BG HỌC PHẦN CƠ SỞ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA

BG HỌC PHẦN CƠ SỞ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA BG HỌC PHẦN CƠ SỞ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA BG HỌC PHẦN CƠ SỞ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA BG HỌC PHẦN CƠ SỞ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA BG HỌC PHẦN CƠ SỞ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA BG HỌC PHẦN CƠ SỞ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA BG HỌC PHẦN CƠ SỞ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HÒA

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA

  

\

BÀI GIẢNG

HỌC PHẦN: CƠ SỞ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

DÀNH CHO SINH VIÊN BẬC CAO ĐẲNG NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

TUY HÒA – 2010

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NƯỚC THẢI

1.1 Nước thải và phân loại nước thải

1.1.1 Nước thải và ảnh hưởng của nước thải đến nguồn tiếp nhận

Tất cả các hoạt động sinh hoạt và sản xuất trong mỗi cộng đồng đều tạo ra các chất thải, ở các thể khí, lỏng và rắn Thành phần chất thải lỏng, hay nước thải (wastewater) được định nghĩa như một dạng hòa tan hay trộn lẫn giữa nước (nước dùng, nước mưa, nước mặt, nước ngầm, ) và chất thải từ sinh hoạt trong cộng đồng cư dân, các khu vực sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, thương mại, giao thông vận tải, nông nghiệp, Ở đây cần hiểu là sự ô nhiễm nước (water pollution) xảy ra khi các chất nguy hại xâm nhập vào nước lớn hơn khả năng tự làm sạch của chính bản thân nguồn nước

Sự nhiễm bẩn nguồn nước có thể xảy ra theo hai cách: Nhiễm bẩn tự nhiên

và nhiễm bẩn nhân tạo

- Nhiễm bẩn tự nhiên do nước mưa chảy tràn trên bề mặt đất mang theo chất bẩn và vi khuẩn gây bệnh vào nguồn nước tiếp nhận

- Nhiễm bẩn nhân tạo chủ yếu đo xả nước thải (sinh hoạt, bệnh viện, công nghiệp và nông nghiệp) vào nguồn nước tiếp nhận

Sau đây là một số ảnh hưởng chính do nước thải gây ra đối với nguồn nước tiếp nhận:

+ Xuất hiện các chất nổi trên mặt nước hoặc có cặn lắng: Các hiện tượng nhiễm bẩn này thường do nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm hoặc nước thải sản xuất của các xí nghiệp có chứa dầu mỡ và các sản phẩm

mỡ Chúng tạo nên lớp màng dầu, mỡ nổi trên mặt nước và nếu cặn nặng thì lắng xuống đáy Chúng làm cho nước có mùi vị đặc trưng và làm giảm lượng oxy trong nước nguồn Với hàm lượng dầu 0,2 - 0,4 mg/l sẽ làm cho nước có mùi dầu Khử mùi dầu là một việc làm khó khăn Tôm cá sống trong nước bị nhiễm bẩn do các sản phẩm dầu mỡ có tốc độ sinh trưởng rất kém, thậm chí không sinh trưởng được và thịt của chúng có mùi dầu

+ Thay đổi tính chất lý học: Nguồn nước tiếp nhận nước thải sẽ bị đục,

có màu, có mùi do các chất thải đưa vào hoặc do sự phát triển của rong, rêu, tảo, sinh vật phù du tạo nên

+ Thay đổi thành phần hoá học: Tính chất hoá học của nguồn nước tiếp nhận sẽ bị thay đổi phụ thuộc vào loại nước thải đổ ra Hiện tượng này tạo

ra là do nước thải mang tính axit hoặc kiềm hoặc chứa loại hoá chất làm thay đổi thành phần và hàm lượng các chất có sẵn trong thủy vực

+ Lượng oxy hòa tan trong nước bị giảm: Hàm lượng oxy hoà tan trong nguồn nước tiếp nhận bị giảm là do tiêu hao oxy để oxy hoá các chất hữu

cơ do nước thải đổ vào Hiện tượng giảm hàm lượng oxy hoà tan (<4mg/l) trong nước gây ảnh hưởng xấu cho các loài thủy sinh vật

+ Xuất hiện hoặc làm tăng các loại vi khuẩn gây bệnh: Nước thải kéo theo các

1.1.2 Phân loại

1.1.2.1 Nước thải sinh hoạt và đô thị

Nước thải sinh họat là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rữa, vệ sinh cá nhân,…chúng thường được thải

ra từ các các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, và các công trình công cộng khác Lượng nước thải sinh họat của khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thóat nước

Thành phần của nước thải sinh họat gồm 2 lọai:

− Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh;

− Nước thải nhiễm bẫn do các chất thải sinh họat : cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà

Nước thải sinh họat chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngòai ra còn

có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh họat bao gồm các hợp chất như protein (40 – 50%); hydrat cacbon (40 - 50%) gồm tinh bột, đường và xenlulo; và các chất béo (5 -10%) Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh họat dao động trong khoảng 150 – 450mg/l Có khoảng 20 – 40% chất hữu cơ khó phân hủy sinh học Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh họaat không được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức sống và các thói quen của người dân, có thể ước tính bằng 80% lượng nước được cấp Nước thải sinh hoạt có thành phần với các giá trị điển hình như sau:

Bảng 1.1: Khối lượng chất ô nhiễm do mỗi người hàng ngày đưa vào môi trường

Nguồn: T ổ chức y tế thế giới, WHO

Như vậy, nước thải sinh hoạt có hàm lượng các chất dinh dưỡng khá cao, đôi khi vượt cả yêu cầu cho quá trình xử lý sinh học Thông thường các quá trình xử lý sinh học cần các chất dinh dưỡng theo tỷ lệ sau: BOD5:N:P = 100:5:1 và COD/BOD5 <2

Nước thải sinh hoạt thường trộn chung với nước thải sản xuất và gọi chung là nước thải đô thị

Nếu tính gần đúng, nước thải đô thị gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt, 14%

là các loại nước thấm, 36% là nước thải sản xuất

Lưu lượng nước thải đô thị phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu và các tính chất đặc trưng của thành phố Khoảng 65-85% lượng nước cấp cho 1 nguồn trở thành nước thải Lưu lượng và hàm lượng các chất thải của nước thải đô thị thường dao động trong phạm vi rất lớn

 Lưu lượng nước thải của các thành phố nhỏ biến động từ 20% QTB - 250%QTB

 Lưu lượng nước thải của các thành phố lớn biến động từ 50% QTB - 200%QTB

 Lưu lượng nước thải lớn nhất trong ngày vào lúc 10-12h trưa và thấp nhất vào lúc khoảng 5h sáng

Lưu lượng và tính chất nước thải đô thị còn thay đổi theo mùa, giữa ngày làm việc và ngày nghỉ trong tuần cũng cần được tính đến khi đánh giá sự biến động lưu lượng và nồng độ chất gây ô nhiễm

1.1.2.2 Nước thải công nghiệp

Là loại nước thải sau quá trình sản xuất, phục thuộc loại hình công nghiệp Đặc tính ô nhiễm và nồng độ của nước thải công nghiệp rất khác nhau phụ thuộc vào lọai hình công nghiệp và chế độ công nghệ lựa chọn

Trong công nghiệp, nước được sử dụng như là 1 loại nguyên liệu thô hay phương tiện sản xuất (nước cho các quá trình) và phục vụ cho các mục đích truyền nhiệt Nước cấp cho sản xuất có thể lấy mạng cấp nước sinh hoạt chung hoặc lấy trực tiếp từ nguồn nước ngầm hay nước mặt nếu xí nghiệp có hệ thống xử lý riêng Nhu cầu về cấp nước

và lưu lượng nước thải trong sản xuất phụ thuộc vào nhiều yếu tố Lưu lượng nước thải của các xí nghiệp công nghiệp được xác định chủ yếu bởi đặc tính sản phẩm được sản xuất

