:1

4.4.3 Bể lắng

Vị trí: Bể lắng dùng để xử lý sơ bộ NT (xử lý bậc một) trước khi xử lý sinh họchoặc như một công trình xử lý độc lập nếu như chỉ yêu cầu tách các loại lắng cặnkhỏi NT trước khi xả ra nguồn nước mặt

Chức năng:

- Tách cặn bằng trọng lực

- Khử SS trong nước thải (bể lắng đợt I)

- Khử bông cặn trong quá trình keo tụ - tạo bông

- Lắng bông bùn hoạt tinh / màng vi sinh (bể lắng đợt II)

Phân loại:

- Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành hai loại:

+ Bể lắng đợt I trươc công trình xử lý sinh học (tách cặn sơ cấp)

+ Bể lắng đợt II sau công trình xử lý sinh học nước thải (tách bùn thứ cấp)

- Theo cấu tạo và hướng dòng chảy người ta chia làm 3 loại: bể lắng

đứng, bể lắng ngang, bể lắng tròn.

- Lưu lượng nước thải trển 15000 m3/ngày

- Hiệu suất lắng đạt 60%

- Vận tốc dòng nước thải trong bể lắng thường không lớn hơn 0,01m/s

- Thời gian lưu từ 1-3 giờ

- Nơi xây dựng ngoài trời và đòi hỏi có diện tích lớn

Bể lắng ngang

B Bể lắng đứng

Hình dạng: hình hộp hoặc hình trụ đáy dạng nón hay chop cụt

Cấu tạo: ống dẫn nước vào, ống phân phối nước trung tâm, máng thu nước,ống dẫn nước ra, ống xả cặn

Nguyên tắc hoạt động: nước được đưa vào bể qua ống phân phối trung tâmchuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên Nước đã lắng trongtràn qua máng thu đặt xung quanh thành bể ra ngoài Cặn lắng xuống đáy vàđược thải bỏ ra ngoài

- Thời gian lưu nước trong bể 45-120 phút;

- NT đươc đưa vào ống phân phối ở tâm bể với vận tốc không quá 0,3 m/s;

- NT chuyển động từ dưới lên trên tới vách tràn với vận tốc 0,5-0,6m/s;

- Hiệu suất lắng 45-48%;

- Bể có diện tích xây dựng nhỏ, dễ xả bùn cặn

Bể lắng đứng

Nguyên tắc hoạt động: NT được dẫn vào bể, chuyển động theo chiều từ tâm

ra thành bể Cặn lắng xuống đáy, được tập trung lại nhờ hệ thống gạt cặnquay tròn Chất nổi nhờ tấm chắn lơ lửng ở dưới dàn quay dồn góp lại Nướctrong được thu vào máng tập trung rồi dẫn ra ngoài

- Thời gian lưu nươc trong bể lắng 85-90 phút;

- Hiệu suất lắng 50-60 %;

- Lắng nguồn nước có hàm lượng cặn cao ˃2000 mg/l, thích hợp với công suất

˃20000 m3/ngày

Bể lắng tròn (bể lắng ly tâm)

- Các loại vải lọc (bông, len, sợi tổng hợp);

- Vật liệu lọc dạng hạt (than cốc, sỏi nghiền, than nâu…)

Yêu cầu đối với vật liệu lọc:

Bền hóa học, bền cơ học, bền nhiệt độ;

Khó cháy nổ;

Khó làm bẩn;

Dễ tái sinh

Phân loại thiết bị lọc:

- TB lọc gián đoạn:

- TB lọc liên tục:

- Theo tốc độ

+ Bể lọc chậm: 0,1 – 0,5 m/h;+ Bể lọc nhanh: 5 – 15 m/h;+ Bể lọc cao tốc: 30-100 m/h

- Theo chế độ làm việc:

+ Bể lọc trọng lực;

+ Bể lọc có áp lực (lọc kín)

4.4.5 Bể điều hòa

Vị trí: trước các công trình xử lý nước thải, sau SCR, đối với NT có hàm lượng chất rắn lơ lửng và dầu mỡ cao, vị trí đặt bể điều hòa sau bể lắng cát, sau bể lắng đợt I.

