Nguyên Lý Quy Trình Xử Lý Nước Thải

Con người khai thác các nguồn nước tự nhiên để cung cấp nước cho các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất. Sau khi sử dụng nước bị nhiễm bẩn do chứa nhiều vi trùng và các chất thải khác. Nếu không được xử lư trước khi thải vào các nguồn nước công cộng, chúng sẽ làm ô nhiễm môi trường. V́ vậy nước thải trước khi thải vào sông, hồ (nguồn nước) cần phải được xử lư thích đáng. Mức độ xử lư phụ thuộc vào nồng độ bẩn của nước thải; khả năng pha loăng giữa nước thải với nước nguồn và các yêu cầu về mặt vệ sinh, khả năng tự làm sạch của nguồn nước.

A Thành phần nước thải ………3

B Các chất ô nhiễm trong nước thải 1) Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD) ……… 8

2) Nhu cầu oxi hóa học (COD) ……… 9

3) pH của dung dịch ……….9

4) Các loại muối ……… 10

5) Chất rắn trong nước thải………10

6) Các kim loại độc và hợp chất hữu cơ độc trong nước thải…… 12

7) Sự tiêu thụ oxi……… 12

8) Nhiệt ……….13

9) Màu ……… 14

10) Các chất tạo bọt……….14

11) Các chất gây trở ngại……….14

12) Vi khuẩn và VSV khác trong nước thải………15

C Ước lượng tải lượng ô nhiễm của nước thải 1 Tải lượng các chất gây ô nhiễm ………21

2 Nồng độ các chất gây ô nhiễm ……….22

3 Dân số tương đương ……… 23

D Các yếu tố cần thiết để lựa chon thông số xử lý……… 23

E Sơ đồ quy trình xử lý………25

F Các phương pháp xử lý I Song chắn rác……… 28

1 Chức năng và cấu tạo………28

2 Mở rộng kênh nơi đặt song chắn……… 29

3 Kích thước song chắn………29

II Bể lắng cát……… 31

1 Chức năng và vị trí………31

3 Bể lắng cát có sục khí ……… 38

4 Bể lắng cát đứng có dòng chảy xoáy……… 38

III Bể điều lưu……….38

1 Thành phần nước thải sinh hoạt và sự biến động………38

2 Các loại nước thải khác………40

3 Các bước tiến hành……… 40

IV Lưu lượng kế……….44

V Khuấy trộn……… 44

VI Bể lắng sơ cấp………48

1 Ảnh hưởng của nhiệt độ……….50

2 Ảnh hưởng của cặn lắng………51

VII Bể lọc bằng các hạt lọc……….51

VIII Bể tuyển nổi……….54

IX Bể lọc sinh học nhỏ giọt……… 55

Phương pháp hấp phụ……… 59

X Keo tụ và tạo bông……… 60

XI Sơ lược về quá trình xử lý nước bằng VSV……… 61

1 Quá trình hiếu khí, tùy nghi……… 61

2 Quá trình yếm khí……….64

• Quá trình hiếu khí, yếm khí……… 68

• Các thiết bị xử lý hiếu khí……… 69

• Bể bùn hoạt tính……….70

• Đĩa tiếp xúc sinh học……… 79

XII Phương pháp kết tủa……… 82

XIII Phương pháp quang xúc tác……….87

XIV Phương pháp oxi hóa ……… 89

XV Quá trình nitrat, nitric hóa……….92

1 Quá trình nitrát……… 92

2 Quá trình khử nitrát……… 93

XVI Phương pháp khử trùng… ……….93

G Tái sử dụng……… 98

1 Sản xuất nông nghiệp………98

2 Sản xuất biogas……… 98

3 Sản xuất thủy sản……… 99

4 Tái sử dụng gián tiếp……….99

H Quản lý nguồn nước……….99

QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỰ NHIÊN……… 105

I Quá trình tự làm sạch nguồn nước…

……… 105

1 Quá trình tự làm sạch nguồn nước……… 105

2 Quá trình xáo trộn nước thải………106

II Quá trình xử lý nước thải bằng thủy sinh

vật……….106

1 Xử lý bằng tảo……… 106

2 Quy trình thiết kế……… 108

3 Xử lý bằng các sinh vật có kích thước lớn………109

4 Các loài sinh vật chính……… 109

III Cánh đồng chảy tràn… ……… 112

IV Cánh đồng lọc……… 115

1 Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc……….………115

• Cánh đồng lọc chậm………117

• Cánh đồng lọc nhanh……… 120

A THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI

Trên b́nh diện toàn cầu, nước là một tài nguyên vô cùng phong phú nhưng nước chỉ hữu dụng với con người khi nó ở đúng nơi, đúng chỗ, đúng dạng và đạt chất lượng theo yêu cầu Hơn 99% trữ lượng nước trên thế giới nằm ở dạng không hữu dụng đối với đa số các mục đích của con người do

độ mặn (nước biển), địa điểm, dạng (băng hà)

Phân bố và dạng của nước trên Trái đất

Địa điểm Diện tích (km 2 ) Tổng thể tích nước (km 3 ) % tổng lượng nước

Các đại dương và biển (nước

mặn)

Nước ngầm (đến độ sâu 0,8

km)

Con người khai thác các nguồn nước tự nhiên để cung cấp nước cho các nhu cầu sinh hoạt

và sản xuất Sau khi sử dụng nước bị nhiễm bẩn do chứa nhiều vi trùng và các chất thải khác Nếu không được xử lư trước khi thải vào các nguồn nước công cộng, chúng sẽ làm ô nhiễm môi trường V́ vậy nước thải trước khi thải vào sông, hồ (nguồn nước) cần phải được xử lư thích đáng Mức độ

xử lư phụ thuộc vào nồng độ bẩn của nước thải; khả năng pha loăng giữa nước thải với nước nguồn và các yêu cầu về mặt vệ sinh, khả năng "tự làm sạch của nguồn nước"

Theo các qui định về bảo vệ môi trường của Việt Nam, ô nhiễm nước là việc đưa vào các nguồn nước các tác nhân lư, hóa, sinh học và nhiệt không đặc trưng về thành phần hoặc hàm lượng đối với môi trường ban đầu đến mức có khả năng gây ảnh hưởng xấu đến sự phát triển b́nh thường của một loại sinh vật nào đó hoặc thay đổi tính chất trong lành của môi trường ban đầu

Theo một định nghĩa khác "Ô nhiễm nước mặt diễn ra khi đưa quá nhiều các tạp chất, các chất không mong đợi, các tác nhân gây nguy hại vào các nguồn nước, vượt khỏi khả năng tự làm sạch của các nguồn nước này"

Để thiết kế các công tŕnh xử lư nước thải, trước tiên chúng ta phải biết đặc điểm, thành phần của các chất gây ô nhiễm

Các đặc điểm lý học, hóa học và sinh học của nước thải và nguồn sinh ra nó

Đặc điểm Nguồn

Lý học

• Màu Nước thải sinh hoạt hay công nghiệp, thường do sự phân hủy của

các chất thải hữu cơ

• Mùi Nước thải công nghiệp, sự phân hủy của nước thải

• Chất rắn Nước cấp, nước thải sinh hoạt và công nghiệp, xói ṃòn đất

• Nhiệt Nước thải sinh hoạt, công nghiệp

Hóa học

• Carbohydrate Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

• Dầu, mỡ Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

• Thuốc trừ sâu Nước thải nông nghiệp

• Phenols Nước thải công nghiệp

• Protein Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

• Các chất khác Do sự phân hủy của các chất hữu cơ trong nước thải trong tự

nhiên

• Tính kiềm Chất thải sinh hoạt, nước cấp, nước ngầm

• Chlorides Nước cấp, nước ngầm

• Kim loại nặng Nước thải công nghiệp

• Nitrogen Nước thải sinh hoạt, công nghiệp

• pH Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

• Phosphorus Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp; rửa trôi

• Hydrogen

sulfide Sự phân hủy của nước thải sinh hoạt

• Methane Sự phân hủy của nước thải sinh hoạt

• Oxygen Nước cấp, sự trao đổi qua bề mặt tiếp xúc không khí - nước

Sinh học

• Động vật Các ḍạng chảy hở và hệ thống xử lý

• Thực vật Các ḍạng chảy hở và hệ thống xử lý

• Eubacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý

• Archaebacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý

• Viruses Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Các chất ô nhiễm quan trọng cần chú ý đến trong quá tŕnh xử lý nước thải

