Bước đầu khảo sát, đánh giá và xử lý các hợp chất hữu cơ có trong nước thải bằng phương pháp keo tụ trên địa bàn tổ dân phố an đào c – trâu quỳ gia lâm – hà nội

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAMKHOA MÔI TRƯỜNG _____._____ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “BƯỚC ĐẦU KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ VÀ XỬ LÝ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ CÓ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƯỜNG _. _

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

“BƯỚC ĐẦU KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ VÀ XỬ LÝ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ CÓ TRONG NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ TẠI TỔ DÂN PHỐ ĐÀO NGUYÊN B - THỊ TRẤN TRÂU QUỲ - GIA LÂM - HÀ NỘI.”

Giáo viên hướng dẫn : ThS NGUYỄN NGỌC KIÊN Địa điểm thực tập : Bộ môn hóa – Khoa Môi Trường

Hà Nội – 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Số liệu và kết quảlưu trong khoa luận là hoàn toàn trung thựcvà chư từng đước sử dụng trongbất cứ khóa luận nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận đềuđược chỉ rõ nguồn gốc

LỜI CÁM ƠN

Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, tôi xin gửi lời cảm ơntới thầy THS: Nguyễn Ngọc Kiên – Bộ môn Hóa – Khoa Môi trường –Trường Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôihoàn thành khóa luận tốt nghiệp

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cán bộ của phòng thínghiệm Bộ môn Hóa – Trường Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tạo điềukiện tốt nhất về trang thiết bị nghiên cứu cũng như nhiệt tình giúp đỡ tôi trongquá trình thức tập

Qua khóa luận này, tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cácthầy giáo, cô giáo trong trường, đặc biệt là trong Khoa Môi trường đã dìu dắt,dạy dỗ tôi trong suốt bốn năm học tại trường

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình thân yêu của tôi, gửi lờitri ăn tới những người bạn, người thân trong suốt thời gian qua đã luôn ở bêncạnh tôi, động viên, cổ vũ tinh thần giúp tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệpnày

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 01 tháng 05 năm 2015

Sinh viên

Nguyễn Thị Thu Yến

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ iii

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Nước thải sinh hoạt 3

1.1.1 Khái niệm 3

1.1.2 Nguồn gốc 3

1.1.3 Thành phần, tính chất nước thải sinh hoạt 3

1.1.4 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt đến môi trường 3

1.2 Một số chỉ tiêu cơ bản về chất lượng nước thải sinh hoạt 3

1.2.1 Các chỉ tiêu lý học 3

1.2.1.1 Chất rắn trong nước thải 3

1.2.1.2 Mùi 3

1.2.1.3 Nhiệt độ 3

1.2.1.4 Độ đục 3

1.2.2 Các chỉ tiêu hoa học và sinh học 3

1.2.2.1 pH 3

1.2.2.2 Hàm lượng oxy hòa tan (DO) 3

1.2.2.3 Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) 3

1.2.2.4 Nhu cầu oxy hóa học (COD) 3

1.2.2.5 Vi khuẩn và sinh vật khác trong nước thải 3

1.3 Các phương pháp thường sử dụng trong xử lý nước thải sinh hoạt 3

1.3.1 Phương pháp xử lý cơ học 3

1.3.1.1 Song chắn rác, lưới lọc 3

1.3.1.2 Thiết bị nghiền rác 3

1.3.1.3 Bể điều hòa 3

1.3.1.4 Bể lắng cát 3

1.3.1.5 Bể lắng 3

1.3.1.6 Bể vớt dầu mỡ 3

1.3.1.7 Bể lọc 3

1.3.2 Phương pháp xử lý hóa học 3

1.3.2.1 Phương pháp trung hòa 3

1.3.2.2 Phương pháp khử trùng 3

1.3.2.3 Phương pháp oxi hóa khử 3

1.3.2.4 Phương pháp kết tủa hóa học 3

1.3.2.5 Phương pháp tuyển nổi hóa học 3

1.3.2.6 Phương pháp hấp phụ hóa học 3

1.3.2.7 Phương pháp trao đổi ion 3

1.3.2.8 Phương pháp tách bằng màng 3

1.3.2.9 Phương pháp điện hóa học 3

1.3.2.10 Phương pháp quang xúc tác 3

1.3.3 Phương pháp hóa lý 3

1.3.4 Phương pháp xử lý sinh học 3

1.4 Phương pháp đông keo tụ 3

1.4.1 Khái niệm 3

1.4.2 Đặc điểm của hệ keo Cấu tạo hạt keo và tính bền của hệ keo 3

1.4.3 Cấu tạo hạt keo và tính bền của hệ keo 3

1.4.4 Cơ chế keo tụ - tạo bông 3

1.4.5 Nguyên tắc gây keo tụ với các hệ keo 3

1.4.5.1 Keo tụ keo ghét lưu bằng chất điện ly 3

1.4.5.2 Hiện tượng keo tụ nhạy cảm 3

1.4.5.3 Sự keo tụ tương hỗ 3

1.4.5.4 Nguyên tắc gây keo tụ với hệ keo ưa lưu 3

1.4.6 Ứng dụng 3

1.5 Chất keo tụ : phèn nhôm Al2(SO4)3.nH2O (n = 14 - 18) 3

1.5.1 Cơ chế keo tụ của phèn nhôm 3

1.5.2 Ưu nhược điểm khi sử dụng phèn nhôm 3

1.5.2.1 Ưu điểm 3

1.5.2.2 Nhược điểm 3

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 3

NGHIÊN CỨU 3

2.1 Đối tượng nghiên cứu 3

2.2 Phạm vi nghiên cứu 3

2.3 Nội dung nghiên cứu 3

2.4 Phương pháp nghiên cứu 3

2.4.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp 3

2.4.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp 3

2.4.3 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích 3

2.4.5 Nghiên cứu xử lí nước thải 3

2.4.6 Phương pháp so sánh 3

2.4.7 Phương pháp xử lý số liệu 3

2.4.8 Phương pháp bố trí thực nghiệm 3

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3

3.1 Điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 3

3.1.1 Quá trình phát triển 3

3.1.2 Điều kiện tự nhiên 3

3.1.3 Điều kiện khí hậu, thủy văn 3

3.1.4 Mô tả đối tượng nghiên cứu 3

3.2 Kết quả thực nghiệm 3

3.2.1 Cách tiến hành xác định các thông số 3

3.2.1.1 Phương pháp xác định TSS 3

3.2.1.2 Phương pháp xác định COD 3

3.2.1.3 Phương pháp xác định BOD5 3

3.2.1.4 Phương pháp xác định NH4+ 3

3.2.1.5 Phương pháp xác định PO 3- 3

3.2.1.6 Phương pháp xác định NO3- 3

3.2.2 Khảo sát, đánh giá nước thải sinh hoạt trên địa bàn tổ dân phố Đào Nguyên B 3

3.2.3 Kết quả xử lý nước thải bằng phèn nhôm 3

3.2.3.1 Thí nghiệm sử dụng muối nhôm trong phòng thí nghiệm của Bộ môn Hóa 3

3.2.3.1.1 Hiện tượng quan sát trực quan 3

3.2.3.1.2 Kết quả 3

3.2.3.2 Thí nghiệm sử dụng phèn nhôm trên thị trường 3

3.2.3.2.1 Hiện tượng quan sát trực quan 3

3.2.3.2.2 Kết quả các thông số 3

3.2.4 Hiệu suất xử lý nước thải bằng muối nhôm 3

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3

4.1 Kết luận 3

4.2 Đề xuất – kiến nghị 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO 3

PHỤ LỤC 3

Phụ lục 1: 3

Phụ lục 2: 3

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxygen Demand ( Nhu cầu oxy sinh

hóa học)