+ Bể điều hòa hoạt động gián đoạn (theo chu kỳ);

+ Bể điều hòa hoạt động liên tục

- Theo nguyên tắc chuyển động của nước: trong bể điêu hòa hoạt động liên

tục người ta chia ra:

+ Bể điều hòa hoạt động theo nguyên tắc đẩy (chế độ chảy tầng);

+ Bể điều hòa hoạt động theo nguyên tắc xáo trộn (chể độ chảy rối)

Để chống hiện tượng lắng cặn trong bể điều hòa người ta phải bố trí các thiết

bị khuấy trộn bằng khí nén, máy khuấy trục ngang hoặc trục đứng…

Các thiết bị khuấy trộn khí trong bể điều hòa

Thiết bị bơm sục khí chìm

Thiết bị phân phối khí

4.5 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học

4.5.1 Phương pháp trung hòa

Qúa trình trung hòa có thể được tiến hành bằng nhiều biện pháp khác nhau như:

- Trộn nước thải có tính axit với nước thải có tính kiềm;

- Đưa hóa chất vào để trung hòa;

- Trung hòa nước thải axit bằng cách cho chảy qua lớp vật liệu trung hòa;

- Dùng khí thải có oxit axit để trung hòa nước thải chứa kiềm

A Khả năng tự trung hòa lẫn nhau giữa các dòng NT.

- Được dùng khi nước thải của hai nhà máy gần nhau, hoặc cùng một nhàmáy có tính chất đối lập nhau;

- Khuấy trộn nước thải trong thùng chứa

B Bổ sung hóa chất để trung hòa nước thải

- Nước thải có tính axit: dùng các chất vôi (Cao), xút (NaOH), vôi tôi (Ca(OH)2), Soda (Na2CO3), nước ammoniac (NH4OH), đá vôi (CaCO3), đolomit (CaCO3

MgCO3)

- Nước thải có tính kiềm: dùng các chất axit khác nhau (H2SO4, HCl) hoặc khíthải mang tính axit (CO2, SO2)

C Lọc qua lớp vật liệu có tác dụng trung hòa

- Trung hòa nước axit có nồng độ axit ˂1,5mg/l và không chứa muối kim loạinặng;

- Vật liệu lọc:

+ Manhetit (MgCO3), đolomit, đá vôi, đá phấn

+ dạng viên d = 30-8-mm

D Trung hòa nước thải chứa kiềm bằng các oxit axit

- Nguồn khí thải (CO2, SO2, NO2, N2O3…)

4.5.2 Phương pháp oxi hóa khử

Để làm sạch nước người ta sử dụng các chất oxy hóa sau: khí Cl2, các chất lỏng

(Ca(OCl)2, Ca(ClO3)2 và NaClO3, KMnO4, K2Cr2O7, H2O2, O2, O3, piroluzit MnO2.

Trong quá trình oxy hóa, các chất ô nhiễm độc hại chứa trong nước thải sẽ chuyển thành chất ít độc hơn và được loại ra khỏi nước

-2CNO - + 3OCl - + H2O → 2CO2 + N2 + 2OH - + 3Cl

Ozon hóa các xyanua

CN - + O3 → CNO - + O2

CNO - + 2H2O → HCO3- + NH3

2CN - + 3O3 + H2O → 3HCO3- + 3O2 + N2

B XLNT chưa săt và mangan

2CrO3 + 6FeSO4 + 6Ca(OH)2 + 6H2O → 2Cr2(OH)3 + 6Fe(OH)3 + CaSO4

- Dùng dung dịch natri bisunfat:

4H2CrO4 + 6NaHSO4 + 3H2SO4 → 2Cr2(SO4)3 + 3NaSO4 + 10H2O