Chất gây ô nhiễm Nguyên nhân được xem là quan trọng

Các chất rắn lơ lửng Tạo nên bùn lắng và môi trường yếm khí khi nước thải chưa xử lý

được thải vào môi trường Biểu thị bằng đơn vị mg/L

Các chất hữu cơ có thể

phân hủy bằng con

đường sinh học

Bao gồm chủ yếu là carbohydrate, protein và chất béo Thường được

đo bằng chỉ tiêu BOD và COD Nếu thải thẳng vào nguồn nước, quá tŕnh phân hủy sinh học sẽ làm suy kiệt oxy ḥòa tan của nguồn nước.Các mầm bệnh Các bệnh truyền nhiễm có thể lây nhiễm từ các vi sinh vật gây bệnh

trong nước thải Thông số quản lư là MPN (Most Probable Number)

Các dưỡng chất N và P cần thiết cho sự phát triển của các sinh vật Khi được thải vào

nguồn nước nó có thể làm gia tăng sự phát triển của các loài không mong đợi Khi thải ra với số lượng lớn trên mặt đất nó có thể gây ô nhiễm nước ngầm

Kim loại nặng Có trong nước thải thương mại và công nghiệp và cần loại bỏ khi tái

sử dụng nước thải Một số ion kim loại ức chế các quá tŕnh xử lý sinh

họcChất vô cơ ḥa tan Hạn chế việc sử dụng nước cho các mục đích nông, công nghiệp

Nhiệt năng Làm giảm khả năng băo ḥòa oxy trong nước và thúc đẩy sự phát triển

của thủy sinh vậtIon hydrogen Có khả năng gây nguy hại cho TSV

Nguồn: Wastewater Engineering: Treatment, Diposal, Reuse, 1989

Low-maintenance Mechanically Simple Wastewater Treatment systems, 1980

Ở các thành phố có nhiều nhà máy, khu công nghiệp, nước thải công nghiệp ảnh hưởng rất lớn đến thành phần nước thải chung của thành phố, thị trấn và nó chứa nhiều các chất gây ô nhiễm ở nồng độ cao và tùy theo từng nhà máy thành phần chất gây ô nhiễm rất phức tạp Do đó để giảm thiểu chi phí cho việc quản lý và xử lý, mỗi nhà máy cần phải có các hệ thống xử lý riêng để nước thải thải vào các nguồn nước công cộng phải đạt đến một tiêu chuẩn cho phép nào đó

Các loại chất thải và các nguồn thải chính

Loại chất thải Từ cống rănh, kênh thoát nước Từ các nguồn chảy tràn

Nước thải sinh hoạt Nước thải công

nghiệp Chảy tràn từ khu sx nông nghiệp Chảy tràn ở khu vực thành thị

B CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI

1.Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD)

Nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ trong một khoảng thời gian xác định và được ký hiệu bằng BOD được tính bằng mg/L Chỉ tiêu BOD phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ của nước thải BOD càng lớn thì nước thải (hoặc nước nguồn) bị

ô nhiễm càng cao và ngược lại

Thời gian cần thiết để các vi sinh vật oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ có thể kéo dài đến vài chục ngày tùy thuộc vào tính chất của nước thải, nhiệt độ và khả năng phân hủy các chất hữu

cơ của hệ vi sinh vật trong nước thải Để chuẩn hóa các số liệu người ta thường báo cáo kết quả dưới dạng BOD5 (BOD trong 5 ngày ở 20oC) Mức độ oxy hóa các chất hữu cơ không đều theo thời gian Thời gian đầu, quá trình oxy hóa xảy ra với cường độ mạnh hơn và sau đó giảm dần

Ví dụ: đối với nước thải sinh hoạt và nước thải của một số ngành công nghiệp có thành phần gần giống với nước thải sinh hoạt thì lượng oxy tiêu hao để oxy hóa các chất hữu cơ trong vài ngày đầu chiếm 21%, qua 5 ngày đêm chiếm 87% và qua 20 ngày đêm chiếm 99% Để kiểm tra khả năng làm việc của các công trình xử lý nước thải người ta thường dùng chỉ tiêu BOD5 Khi biết BOD5 có thể tính gần đúng BOD20 bằng cách chia cho hệ số biến đổi 0,68

BOD20 = BOD5 : 0,68

Hoặc tính BOD cuối cùng khi biết BOD ở một thời điểm nào đó người ta có thể dùng công thức:

BODt = Lo (1 - e-kt)hay BODt = Lo (1 - 10-Kt) trong đó

BODt: BOD tại thời điểm t (3 ngày, 5 ngày )

Lo: BOD cuối cùng

k: tốc độ phản ứng (d-1) tính theo hệ số e

K: tốc độ phản ứng (d-1) tính theo hệ số 10, k = 2,303(K)

Giá trị K và k tiêu biểu cho một số loại nước thải

Loại nước thải K (20 oC ) (day -1 ) k (20 oC ) (day -1 )

Để tính giá trị k ở nhiệt độ T ta có công thức

2 Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand, COD)

Chỉ tiêu BOD không phản ánh đầy đủ về lượng tổng các chất hữu cơ trong nước thải, vì chưa tính đến các chất hữu cơ không bị oxy hóa bằng phương pháp sinh hóa và cũng chưa tính đến một phần chất hữu cơ tiêu hao để tạo nên tế bào vi khuẩn mới Do đó để đánh giá một cách đầy đủ lượng oxy cần thiết để oxy hóa tất cả các chất hữu cơ trong nước thải người ta sử dụng chỉ tiêu nhu cầu oxy hóa học Để xác định chỉ tiêu này, người ta thường dùng potassium dichromate (K2Cr2O7)

để oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ, sau đó dùng phương pháp phân tích định lượng và công thức để xác định hàm lượng COD

Khi thiết kế các công trình xử lý nước thải công nghiệp hoặc hỗn hợp nước thải sinh hoạt

và công nghiệp cần thiết phải xác định BOD và COD

3 pH của nước thải

pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý 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 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 khác nhau có giới hạn pH hoạt động khác nhau Ví dụ vi khuẩn nitrit phát triển thuận lợi nhất với pH từ 4,8 ÷ 8,8, còn vi khuẩn nitrat với pH từ 6,5 ÷ 9,3 Vi khuẩn lưu huỳnh có thể tồn tại trong môi trường có pH từ 1 ÷ 4 Ngoài ra pH còn ảnh hưởng đến quá trình tạo bông cặn của các bể lắng bằng cách tạo bông cặn bằng phèn nhôm

Nước thải sinh hoạt có pH = 7,2 ÷ 7,6 Nước thải công nghiệp có pH rất khác nhau phụ thuộc từng loại công nghiệp.

Các xí nghiệp sản xuất có thể thải ra nước thải có tính acid hoặc kiềm rất cao chẳng những làm cho nguồn nước không còn hữu dụng đối với các hoạt động giải trí như bơi lội, chèo thuyền mà còn làm ảnh hưởng đến hệ thủy sinh vật Nồng độ acid sulfuric cao làm ảnh hưởng đến mắt của những người bơi lội ở nguồn nước này, ăn mòn thân tàu thuyền, hư hại lưới đánh cá nhanh hơn Nguồn nước lân cận một số xí nghiệp có thể có pH thấp đến 2 hoặc cao đến 11; trong khi cá chỉ có thể tồn tại trong môi trường có 4,5 < pH < 9,5 Hàm lượng NaOH cao thường phát hiện trong nước thải ở các xí nghiệp sản xuất bột giặt, thuộc da, nhuộm vải sợi NaOH ở nồng độ 25 ppm đã có thể làm chết cá

4 Các loại muối

Nhiều loại xí nghiệp có nước thải chứa hàm lượng muối khá cao; ngoài ra ở các nước ôn đới người ta còn dùng muối để rãi lên mặt đường vào mùa đông và muối bị rửa trôi vào hệ thống cống rãnh Hàm lượng muối cao sẽ làm cho nguồn nước không còn hữu dụng cho mục đích cấp nước hay tưới tiêu, làm hoa màu bị thiệt hại và đất bị ô nhiễm