COD Chemical Oxygen Demand ( Nhu cầu oxy hóa học)

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Nước là một thành phần cơ bản không thể thiếu của sự sống và nó còn

có vai trò quan trọng trong các hoạt động kinh tế, xã hội Tuy nhiên, nước lại

là nguồn tài nguyên có hạn trong khi phần lớn lượng nước đang ngày càng bị

ô nhiễm bởi các hoạt động của con người

Trong quá trình phát triển không ngừng của xã hội, chúng ta đã đạtđược nhiều thành tựu to lớn trong các lĩnh vực kinh tế, xã hội với một trình độkhoa học kỹ thuật hiện đại, nhưng đồng thời cũng gây ra nhiều hậu quảnghiêm trọng cho môi trường, đặc biệt là môi trường nước Cùng với việc bảo

vệ và cung cấp nguồn nước sạch việc thải và xử lý nước bị ô nhiễm trước khi

đổ vào nguồn ngày càng trở lên cấp thiết, nó không giới hạn trong một quốcgia, một khu vực mà còn là một vấn đề nóng bỏng của toàn nhân loại

Ở nước ta, mỗi ngày có hàng triệu m3 nước thải sinh hoạt được đưa vàomôi trường do sự phát triển của đô thị hóa, dân số ngày càng gia tăng Nướcthải sinh hoạt xả thải trực tiếp ra nguồn tiếp nhận sẽ ảnh hưởng trực tiếp đếnnguồn nước mặt như: Làm gia tăng mức độ phú dưỡng nguồn nước tiếp nhận

do các chất hữu cơ và phosphat có trong nước thải Khi quá trình phú dưỡngxảy ra sẽ làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước gây hiện tượng phân hủyyếm khí các hợp chất hữu cơ và sinh ra khí độc hại như H2S, mercaptanes gây các mùi hôi và làm cho nước nguồn tiếp nhận có màu đen Bên cạnh đó,các chất dầu mỡ gây ảnh hưởng đến quá trình tải nạp oxy từ không khí và một

số chất ô nhiễm đặc biệt như hóa chất, chất tẩy rửa gây tác động tiêu cực đến

hệ thủy sinh và qua dây chuyền thực phẩm sẽ gây tác hại cho người sử dụng

do khả năng tich tụ sinh học cao của chúng

Từ những tác động trên, chính phủ ngày càng coi trọng vấn đề bảo vệmôi trường mà cụ thể là yêu cầu các chất thải cần được xử lý trước khi xả ramôi trường Để phát triển mà không làm suy thoái môi trường đặc biệt là môitrường nước thì việc xử lý nước thải trước khi xả thải ra môi trường là việc vôcùng cấp thiết

Trước thực trạng đó tôi thực hiện đề tài ’’Bước đầu khảo sát, đánh giá

và xử lý các hợp chất hữu cơ có trong nước thải bằng phương pháp keo

tụ trên địa bàn Tổ Dân Phố An Đào C – Trâu Quỳ - Gia Lâm – Hà Nội.”

Mặc dù đây là hướng xử lý chưa giải quyết được triệt để sự ô nhiễm,nhưng sẽ cải thiện đáng kể chất lượng nước thải, như mùi hôi của nước,màunước…và đặc biệt nó có tính khả thi khi xử lý các nguồn nước thải ở nơi bị tùđọng, không có khu gom nước

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

- Tìm hiểu điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu

- Khảo sát, đánh giá các thông số vật lý và hóa học của nước thải sinhhoạt tại Tổ Dân Phố Đào Nguyên B - Thị Trấn Trâu Quỳ - Gia Lâm - Hà Nội

- Nghiên cứu đưa ra được biện pháp xử lí nước thải sinh hoạt bằng

phương pháp keo tụ.

- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp keo tụ

Yêu cầu nghiên cứu của đề tài:

Tìm hiểu điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu

Khảo sát nước thải sinh hoạt tại địa điểm nghiên cứu

Đánh giá nước thải sinh hoạt tại địa điểm nghiên cứu

Phân tích, xử lý một số chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt bằngphương pháp keo tụ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nước thải sinh hoạt

1.1.1 Khái niệm

Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mụcđích sinh hoạt của cộng đồng như tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân…Chúng thường được thải ra từ các căn hộ,cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ,

và các công trình công cộng khác Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân

cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thốngthoát nước Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vàokhả năng cung cấp nước của các nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện

có (Lâm Vĩnh Sơn, Kỹ thuật xử lý nước thải)

Các trung tâm đô thị thường có tiêu chuẩn cấp nước cao hơn so với cácvùng ngoại thành và nông thôn, do đó lượng nước thải sinh hoạt tính trên mộtđầu người có sự khác biệt giữa thành thị và nông thôn Nước thải sinh hoạt ởcác trung tâm đô thị thường thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra các sôngrạch, còn các vùng ngoại thành và nông thôn do thường không có hệ thốngthoát nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặcthoát bằng biện pháp tự thấm

1.1.2 Nguồn gốc

Nước thải sinh hoạt được thu gom từ các hộ gia đình, cơ quan, trườnghọc, bệnh viện, cơ sở kinh doanh …

Nước thải sinh hoạt phát sinh từ các nguồn thải sau:

- Khu dân cư: Nước thải ở khu vực này có thể tính bằng con số theo đầungười sử dụng, số lượng nước khoảng 80 – 300 lít trong một ngày Trong thực

tế mức độ ô nhiễm của nước thải tùy thuộc vào điều kiện sống của từng khuvực, chất lượng bữa ăn và chất lượng sống cũng như hệ thống nước thải củatừng khu vực

- Khu thương mại: gồm có chợ (chợ tập trung, chợ xanh, chợ cóc, ) cáccửa hàng, bến xe, trụ sở kinh doanh, trung tâm mua bán của khu vực Lượngnước thải của khu vực này được tính bằng số m3/ngày dựa trên số lượng nướccấp đầu vào, trung bình 7,5 – 14 m3/ha/ngày.