Bảng 1.2: Lưu lượng nước trung bình của một số ngành công nghiệp

STT Ngành công nghiệp Đơn vị sản phẩm Lưu lượng nước thải

2 Tinh chế đường 1 tấn củ cải đường 10 – 20m3

4 Nhà máy đồ hộp rau quả 1 tấn sản phẩm 1,5 – 4,5m3

5 Giết mổ gia súc 1 tấn sản phẩm 3 – 10m3

6 Dệt sợi nhân tạo 1 tấn sản phẩm 100m3

7 Xí nghiệp tẩy trắng 1 tấn sợi 1000 – 4000m3

Ngoài ra, trình độ công nghệ sản xuất và năng suất của xí nghiệp cũng có ý nghĩa quan trọng Lưu lượng tính cho 1 đơn vị sản phẩm có thể rất khác nhau Lưu lượng nước thải sản xuất lại dao động rất lớn Bởi vậy số liệu trên thường không ổn định và ở nhiều xí nghiệp lại có khả năng tiết kiệm lượng nước cấp do sử dụng hệ thống tuần hoàn trong sản xuất Thành phần nước thải sản xuất rất đa dạng, thậm chí ngay trong 1

ngành công nghiệp, số liệu cũng có thể thay đổi đáng kể do mức độ hoàn thiện của công nghệ sản xuất hoặc điều kiện môi trường

Có hai loại nước thải công nghiệp:

 Nước thải công nghiệp qui ước sạch : là lọai nước thải sau khi sử dụng để làm nguội sản phẩm, làm mát thiết bị, làm vệ sinh sàn nhà

 Lọai nước thải công nghiệp nhiễm bẫn đặc trưng của công nghiệp đó và cần xử

lý cục bộ trước khi xả vào mạng lưới thoátt nước chung hoặc vào nguồn nước tùytheo mức độ xử lý

1.1.2.3 Nước thải bệnh viện

Đây là nguồn nước thải được thải ra từ các hoạt động khám và chữa bệnh Đây là nguồn nước thải khó kiểm soát nhất về tính độc hại trong nguồn thãi chứa nhau chất độc từ các loại thuốc kháng sinh, các loại vi trùng, vi rút từ người bệnh có thể theo nguồn nước lây lan ra môi trường Nước thải bệnh viện có lưu lượng nhỏ nhưng xử lý phức tạp, do có chứa nhiều chất gây ức chế hoạt động sống của vi sinh vật Ngoài ra trong dòng thải còn chứa các chất phóng xạ

1.2 Thành phần nước thải

Có rất nhiều chất gây ô nhiễm trong nước, có thể phân chúng thành 9 loại sau:

− Các chất hữu cơ bền vững khó phân hủy

− Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy

Các chất hữu cơ khó bị phân hủy: các chất này thuộc các chất hữu cơ có vòng thơm, các chất đa vòng ngưng tụ, các hợp chất Clo hữu cơ,…Hầu hết chúng đều có độc tính với con người và môi trường Chúng tồn lưu lâu dài trong môi trường và cơ thể con người, sinh vật gây độc tích lũy

Các chất hữu cơ có độc tính cao trong môi trường nước thải thường gặp: Các chất hữu cơ có tính độc cao thường khó bị phân hủy bởi sinh vật Các chất hữu cơ gây độc thường là: polycloroPhenol (PCP), polyclorobiphenyl (PCB),

các hidro cacbua đa vòng ngưng tụ, các chất bảo vệ thực vật, xà phòng và các chất tẩy rửa, hợp chất dị vòng N và O, dioxin,…

Các hóa chất bảo vệ thực vật

Các hóa chất bảo vệ thực vật bao gồm: thuốc trừ sâu (insecticides), thuốc trừ nấm (fungicides), thuốc diệt cỏ (herbicides) và thuốc diệt tảo (algicides) Thuốc bảo vệ thực vật gồm có các hydrocacbon clo hóa cao như eldrin, clodan, hợp chất DDT, dieldrin, heptaclo, metoxyclo, toxaphen, hexaClorobenzen Các photphat hữu cơ như diazinon, malathion, parathion Thuốc diệt cỏ gồm cacbamat (cacbyl); các hydrcacbon Clo hóa như 2,4 – D, 1,3,5 – T thuốc diệt nấm gồm đồng sunfat, ferbam, ziram Rất nhiều loại thuốc trừ sâu trước đây như DDT, toxaphen và dieldrin rất bền trong môi trường tự nhiên Tương tự như kim loại nặng, chúng tích tụ trong chuỗi thức ăn của hệ sinh thái Các nhuyễn thể ăn bằng cách lọc chứa hàm lượng DDT cao hơn so với môi trường nước xung quanh hàng triệu lần

Có thể chia thuốc bảo vệ thực vật thành ba nhóm cơ bản:

+ Nhóm Clo hữu cơ, gồm các hợp chất hóa học chứa gốc Cl rất bền vững trong môi trường tự nhiên, với thời gian phân hủy dài Thuộc về nhóm này có Aldrin, Diedrin, DDT, Heptachlor, Lindane, Endrin, v.v

+ Nhóm lân hữu cơ: bao gồm hai hợp chất là Parathion và Malathion Nhóm này có thời gian phân hủy ngắn so với nhóm Clo hữu cơ, nhưng thường có độ độc cao đối với người và động vật

+ Nhóm cacbamat: gồm các hóa chất ít bền vững trong môi trường, nhưng cũng rất độc đối với người và động vật Đại diện cho nhóm này là các hợp chất gốc cacbamat như Sevi, Puradan, Basa, Mipcin Chúng có tác động trực tiếp vào men cholinesteraza của hệ thần kinh côn trùng

Dầu mỡ

Dầu mỡ là các hợp chất khó tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ Dầu

mỡ có thành phần hóa học rất phức tạp Độc tính và tác động sinh thái của dầu mỡ phụ thuộc vào từng loại dầu Dầu thô có chứa hàng ngàn phân tử khác nhau, nhưng phần lớn là các hydrocacbon có số cacbon từ 4 đến 26 Trong dầu thô còn có các hợp chất lưu huỳnh, nitơ, kim loại nặng (vanadi) Các loại dầu nhiên liệu sau khi tinh chế (dầu

DO, FO) và một số sản phẩm dầu mỡ còn chứa các chất độc như hydrocacbon đa vòng (PHA), polyClobiphenyl (PCB), kim loại (chì) Do đó dầu mỡ có tính độc cao và tương đối bền vững trong môi trường nước

Nếu trong nước chứa hợp chất Nito ở dạng Nitrit (NO2-) thì nước đã bị ô nhiễm một thời gian dài hơn

Nếu trong nước chứa hợp chất nitơ ở dạng nitrat (NO3-) thì nước đã bị ô nhiễm một thời gian khá dài và quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ đã kết thúc Các dạnh tồn tại của nito trong nước đều có tính độc và gây hại cho sinh vật và con người Khi nồng độ của hợp chất nito ở dạng nitrat quá cao (>15mg/l) sẽ dẫn đến hiện tượng phú dưỡng Khi nitrat trong nước uống nồng

độ >10mg/l có khả năng gây ra ung thư, ngoài ra nó còn gây ra bệnh thiếu máu, làm trẻ xanh xao do chức năng của Heamoglobin bị giảm