Các loại muối khóang Ca, Mg còn làm cho nguồn nước bị "cứng", đóng cặn trong các đường ống gây thất thoát áp lực trên đường ống Nước cứng làm ảnh hưởng đến việc nhuộm vải sợi, sản xuất bia và chất lượng của các sản phẩm đóng hộp Nước cứng còn gây đóng vẩy trong các đường ống của lò hơi làm giảm khả năng truyền nhiệt Magnesium sulfate gây xổ nhẹ ở người, ion chloride làm tăng độ dẫn điện của giấy cách điện, ion sắt gây các vết bẩn trên vải sợi và giấy, carbonat tạo vẩy cứng đóng trên đậu Hà Lan trong quá trình chế biến và đóng hộp chúng

Các loại muối có chứa Nitrogen và phosphorus làm cho tảo phát triển nhanh gây hiện tượng tảo nở hoa, làm ảnh hưởng đến hệ thủy sinh vật và mất mỹ quan

5 Chất rắn trong nước thải

Chất rắn trong nước thải bao gồm các chất rắn lơ lửng, chất rắn có khả năng 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 ở nhiệt độ từ 103 ÷ 105oC Các chất bay hơi ở nhiệt độ này không được coi là chất rắn Tổng các chất rắn được biểu thị bằng đơn vị mg/L

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)

Chất rắn lơ lửng là các hạt nhỏ (hữu cơ hoặc vô cơ) trong nước thải Khi vận tốc của dòng chảy bị giảm xuống (do nó chảy vào các hồ chứa lớn) phần lớn các chất rắn lơ lửng sẽ bị lắng xuống đáy hồ; những hạt không lắng được sẽ tạo thành độ đục (turbidity) của nước Các chất lơ lửng hữu cơ sẽ tiêu thụ oxy để phân hủy làm giảm DO của nguồn nước Các cặn lắng sẽ làm đầy các bể chứa làm giảm thể tích hữu dụng của các bể này

Để xác định hàm lượng các chất rắn lơ lửng phải tiến hành phân tích chúng bằng cách lọc qua giấy lọc bằng sợ thủy tinh Whatmann 934AH và 948H (Whatmann GF/C) có kích thước các lổ khoảng 1,2 micrometter (μm) hoặc của Đức loại A/E Lưu ý là các giấy lọc cấu tạo bằng

Polycarbonate cũng có thể sử dụng được, tuy nhiên các số liệu có thể chênh lệch do cấu trúc của

các loại giấy này khác nhau Các chất rắn lơ lửng bị giữ lại ở giấy lọc Đem giấy lọc này sấy khô tuyệt đối ở nhiệt độ 105oC Hàm lượng chất rắn lơ lửng sẽ được tính bằng công thức:

trong đó

TSS: tổng các chất rắn lơ lửng (mg/L)

A: trọng lượng của giấy lọc và các chất rắn lơ lửng sau khi sấy khô tuyệt đối (mg)

B: trọng lượng ban đầu của giấy lọc (mg)

V: thể tích mẫu nước thải qua lọc (L)

Hàm lượng chất rắn lơ lửng phụ thuộc chủ yếu vào lượng nước sử dụng hàng ngày của một người Lượng nước tiêu thụ càng lớn thì hàm lượng các chất rắn lơ lửng nói riêng và các chất gây

ô nhiễm nói chung càng nhỏ và ngược lại Tùy theo kích thước hạt, trọng lượng riêng của chúng, tốc độ dòng chảy và các tác nhân hóa học mà các chất lơ lửng có thể lắng xuống đáy, nổi lên mặt nước hoặc ở trạng thái lơ lửng

Để xác định hàm lượng các chất rắn có khả năng lắng (settable solid) ngưới ta dùng một dụng cụ thủy tinh gọi là nón Imhoff có chia vạch thể tích Cho 1 lít nước thải vào nón Imhoff để cho lắng tự nhiên trong vòng 45 phút, sau đó khuấy nhẹ sát thành nón rồi để cho lắng tiếp trong vòng 15 phút Sau đó đọc thể tích chất lơ lửng lắng được bằng các vạch chia bên ngoài Hàm lượng chất rắn lơ lửng lắng được biểu thị bằng đơn vị mL/L Chỉ tiêu chất rắn có khả năng lắng biểu diễn gần đúng lượng bùn có thể loại bỏ được bằng bể lắng sơ cấp

Ngoài các chất lắng được, trong nước thải còn chứa các tạp chất nổi (floating solid) có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng nước Khi lắng các chất này nổi lên bề mặt công trình Theo các tính toán của Sở KHCN & MT Cần Thơ lượng chất rắn lơ lửng tổng cộng do một người ở khu vực Cần Thơ thải ra trong một ngày đêm là 200 g

Các chất rắn hòa tan (không lọc được bao gồm các hạt keo và các chất hòa tan Các hạt keo có kích thước từ 0,001 ÷ 1 mm, các hạt keo này không thể loại bỏ bằng phương pháp lắng cơ học Các chất hòa tan có thể là phân tử hoặc ion của chất hữu cơ hay vô cơ

Để xác định hàm lượng hữu cơ của các chất rắn lơ lửng người ta sử dụng chỉ tiêu VSS (volatile suspended solid) bằng cách đem hóa tro các chất rắn ở 550 ± 50oC trong 1 giờ Phần bay hơi là các chất hữu cơ (VSS), phần còn lại sau khi hóa tro là các chất vô cơ FSS (Fixed suspended solid) Lưu ý hầu hết các muối vô cơ đều không bị phân hủy ở nhiệt độ dưới 825oC, chỉ trừ

magnesium carbonate bị phân hủy thành MgO và CO2 ở nhiệt độ 350oC Chỉ tiêu VSS của nước thải thường được xác định để biết rõ khả năng phân hủy sinh học của nó

Mối quan hệ giữa các thành phần chất rắn trong nước và nước thải

Nguồn: Wastewater Engineering: Treatment, Diposal, Reuse, 1989

Bài tập 1.1: Cho các số liệu sau

Trọng lượng của đĩa dùng chứa mẫu là 53,5433 g

Trọng lượng của đĩa và các chất rắn còn lại sau khi cho nước thải bay hơi ở 105oC là 53,5793 gTrọng lượng của đĩa và các chất rắn còn lại sau khi hóa tro nước thải ở 550oC là 53,5772 gTrọng lượng giấy lọc Whatmann là 1,5433 g

Trọng lượng giấy lọc Whatmann và các chất rắn trên giấy lọc sau khi lọc mẫu là 1,5553 gTrọng lượng sau khi hóa tro là 1,5531g

Tất cả các mẫu thử đều có thể tích là 50 mL Xác định TS, VS, SS, VSS

Giải:

6 Các kim loại độc và các chất hữu cơ độc

Nước chảy tràn ở khu vực sản xuất nông nghiệp có chứa dư lượng thuốc trừ sâu và thuốc trừ

cỏ, trong khi nước chảy tràn ở các khu đô thị chứa chì và kẽm (chì từ khói xe ô tô, kẽm từ việc bào mòn các lớp xe) Nhiều ngành công nghiệp thải ra các loại kim loại và chất hữu cơ độc khác Các chất này có khả năng tích tụ và khuếch đại trong chuỗi thức ăn, do đó cần phải được quản lý tốt Hàm lượng chloride 4000 ppm gây độc cho cá nước ngọt, Cr6+ gây độc cho cá ở nồng độ 5 ppm Đồng ở hàm lượng 0,1 ÷ 0,5% đã gây độc cho vi khuẩn và một số sinh vật khác P2O5 ở nồng độ 0,5 ppm gây trở ngại cho quá trình tạo bông cặn và lắng trong các nhà máy nước Phenol

ở nồng độ 1 ppb đã gây nên vấn đề cho các nguồn nước

Sự hòa tan oxy vào nước nguồn

Song song với quá trình tiêu thụ oxy, để oxy hóa các chất hữu cơ trong nguồn nước luôn xảy ra quá trình bổ sung lượng oxy mới Nguồn bổ sung oxy là không khí Chúng hòa tan vào nguồn nước qua mặt thoáng của nguồn nước Ngoài ra còn có một lượng oxy bổ sung vào nước nguồn còn do quá trình quang hợp của thực vật sống trong nước Các thực vật này đồng hóa cacbon từ axít cacbonic tan trong nước và giải phóng oxy tự do (pt 1.6)

Như các chất khí khác, độ hòa tan của oxy phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, độ mặn của nước