- Khu vui chơi giải trí: gồm các quán cà phê, câu lạc bộ, bể bơi… Ở đâylượng nước thải thay đổi rõ rệt theo mùa trong năm

- Khu vực cơ quan: gồm cơ quan, công sở, trường học, bệnh viện, nhà tù,nhà nghỉ, nhà ăn…

1.1.3 Thành phần, tính chất nước thải sinh hoạt

+ Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:

- Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệsinh

- Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, cácchất rửa trôi kể cả làm vệ sinh sàn nhà

- Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học,chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học, chất hữu cơ có tính độc, chất vô cơ, cáckim loại nặng, các chất rắn, chất màu, mùi và sinh vật trong nước thải

Chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học bao gồn các hợp chất hydratcacbon, protein, chất béo, lignin, pectin … có từ tế bào và các tổ chức củađộng vật, thực vật Trong nước thải sinh hoạt có khoảng 25 – 50% là hydratcacbon, 40 – 60% protein và 10% chất béo Các chất này tiêu thụ oxy hòa tantrong nước Các chất này tiêu thụ oxy hòa tan trong nước Chúng làm suygiảm hàm lượng oxy hòa tan trong nước,là ảnh hưởng xấu đến tài nguyên.Các chất hữu cơ khó bị phân hủy gồm các hợp chất hữu cơ vòng thơm, cáchợp chất đâ vòng ngưng tụ, các clo hữu cơ

+ Thành phần tính chất của nước thải sinh hoạt chia làm 2 nhóm chính:

Thành phần vật lý: Biểu thị dạng các chất bẩn có trong nước thải ở các kích

thước khác nhau được chia thành 3 nhóm:

Nhóm 1: Gồm các chất không tan chứa trong nước thải dạng thô (vải,giấy, lá cây, cát, da, lông…) ở dạng lơ lửng ( δ > 10-1 mm) và ở dạng huyềnphù, nhũ tương (δ = 10-1 – 10-4 mm).

Nhóm 2: Gồm các chất bẩn dạng keo (δ = 10-4 – 10-6 mm)

Nhóm 3: Gồm các chất bẩn ở dạng hòa tan có δ < 10-6 mm, chúng có thể

ở dạng ion hay phân tử

Thành phần hóa học: Biểu thị dạng các chất bẩn trong nước thải có các tính

chất hóa học khác nhau, được chia làm 3 nhóm:

Thành phần vô cơ: cát, sét, xỉ, axit vô cơ, các ion muối phân ly… (chiếmkhoảng 42% đối với NTSH)

Thành phần hóa học: các chất có nguồn gốc từ động vật, thực vật, thựcvật cặn bã bài tiết…(chiếm khoảng 58%)

Các chất chứa nitơ

Các hợp chất nhóm hyđrocacbon: mỡ, xà phòng, cellulese…

Các hợp chất chứa phốtpho, lưu huỳnh

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

1.1.4 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt đến môi trường

Nước thải sẽ làm tăng BOD trong sinh thái môi trường đất Những đođạc cho biết, có khi BOD lên đến 10.000ppm trong khi ngưỡng của BODtrong dung dịch là 20ppm Đồng thới với nó là hàng loạt các vi sinh vật gâythối nồng nặc xuất hiện làm hại môi trường sinh thái

COD, BOD: Sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn

và gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh tháimôi trường nước Nếu ô nhiễm quá mức, điều kiện yếm khí có thể hình thành.Trong quá trình phân huỷ yếm khí sinh ra các sản phẩm như H2S, NH3,

CH4, làm cho nước mùi hôi thối và làm giảm pH của môi trường

SS: Lắng đọng ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí

Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không gây ảnh hưởngđến đời sống của thủy sinh vật nước

Vi trùng gây bệnh: Gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêuchảy, ngộ độc thức ăn, vàng da…

Ammoniac, photpho: Đây là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng Nếunồng độ trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa (sự phát triểnbùng phát của các loại tảo, làm cho nồng độ oxy trong nước rất thấp vào banđêm gây ngạt thở và diệt vong các sinh vật, trong khi đó vào ban ngày nồng

độ oxy rất cao do quá trình hô hấp của tảo thải ra)

Dầu mỡ: Gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt lớn và gây thiếuhụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trườngnước Nếu ô nhiễm quá mức, điều kiện yếm khí có thể hình thành Trong quátrình phân hủy yếm khí sinh ra các sản phẩm như H2S, NH3, CH4,…làm chonước có mùi hôi thối

1.2 Một số chỉ tiêu cơ bản về chất lượng nước thải sinh hoạt

1.2.1 Các chỉ tiêu lý học

Đặc tính lí học quan trọng nhất của nước thải gồm: Tổng chất rắn (TS),mùi, nhiệt độ, màu, độ đục

1.2.1.1 Chất rắn trong nước thải

Chất rắn trong nước thải bao gồm các chất rắn lơ lửng, chất rắn có khảnăng lắng, các hạt keo và chất rắn hòa tan Tổng các chất rắn (Total solid, TS)trong nước thải là phần còn lại sau khi đã cho nước thải bay hơi hoàn toàn ởnhiệt độ từ 103ºC – 105ºC Các chất bay hơi ở nhiệt độ này không được coi làchất rắn Tổng các chất rắn được biểu thị bằng đơn vị mg/l Trong nước thảisinh hoạt có khoảng 40 – 60% chất rắn nằm ở trạng thái lơ lửng

Tổng các chất rắn có thể chia ra làm hai thành phần: Chất rắn lơ lửng( có thể lọc được) và chất rắn hòa tan (không lọc được)

Hàm lượng chất rắn lơ lửng được xác định bằng cách lọc một thể tíchxác định mẫu nước thải qua giấy lọc và sấy giấy lọc ở 105ºC đến khối lượngkhông đổi Độ chênh lệch giữa khối lượng giấy lọc trước và sau khi lọc mẫu

tích mẫu đã được xác định, phần cặn trên giấy lọc được đốt cháy thì các chấtrắn dễ bị bay hơi bị cháy hoàn toàn Các chất rắn bị bay hơi được xem như làphần vật chất hữu cơ.

1.2.1.2 Mùi

Việc xác định mùi của nước thải ngày càng trở lên quan trong Đặc biệt

là các phản ứng gay gắt của dân chúng đối với công trình xử lý nước thảikhông được vận hành tốt Mùi của nước thải còn mới thường không gây cảmgiác khó chịu, nhưng một loạt các hợp chất gây mùi khó chịu sẽ tỏa ra khi bịphân hủy sinh học dưới các điều kiện yếm khí Hợp chất gây mùi đặc trưngnhất là hydrosunlfua (H2S – mùi trứng thối) Hợp chất khác như: Indol, skatol,cadaverin… được tạo dưới điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khóchịu hơn H2S

1.2.1.3 Nhiệt độ

Nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nhiệt độ của nước cấp doviệc xả ra các dòng nước nóng hoặc ấm từ các hoạt động sinh hoạt, thươngmại … và nhiệt độ của nước thải thường thấp hơn nhiệt độ của không khí.Nhiệt độ của nước thải là một trong những thông số quan trọng bởi vì phầnlớn các sơ đồ xử lý nước đều ứng dụng quá trình xử lý sinh học mà quá trình

đó thường bị ảnh hưởng mạnh bởi nhiệt độ Nhiệt độ của nước thải ảnh hưởngtới đời sống thủy sinh vật, sự hòa tan oxy trong nước