Các kim loại nặng

Hầu hết các kim loại nặng tồn tại trong nước dạng ion, chúng có nguồn gốc phát sinh do hoạt động của con người và có tính độc đối với con người và sinh vật Các chất này gồm As, Ba, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, Ni, Ag, Zn Chúng phát sinh từ các nguồn gốc khác nhau chủ yếu là do hoạt động công nghiệp Ví dụ, kẽm là do các nhà máy sơn, mực in; Hg và kẽm do thuốc trừ sâu Do tính bền không phân rã nên các kim loại nặng tích tụ trong chuỗi thức ăn của hệ sinh thái Quá trình này bắt đầu với nồng độ thấp của các kim loại nặng tồn tại trong nước hoặc cặn lắng, rồi sau đó tích tụ nhanh trong các thực vật và động vật sống dưới nước Tiếp đến các sinh vật khác sử dụng thực vật, động vật này làm thức ăn dẫn đến nồng độ được tích tụ trong cơ thể sinh vật trở nên cao hơn Cuối cùng sinh vật ở bật cao nhất trong chuỗi thức ăn, nồng độ kim loại nặng

+ Sự ô nhiễm sinh học thể hiện bằng sự nhiễm bẩn do vi khuẩn rất nặng Các bệnh cầu trùng, viêm gan do siêu vi khuẩn tăng lên liên tục ở nhiều quốc gia chưa kể đến các trận dịch tả Các nước thải từ lò sát sinh chứa một lượng lớn mầm bệnh

+ Các nhà máy giấy thải ra nước có chứa nhiều glucid dễ lên men

+ Các nhà máy chế biến thực phẩm, sản xuất đồ hộp, thuộc da, lò mổ, đều có nước thải chứa protein Khi được thải ra dòng chảy, protein nhanh chóng bị phân hủy cho ra acid amin, acid béo, acid thơm, H2S, nhiều chất chứa S và P., có tính độc và mùi khó chịu Mùi hôi của phân và nước cống chủ yếu là do indol và dẫn xuất chứa methyl của

nó là skatol

1.3 Các thông số đánh giá ô nhiễm nước

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 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 của con người 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

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)

Màu

Các nước thải từ nhà máy dệt, giấy, thuộc da, lò mổ có độ màu rất cao Nó có thể làm cản trở khả năng khuếch tán của ánh sáng vào nguồn nước gây ảnh hưởng đến khả năng quang hợp của hệ thủy sinh thực vật Nó còn làm mất vẽ mỹ quan của nguồn nước

DO (Dissolved oxigen)

Oxi hoàn tan trong nước rất cần cho sinh vật hiếu khí Bình thường oxi hòa tan trong nước khoảng 7 – 8mg/l, chiếm 70 – 85% khi oxi bão hòa Mức oxi hòa tan tron nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, vào hoạt động của thế giới thủy sinh, các hoạt động hóa sinh, hóa học và vật lý của nước Trong môi trường nước bị ô nhiễm nhaặng, oxi được dùng nhiều cho các quá trình hóa sinh và xuất hiện hiện tượng thiếu oxi trầm trọng

Phân tích chỉ số oxi hòa tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá

sự ô nhiễm của nước và giúp ta đề ra các biện pháp xử lý thích hợp

BOD (Biochemical Oxygen Demand)

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

COD (Chemical oxigen Demand)

Chỉ số này được dùng rộng rãi, đặc trưng cho hàm lượng chất hữu cơ của nước thải và ô nhiễm của nước tự nhiên

COD là lượng oxi cần thiết cho quá trình oxi hoá toàn bộ các chất hữu cơ có trong mẫu nước thành CO2 và nước

TS,TSS,TDS

Các chất rắn có trong nước là:

- Các chất vô cơ là dạng các muối hòa tan hoặc không tan như đất đá ở dạng huyền phù lơ lửng

- Các chất hữu cơ như xác các vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, động thực vật phù du, các chất hữu cơ tổng hợp như phân bón, các chất thải công nghiệp

- Chất rắn ở trong nước làm trở ngại cho việc sử dụng và lưu chuyển nước, làm giảm chất lượng nước sinh hoạt và sản xuất, gây trở ngại cho việc nuôi trồng thủy sản

- Chất rắn trong nước phân thành 2 loại (theo kích thước hạt):

Chất rắn qua lọc có đường kính hạt nhỏ hơn 1µm, trong đó có chất rắn dạng keo có kích thước từ 10-6 – 10-9m và chất rắn hòa tan (các ion và phân tử hòa tan)

Chất rắn không qua lọc có đường kính trên 10-6m (1µm): Các hạt là xác rong tảo,

vi sinh vật có kích thước 10-5 - 10-6m ở dạng lơ lửng; cát sạn, cát nhỏ có kích thước trên 10-5m có thể lắng cặn

Tổng chất rắn (TS) được xác định bằng trọng lượng khô phần còn lại sau khi cho bay hơi 11 mẫu nước trên bếp cách thủy rồi sấy khô ở 1030C cho đến khi trọng lượng không thay đổi Đơn vị tính bằng mg ( hoặc g/l)

Chất rắn ở dạng huyền phù (TSS) hàm lượng trong các chất huyền phù (TSS) là trọng lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc rợi thủy, khi lọc 11 mẫu nước qua phễu lọc Gooch sấy khô ở 103 -1050C tới khi trọng lượng không thay đổi đơn vị tính

Vi khuẩn đường ruột gồm 3 nhóm:

- Nhóm Coliform đặc trưng là Escherichia coli (E.coli)

- Nhóm Streptococcus đặc trưng là Streptococcus faecalis

- Nhóm Clostridium đặc trưng là Clostridium perfringens

Hàm lượng các kim loại và kim loại nặng: Asen, cadimi, chì, niken, crom, sắt, kẽm, mangan, thuỷ ngân, thiếc, thường phân tích bằng phương phấp phổ hấp thụ nguyên tử

Ngoài ra còn các chỉ tiêu sau:

+ Hàm lượng dầu mỡ khoáng, dầu động thực vật

+ Photpho tổng số, photpho hữu cơ

+ Tổng nitơ, amoniac theo nitơ

+ Hàm lượng florua, Clorua, sunfua

+ Hàm lượng Phenol, Xianua

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CƠ SỞ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2.2 Xử lý bùn cặn

Để thiết kế các thiết bị xử lý và thải bùn, những điều cần biết là: Nguồn gốc bùn (loại bùn) và bùn sinh ra từ quá trình nào? Các thông số đặc trưng của bùn: nồng độ x, khối lượng riêng p, trở lực riêng khi lọc r, nhiệt trị Q, thành phần hoá học (C, N, P, K, kim loại ) vi sinh vật gây bệnh

Lượng bùn: đây là thông số cần thiết để thiết kế các thiết bị xử lý và thải bùn Lượng chất rắn ở đầu vào nhà máy xử lý nước hàng ngày thay đổi trong giới hạn rộng

Để đảm bảo khả năng xử lý nước của nhà máy cần xem xét các yếu tố dưới đây:

Như vậy sau quá trình xử lý và làm sạch nước thải, nước đã qua xử lý được quay trở lại môi trường để sử dụng lại còn bùn tạo thành sẽ được thải đi Thông thường ta

có: (V bùn / V nước thải) x 100% < 1%

Tuy nhiên, việc xử lý và thải bùn rất khó do lượng bùn lớn, thành phần khác nhau,

độ ẩm cao và bùn rất khó lọc Các nghiên cứu cho thấy giá thành xử lý và thải bùn chiếm khoảng 25 - 50% tổng giá thành quản lý chất thải

2.3 Các điều kiện lựa chọn giải pháp công nghệ xử lý

Tùy theo điều kiện tài chính, 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, TSS, VSS, Total coliform, hàm lượng các hóa chất khác nếu có (theo đặc trưng của từng loại hình sản xuất)

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

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 )

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

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 TN&MT Trên nguyên tắc, các Sở TN&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

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

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)

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

Nhân sự

Nhân sự để vận hành và bảo trì hệ thống sau này kể cả những kỹ thuật viên Các nhân sự này phải được tập huấn về cơ chế xử lý, các sự cố có thể xảy ra, cách khắc phục