Độ hòa tan của oxy vào nước phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa hai pha oxy và nước Vì vậy trong điều kiện như nhau, độ hòa tan đó phụ thuộc vào mức độ xáo trộn gây ra bởi dòng chảy cũng như các tác nhân như gió trên mặt thoáng của dòng chảy

Lượng oxy hòa tan của không khí vào nước theo nhiệt độ và độ mặn ở 1atm

10,9210,6710,4310,209,989,779,569,369,178,998,81

2122232425262728293031

8,908,738,568,408,248,097,957,817,677,547,41

8,648,488,328,168,017,877,737,597,467,337,21

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, disposal, reuse (1991)

8 Nhiệt

Các nước thải từ nhà máy nhiệt điện và lò hơi của một số ngành công nghiệp có nhiệt độ rất cao Khi thải ra môi trường, nó làm tăng nhiệt độ của các thủy vực ảnh hưởng đến một số thủy sinh vật và làm suy giảm oxy hòa tan trong nguồn nước (do khả năng bão hòa oxy trong nước nóng thấp hơn và vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ sẽ hoạt động mạnh hơn)

10 Các chất tạo bọt (foam-producing matter)

Các nước thải từ nhà máy dệt, giấy, các nhà máy hóa chất có chưá các chất tạo bọt, đây là một dạng ô nhiễm dễ phát hiện và gây phản ứng mạnh của cộng đồng lân cận

11 Các chất gây trở ngại cho quá trình xử lý

• Lông vũ làm tắt nghẽn đường ống, dầu bơm

• Các mảnh mỡ nhỏ làm nghẹt các đầu bơm

• Cỏ rác làm nghẹt các đầu bơm

• Các chất khí độc gây nguy hại trực tiếp đến công nhân vận hành

• Các chất có khả năng gây cháy nổ

VI KHUẨN VÀ SINH VẬT KHÁC TRONG NƯỚC THẢI

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

Các vi khuẩn trong nước thải có thể chia làm 4 nhóm lớn: nhóm hình cầu (cocci) có đường

kính khoảng 1 ÷ 3 mm; nhóm hình que (bacilli) có chiều rộng khoảng 0,3 ÷ 1,5 mm chiều dài khoảng 1 ÷ 10,0 mm (điển hình cho nhóm này là vi khuẩn E coli có chiều rộng 0,5 mm chiều dài

2 mm); nhóm vi khuẩn hình que cong và xoắn ốc, vi khuẩn hình que cong có chiều rộng khoảng 0,6 ÷ 1,0 mm và chiều dài khoảng 2 ÷ 6 mm; trong khi vi khuẩn hình xoắn ốc có chiều dài có thể lên đến 50 mm; nhóm vi khuẩn hình sợi có chiều dài khoảng 100 mm hoặc dài hơn Các vi khuẩn

có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên cũng như trong các bể xử lý Do đó đặc điểm, chức năng của nó phải được tìm hiểu kỹ Ngoài ra các vi khuẩn còn có khả năng gây bệnh và được sử dụng làm thông số chỉ thị cho việc ô nhiễm nguồn nước bởi phân Điều này sẽ bàn kỹ trong phần sau

Nấm có cấu tạo cơ thể đa bào, sống hiếu khí, không quang hợp và là loài hóa dị dưỡng

Chúng lấy dưỡng chất từ các chất hữu cơ trong nước thải Cùng với vi khuẩn, nấm chịu trách nhiệm phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải Về mặt sinh thái học nấm có hai ưu điểm so với vi khuẩn: nấm có thể phát triển trong điều kiện ẩm độ thấp và pH Không có sự hiện diện của nấm, chu trình carbon sẽ chậm lại và các chất thải hữu cơ sẽ tích tụ trong môi trường

Tảo gây ảnh hưởng bất lợi cho các nguồn nước mặt vì ở điều kiện thích hợp nó sẽ phát

triển nhanh bao phủ bề mặt ao hồ và các dòng nước gây nên hiện tượng "tảo nở hoa" Sự hiện diện của tảo làm giảm giá trị của nguồn nước sử dụng cho mục đích cấp nước bởi vì chúng tạo nên mùi

và vị

Nguyên sinh động vật có cấu tạo cơ thể đơn bào, hầu hết sống hiếu khí hoặc yếm khí không

bắt buộc chỉ có một số loài sống yếm khí Các nguyên sinh động vật quan trọng trong quá trình xử

lý nước thải bao gồm các loài Amoeba, Flagellate và Ciliate Các nguyên sinh động vật này ăn các

vi khuẩn và các vi sinh vật khác do đó, nó đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng hệ vi sinh vật trong các hệ thống xử lý sinh học Một số nguyên sinh động vật gây bệnh cho người như Giardalamblia và Cryptosporium

Động vật và thực vật bao gồm các loài có kích thước nhỏ như rotifer đến các loài giáp xác

có kích thước lớn Các kiến thức về các loài này rất hữu ích trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm của các nguồn nước cũng như độc tính của các loại nước thải

Vi rút là các loài ký sinh bắt buộc, các loại vi rút phóng thích ra trong phân người có khả năng lây truyền bệnh rất cao Một số loài có khả năng sống đến 41 ngày trong nước và nước thải ở 20oC

và 6 ngày trong nước sông bình thường

Nước thải có chứa một lượng khá lớn các sinh vật gây bệnh bao gồm vi khuẩn, vi rút, nguyên sinh động vật và các loại trùng Nguồn gốc chủ yếu là trong phân người và gia súc

Năm 1986, Shuval và các cộng sự viên đã xếp loại các nhóm vi sinh vật này theo mức độ gây nguy hiểm của nó đối với con người Ông cũng đưa ra nhận xét là các tác hại lên sức khỏe con người chỉ xảy ra đáng kể khi sử dụng hoặc phân tươi hoặc phân lắng chưa kỹ, và các biện pháp xử

lý thích đáng sẽ góp phần đáng kể trong việc bảo vệ sức khỏe con người

Coliforms và Fecal Coliforms: Coliform là các vi khuẩn hình que gram âm có khả năng lên men

lactose để sinh ga ở nhiệt độ 35 ± 0.5oC, coliform có khả năng sống ngoài đường ruột của động vật (tự nhiên), đặt biệt trong môi trường khí hậu nóng Nhóm vi khuẩn coliform chủ yếu bao gồm các giống như Citrobacter, Enterobacter, Escherichia, Klebsiella và cả Fecal coliforms (trong đó E Coli là loài thường dùng để chỉ định việc ô nhiễm nguồn nước bởi phân) Chỉ tiêu tổng coliform không thích hợp để làm chỉ tiêu chỉ thị cho việc nhiễm bẩn nguồn nước bởi phân Tuy nhiên việc xác định số lượng Fecal coliform có thể sai lệch do có một số vi sinh vật (không có nguồn gốc từ phân) có thể phát triển ở nhiệt độ 44oC Do đó số lượng E coli được coi là một chỉ tiêu thích hợp nhất cho việc quản lý nguồn nước

Fecal streptococci: nhóm này bao gồm các vi khuẩn chủ yếu sống trong đường ruột của động

vật như Streptococcus bovis và S equinus; một số loài có phân bố rộng hơn hiện diện cả trong đường ruột của người và động vật nhu S faecalis và S faecium hoặc có 2 biotype (S faecalis var liquefaciens và loại S faecalis có khả năng thủy phân tinh bột) Các loại biotype có khả năng xuất hiện cả trong nước ô nhiễm và không ô nhiễm Việc đánh giá số lượng Faecal streptococci trong nước thải được tiến hành thường xuyên; tuy nhiên nó có các giới hạn như có thể lẫn lộn với các biotype sống tự nhiên; F streptococci rất dễ chết đối với sự thay đổi nhiệt độ Các thử nghiệm về sau vẫn khuyến khích việc sử dụng chỉ tiêu này, nhất là trong việc so sánh với khả năng sống sót của Salmonella Ở Mỹ, số lượng 200 F coliform/100 mL là ngưỡng tới hạn trong tiêu chuẩn quản

lý các nguồn nước tự nhiên để bơi lội

Clostridium perfringens: đây là loại vi khuẩn chỉ thị duy nhất tạo bào tử trong môi trường

yếm khí; do đó nó được sử dụng để chỉ thị các ô nhiễm theo chu kỳ hoặc các ô nhiễm đã xảy ra trước thời điểm khảo sát do độ sống sót lâu của các bào tử Trong việc tái sử dụng nước thải chỉ tiêu này được đánh giá là rất hiệu quả, do các bào tử của nó có khả năng sống sót tương đương với một số loại vi rút và trứng ký sinh trùng