1.2.1.4 Độ đục

Độ màu của nước thải là do các chất thải sinh hoạt có mặt trong nướcgây lên Nó có thể cản trở khả năng khuếch tán của ánh sáng vào nguồn nướcgây ảnh hưởng đến khả năng quang hợp của thủy sinh thực vật Nó cong làmmất vẻ mỹ quan của nguồn nước

1.2.2 Các chỉ tiêu hoa học và sinh học

1.2.2.1 pH

pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý Cáccông trình xử lý nước thải áp dụng các quá trình sinh học làm việc tốt khi pHnằm trong giới hạn từ 7 – 7,6 Như chúng ta đã biết môi trường thuận lợi nhất

để vi khuẩn phát triển là môi trường có pH từ 7 – 8 Các nhóm vi khuẩn khácnhau có giới hạn pH hoạt động khác nhau Ví dụ vi khuẩn nitrit phát triểnthuận lợi nhất pH từ 4,8 -8,8, còn vi khuẩn nitrat với pH từ 6,5 – 9,3 Vikhuẩn lưu huỳnh có thể tồn tại trong môi trường có pH từ 1 – 4 Ngoài ra pHcòn ảnh hưởng đến quá trình tạo bông cặn của bể lắng bằng cách tạo bông cặnbằng phèn nhôm Nước thải sinh hoạt pH dao động khoảng 6,9 -7,8

1.2.2.2 Hàm lượng oxy hòa tan (DO)

Oxy hòa tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong quátrình xử lý sinh học hiếu khí Lượng oxy hòa tan trong nước thải ban đầu dẫnvào trạm xử lý thường bằng không hoặc rất nhỏ Trong khi đó, trong các côngtrình xử lý sinh học hiếu khí thì lượng oxi hòa tan cần thiết không nhỏ hơn 2mg/l

1.2.2.3 Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD)

BOD ( Biochemical Oxygen Demand) là lượng oxy cần cung cấp đểoxy hóa các chất hữu cơ trong nước bởi sinh vật BOD5 là một chỉ số và đồngthời là một thủ tục được sử dụng để xác định xem các sinh vật sử dụng hếtoxy trong nước nhanh hay chậm như thế nào Nó được sử dụng trong quản lý

và khảo sát chất lượng nước cũng như trong sinh thái học hay khoa học môitrường Để oxy hóa hết chất hữu cơ trong nước thì phải mất 20 ngày ở 20ºC

Để đơn giản người ta chỉ lấy chỉ số BOD5 sau khi oxy hóa 5 ngày (BOD5).Sau 5 ngày khoảng 80% chất hữu cơ đã bị oxy hóa BOD5 là tiêu chuẩn đánhgiá hiệu quả của các nhà máy hay phương pháp xử lý nước thải BOD phảnánh mức độ ô nhiễm hữu cơ của nước thải

Để xác định chỉ số BOD5 người ta lấy một mẫu nhất định cho vàochai sẫm màu, pha loãng bằng một thể tích dung dịch pha loãng (nước cất bổsung một vài nguyên tố dinh dưỡng N, P, K bão hoà oxy theo tỉ lệ tính toánsẵn, sao cho đảm bảo dư lượng oxy hoà tan cho quá trình phân huỷ sinh học),nếu mẫu nước thiếu vi sinh vật có thể thêm một ít nước chứa vi sinh vật vào Xác định nồng độ oxy hoà tan D1 sau đó đem ủ mẫu trong buồngtối ở 20ºC, sau 5 ngày đem xác định lại nồng độ oxy hoà tan D5.

BOD = (D1 –D5)/P (mg O2/l)

P: Tỷ lệ pha loãng

P = Thể tích mẫu nước đem phân tích / (Thể tích mẫu nước đemphân tích + Thể tích dịch pha loãng)

BOD càng lớn thì nước thải bị ô nhiễm càng cao và ngược lại

1.2.2.4 Nhu cầu oxy hóa học (COD)

COD (Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy hóa học) là lượngoxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học bao gồm cả vô cơ và hữu cơ.Như vậy hàm lượng COD là lượng oxy cần để oxy hóa hết các chất hóa họctrong nước Toàn bộ lượng oxy sử dụng cho các phản ứng trên được lấy từoxy hòa tan trong nước (DO) Đây là các chỉ số được dùng rộng rãi để biểu thịhàm lượng chất hữu cơ có trong nước thải và mức độ ô nhiễm nước tự nhiên

COD biểu thị lượng chất hữu cơ có thể oxy hoá bằng con đường hoáhọc Chỉ số COD có giá trị cao hơn BOD vì nó bao gồm cả lượng chất hữu cơkhông bị oxy hoá bằng vi sinh vật

Có thể xác định hàm lượng COD bằng phương pháp trắc quang vớilượng dư dung dịch K2Cr2O7 – là chất oxy hoá mạnh để oxy hoá các chất hữu

cơ trong môi trường axit với xúc tác là Ag2SO4

Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O + CO2

Hoặc O2 + 4H+ + 4e → 2H2O

Có thể xác định hàm lượng COD bằng phương pháp chuẩn độ Theophương pháp này lượng Cr2O72- dư được chuẩn bằng dung dịch muối Mohr(FeSO(NH4)2SO4.6H2O) với chỉ thị là dung dịch diphenylanin Điểm tươngđương được xác định khi dịch chuyển từ màu tím sang màu xanh rêu

1.2.2.5 Vi khuẩn và sinh vật khác trong nước thải

Các sinh vật hiện diện trong nước thải bao gồm vi khuẩn, vi rút, nấm,tảo, nguyên sinh động vật, các loài động và thực vật bậc cao

Bảng 1.1: Loại và số lượng các vi sinh vật trong nước thải sinh hoạt

Nguồn: Feachem et al q983, trích bởi Chongrak 1989

1.3 Các phương pháp thường sử dụng trong xử lý nước thải sinh hoạt

1.3.1 Phương pháp xử lý cơ học

Xử lý cơ học (hay còn gọi là xử lý bậc 1) nhằm mục đích loại bỏ cáctạp chất không tan (rác, cát, nhựa, dầu mỡ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi…) rakhỏi nước thải, điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nướcthải

1.3.1.1 Song chắn rác, lưới lọc

Thiết bị chắn rác có thể là song chắn rác hoặc lưới chắn rác, có chứcnăng chắn giữ những rác bẩn thô (giấy, rau, cỏ, rác…), nhằm đảm bảo chomáy bơm các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định Song

và lưới chắn rác được cấu tạo bằng các thanh song song Các tấm lưới đanbằng thép hoặc tấm thép có đục lỗ… tùy theo kích cỡ các mắt lưới haykhoảng cách giữa các thanh mà ta phân biệt loại chắn rác thô, trung bình haychắn rác tinh Theo phương thức làm sạch có thể chia làm 2 loại: loại làm

sạch bằng tay, loại làm sạch bằng cơ giới (Lâm Vĩnh Sơn, Kỹ thuật xử lý nước thải).