Các hệ thống xử lý phải tương ứng với trình độ kỹ thuật của địa phương, có thể tận dụng nguồn nhân lực địa phương (giảm chi phí đầu tư, cũng như dễ dàng tìm nhân sự vận hành các thiết bị)

Tính mềm dẻo

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

CHƯƠNG 3

XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC

3.1 Song chắn rác

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

Hình 2.1: Song chắn rác và bố trí song chắn rác

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 0,1m3/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 1T/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 θ = 20o

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 thì có thể không đặt song chắn rác ở trạm xử lý nữa

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

Tính toán thiết kế song chắn rác:

 Số lượng khe hở của song chắn:

Trong đó:

Qmax : lưu lượng tối đa của nước thải, m3/s;

v : tốc độ nước chảy qua song chắn, m/s;

hmax : chiều cao của nước qua song chắn, m;

l : khoảng cách giữa các khe, m

K = 1,05: hệ số tính đến hiện tượng thu hẹp dòng chảy

 Chiều rộng song chắn:

Bs = s.(n + 1) + l.n

Trong đó:

s: chiều dày của các thanh, mm (Chọn s = 8 ÷ 15 mm);

n + 1: số lượng thanh đan song chắn

 Chiều dài đoạn kênh mở rộng:

Trong đó:

 Bs: chiều rộng của song chắn,

 Bk: chiều rộng mương dẫn nước tới và ra khỏi song chắn

 α: góc nghiêng song chắn so với mặt phẳng ngang,

 β : phụ thuộc vào tiết diện ngang và hình dáng thanh

 Chiều cao xây dựng:

hxd = hmax + 0,5

Hình 2.2: Giá trị β ứng với các kiểu tiết diện song chắn khác nhau

3.2 Lưới lọc

Sử dụng loại bỏ cặn bẩn và vật thô có kích thước nhỏ hoặc thu hồi các sản phẩm

có giá trị Thường áp dụng cho các trạm xử lý nước thải công nghiệp: (dệt, giấy, da)

Có 2 loại:

- Lưới có kích thước lỗ từ 0,5 – 1mm

- Tang trống quay với vận tốc 0,1 – 0,5m/s

- Cơ chế: Nước thải được lọc qua trống bằng hai cách: Qua bề mặt trong hay qua bề mặt ngoài tùy thuộc vào sự bố trí đường dẫn nước thải vào

Hình 2.3: Cấu tạo lưới lọc dạng tang trống quay

1 Cửa dẫn nước thải vào

2 Cửa dẫn nước thải ra

3 Cửa tháo vật rắn

4 Cửa tháo cạn

5 Thùng quay với lưới lọc

6 Vòi phun nước rửa

7 Máng thu gom nước rửa

- Tổn thất áp lực qua lưới chắn:

+ Dựa vào catalog của nhà sản xuất

+ Tính theo công thức thực nghiệm:

 C: hệ số thải (giá trị C điển hình cho lưới lọc sạch bằng 0,60);

 Q: lưu lượng nước thải đi qua lưới lọc, m3/s;

 A: diện tích ngập chìm hữu ích của lưới lọc, m2;

 g: gia tốc trọng trường, g = 9,8m/s2;

 hp: tổn thất áp suất, m

Các hệ số C, A có thể tra bảng catalog của nhà cung cấp và được xác định bằng thực nghiệm và phụ thuộc vào các thông số thiết kế như kích thước gờ, đường kính lỗ lưới, kết cấu, phần trăm diện tích bề mặt lưới làm việc hữu ích

- Diện tích hữu ích của lưới lọc được tính theo công thức:

max

c

Q F u

=Trong đó:

 Fc: tổng diện tích hữu ích;

 Qmax: lưu lượng lớn nhất của nước thải;

 u: vận tốc của chất lỏng chảy qua khe lưới thường ≥ 0,7m/s

3.3 Bể lắng cát

3.3.1 Chức năng

Bể lắng cát nhằm loại bỏ cát, sỏi, đá dăm, các loại xỉ khỏi nước thải Trong nước thải, bản thân cát không độc hại nhưng sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của các công trình và thiết bị trong hệ thống như ma sát làm mòn các thiết bị cơ khí, lắng cặn trong các kênh hoặc ống dẫn, làm giảm thể tích hữu dụng của các bể xử lý và tăng tần

số làm sạch các bể này Vì vậy trong các trạm xử lý nhất thiết phải có bể lắng cát

3.3.2 Cấu tạo và phân loại

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 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

Khi lượng nước thải lớn hơn 100m3/ngày thì việc xây dựng bể lắng cát là cần thiết Dòng chảy trong các bể nên khống chế ở vào khoảng Vmax ≈ 0,3m/s nhằm đảm bảo các hạt cát có thể lắng chìm xuống đáy, đồng thời cũng không nên để nước chảy với vận tốc nhỏ hơn 0,15m/s làm các liên kết hữu cơ trong nước thải lắng đọng

Thời gian nước lưu lại trong bể lắng từ 30 - 60 giây Các bể lắng cát có hố thu cát

ở đầu bể, cát được thu hồi bằng biện pháp thủ công khi lượng cát Wcát (0,5m3/ngày đêm, trên lượng này có thể dùng cơ giới như bơm phun tia, gàu xúc, bơm ruột xoắn kiểu Archimède,

Bề mặt pha phân tán dọng lại gọi là bề mặt lắng F:

F = BxL (m2) Khoảng thời gian mà dòng hỗn hợp đi hết chiều dài phòng lắng gọi là thời gian lưu:

Khoảng thời gian mà các hạt rơi hết độ cao của phòng lắng gọi là thời gian lắng:

Muốn thiết bị lắng thực hiện tốt quá trình phân riêng pha phân tán thì điều kiện cần thiết là t1 ≥ t2, do đó:

Hình 2.4: Mô tả nguyên lý quá trình lắng

Bể lắng cát gồm những loại sau:

 Bể lắng cát ngang: Có dòng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều dài của

bể Bể có tiết diện hình chữ nhật, thường có hố thu đặt ở đầu bể

 Bể lắng cát đứng: Dòng nước chảy từ dưới lên trên theo thân bể Nước được dẫn theo ống tiếp tuyến với phần dưới hình trụ vào bể Chế độ dòng chảy khá phức tạp, nước vừa chuyển động vòng, vừa xoắn theo trục, vừa tịnh tiến đi lên, trong khi đó các hạt cát dồn về trung tâm và rơi xuống đáy

 Bể lắng cát tiếp tuyến: là loại bể có thiết diện hình tròn, nước thải được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể và được thu và máng tập trung rồi dẫn ra ngoài

 Bể lắng cát làm thoáng: Để tránh lượng chất hữu cơ lẫn trong cát và tăng hiệu quả xử lý, người ta lắp vào bể lắng cát thông thường một dàn thiết bị phun khí Dàn này được đặt sát thành bên trong bể tạo thành một dòng xoắn ốc quét đáy bể với một vận tốc đủ để tránh hiện tượng lắng các chất hữu cơ, chỉ có cát và các phân tử nặng có thể lắng

Hình 2.5: Cấu tạo bề lắng cát ngang

Hình 2.6: Bể lắng cát có sục khí và lắng đứng 3.4 Bể tách dầu mỡ

Nước thải của một số xí nghiệp ăn uống, chế biến bơ sữa, các lò mổ, xí nghiệp ép dầu thường có lẫn dầu mỡ Các chất này thường nhẹ hơn nước và nổi lên trên mặt nước Nước thải sau xử lí không có lẫn dầu mỡ mới được phép cho chảy vào các thủy vực Hơn nữa, nước thải có lẫn dầu mỡ khi vào xử lí sinh học sẽ làm bít các lỗ hổng ở vật liệu lọc, ở phin lọc sinh học và còn làm hỏng cấu trúc bùn hoạt tính trong aerotank