Việc phát hiện, xác định từng loại vi sinh vật gây bệnh khác rất khó, tốn kém thời gian và tiền bạc Do đó để phát hiện nguồn nước bị ô nhiễm bởi phân người ta dùng các chỉ định như là sự hiện diện của Fecal Coliforms, Fecal Streptocci, Clostridium perfringens và Pseudomonas acruginosa Cũng cần phải nói thêm rằng mối quan hệ giữa sự chết đi của các vi sinh vật chỉ thị và vi sinh vật gây bệnh chưa được thiết lập chính xác Ví dụ khi người ta không còn phát hiện được Fecal

Coliform nữa thì không có nghĩa là tất cả các vi sinh vật gây bệnh đều đã chết hết Trong quá trình thiết kế các hệ thống xử lý các nhà khoa học và kỹ thuật phải hạn chế tối đa các ảnh hưởng của chất thải tới sức khoẻ cộng đồng Mỗi nước, mỗi địa phương thường có những tiêu chuẩn riêng để kiểm tra khống chế Do kinh phí và điều kiện có giới hạn các Sở KHCN & MT thường dùng chỉ tiêu E coli hoặc tổng coliform để qui định chất lượng các loại nước thải

Xếp loại các vi sinh vật có trong phân người và gia súc theo mức độ nguy hiểm

Mức độ nguy hiểm cao Ký sinh trùng (Ancylostoma, Ascaris, Trichuris và Taenia)

Mức độ nguy hiểm trung

bình

Vi khuẩn đường ruột (Chloera vibrio, Sallmonella typhosa, Shigella và một số loại khác)

Mức độ nguy hiểm thấp Các vi rút đường ruột

Số lượng coliform hay E coli được biểu diễn bằng số khả hữu MPN (Most Probable Number) Và sau khi có kết quả nuôi cấy ta có thể dùng công thức Thomas để tính số MPN:

trong đó

Np: số ống nghiệm phát hiện coliform (possitive)

Vn: thể tích mẫu trong các ống nghiệm không phát hiện coliform (negative)

Vt: tổng thể tích mẫu trong tất cả các ống nghiệm

Bài tập: Khi nuôi cấy để xác định số lượng coliform, người ta có các kết quả sau

Thể tích mẫu (mL) Ống dương tính Ống âm tính

Số coloform khả hữu/100mL mẫu

Việc xác định các vi sinh vật gây bệnh chủ yếu

Các loài này chỉ xác định được trong phòng thí nghiệm bởi những kỹ thuật viên với trình độ thích hợp

Salmonella spp.: một vài loài Salmonella có thể hiện hiện trong nước thải đô thị, kể cả S typhi

(gây bệnh thương hàn) Doran et al, 1977 cho rằng số lượng 700 Salmonella/L; khoảng chừng đó

Shigellae và khoảng 1.000 Vibrio cholera/L thường phát hiện trong nước thải đô thị của khu vực nhiệt đới Shigellae và Vibrio cholera nhanh chóng chết đi khi thải ra môi trường Do đó nếu chúng ta sử dụng một biện pháp xử lý nào đó để loại được Salmonella thì cũng có thể bảo đảm là

phần lớn các vi khuẩn kia đã bị tiêu diệt

Enteroviruses: có thể gây các bệnh nguy hiểm như sởi, viêm màng não.

Rotaviruses: gây bệnh vùng vị trường Số lượng của chúng tương đối thấp hơn enteroviruses

Người ta đã chứng minh được rằng việc loại bỏ các loài vi rút có quan hệ mật thiết với việc loại bỏ các chất rắn lơ lửng

Ký sinh trùng: thường thì các bệnh ký sinh trùng chủ yếu là do Ascaris lumbricoides, trứng

của loài ký sinh trùng này có kích thước lớn (45 ÷ 70 mm × 35 ÷ 50 mm) và các phương pháp để xác định ký sinh trùng đã được thiết lập bởi WHO, 1989

Các vi sinh vật chỉ thị dùng để quản lý cho các nguồn nước có mục đích sử dụng khác nhau

Mục đích sử dụng của nguồn

Nguồn nước ngọt cho các dịch

E coli Enterococci

Nguồn nước lợ cho các dịch vụ

Coliform tổng số (Total coliform)

Đôi khi chúng ta cần phải xác định là nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân người hay phân gia súc để có những biện pháp quản lý thích hợp Khi đó người ta thường sử dụng tỉ lệ Fecal coliform trên Fecal streptococci Các số liệu về tỉ lệ Fecal coliform/Fecal streptococci được trình bày trong bảng 1.7

Số lượng các vi sinh vật chỉ thị trên đầu người và đầu gia súc

Sinh

vật TB mật độ cá thể/g phân TB số cá thể cho ra/đầu.24 h

Fecal coliform (10 6 )

Fecal streptococci (10 6 )

Fecal coliform (10 6 )

Fecal streptococci (10 6 )

Tæ leä FC/FS

• pH của mẫu phải từ 4 - 9 để bảo đảm không có ảnh hưởng xấu đến cả hai nhóm vi khuẩn này

• Mỗi mẫu phải được đếm í nhất 2 lần

• Để giảm thiểu sai số do tỉ lệ chết khác nhau, mẫu phải được lấy tại nơi cách nguồn gây ô nhiễm không quá 24 h (tính theo vận tốc dòng chảy)

• Chỉ những cá thể Fecal coliform phát hiện ở phép thử ở 44oC mới được dùng để tính tỉ lệ FC/FS

Loại và số lượng các vi sinh vật trong nước thải sinh hoạt chưa xử lý

Cyst nguyên sinh động vật 10 1 - 10 3

Cyst của Cryptosporium 10 -1 - 10 1

Trứng ký sinh trùng 10 -2 - 10 1

Mức độ nhiễm bẩn vi sinh vật của nguồn nước phụ thuộc nhiều vào tình trạng vệ sinh trong khu dân cư và nhất là các bệnh viện Đối với nước thải bệnh viện, bắt buộc phải xử lý cục bộ trước khi xả vào hệ thống thoát nước chung hoặc trước khi xả vào sông hồ

Nguồn nước bị nhiễm bẩn sinh học không sử dụng để uống được, thậm chí nếu số lượng vi khuẩn gây bệnh đủ cao thì nguồn nước này cũng không thể dùng cho mục đích giải trí như bơi lội, câu cá được Các loài thủy sản trong khu vực ô nhiễm không thể sử dụng làm thức ăn tươi sống được vì nó là ký chủ trung gian của các ký sinh trùng gây bệnh

Số lượng 1 số vi sinh vật gây bệnh trong phân và nước cống rãnh

(của một cộng đồng 50.000 dân ở nhiệt đới)

Vi sinh vật gây

bệnh Tỉ lệ nhiễm (%) (a) Số VSV/g phân

(b)

Tổng VSV/ 1 người bị nhiễm/ ngày ( = 100 g phân) (c)

Tổng VSV/ngày của TP

Nồng độ/L trong nước cống rãnh (b)

Trichuris trichiara 60 2 ´ 10 3f 2 ´ 10 5 6 ´ 10 9 120

Nguồn: Feachem et al 1983, trích bởi Chongrak 1989

? Không có số liệu chính xác

a Tỉ lệ nhiễm nhưng chưa có triệu chứng bệnh

b Những VSV dưới đây có khả năng tồn tại ngoài cơ thể chủ khác nhau Một vài loài chết nhanh chóng ngay sau khi thải ra Lượng VSV ở trong nước cống rãnh được tính toán dựa trên cơ

sở mỗi người sử dụng 100 lít nước/ngày và 90% lượng VSV trong phân đã bị vô hiệu hóa sau vài phút kể từ lúc phân được thải ra ngoài

c Giả sử rằng trung bình mỗi ngày một người thải ra 100g

d Tính luôn polio, echo và coxsackieviruses

e Tổng các loại E.Coli

f Số lượng trứng ký sinh thải ra

g Ancyclostoma duodenale và Necator americanes

Đặc tính của nước thải sinh hoạt (mg/L)