1.3.1.2 Thiết bị nghiền rác

Là thiết bị có nhiệm vụ cắt và nghiền vụn rác thành các hạt, các mảnhnhỏ lơ lửng trong nước thải để không làm tắc ống, không gây hại cho bơm.Trong thực tế cho thấy việc sử dụng thiết bị nghiền rác đã gây nhiều khó khăncho các công đoạn xử lý tiếp theo do lượng cặn lên như làm tác nghẽn hệthống phân phối khí và các thiết bị làm thoáng trong các bể (đĩa, lỗ phân phối

khí và dính bám vào các tuabin… Do vậy phải cân nhắc trước khi dùng (Lâm Vĩnh Sơn, Kỹ thuật xử lý nước thải).

1.3.1.3 Bể điều hòa

Là đơn vị dùng để khắc phục các vấn đề sinh ra do sự biến động về lưulượng và tải lượng dòng vào, đảm bảo hiệu quả các công trình xử lý sau, đảmbảo đầu ra sau xử lý, giảm chi phí và kích thước của các thiết bị sau này

Có 2 loại bể điều hòa:

Bể điều hòa lưu lượng

Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng

Các phương án bố trí bể điều hòa có thể là bể điêu hòa trên dòng thải hayngoài dòng thải xử lý Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảmđáng kể dao động thành phần nước thải đi vào các công đoạn phía sau, cònphương án điều hòa ngoài dòng thải chỉ giảm được một phần nhỏ sự dao động

đó (Lâm Vĩnh Sơn, Kỹ thuật xử lý nước thải).

1.3.1.4 Bể lắng cát

Bể lắng cát tách ra khỏi nước thải các chất bẩn vô cơ có trọng lượngriêng lớn (như xỉ than, cát…) Chúng không có lợi đối với quá trình làmtrong, xử lý sinh hóa nước thải và xử lý cặn bã cũng như không có lợi đối vớicác công trình thiết bị công nghệ trên trạm xử lý Cát từ bể lắng cát đưa điphơi khô ở trên sân phơi và sau đó thường được sử dụng lại cho những mục

đích xây dựng (Lâm Vĩnh Sơn, Kỹ thuật xử lý nước thải).

1.3.1.5 Bể lắng

Bể lắng tách các chất lơ lửng có trọng lượng riêng khác với trọnglượng riêng của nước thải Chất lơ lửng nặng sẽ từ từ lắng xuống đáy, cácchất lơ lửng nhẹ sẽ nổi lên bề mặt Cặn lắng và bọt nổi nhờ các thiết bị cơ họcthu gom và vận chuyển lên công trình xử lý cặn

1.3.1.6 Bể vớt dầu mỡ

Bể vớt dầu mở thường áp dụng khi xử lý nước thải chứa dầu mở (nướcthải công nghiệp) Đối với nước thải sinh hoạt khi hàm lượng dầu mỡ khôngcao thì việc vớt dầu mỡ thường thực hiện ngay ở bể lẳng nhờ thiết bị gạt nổi.1.3.1.7 Bể lọc

Bể lọc có tác dụng tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏbằng cách cho nước thải đi qua lớp vật liệu lọc, công trình này sử dụng chủyếu cho 1 số loại nước thải công nghiệp

Phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học có thê loại bỏ khỏi nước thảiđược 60% các tạp chất không hòa tan và 20% BOD Hiệu quả xử lý có thể đạttới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 30 – 35% theo BOD bằng biện pháplàm thoáng sơ bộ hoặc đông tụ sinh học Nếu điều kiện vệ sinh cho phép, thìsau khi xử lý cơ học nước thải được khử trùng và xả vào nguồn, nhưngthường thì xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi cho qua xử lýhóa học và sinh học.

1.3.2 Phương pháp xử lý hóa học

Là phương pháp sử dụng các tác nhân hóa học để loại bỏ hoặc chuyểnhóa (làm thay đổi bản chất) chất ô nhiễm trong nước thải Công đoạn xử lýhóa học thường gắn liền với công đoạn xử lý lý học hoặc sinh học.Đây làphương pháp sử dụng thực tế tuy nhiên phương pháp này có hai bất lợi đó là:hạn chế phạm vi ứng dụng (vì có thể tạo ra chất ô nhiễm thứ cấp) và giá thành

xử lý cao (hóa chất và năng lượng)

Các phương pháp xử lý hóa học bao gồm:

1.3.2.1 Phương pháp trung hòa

Dùng để đưa môt trường nước thải có chứa acid hoặc kiềm về trạng tháitrung tính hoặc pH = 6,5 – 8,5 Phương pháp trung hòa thường được dùngtrước công đoạn xử lý sinh học (vì ở độ pH trung tính thường là điều kiện tối

ưu cho các quá trình phân hủy chất ô nhiễm) hay công đoạn cuối cùng trướckhi xả thải vào nguồn tiếp nhận

Mục tiêu của phương pháp trung hòa: dùng tác nhân hóa học để khử acid(hoặc kiềm) của nước thải, đưa nước thải về khoảng trung tính (pH = 6,5 8,5).Nguyên lý: Bản chất của phương pháp trung hòa là phản ứng hóa họcgiữa acid và kiềm hoặc giữa muối với acid hoặc kiềm trong nước thải Chấtđược chọn để thực hiện phản ứng gọi là tác nhân trung hòa hóa học Các tácnhân trung hòa thường được dùng để xử lý chất thải:

+ Chất thải chứa acid: NaOH, KOH, Na2CO3, NH4OH, CaCO3, MgCO3,

xi măng, vôi

+ Chất thải chứa kiềm: H2 SO4, HNO3, các muối acid.

+ Tách kim lọai nặng (Zn, Ni, Cu, Fe, Pb…): CaO, CaOH, Na2CO3,NaOH

Phương pháp này có thể được thực hiện bằng nhiều cách: Trộn lẫn nướcthải chứa acid và chứa kiềm, bổ sung thêm tác nhân hóa học, lọc nước qua lớpvật liệu lọc có tác dụng trung hòa, hấp thụ khí chứa acid bằng nước thải chứakiềm…

1.3.2.2 Phương pháp khử trùng

Quá trình khử trùng là quá trình tiêu hủy các vi sinh vật gây bệnh Khácvới quá trình tiệt trùng là quá trình tiêu hủy toàn bộ vi sinh vật có trong nướchoặc nước thải, quá trình khử trùng chỉ tiêu diệt một cách có chọn lọc những

vi sinh vật gây bệnh Trong lĩnh vực xử lý nước thải, ba nhóm vi sinh vật gâybệnh quan trọng nhất là vi khuẩn (bacteria), vi trùng (vius), và nang bào(amoebic cyst) Những loại bệnh do vi khuẩn lan truyền qua môi trường nướcbao gồm bệnh thương hàn, bệnh dịch tả, bệnh phó thương hàn, bệnh kiết lị.Những bệnh do vi trùng lan truyền qua môi trường nước bao gồm bại liệt,viêm gan siêu vi