Ngoài cách làm các gạt đơn giản bằng các tấm sợi quét trên mặt nước, người ta chế tạo ra các thiết bị tách dầu, mỡ đặt trước dây chuyền công nghệ xử lí nước thải

Hình 2.7: Cấu tạo bể tách dầu mỡ

1 Cửa dẫn nước ra; 2 Ống gom dầu, mỡ; 3 Vách ngăn; 4 Tấm chất dẻo

5 Lớp dầu; 6 Ống dẫn nước thải vào; 7 Bộ phận lắng làm từ các tấm gợn

8 Bùn cặn

3.5 Lọc cơ học

3.5.1 Nguyên lý của quá trình lọc

Lọc là quá trình phân tách hệ dị thể chứa pha rắn bằng cách cho chất lỏng chảy qua vách xốp để giữ pha rắn lại Quá trình này có ứng dụng rộng rãi trong đời sống, trong sản xuất và trong nghiên cứu Đối với huyền phù có nồng độ đủ lớn, quá trình lọc tạo ra lớp bã trên bề mặt vách Nó có thể cho sản phẩm (bã) có độ khô lớn hơn nhiều so với lắng, lại có thể đạt độ tinh lớn hơn nhờ quá trình rửa bã rất dễ dàng Đối với các huyền phù có nồng độ rất thấp, như nước ngầm mới khai thác, các dịch (như bia, rượu vang…) chứa các hạt rất nhỏ, lọc qua các lớp vách xốp dày, sẽ được nước lọc với độ trong rất cao Quá trình lọc này có đặc điểm là không tạo ra lớp bã riêng mà các hạt rắn bị giữ lại trong lòng lớp xốp, gọi là lọc không tạo bã hay lọc lớp sâu Trong chương này chủ yếu đề cập cơ sở của quá trình lọc tạo bã

Để thực hiện quá trình cần tạo ra động lực để khắc phục trở lực của bã và vách lọc đối với dòng chảy Chênh lệch áp suất được tạo ra là do chính trọng lượng cột huyền phù Để tạo ra áp suất lớn hơn bơm ly tâm rất hay được dùng Nó còn thích hợp với sự tăng dần trở lực do lớp bã dâng thêm trong quá trình lọc Hút chân không ở phía sau của vách lọc được dùng trong nhiều quá trình lọc, nhất là lọc liên tục Nó không những

có thể tạo ra động lực ổn định mà còn ít gây biến dạng khối bã, rất có lợi đối với nhiều huyền phù khó lọc Động lực có thể được tạo ra nhờ lực ly tâm, thường rất lớn làm quá trình lọc có những đặc điểm sẽ được xét ở phần máy ly tâm

Có thể đo năng suất của một thiết bị lọc qua lượng huyền phù được lọc GH hoặc lượng bã được tạo thành Gb trong một đơn vị thời gian (kg/s) nhưng phổ biến hay đo bằng thể tích nước lọc trong một đơn vị thời gian V (m3/s) Còn đại lượng

.

V U

Fτ = đặc trưng cho cường độ lọc trung bình của máy lọc Trong quá trình lọc liên tục U cũng

chính là tốc độ lọc mà độ lớn phụ thuộc vào chênh lệch áp suất, tính chất và chiều dày của bã, của vách lọc, độ nhớt của nước lọc Trong quá trình lọc gián đoạn, U còn phụ thuộc thời gian của giai đoạn lọc, và hơn nữa thời gian thực hiện các giai đoạn khác (rửa, sấy bã, tháo, lắp thiết bị, xả bã, rửa máy) của chu trình

Tính chất của bã lọc là nhân tố quan trọng hàng đầu ảnh hưởng lên năng suất lọc

và việc chọn thiết bị Trở lực của bã phụ thuộc vào nhiều nhân tố thuộc cấu trúc lớp

bã như kích thưứoc hạt rắn, dạng hạt, độ xốp, dĩ nhiên cả chiều dày lớp Dưới tác dụng của áp suất (lọc) lớp bã có thể biến dạng, làm thay đổi trở lực, bã được gọi là chịu nén Khi trở lực lớp bã không phụ thuộc vào thay đổi áp suất, được gọi là không chịu nén Các vật liệu tinh thể, các lớp hạt rắn vô cơ mà kích thước không nhỏ quá thuộc loại thứ hai

Quá trình lọc hoàn chỉnh gồm có hai pha: lọc và làm sạch (rửa lọc) Các hiện tượng xảy ra trong pha lọc hầu như giống nhau cho tất cả các loại thiết bị lọc, pha rửa lọc xảy ra rất khác nhau tùy thuộc vào hoạt động của thiết bị lọc là dạng lọc bán liên tục hoặc lọc liên tục Đối với lọc bán liên tục, pha lọc và pha rửa lọc xảy ra nối tiếp nhau Trái lại, đối với lọc liên tục, hai pha này xảy ra thời

Lọc bán liên tục (Semicontinuous Filtration Operations): Trong pha lọc, quá trình tách các hạt được tách khỏi nước/nước thải được thực hiện bằng cách cho nước/nước thải đi qua lớp vật liệu lọc trong điều kiện có hoặc không có bổ sung hóa chất Trong lớp vật liệu lọc, quá trình khử các hạt lơ lửng xảy ra bằng một quá trình phức tạp bao gồm một hoặc nhiều cơ chế như lọc qua khe, va chạm, lắng, tạo bông và hấp thu

Pha lọc kết thúc khi nồng độ chất lơ lửng trong nước sau lọc bắt đầu tăng vượt quá giới hạn cho phép hoặc vượt quá giới hạn cho phép của tổn thất áp suất qua lớp vật liệu lọc Một cách lý tưởng, hai hiện tượng này phải xảy ra đồng thời Khi một trong hai hiện tượng này xảy ra, pha lọc kết thúc và phải tiến hành rửa lọc để tách các cặn lơ lửng tích lũy trong lớp vật liệu lọc Thông thường, quá trình rửa lọc được thực hiện bằng cách đổi chiều dòng chảy qua thiết bị lọc Với lưu lượng nước rửa lọc đủ lớn, lớp vật liệu lọc sẽ bị giãn nở và đẩy các cặn tích lũy ra ngoài Không khí thường được sử dụng kết hợp với nước để tăng hiệu quả rửa lọc Trong hầu hết các hệ thống xử lý nước thải, nước sau khi rửa lọc có chứa các cặn lơ lửng được đưa về bể lắng đợt 1 hoặc qua quá trình xử lý sinh học

Quá trình lọc liên tục: Trong các thiết bị lọc vận hành liên tục, pha lọc và pha rửa lọc xảy ra đồng thời và không có hiện tượng đạt điểm tới hạn của độ đục hoặc tổn thất

áp suất

Một dạng thiết bị lọc liên tục là thiết bị dòng chảy ngược, nước cần lọc chuyển động ngược từ dưới lên qua lớp vật liệu lọc Cùng thời gian đó, lớp cát di chuyển đồng thời theo cùng hướng và được làm sạch liên tục Cát (vật liệu lọc) được bơm từ đáy thiết bị lọc qua ống trung tâm đến bộ phận rửa lắp ở phần trên của thiết bị lọc, từng hạt cát sẽ được làm sạch các vật liệu bám trên nó bằng quá trình cọ xát và lực cắt Quá trình rửa sạch cát xảy ra khi chúng chuyển động zig-zag trong kênh ở phần dưới của

bộ phận rửa và trước khi rơi trở lại bề mặt của lớp cát

3.5.2 Vách lọc

Một nhân tố đảm bảo chất lượng của việc tách, giảm tiêu hao (năng lượng, vật liệu lọc, công) là chọn vách lọc cho phù hợp Vách lọc cần trước hết đảm bảo đủ độ tách, bền cơ học và không bị dịch lọc ăn mòn, lại cần trở lực không lớn Các vách lọc được dệt (từ sợi bong, sợi hoá học, kể cả các lưới kim loại) thường được dùng vì dễ ghép chặt vào thiết bị, dễ tháo bã và giặt rửa, dễ liên tục hoá và tự động hoá Các lớp hạt hoặc tấm xốp thường dùng vì dễ ghép chặt vào thiết bị, dễ liên tục hoá và tự động hoá Các lớp hạt hoặc tấm xốp thường dùng trong thiết bị làm việc gián đoạn