Nguồn: Metcalf and Eddy, 1979, trích bởi Chongrak 1989

C ƯỚC LƯỢNG TẢI LƯỢNG Ô NHIỄM CỦA NƯỚC THẢI

1 Tải lượng các chất gây ô nhiễm

Trong quá trình tính toán các công trình xử lý, như đã trình bày ở trên cần phải biết thành phần của nước thải qua phân tích hóa học Tuy nhiên trong nhiều trường hợp khi thiết kế trạm xử

lý nước thải cho thành phố, thị trấn những nơi chưa có hệ thống thoát nước đang hoạt động để có thể lấy mẫu nước phân tích về thành phần của chúng Trong trường hợp thiết kế các công trình xử

lý cho xí nghiệp công nghiệp có thể tham khảo các số liệu về thành phần nước thải của các xí nghiệp công nghiệp tương tự Khi thiết kế khôi phục hoặc cải tạo những thành phố thì thành phần của nước thải phải được xác định bằng tính toán Để tính toán cần phải biết tải lượng ô nhiễm của một người có sử dụng hệ thống thoát nước trong một ngày đêm tính Lượng các chất ô nhiễm có thể tham khảo theo bảng sau

Tải lượng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tính cho một người trong ngày đêm

Nguồn: Sở KHCN & MT Cần Thơ (ĐTM Xí Nghiệp Thuộc Da MeKo,1995)

Ngoài ra cũng cần phải biết lượng nước tiêu thụ của một đầu người Ở các thành phố của những nước phát triển đang phát triển có hệ cống rãnh để dẫn các nước thải sinh hoạt đến khu xử

lý trung tâm Nước thải này bao gồm phân, nước tiểu người, nước nhà cầu, tắm giặt và được pha loãng tùy thuộc vào lượng nước được sử dụng của một đầu người Theo White (1977), đối với cư dân nông thôn không có nước máy mỗi đầu người hàng ngày tiêu thụ từ vài lít tới 25 lít nước Đối với các hộ gia đình có một robinet nước thì mỗi đầu người tiêu thụ từ 15 ÷ 90 lít và có nhiều robinet thì khoảng 30 ÷ 300 lít mỗi ngày

2 Nồng độ các chất gây ô nhiễm

Nồng độ các chất gây ô nhiễm được xác định bằng công thức:

Trong đó

C: nồng độ chất gây ô nhiễm

TP: Tải lượng ô nhiễm (mg)

Q: Lượng nước tiêu thụ (L/ngđ)

Nhiều khi nước thải sinh hoạt được trộn lẫn với nước thải công nghiệp, do đó ảnh hưởng đến thành phần của nước thải Trong trường hợp đó, cần xác định nồng độ chất gây ô nhiễm của hỗn hợp nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp Nồng độ chất gây ô nhiễm của hỗn hợp nước thải sinh hoạt và công nghiệp được tính theo công thức:

Trong đó

Chh: nồng độ chất gây ô nhiễm của hỗn hợp nước thải (mg/L)

Csh và Qsh: nồng độ và lưu lượng của nước thải sinh hoạt

Ccn và Qcn: nồng độ và lưu lượng của nước thải công nghiệp

3 Dân số tương đương

Dân số tương đương là dân số gây ra một lượng chất gây ô nhiễm tương đương với lượng chất gây ô nhiễm do nước thải của một xí nghiệp nào đó tạo nên

Trong đó

Np: dân số tương đương

Tp: tải lượng ô nhiễm của 1 đầu người

Ccn, Qcn: nồng độ và lưu lượng nước thải công nghiệp

Dân số tính toán để thiết kế trạm xử lý được tính bằng tổng dân số thành phố và dân số tương đương

D CÁC YẾU TỐ CẦN THIẾT ĐỂ LỰA CHỌN HỆ THỐNG XỬ LÝ

Như đã trình bày ở phần trước, nước thải trước khi xả vào nguồn cần thiết phải được xử lý

để không làm ô nhiễm môi trường Tùy theo loại nguồn nước mà chất thải sẽ xả vào chúng ta sẽ tham khảo bảng "giới hạn nồng độ tối đa của các chất ô nhiễm trong nước thải" để biết mức độ

cần thiết phải làm sạch nước thải Tùy theo điều kiện tài chíïnh, diện tích, nhân lực của xí

nghiệp để lựa chọn các hệ thống xử lý phù hợp Để bảo đảm cho việc thiết kế hệ thống xử lý cần thiết phải thu thập các số liệu sau:

Qui trình sản xuất của xí nghiệp (trong đó phải xác định khâu nào sinh ra nước thải? thành phần? bao nhiêu? kế hoạch giảm thiểu nước thải nếu có?)

Về lưu lượng nước thải cần thiết phải xác định tổng lượng nước thải/ng.đ, lưu lượng nước thải theo từng giờ trong ngày, sự biến thiên lưu lượng nước thải theo giờ, ca, mùa vụ sản xuất

Về thành phần nước thải: nên xác định các chỉ tiêu như BOD, COD, màu, SS, VSS, Total coliform, hàm lượng các hóa chất khác nếu có (theo đặc trưng của từng loại hình sản xuất)

Các qui định của Sở KHCN & MT về tiêu chuẩn nước thải.

Khi thiết kế hệ thống xử lý nhớ chú trọng đến các điểm sau:

a Nhu cầu của chủ nhân hệ thống xử lý

Đây là một yếu tố quan trọng nhất là đối với các cộng đồng nhỏ chưa có kinh nghiệm

về xây dựng và vận hành các hệ thống xử lý Nó liên hệ đến vấn đề vốn đầu tư, khả năng vận hành, nhân sự điều hành hệ thống, các thiết bị, kinh nghiệm và khả năng ảnh hưởng đến môi trường

Đối với tất cả các đề án, điều cần thiết nhất là kỹ sư thiết kế và chủ nhân phải hiểu rõ các mục tiêu, mục đích chung để thỏa mãn được nhu cầu của chủ nhân mà vẫn bảo đảm được yêu cầu cơ bản trong việc lựa chọn phương pháp xử lý (đạt tiêu chuẩn nước thải cho phép thải vào nguồn nước công cộng, có hiệu quả kinh tế, giảm nhẹ các ảnh hưởng xấu đến môi trường )

b Kinh nghiệm

Các kinh nghiệm về thiết kế và vận hành các hệ thống xử lý giúp ta có thể dự đoán trước các khả năng và hạn chế của hệ thống xử lý để có những biện pháp hỗ trợ, cải tiến thích hợp Kiến thức về các hệ thống xử lý giúp cho các kỹ sư loại bỏ được các yếu tố không an toàn và tính toán sai dẫn đến các thiết kế không phù hợp, lãng phí Đối với các qui trình mới, người kỹ sư chưa

có kinh nghiệm thì qui trình này phải được thử nghiệm cẩn thận ở các mô hình cũng như trong thực tiễn

c Yêu cầu của các cơ quan quản lý môi trường

Ở Việt Nam tiêu chuẩn nước thải được phép thải vào nguồn nước công cộng được ban hành bởi Bộ KHCN & MT Trên nguyên tắc, các Sở KHCN & MT có quyền đưa ra các tiêu chuẩn riêng của mình nhưng các tiêu chuẩn này không được thấp hơn tiêu chuẩn của Bộ Do đó việc tìm hiểu các qui định, tiêu chuẩn của cơ quan quản lý là hết sức cần thiết để thiết kế hệ thống xử lý đạt yêu cầu của các cơ quan này

d.Tương thích với những thiết bị hay hệ thống sẵn có

Đối với việc nâng công suất, mở rộng một hệ thống xử lý sẵn có phải chú ý đến qui trình và thiết bị mới phải tương thích với những cái có sẵn để có thể tận dụng được nguồn nhân lực, vật lực sẵn có, tránh lãng phí.

e Tài chính

Khả thi về mặt tài chính, các phân tích về mặt kinh tế nên dựa trên các chỉ tiêu như NPV (net present value), B/C (benefit/cost ratio), IRR (internal rate of return) Các yếu tố về lạm phát cũng nên đưa vào để tính toán Phải ước tính được giá vận hành và bảo trì hệ thống bao gồm các chi phí về nhân công vận hành, năng lượng, vật tư và hóa chất cung cấp cho hệ thống