Quá trình khử trùng được thực hiện bằng hầu hết các quá chất, tác nhânvật lý, phương pháp cơ học và phương pháp bức xạ

Đối với phương pháp hóa học, các tác nhân hóa học dùng làm chất khửtrùng bao gồm: Clo và các hợp chất của clo, Brom, Iot, Ozone.Phenol và cáchợp chất của phenol, rượu, các kim loại nặng và những hợp chất tương ứng,

xà phòng và chất tẩy rửa, các hợp chất ammonium, H2O2, các hợp chất acid

và kiềm

Trong những chất này những chất khử thông dụng nhất là các hợp chấthóa học có tính oxy hóa và clo là một trong những tác nhân được sử dụngnhiều nhất Brom và iod cũng được sử dụng trong khử trùng nước thải Ozone

là tác nhân có hiệu quả cao và ngày càng được sử dụng nhiều Nước có độ

acid và độ kiềm cao cũng được sử dụng để tiêu hủy vi sinh vật gây bệnh vìnước có PH lớn hơn 11 hoặc nhỏ hơn 3 thì độc đối với vi khuẩn.

1.3.2.3 Phương pháp oxi hóa khử

Là phương pháp sử dụng tác nhận hóa học để oxy hóa hoặc khử các chấtđộc hòa tan trong nước thải, chuyển chúng thành dạng không độc và tách rakhỏi nước

Phương pháp này thường dùng để xử lý cyanua, các hợp chất có chứalưu huỳnh, các hợp chất hữu cơ, phenol, thuốc trừ sâu…trong nước thải

Các chất oxi hóa thường được sử dụng là:

+ Các chất oxy hóa dạng khí: Cl2, O2, O3…

+ Các chất oxy hóa dạng lỏng: H2O2, KmnO4, NaClO…

1.3.2.4 Phương pháp kết tủa hóa học

Là phương pháp sử dụng hóa chất để biến đổi trạng thái vật lý của cácchất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan sang trạng thái kết tủa để loại bỏ chúng rakhỏi nước thải

1.3.2.5 Phương pháp tuyển nổi hóa học

Tuyển nổi là loại bỏ các tạp chất bẩn ra khỏi nước bằng cách tạo chochúng khả năng dễ nổi lên mặt nước Muốn vậy người ta cho vào nước chấttuyển nổi hoặc tác nhân tuyển nổi để thu hút và kéo các chất bẩn nổi lên mặtnước, sau đó loại bỏ hỗn hợp chất bẩn và chất tuyển nổi ra khỏi nước Khituyển nổi người ta thường dùng các bọt khí nhỏ li ti phân tán và bão hòa trongnước Những hạt chất bẩn chứa trong nước (dầu, sợi giấy, cellulozo, len …)

sẽ dính vào các bọt không khí và cùng các bọt không khí nổi lên mặt nước, rồiloại khỏi nước Tuyển nổi là quá trình tách các hạt lơ lửng ra khỏi chất lỏngbằng cách sục vào chất lỏng dòng khí phân tán ở dạng bọt rất nhỏ, các hạtkhông thấm ướt sẽ dính vào bọt và cùng với bọt nổi lên trên bề mặt chất lỏng

và được hớt ra ngoài

Bọt khí có thể tạo ra bằng cách xục khí, bằng phản ứng hóa học và sinhhọc sinh ra

1.3.2.6 Phương pháp hấp phụ hóa học

Là các phương pháp sử dụng tác nhân hóa học hấp phụ để tách các chấtđộc có nồng độ thấp trong nước thải sau khi xử lý sinh học hay xử lý cục bộ.Các chất hấp phụ có thể là chất rắn, lỏng , khí, hoặc chất trung gian giữa cáctrạng thái Chúng có hàm lượng nhỏ trong nước thải và thường có độc tínhcao và khó xử lý sinh học

Các chất hấp phụ thường dùng là than hoạt tính, xỉ tro,…

1.3.2.7 Phương pháp trao đổi ion

Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắntrao đổi ion với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau.Các chất này gọi là các ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tantrong nước

Các chất có khả năng hút các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là cáccationit Những chất này mang tính chất acid Những chất có khả năng hút cácion âm gọi là anionit và chúng mang tính kiềm Nếu như các ion nào đó traođổi cả cation và anion thì người ta gọi chúng là các ionit lưỡng tính

Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hay hữu cơ có nguồn gốc

tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo NHóm các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiêngồm có các zeolite, kim loại khoáng chất, đất sét, fenspat, chất mica khácnhau,…

- Các chất chứa nhôm silicat loại: Na2O.Al2O3.nH2O.mH2O

- Các chất florua apatit (Ca5(PO4)3)F và hydroxut apatit (Ca5(PO4)3)OH

- Các chất có nguồn gốc từ các chất vô tổng hợp gồm silicagel, permutit,(chất làm mềm nước),…

- Các chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên gồm axit humiccủa đất ( chất mùn) và than đá, chúng mang tính acid yếu

- Các chất trao đổi ion hữu cơ tổng hợp là các nhựa có bề mặt riêng lớn,chúng là những hợp chất cao phân tử Ví dụ, các chất trao đổi catiom sunfua

RSO3H, trong đó H+ - ion trái dấu và SO3- – ion nhận điện tử; hoặc cationcacboxylic: R-COOH; cation phenol: R-OH; cation photpho: R-PO3-H.

1.3.2.8 Phương pháp tách bằng màng

Màng được định nghĩa là một vai trò ngăn cách giữa các pha khácnhau Nó có thể là chất rắn, hoặc một gel (chất keo) trương nở dung môi hoặcthậm chí cả một chất lỏng Việc ứng dụng màng để tách các chất, phụ thuộcvào độ ẩm của các hợp chất đó qua màng

Thẩm thấu ngược

Thẩm thấu là sự di chuyển tự phát của dung môi từ một dung dịch loãngvào một dung dịch đậm đặc qua màng bán thấm Ở tại một áp suất nhất định,

sự cân bằng được thiết lập thì áp suất đó được gọi là áp suất thẩm thấu

Người ta cho rằng nếu như chiều dày của lớp phân tử nước bị hấp phụbằng hay lớn hơn nửa đường kính mao quản của màng thì dưới tác dụng của

áp suất chỉ có nước sạch đi qua; mặt dầu kích thước của nhiều ion nhỏ hơnkích thước của phân tử nước Các màng hydrat của các ion này đã cản trởkhông cho chúng đi qua mao quản của màng Kích thước lớp màng hydrat củacác ion khác nhau sẽ khác nhau

Siêu lọc

Giống như thẩm thấu ngược, quá trình siêu lọc cũng phụ thuộc vào ápsuất động lực và đòi hỏi màng cho phép một số cấu tử thấm qua và giữ lạimột số cấu tử khác Điều khác biệt ở chỗ siêu lọc thường sử dụng để táchdung dịch có khối lượng phân tử bột và có áp suất thẩm thấu nhỏ (ví dụ các vikhuẩn, tinh bột, đất sét,…) Còn thẩm thấu ngược thường được sử dụng đểkhử các chất có khối lượng phân tử thấp và áp suất thẩm thấu cao