Nhìn chung các vách lọc chỉ thực sự làm việc tốt (cho nước lọc trong) khi đã có một lớp rất mỏng trên bề mặt Đó là do các hạt bã bịt một phần tiết diện của các mao quản lớn Tuy nhiên trong quá trình lọc, các hạt nhỏ bị giữ lại (trên miệng các pore và trong long chúng) ngày càng nhiều, làm tăng đáng kể trở lực Do vậy việc giặt rửa và thay định kỳ vách lọc rất có ý nghĩa Tuy nhiên thực nghiệm chứng tỏ rằng vách lọc được chọn phù hợp sẽ có thời gian làm việc tương đối ổn định khá dài, trong thời gian

đó trở lực của vách biến đổi rất ít

Bể lọc chậm

Nước từ máng phân phối đi vào bể, qua lọc (nhỏ hơn 0.1 –0.5m/h) Lớp cát lọc trên lớp sỏi đỡ, dưới lớp sỏi là hệ thống thu nước đã lọc Có nhiều dạng bể lọc chậm khác nhau dựa trên số lớp vật liệu lọc: bể lọc 1 lớp vật liệu, bể lọc 2 lớp vật liệu, bể lọc nhiều lớp vật liệu

Khi rửa bể, nước từ đường ống áp lực chảy ngược từ dưới lên trên qua lớp cát lọc

và vào phễu thu, chảy theo ống thoát nước rửa xuống ống thu nước rửa lọc

3.6 Bể điều hòa

3.6.1 Ảnh hưởng của sự biến đổi lưu lượng và nồng độ

Hình 2.10: Sự dao động lưu lượng trong quá trình xử lý và vai trò của bể điều hòa

Lưu lượng, thành phần tính chất nước thải của các xí nghiệp công nghiệp tùy thuộc vào dây chuyền sản xuất, loại nguyên liệu sử dụng và thành phẩm, thường không đều theo các giờ trong ngày đêm Sự dao động lưu lượng, nồng độ nước thải sẽ dẫn đến những hậu quả tai hại về chế độ công tác của mạng lưới và các công trình xử

lý, đồng thời gây tốn kém nhiều về xây dựng và quản lý Khi lưu lượng dao động thì rõ ràng phải xây dựng mạng lưới bên ngoài với tiết diện ống hoặc kênh lớn hơn vì phải ứng với lưu lượng giờ lớn nhất Ngoài ra điều kiện công tác về mặt thủy lực sẽ kém đi Nếu lưu lượng nước thải chảy đến trạm bơm thay đổi thì dung tích bể chứa, công suất trạm bơm, tiết diện ống đẩy cũng phải lớn hơn

Khi lưu lượng, nồng độ nước thải thay đổi thì kích thước các công trình (các bể lắng, bể trung hòa và các công trình xử lý sinh học) cũng phải lớn hơn, chế độ làm việc của chúng mất ổn định Chẳng hạn bể lắng tính với lưu lượng trung bình giờ thì sẽ làm việc kém khi lưu lượng lớn hơn, ngược lại nếu tính theo lưu lượng giờ lớn nhất thì giá thành công trình sẽ đắt hơn Nếu nồng độ các chất bẩn trong nước thải chảy vào các công trình xử lý sinh học đột ngột tăng lên nhất là các chất độc hại đối với vi sinh vật thì sẽ làm cho công trình hoàn toàn mất tác dụng

Các công trình xử lý bằng phương pháp hóa học sẽ làm việc rất kém khi lưu lượng, nồng độ thay đổi hoặc muốn làm việc tốt thì thường xuyên phải thay đổi nồng

độ hóa chất cho vào Điều này đặc biệt khó khăn khi điều kiện tự động hóa chưa cho phép Kết quả sau khi ra khỏi công trình xử lý nước thải hoặc chưa được làm sạch hoàn toàn hoặc là còn chứa một lượng hóa chất dư nào đó

Vì vậy để mạng lưới thoát nước và các công trình xử lý nước thải làm việc bình thường với hiệu suất cao và kinh tế phải xây dựng các bể điều hòa lưu lượng và nồng

độ nước thải

3.6.2 Phân loại và vị trí các bể điều hòa

Theo chức năng người ta phân biệt: các bể điều hòa lưu lượng, các bể điều hòa nồng độ hoặc đồng thời điều hòa lưu lượng, nồng độ nước thải Bể điều hòa lưu lượng nên đặt gần nơi tạo ra nước thải, bể điều hòa nồng độ (với lưu lượng ít hoặc không thay đổi) có thể đặt trong phạm vi trạm xử lý Khi đó trong dây chuyền sơ đồ dây chuyền công nghệ trạm xử lý, bể điều hòa có thể đặt sau bể lắng nếu nước thải chứa một lượng lớn các tạp chất không tan vô cơ, có độ lớn thủy lực từ 4 – 5mm/s trở lên, kích thước các hạt d ≥ 0,2 mm hoặc đặt ở trước bể lắng nếu nước thải chứa chủ yếu là các chất bẩn không tan hữu cơ Nếu trong sơ đồ trạm xử lý có bể trộn (với hóa chất) thì nên đặt bể điều hòa trước bể trộn

Theo chế độ hoạt động người ta phân biệt: bể điều hòa hoạt động gián đoạn theo chu kỳ, bể điều hòa hoạt động liên tục Bể điều hòa hoạt động gián đoạn theo chu kỳ là những bể chứa (phải có ít nhất hai bể) trong đó một bể tích lũy nước còn bể kia xả nước đi và ngược lại

Theo nguyên tắc chuyển động của nước, các bể điều hòa hoạt động liên tục lại được chia ra: bể điều hòa làm việc theo nguyên tắc đẩy (chế độ chảy tầng) và bể điều hòa hoạt động theo nguyên tắc xáo trộn (chế độ chảy rối)

Các bể làm việc theo nguyên tắc xáo trộn lại được chia ra: xáo trộn cưỡng bức (bằng máy hướng trục, máy cánh quạt, bằng khí nén hoặc bằng bơm ly tâm) và bể xáo trộn tự nhiên nhờ gió thổi hoặc nhờ khuếch tán do sự khác nhau về nhiệt độ, tỷ trọng, nồng độ của các loại nước chảy tới

3.6.3 Yêu cầu vị trí đặt bể điều hoà

Tuỳ thuộc vào hệ thống sản xuất của cơ sở sản xuất và phương án xử lý chất thải

mà lựa chọn vị trí đặt bể điều hoà thích hợp Thông thường, các bể điều hoà lưu lượng được bố trí ở tại các nguồn tạo ra nước thải, còn với bể điều hoà nồng độ (khi lưu lượng ít hoặc không thay đổi) được bố trí ở trong khu vực trạm xử lý Khi đó, trong sơ

đồ dây chuyền công nghệ của trạm xử lý, bể điều hoà được bố trí phía sau bể lắng thô, nếu nước thải có chứa một lượng lớn các tạp chất vô cơ không tan với kích thước lớn

Bể điều hoà cũng có thể đặt trước bể láng đó, nếu nước thải chứa chủ yếu là các chất hữu cơ không tan Trường hợp trong quy trình xử lý có bể trung hòa thì bể điều hòa giúp quá trình phản ứng được tiến hành thuận lợi