Các hệ thống nên mang lại hiệu quả kinh tế (thu lại do không phải trả thuế môi trường,

từ nguồn năng lượng, phân bón thu được)

f Các vật tư, thiết bị

Các thiết bị sử dụng phải là các loại có sẵn và dễ tìm trên thị trường để bảo đảm nhu cầu

về phụ tùng thay thế khi có sự cố, không làm gián đoạn việc vận hành hệ thống xử lý và tiến độ xây dựng

Phải dự trù về khả năng cung cấp các loại vật tư sử dụng cho hệ thống kể cả điện năng

trong tương lai để hệ thống không bị gián đoạn do vấn đề khan hiếm các loại vật tư này

h.Tính mềm dẻo

Có khả năng nâng công suất khi nhà máy có yêu cầu tăng sản lượng

E SƠ ĐỒ CÁC QUI TRÌNH XỬ LÝ

Sử dụng bể tự hoại và bãi lọc ngầm để xử lý sơ bộ nước thải sinh hoạt

Phần thiết kế bể tự hoại và bãi lọc ngầm sẽ được trình bày kỹ trong môn Xử Lý Nước Thải II

Các qui trình để xử lý nước cống rãnh hoặc nước thải các nhà máy công nghiệp

Nước thảiBùn hoặc chất rắn

Ghi chú: trên đây chỉ là một số sơ đồ tiêu biểu, tùy theo điều kiện chúng ta có thể lắp thêm

hoặc thay đổi các thành phần của qui trình

Các điểm cần chú ý khi thiết kế các qui trình xử lý

1 Tính khả thi của qui trình xử lý: tính khả thi của qui trình xử lý dựa trên kinh nghiệm, các

số liệu, các ấn bản về các nghiên cứu trên mô hình và thực tế Nếu đây là những qui trình hoàn toàn mới hoặc có các yếu tố bất thường, các nghiên cứu trên mô hình là rất cần thiết

2 Nằm trong khoảng lưu lượng có thể áp dụng được Ví dụ như các hồ ổn định nước thải không thích hợp cho việc xử lý nước thải có lưu lượng lớn

3 Có khả năng chịu được sự biến động của lưu lượng (nếu sự biến động này quá lớn, phải sử dụng bể điều lưu)

4 Đặc tính của nước thải cần xử lý (để quyết định qui trình xử lý hóa học hay sinh học)

5 Các chất có trong nước thải gây ức chế cho quá trình xử lý và không bị phân hủy bởi quá trình xử lý

6 Các giới hạn do điều kiện khí hậu: nhất là nhiệt độ vì nó ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng của các quá trình hóa học và sinh học

7 Hiệu quả của hệ thống xử lý: thường được chỉ thị bằng tính chất của nước thải đầu ra

8 Các chất tạo ra sau quá trình xử lý như bùn, chất rắn, nước và khí đều phải được ước tính

về số lượng Thông thường thì người ta dùng các mô hình để xác định phần này

9 Xử lý bùn: việc chọn qui trình xử lý bùn nên cùng lúc với việc lựa chọn qui trình xử lý nước thải để tránh các khó khăn có thể xảy ra sau này đối với việc xử lý bùn

10 Các giới hạn về môi trường: hướng gió thịnh trong năm, gần khu dân cư, xếp loại nguồn nước có thể là các yếu tố giới hạn cho việc lựa chọn hệ thống xử lý

11 Các hóa chất cần sử dụng: nguồn và số lượng, các yếu tố làm ảnh hưởng đến việc tăng lượng hóa chất sử dụng và giá xử lý

12 Năng lượng sử dụng: nguồn và ảnh hưởng của nó đến giá xử lý

13 Nhân lực: kể cả công nhân và cán bộ kỹ thuật Cần phải tập huấn đến mức độ nào

14 Vận hành và bảo trì: cần phải cung cấp các điều kiện, phụ tùng đặc biệt nào cho quá trình vận hành và bảo trì

15 Độ tin cậy của hệ thống xử lý bao gồm cả trường hợp chạy quá tải hay dưới tải

16 Độ phức tạp của hệ thống xử lý

17 Tính tương thích với các hệ thống và thiết bị có sẵn

18 Diện tích đất cần sử dụng, kể cả khu vực đệm cho hệ thống xử lý

F CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

Theo bản chất của phương pháp xử lý nước thải, người ta có thể chia chúng thành phương pháp lý học, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học Một hệ thống xử lý hoàn chỉnh thường kết hợp đủ các thành phần kể trên Tuy nhiên tùy theo tính chất của nước thải, mức độ tài chính và yêu cầu xử lý mà người ta có thể cắt bớt một số các công đoạn

Theo mức độ xử lý người ta có thể chia làm xử lý sơ cấp, xử lý thứ cấp, xử lý tiên tiến hay

1.Chức năng, cấu tạo và vị trí

Song chắn rác dùng để giữ lại các chất thải rắn có kích thước lớn trong nước thải để đảm bảo cho các thiết bị và công trình xử lý tiếp theo Kích thước tối thiểu của rác được giữ lại tùy thuộc vào khoảng cách giữa các thanh kim loại của song chắn rác Để tránh ứ đọng rác và gây tổn thất áp lực của dòng chảy người ta phải thường xuyên làm sạch song chắn rác bằng cách cào rác thủ công hoặc cơ giới Tốc độ nước chảy (v) qua các khe hở nằm trong khoảng (0,65m/s ≤ v ≤

1m/s) Tùy theo yêu cầu và kích thước của rác chiều rộng khe hở của các song thay đổi

Các giá trị thông dụng để thiết kế song chắn rác Chỉ tiêu Cào rác thủ công Cào rác cơ giới

Kích thước của các thanh

Độ nghiêng song chắn rác theo trục thẳng đứng

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Ghi chú: in x 25,4 = mm ft/s x 0,3048 = m/s

Song chắn rác với cào rác thủ công chỉ dùng ở những trạm xử lý nhỏ có lượng rác < 0,1m3/ng.đ Khi rác tích lũy ở song chắn, mỗi ngày vài lần người ta dùng cào kim loại để lấy rác ra

và cho vào máng có lổ thoát nước ở đáy rồi đổ vào các thùng kín để đưa đi xử lý tiếp tục Song chắn rác với cào rác cơ giới hoạt động liên tục, răng cào lọt vào khe hở giữa các thanh kim loại; cào được gắn vào xích bản lề ở hai bên song chắn rác có liên hệ với động cơ điện qua bộ phận truyền động

Cào rác cơ giới có thể chuyển động từ trên xuống dưới hoặc từ dưới lên theo dòng nước

Khi lượng rác được giữ lại lớn hơn 0,1 m3/ng.đ và khi dùng song chắn rác cơ giới thì phải đặt máy nghiền rác Rác nghiền đưọc cho vào hầm ủ Biogas hoặc cho về kênh trước song chắn Khi lượng rác trên 1 T/ng.đ cần phải thêm máy nghiền rác dự phòng Việc vận chuyển rác từ song đến máy nghiền phải được cơ giới hóa

Song chắn rác được đặt ở những kênh trước khi nước vào trạm xử lý Hai bên tường kênh phải chừa một khe hở đủ để dễ dàng lắp đặt và thay thế song chắn Vì song chắn làm co hẹp tiết diện ướt của dòng chảy nên tại vị trí đặt song chắn tiết diện kênh phải được mở rộng Để tránh tạo thành dòng chảy rối kênh phải mở rộng dần dần với một góc ϕ = 20o

2 Mở rộng kênh nơi đặt song chắn rác (Trần Hiếu Nhuệ & Lâm Minh Triết, 1978)

Song chắn rác phải đặt ở tất cả các trạm xử lý không phân biệt phương pháp dẫn nước tới

là tự chảy hay có áp Nếu trong trạm bơm đó có song chắn rác với khe hở 16 mm thì có thể không đặt song chắn rác ở trạm xử lý nữa

Hiệu suất của song chắn phụ thuộc rất nhiều vào mức độ chính xác trong tính toán kích thước và tổn thất áp lực của nước qua nó

3 Kích thước song chắn

Số khe hở n giữa các thanh của song chắn rác được xác định theo công thức:

q = WVS = b n h1 VS (4.1)

(4.2.)trong đó qmax: lưu lượng tối đa của nước thải (m3/giây)

b: chiều rộng khe hở giữa các thanh (m)