Thẩm tách và điện thẩm tách

Phép thẩm tách là quá trình phân tách các chất rắn bằng sử dụng khuếchtán không bằng nhau qua màng Tốc độ khuếch tán có liên quan đến gradiennồng độ qua màng

1.3.2.9 Phương pháp điện hóa học

Là phương pháp nhằm phá hủy tạp chất độc hại ở trong nước bằng cáchoxy hóa điện hóa trên cực anot hoặc dùng để phục hồi chất quý

Cơ sở của sự điện phân gồm hai quá trình: Oxy hóa ở anod và khử ởcatod Xử lý bằng phương pháp điện hóa rất thuận lợi đối với những loại nướcthải có lưu lượng nhỏ và ô nhiễm chủ yếu do các chất hữu cơ và vô cơ đậmđặc

Những công trình xử lý sinh học được phân thành 2 nhóm:

Những công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện tựnhiên: cánh đồng tưới, bãi lọc, hồ sinh học… thường quá trình xử lý diễn rachậm

Những công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện nhântạo: bể lọc sinh học (bể Biophin), bể làm thoáng sinh học (bể aerotank),… Docác điều kiện tạo nên bằng nhân tạo mà quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn,cường độ mạnh hơn

Các quá trình xử lý sinh học chủ yếu được sử dụng để xử lý nước thải:

+ Tăng trưởng lơ lửng: tăng trưởng lơ lửng khử nitrat

+ Tăng trưởng bám dính: tăng trưởng bám dính khử nitrat

-Quá trình kị khí:

+ Tăng trưởng lơ lửng: quá trình kỵ khí tiếp xúc, phân hủy kỵ khí

+ Tăng trưởng bám dính: kỵ khí tầng vật liệu cố định và lơ lửng

+ Bể kỵ khí dòng chảy ngược: xử lý kỵ khí dòng chảy ngược qua lớpbùn (UASB)

+ Kết hợp: lớp bùn lơ lửng dòng hướng lên/ tăng trưởng bám dính dònghướng lên

-Quá trình kết hợp hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí:

+ Tăng trưởng lơ lửng: quá trình qua một hay nhiều bậc, mỗi quá trình

có đặc trưng khác nhau

+ Kết hợp: quá trình một hay nhiều bậc với tầng giá thể cố định cho tăngtrưởng bám dính.

-Quá trình hồ:Hồ kỵ khí, hồ xử lý triệt để, hồ hiếu khí, Hồ tùy tiện

Quá trình xử lý sinh học có thể đạt được hiệu suất khử trùng 99.9%(trong các công trình trong điều kiện tự nhiên), theo BOD tới 90 – 95%

Thông thường giai đoạn xử lý sinh học tiến hành sau giai đoạn xử lý cơhọc Bể lắng đặt sau giai đoạn sử lý cơ học gọi là bể lằng 1 Bể lắng dùng đểtách màng sinh học (đặt sau bể bophin) hoặc tách bùn hoạt tính ( đặt sau bểaerotank) gọi là bể lắng 2

Trong trường hợp sử lý sinh học bằng bùn hoạt tính thường đưa ra mộtphần bùn hoạt tính quay trở lại ( bùn tuần hoàn) để tạo điều kiện cho quá trìnhsinh học hiệu quả Phần bùn còn lại gọi là bùn dư, thường đưa tới bể nén bùn

để làm giảm thế tích trước khi đưa tới các công trình xử lý cặn bằng phươngpháp sinh học

Quá trình xử lý trong điều kiện nhân tạo không loại trừ triệt để các loại

vi khuẩn, nhất là vi trùng gây bệnh và truyền nhiễm Bởi vậy, sau giai đoạn

xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo cần thực hiện khử trùng nước thảitrước khi xả vào môi trường

Trong quá trình xử lý nước thải bằng bất cứ phương pháp nào cũng tạonên một lượng cặn đáng kể (= 0.5 – 1 % tổng lượng nước thải) Nói chung cácloại cặn giữ lại ở trên các công trình xử lý nước thải đều có mùi hôi thối rấtkhó chịu (nhất là cặn tươi từ bể lắng 1) và nguy hiểm về mặt vệ sinh

Để giảm hàm lượng chất hữu cơ trong cặn và để đạt được các chỉ tiêu vệsinh thường sử dụng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí trong các hố bùn (đốivới các trạm xử lý nhỏ), sân phơi bùn, thiết bị sấy khô bằng cơ học, lọc chânkhông, lọc ép… (đối với trạm xử lý công suất vừa và lớn) Khi lượng cặn bãkhá lớn có thể sử dụng thiết bi sấy nhiệt

1.4 Phương pháp đông keo tụ

1.4.1 Khái niệm

Hệ keo là một hệ phân tán, nhưng chất phân tán phân bố ở dạng các hạtnhỏ có kích thước lớn hơn những phân tử và ion đơn giản, gọi là các hạt keo.Tuy nhiên các hạt keo vẫn không bị giấy lọc giữ lại, chúng chỉ bị giữ lại bởicác màng tế bào sinh vật Hệ phân tán keo gồm các hạt phân tán có kích thước

10-7 đến 10-4 cm, gọi là các hạt keo (Phan Xuân Vận, Nguyễn Tiến Quý, Giáo trình hóa keo).

Hình 1.1: keo tụ tạo bông.

Do chất phân tán ở dạng các hạt keo nên hệ keo có các đặc điểm khácvới hệ phân tán khác

1.4.2 Đặc điểm của hệ keo Cấu tạo hạt keo và tính bền của hệ keo

Bề mặt dị thể :

Bề mặt phân chia các pha của hệ dị thể gọi là bề mặt dị thể của hệ Đốivới một hệ phân tán dị thể, thì bề mặt dị thể của hệ tính bằng tổng diện tich bềmặt các hạt phân tán Kích thước hạt càng nhỏ thì bề mặt dị thể S của hệ cànglớn

Rõ ràng là cùng với một lượng chất phân tán ở dạng hạt thì kích thướchạt càng nhỏ, số hạt càng nhiều, tổng diện tích bề mặt các hạt càng lớn Khikích thước hạt bằng 10-7cm thì bề mặt dị thể của hệ rất lớn

Bề mặt riêng và độ phân tán :

Bề mặt riêng của hệ phân tán là tổng diện tích bề mặt của các hạt, ứngvới 1 đơn vị thể tích chất phân tán đã nghiền nhỏ : Sr=V S