Trong một số trường hợp, bể điều hoà được bố trí đặt ở vị trí phía sau bể xử lý sơ cấp và trước bể xử lý sinh học Điều này sẽ làm giảm được lượng bùn và bọt ở trong

bể điều hòa Nếu là một bể điều hoà lưu lượng dòng thì cần phải bố trí nó ở trước cả bể lắng sơ cấp và bể xử lý sinh học và phải thiết kế hệ thống khuấy trộn mạnh để ngăn cản sự lắng của huyền phù, cũng như làm giảm bớt sự chênh lệch nồng độ và đôi khi ở đây còn bố trí cả bộ phận sục khí để làm giảm sự bốc mùi khó chịu trong các thiết bị

xử lý tiếp theo

3.6.4 Phân loại bể điều hoà

Có một số loại bể điều hòa như sau:

a Bể điều hoà có tường ngăn: Loại hình chữ nhật, các tường ngăn có thể bố trí theo chiều dọc hoặc theo chiều ngang Dòng chảy khi đi qua bể phải giữ ở chế độ xoáy

b Bể điều hoà hình tròn: Dẫn nước vào theo đường chuyển tiếp: Nước thải được dẫn vào theo đường tiếp tuyến với chu vi ở vị trí đáy bể và được dẫn ra theo đường ống trung tâm nằm ở vị trí phía trên của bể

c Bể điều hoà có cánh khuấy cơ khí: Loại này rất phổ biến, có thể dùng máy khuấy loại mái chèo, loại chân vịt hoặc tuốc bin Sự lựa chọn loại máy khuấy và tốc độ khuấy tuỳ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng Với các bể lớn thường ta bố trí làm nhiều cánh khuấy và cố gắng giảm thấp không gian chết trong bể để chống hiện tượng lắng đọng

d Bể điều hoà có sục khí: Loại này thường dùng cho chất lỏng có độ nhớt thấp Không khí nén được dẫn vào hệ thống ống có đục lỗ, đặt ở đáy bể điều hoà Không khí nén qua lỗ tạo thành các bong bóng làm khuấy đảo lớp nước phía trên (lỗ thường được đục ở mặt dưới của ống để tránh tắc) Tuỳ theo cách đục lỗ là một hàng dọc hoặc hai hàng dọc, tuỳ theo chiều dài ống sẽ tạo được 1 dòng hoặc 2 dòng tuần hoàn theo mặt cắt ngang của bể

3.6.5 Điều hòa lưu lượng

Điều hòa lưu lượng được sử dụng để duy trì dòng thải vào gần như không đổi, khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của quá trình ở cuối dây chuyền xử lý Các kỹ thuật điều hòa được ứng dụng cho từng trường hợp phụ thuộc vào đặc tính của hệ thống thu gom nước thải Các phương án bố trí bể điều hòa lưu lượng có thể là điều hòa trên dòng thải hay ngoài dòng thải xử lý

Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảm đáng kể dao động thành phần nước thải đi vào các công đoạn phía sau, con phương án điều hòa ngoài dòng thải chỉ giảm được một phần nhỏ sự dao động đó

Vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử

lý Vì tính tối ưu của nó phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom và đặc tính của nước thải

Để xác định thể tích cần thiết của bể điều hòa có thể sử dụng phương pháp đồ thị trên cơ sở thực nghiệm về quan hệ giữa thể tích tích lũy của lưu lượng nước thải ở dòng vào theo thời gian

Các bước thiết kế xây dựng bể điều hòa như sau:

Bước 1: Đo lưu lượng nước thải từng giờ từ 0 giờ ngày hôm trước đến 0 giờ ngày hôm sau (có thể thông qua việc đo lưu lượng nước sử dụng trừ đi lượng nước giữ lại trong các sản phẩm)

Bước 2: Tính toán tổng lượng nước thải ra môi trường theo từng giờ Vẽ đồ thị biểu diễn tổng lượng nước thải ra môi trường theo từng giờ và tổng lượng nước thải theo lưu lượng trung bình thải ra môi trường theo từng giờ

Bước 3: Xác định điểm bụng của đồ thị, vẽ đường tiếp tuyến với đồ thị tại điểm bụng, hiệu số khoảng cách thẳng đứng chiếu từ điểm bụng của đường biểu diển tổng lượng nước thải ra môi trường theo từng giờ đến đường biểu diễn tổng lượng nước thải theo lưu lượng trung bình thải ra môi trường theo từng giờ là thể tích cần thiết của bể điều lưu

Trong thực tế bể điều lưu thường được thiết kế lớn hơn thể tích tính toán từ 10- 20% để phòng ngừa các trường hợp không tiên đoán được của sự biến động hàng ngày của lưu lượng; trong một số hệ thống xử lý người ta có thể bơm hoàn lưu một số nước thải về bể điều lưu

Hình 2.11 minh họa bằng đồ thị hai trường hợp điển hình Để xác định thể tích cần thiết, vẽ đường tiếp tuyến với đường cong thể tích dòng vào song song với đường lưu lượng trung bình hàng ngày của điểm xuất phát từ gốc tọa độ Thể tích cần thiết khi đó

sẽ bằng khoảng cách theo chiều đường thẳng đứng từ tiếp điểm đến đường thẳng biểu diễn lưu lượng trung bình hàng ngày (trường hợp a) hoặc bằng khoảng cách giữa hai tiếp điểm theo chiều thẳng đứng song song với trục tung (trường hợp b)

Bể điều hòa được thiết kế với chiều sâu từ 1,5 – 2m Thể tích của bể điều hòa có thể tính theo công thức sau:

d d

n n

Q

V

kln

τ

=

−Trong đó:

max tb n

τ : thời gian thải đột biến, h;

 Cmax, Ctb, Ccf: giá trị cực đại, trung bình, cho phép nồng độ các chất gây

ô nhiễm, g/m3

Khi kn ≥ 5, thể tích bể điều hòa được tính theo công thức sau:

Vdh = kn.Q.τdThể tích bể điều hòa dùng để dập tắt sự dao động có chu kỳ của thành phần các chất ô nhiễm sẽ được tính theo công thức sau:

ở dòng chảy ra khỏi bể

- Đối với các bể điều hòa làm việc theo nguyên tắc đẩy lý tưởng thì tất cả các phần

tử chất lỏng có thời gian lưu lại trong đó như nhau Ngược lại đối với bể điều hòa làm việc theo nguyên tắc xáo trộn lý tưởng thì thời gian lưu lại của tất cả các phần tử sẽ khác nhau và là đại lượng thay đổi từ 0 tới ∞

- Sự thay đổi lưu lượng và nồng độ (theo thời gian) của nước thải các xí nghiệp tùy thuộc vào công nghệ sản xuất, loại nguyên liệu, sản phẩm,… Sự thay đổi đó theo chu

kỳ lặp đi lặp lại hoặc cũng có thể mất trật tự hỗn loạn không theo qui luật nào

- Nếu nồng độ nước thải không thay đổi hoặc ít thay đổi theo thời gian nhưng lưu lượng thay đổi theo các giờ trong ca, trong ngày đêm thì phải xây dựng bể điều hòa lưu lượng

- Nếu lưu lượng không thay đổi hoặc ít thay đổi nhưng nồng độ thay đổi theo các giờ thì phải xây dựng bể điều hòa nồng độ, ở đây nồng độ thay đổi theo chu kỳ lặp đi lặp lại hoặc thay đổi hỗn loạn

- Thông thường đối với nước thải các xí nghiệp công nghiệp, sự thay đổi lưu lượng, nồng độ diễn ra một cách hỗn loạn

- Thời gian điều hòa cần thiết T được xác định theo biểu thay đổi lưu lượng và nồng độ chất bẩn trong nước thải

- Nếu nồng độ thay đổi theo chu kỳ thì thời gian điều hòa tính toán T chọn bằng chu kỳ đó