W: diện tích tiết diện ướt của song chắn (m2) (W không nhỏ hơn 2Wk khi cào rác thủ công và không nhỏ hơn 1,2Wk khi cào rác cơ giới, với Wk diện tích tiết diện ướt của kênh dẫn nước vào)

VS: tốc độ nước qua song chắn (m/sec), chọn Vs = 0,7 m/giây khi lưu lượng trung bình và > 1 m/giây khi lưu lượng tối đa để tránh va chạm giữa rác và song chắn

h1: chiều sâu lớp nước qua song chắn (m), thường bằng chiều sâu lớp nước trong kênh dẫn vào Công thức (4.2) không tính tới độ thu hẹp của dòng chảy khi dùng cào rác cơ giới Để tính tới

độ thu hẹp người ta đưa hệ số ko = 1,05 Khi đó:

(4.2a)

Chiều rộng tổng cộng của song chắn là:

với S: chiều dày của mỗi thanh

Chiều dài đoạn kênh mở rộng trước song chắn rác:

(4 4)

Nếu ϕ = 20o thì

với BK: chiều rộng của kênh dẫn vào

Chiều dài đoạn thu hẹp lại sau song chắn chọn bằng:

Để tránh lắng cặn, tốc độ của nước ở đoạn kênh mở rộng trước song chắn không được dưới 0,4 m/giây khi lưu lượng nhỏ nhất.

Hiện nay ở một số nước trên thế giới người ta còn dùng máy nghiền rác (communitor) để nghiền rác có kích thước lớn thành rác có kích thước nhỏ và đồng nhất để dễ dàng cho việc xử lý ở các giai đoạn kế tiếp, máy nghiền rác đã được thiết kế hoàn chỉnh và thương mại hóa nên trong giáo trình này không đưa ra các chi tiết của nó Tuy nhiên nếu lắp đặt máy nghiền rác trước bể lắng cát nên chú ý là cát sẽ làm mòn các lưỡi dao và sỏi có thể gây kẹt máy Mức giảm áp của dòng chảy biến thiên từ vài inches đến 0,9 m

Sơ đồ lắp đặt của một máy nghiền rác

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposa

Bể lắng cát thường được đặt phía sau song chắn rác và trước bể lắng sơ cấp Đôi khi người

ta đặt bể lắng cát trước song chắn rác, tuy nhiên việc đặt sau song chắn có lợi cho việc quản lý bể lắng cát hơn Trong bể lắng cát các thành phần cần loại bỏ lắng xuống nhờ trọng lượng bản thân của chúng Ở đây phải tính toán thế nào để cho các hạt cát và các hạt vô cơ cần giữ lại sẽ lắng xuống còn các chất lơ lửng hữu cơ khác trôi đi

Có ba loại bể lắng cát chính: bể lắng cát theo chiều chuyển động ngang của dòng chảy (dạng chữ nhật hoặc vuông), bể lắng cát có sục khí hoặc bể lắng cát có dòng chảy xoáy

Các giá trị tham khảo để thiết kế bể lắng cát theo chiều chuyển động ngang của dòng chảy (hình chữ nhật)

Khoảng biến thiên Giá trị thông dụng

Tốc độ lắng của các hạt ft/min

Độ giảm áp % độ sâu diện tích ướt trong kênh

dẫn

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Ghi chú: ft/s × 0,3048 = m/s ft/min × 0,3048 = m/min

Chú ý thời gian lưu tồn nước nếu quá nhỏ sẽ không bảo đảm hiệu suất lắng, nếu lớn quá sẽ có các chất hữu cơ lắng Các bể lắng thường được trang bị thêm thanh gạt chất lắng ở dưới đáy, gàu múc các chất lắng chạy trên đường ray để cơ giới hóa việc xả cặn

Loại bể lắng cát theo chiều chuyển động ngang của dòng chảy hình vuông được áp dụng hơn

50 năm qua và có thể lắp đặt thêm bộ phận cơ giới để lấy cát ở đáy bể

Diện tích cần thiết cho bể lắng cát có trọng lượng riêng 2,65 ( oF - 32 = oC )

Vmax: tốc độ dòng chảy khi lưu lượng tối đa (m/sec)

t: thời gian nước lưu lại trong bể (chọn bằng 30 ÷ 60 sec)

Từ điều kiện liên tục của dòng chảy ta có:

(4.7)

trong đó

Ω : diện tích tiết diện ướt của bể (m2)

qmax: lưu lượng tối đa của nước thải (m3/sec)

Ntt: dân số tính toán theo chất lơ lửng (người)

P: lượng cặn theo đầu người, đối với nước thải sinh hoạt P = 0,02 L/ng.ng.đ

T: thời gian giữa hai lần xả cặn, thường T = 2 ÷ 4 ngày đêm

Ở các bể lắng cát ngang làm việc tốt thì cặn lắng xuống có độ tro tới 85% trong đó cát chiếm 60% Độ ẩm của cặn 60% và trọng lượng thể tích 1,5 T/m3

Chiều sâu lớp cặn h2 là:

Khoảng biến thiên Giá trị thông dụng

Thời gian lưu tồn nước ở lưu lượng cưc đại (phút) 2 ÷ 5 3

ft3/min.ft chiều dài × 0,0929 = m3/min.m

qmax: lưu lượng tối đa của nước thải (m3/sec)

Vt: tốc độ thẳng của dòng chảy (m/sec)

n: số ngăn bể

W: tiết diện ngang của bể

Từ đó xác định được kích thước của tiết diện Nên chọn tỉ lệ giữa chiều rộng : chiều sâu tổng cộng là1 :1,5, dài : rộng = 4 :1

Kích thước sân phơi cát được xác định với điều kiện tổng chiều cao lớp cát h chọn bằng 3

÷ 5 m/năm Cát khô thường xuyên được chuyển đi nơi khác

Diện tích hữu ích của sân phơi cát xác định theo công thức sau:

trong đó

p: lượng cặn lắng tính theo đầu người Chọn p = 0,02 L/ng.ng.đ

Ntt: dân số tính toán theo chất lơ lửng

Số ô của sân phơi cát phải chọn không quá 2

Sân phơi cát có thể xây dựng trên nền đất tự nhiên hoặc nhân tạo

Khi đất thấm tốt (cát, á cát) thì xây dựng sân phơi cát với nền tự nhiên Nếu là đất thấm nước kém hoặc không thấm nước (á sét, sét) thì phải xây dựng nền nhân tạo Khi đó phải đặt hệ thống ống ngầm có lỗ để thu nước thấm xuống Nước này có thể dẫn về trước bể lắng cát

III BỂ ĐIỀU LƯU

1 Nước thải sinh hoạt và sự biến động về lưu lượng của nó theo thời gian và không gian

Theo định nghĩa của một số nước, nước thải sinh hoạt (domestic wastewater) là nước thải của các hộ dân cư, khu vực thương mại, các cơ quan và các khu vui chơi, giải trí Đối với những khu dân cư đã phát triển ổn định, việc xác định lưu lượng nên tiến hành bằng cách đo trực tiếp Đối những khu còn đang xây dựng và qui hoạch phát triển, lưu lượng nước thải được ước tính theo các biện pháp được trình bày sau đây (lưu ý rằng lưu lượng nước thải cho một khu dân cư có từ 1.000 người trở xuống hòan toàn khác hẳn với các khu dân cư lớn hơn)

Khu dân cư: đối với khu vực dân cư, lượng nước thải chủ yếu được xác định dựa trên dân số

và lượng nước thải bình quân trên đầu người Các số liệu về lượng nước thải trên đầu người ở các khu vực dân cư ở Mỹ được trình bày trong bảng 2.1 Đối với các khu còn trong tình trạng phát triển và khu dân cư lớn nên dựa trên dân số và qui hoạch sử dụng đất để dự báo lưu lượng nước thải Nếu có thể nên so sánh với số liệu của một khu dân cư có qui mô và qui hoạch tương tự (nên chọn các khu trong cùng khu vực) Trước đây việc dự báo dân số của khu vực là trách nhiệm của các kỹ sư, nhưng ngày nay các số liệu này có thể tìm thấy dễ dàng ở các cơ quan quy hoạch cấp địa phương, khu vực hay quốc gia Lượng nước tiêu thụ trên đầu người cũng rất biến động theo điều kiện cấp nước

Lưu lượng nước thải tiêu biểu ở các khu dân cư Mỹ