S : tổng diện tích bề mặt của các hạt

V : thể tích chất phân tán đã nghiền nhỏ

Sr : bề mặt riêng

Như vậy, bề mặt riêng tỷ lệ nghịch với kich thước hạt phân tán

Hệ keo gồm các phân tán kích thước nhỏ (10-7 10-4cm) là hệ có bề

mặt riêng cực đại hoặc có bề mặt riêng rất phát triển Nếu cùng lượng

chất phân tán thì hệ keo la hệ có bề mặt riêng rất phát triển, do đó có bề

mặt dị thể lớn Theo quan điểm của nhiệt động học thì sự có mặt của

một bề mặt phân cách lớn gắn liền với sự có mặt của một năng lượng

bề mặt đáng kể điều đó ảnh hưởng rất nhều đén các tích chất hóa keo

của hệ như tính hấp phụ, tính chất điện, tính bền, tính đông tụ…

1.4.3 Cấu tạo hạt keo và tính bền của hệ keo

Theo Atkins hệ keo là tên gọi cổ điển của các hệ phân tán dị thể của cáchạt có kích thước nhỏ hơn 500nm trong môi trường khác về chất so với chấthạt (ở đây ta đề cập tới môi trường lỏng)

Tuy nhiên kích thước này không phải là yếu tố quyết định mà cấu tạo hạtkeo mới là yếu tố quyết định đến tính bền của hệ keo

Tùy vào cấu tạo hạt và nguyên nhân gây ra độ bền ta có hai loại hạt keo :loại ưa dung môi cụ thể là ưa nước ( hydrophilyc) và loại kỵ dung môi hay kỵnước (hydrophobic)

Loại ưa nước là các dung dịch cao phân tử với các phân tử chất hữu cơhòa tan có kích thước lớn và chứa nhiều nhóm chức phân cực, có ái lực caovới các phân tử nước

Loại kỵ nước là các loại keo có gốc ôxit hoặc hydroxit kim loại Do kíchthước hạt rất nhỏ hệ keo có bề mặt cực lớn, vì vậy vể mặt nhiệt động chúngkhông bền và có xu thế co cụm để giảm năng lượng bề mặt Mặt khác do hạtkeo có cấu tạo đặc biệt của lớp điện kép tạo nên lực đẩy tĩnh điện hạt – hạt

nên chúng khó tiếp cận gần nhau, hút nhau và co cụm thành hạt lớn hơn đủnặng để có thể lắng được nên hệ này có tính bền.

Trong không gian hạt keo có cấu tạo như một quả cầu tích điện Hạtnhân là quả cầu tích điện Hạt nhân là quả cầu gồm tập hợp các phân tử ( Ví

dụ : Fe(OH)3(r) nằm ở tâm Các ion quyết định dấu gắn chặt vào quả cầu cácđiện tích trái dấu nằm ở lớp gần nhất tạo thành lớp ion nghịch và cac sđiệntích trái dấu – phần còn lại nằm ở lớp khuếch tán khá linh động, vây quanhhạt keo tích điện như đám mây quanh trái đất Khi hạt keo chuyển động tức làphần nhân hạt keo chuyển động , lớp ‘ mây ‘ tích điện trái dấu chuyển độngtheo nhưng với tốc độ chậm hơn

1.4.4 Cơ chế keo tụ - tạo bông

Đối với hệ phân tán có điện tích bề mặt riêng lớn ( bụi trong không khínbùn phù sa trong nước,…) các hạt luôn có xu hướng co cụm lại tạo hạt lớnhơn để giảm năng lượng bề mặt ( tương tự hiện tượng giọt nước, giọt thủyngân luôn tự vo tròn để giảm diện tích bề mặt)

Về nguyên tắc do độ phân tán lớn, diện tích bề mặt riêng lớn, hạt keo có

xu thế hút nhau nhờ các lực bề mặt Mặt khác do các hạt keo cùng loại luôntích điện cùng dấu ( đặc trưng bởi thế dzeta ξ ) nên các hạt keo luôn đẩy nhaubởi lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt cùng dấu theo định luật Culong, xu hướngnày làm hạt keo không thể hút nhau để tạo hạt lớn hơn và lắng xuống nhờtrọng lực như những hạt không tích điện.như vậy thế ξ càng lớn ( hạt keocàng tích điện) thì hệ keo càng bền (khó kết tủa) Trong trường hợp lý tưởng :nếu thế ξ = 0 thì hạt keo biến thành cấu tạo tụ điện phẳng, hạt sẽ không khác

gì các hạt không tích điện nên dễ dàng hút nhau để tạo hạt lớn hơn có thể lắngđược.Đây là cơ sở khoa học của phương pháp keo tụ

Hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành những tậphợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớ để có thể lắng xuống đáy do trọnglực trong thời gian đủ ngắn được gọi là hiện tượng keo tụ hiện tượng này xảy

ra khi thế ξ được triệt tiêu Hiện tượng keo tụ có tính thuận nghịch nghĩa là

hạt keo đã keo tụ lại có thể tích điện trở lại và trở nên bền Các hóa chất gâykeo tụ thường là các loại muối vô cơ và được gọi là chất keo tụ.

Một cách khác làm các hạt keo co cụm thành bông cặn lớn dễ lắng làdùng các tác nhân thích hợp ‘ khâu’ chúng lại thành các hạt lớn hơn đủ nặng

để lắng Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tạo bông được thực hiện nhờnhững phân tử các chất cao phân tử tan trong nước và có ái lực tốt với các hạtkeo hoặc các hạt cặn nhỏ Khác với keo tụ có tính thuận nghịch, các chất cókhả năng tạo bông được gọi là các chất tạo bông hay trợ keo tụ, quá trình tạobông là bất thuận nghịch

Như vậy, để kết tủa hệ keo có thể sử dụng các cách sau đây :

Một là : Phá tính bền của hệ keo (do lực đẩy tĩnh điện) bằng cách thuhẹp lớp điện kép tới mức thế ξ=0, khi đó lực đẩy tĩnh điện – hạt bằng không,tạo điều kiện cho các hạt keo hút nhau bằng các lực bề mặt tạo hạt lớn hơn dễkết tủa Cách này có thể thực hiện khi cho hạt keo hấp phụ đủ điện tích tráidấu để trung hòa điện tích hạt keo Điện tích trái dấu này thường là các ionkim loại đa hóa trị

Hai là : Tạo điều kiện cho các hạt keo va chạm với các bông kết tủa củachính chất keo tụ nhờ hiện tượng hấp phụ - bám dính ( hiệu ứng quét)

Ba là : Dùng những chất cao phân tử - trợ keo tụ để hấp phụ ‘ khâu’ cáchạt nhỏ lại với nhau tạo hạt kích thước lớn ( gọi là bông hay bông cặn) dễlắng

Việc xử lý bằng phèn nhôm, FeCl3 và PAA nhằm thực hiện một hai hay

cả ba giải pháp trên

1.4.5 Nguyên tắc gây keo tụ với các hệ keo

1.4.5.1 Keo tụ keo ghét lưu bằng chất điện ly

Nguyên tắc: Muốn gây keo tụ keo ghét lưu người ta phải tăng lựcion của dung dịch Lúc đó các ion cùng dấu với ion ở lớp khuếch tán bị hútbởi các ion quyết định thế làm cho lớp khuếch tán bị nén lại Bề mặt hạt keotrung hòa điện, khi đó lực hút chiếm ưu thế, các hạt keo sẽ hút nhau gây ra