- Nếu nồng độ thay đổi hỗn loạn thì chọn thời gian điều hòa cần thiết bằng khoảng thời gian giữa hai giá trị nồng độ tối đa (chính xác hơn là giữa hai giá trị tối đa của tích giữa lưu lượng và nồng độ) Ngoài ra còn phải kể đến mức độ yêu cầu điều hòa nồng

độ, nếu nồng độ chất bẩn trong nước ra khỏi bể cao hơn giá trị cho phép thì phải tăng thời gian điều hòa lên

Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hòa dịch nước thải Một số hóa chất dùng để trung hòa: CaCO3, CaO, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH)2, NaOH, Na2CO3, H2SO4, HCl, HNO3,…Ngoài ra, có thể tận dụng nước thải có tính acid trung hòa nước thải có tính kiềm hoặc ngược lại Ví dụ, như trong dây chuyền công nghệ sản xuất xi mạ, do có 2 công đoạn: làm sạch bề mặt nguyên liệu cần mạ (đây là công đoạn tạo ra nước thải có tính kiềm mạnh) và công đọan tẩy rỉ kim loại (công đoạn này lại tạo ra nước thải có tính acid mạnh) Ta có thể tận dụng 2 loại nước thải này để trung hòa lẫn nhau

4.1.2 Trung hoà bằng trộn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm

Phương pháp này được sử dụng khi nước thải của xí nghiệp là axit còn xí nghiệp gần đó có nước thải là kiềm: Cả hai loại nước thải này đều không chứa các cấu tử gây

ô nhiễm khác

4.1.3 Trung hoà bằng cách cho thêm hoá chất vào nước thải

Phương pháp này dùng để trung hoà nước thải có chứa axit Người ta phân biệt ba loại nước thải có chứa axit như sau :

− Nước thải chứa axit yếu (H2CO3, CH3COOH)

− Nước thải chứa axit mạnh (HCl, HNO3), các muối canxi của chúng dễ tan trong nước

− Nước thải chứa axit mạnh (H2SO4, H3PO4) các muối canxi của chúng khó tan trong nước

Để trung hòa nước axit, có thể sử dụng các tác nhân hóa học như NaOH, KOH,

Na2CO3, nước amoniac NH4OH, CaCO3, MgCO3 , đolomit (CaCO3 MgCO3) và xi măng Tác nhân rẻ nhất là sữa vôi 5 đến 10% Ca(OH)2 , tiếp đó là sođa và NaOH ở dạng phế thải Đôi khi người ta sử dụng các chất thải khác nhau của sản xuất để trung hòa nước thải

Để trung hòa nước thải kiềm người ta sử dụng các axit khác nhau hoặc khí thải mang tính axit như CO2 ,SO2, NO2,…

4.1.4 Trung hoà nước thải chứa axit bằng cách lọc qua lớp vật liệu lọc trung hoà

Người ta thường dùng các vật liệu như manhêtit (MgCO3), đolomit , đá vôi, đá hoa,…và các chất thải rắn như xỉ, xỉ tro làm vật liệu lọc Quá trình trung hòa được tiến hành trong các thiết bị lọc - trung hòa đặt nằm ngang hoặc đứng Các thiết bị lọc này dùng để trung hòa nước axit có nồng độ không vượt quá 1,5mg/l và không chứa muối của kim loại nặng

4.1.5 Trung hòa bằng các khí acid

Để trung hòa nước thải kiềm, trong những năm gần đây, người ta đã dùng khí thải chứa CO2, SO2, NO2,… Việc sử dụng khí axit không những chophép trung hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu suất làm sạch chính khí thải khỏi các cấu tử độc hại Việc sử dụng CO2 để trung hòa nước thải kiềm có nhiều ưu điểm với việc dùng

H2SO4 hay HCl và cho phép giảm rất đáng kể chi phí cho quá trình trung hòa Do độ hòa tan CO2 kém nên mức nguy hiểm do oxy hóa quá mức các dung dịch được trung hòa cũng giảm xuống, các ion CO32– được tạo thành có ứng dụng nhiều hơn so với ion

SO42–, Cl–, ngoài ra tác động ăn mòn và độc hại của ion CO32– trong nước nhỏ hơn các ion SO42- , Cl–

4.2 Keo tụ

4.2.1 Cơ chế quá trình keo tụ

Đông tụ là quá trình thô hóa các hạt phân tán và chất nhũ tương trong hệ keo Phương pháp đông tụ hiệu quả nhất khi được sử dụng để tách các hạt keo phân tán có kích thước 1-100µm

Trong xử lí nước thải, sự đông tụ diễn ra dưới tác động của chất đông tụ Chất đông tụ trong nước tạo thành các bông hydroxit kim loại, lắng nhanh trong trường trọng lực Các bông này có khả năng hút các hạt keo và hạt lơ lửng kết hợp chúng với nhau Các hạt keo có điện tích âm yếu còn các bông đông tụ có điện tích dương yếu nên chúng hút nhau

Hình 4.1: Cơ chế quá trình keo tụ

Thực tế phương pháp này là phương pháp kết hợp giữa phương pháp hoá học và lý học Mục đích của phương pháp này nhằm loại bỏ các hạt chất rắn khó lắng hay cải thiện hiệu suất lắng của bể lắng Cấu tạo của bể này là loại bể lắng cơ học thông

thướng, nhưng trong quá trình vận hành, chúng ta thêm vào một số chất keo tụ như phèn nhôm, polymere để tạo điều kiện cho quá trình keo tụ và tạo bông cặn để cải thiện hiệu suất lắng

Các cơ chế chính của quá trình keo tụ tạo bông gồm:

a) Quá trình nén lớp điện tích kép, giảm thế điện động zêta nhờ ion trái dấu: Khi

bổ sung các ion trái dấu vào nước/nước thải với nồng độ cao, các ion sẽ chuyển dịch đến lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép và tăng điện tích trong lớp điện tích kép, giảm thế điện động zêta và giảm lực tĩnh điện

b) Quá trình keo tụ do hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt, trung hòa điện tích tạo ra điểm đẳng điện zêta bằng 0 Trong trường hợp này, quá trình hấp phụ chiếm ưu thế c) Cơ chế hấp phụ – tạo cầu nối

Các polymer vô cơ hoặc hữu cơ có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối giữa các hạt keo qua các bước sau:

- Phân tán polymer;

- Vận chuyển polymer đến bề mặt hạt;

- Hấp phụ polymer lên bề mặt hạt;

- Liên kết giữa các hạt đã hấp phụ polymer với nhau hoặc với các hạt khác

Cơ chế tạo cầu nối có thể biểu diễn theo sơ đồ phản ứng như sau:

Phản ứng 1: Phân tử polymer kết dính với hạt keo do lực hút giữa polymer và hạt

keo tích điện trái dấu

Phản ứng 2: phần còn lại của polymer đã hấp phụ hạt keo ở trên lại liên kết với

những vị trí hoạt tính trên bề mặt các hạt keo khác

Phản ứng 3: nếu không thể liên kết với hạt keo khác, polymer đã hấp phụ hạt keo

trên sẽ cuộn lại và kết dính ở một vị trí hoạt tính khác trên bề mặt hạt keo và do đó tái tạo ra hiện tượng tái bền hạt keo

Phản ứng 4: Nếu cho quá thừa polymer, có thể làm bão hòa điện tích bề của các

hạt keo nên không vị trí hoạt tính nào tồn tại để tạo thành cầu nối Điều này dẫn đến hiện tượng tái bền hạt keo và có thể có hoặc không xảy ra hiện tượng đổi dấu hạt keo

Phản ứng 5: phá vỡ liên kết giữa hạt keo và polymer nếu khuấy trộn quá mạnh Phản ứng 6: tái bền hạt keo do hiện tượng hấp phụ trên một vị trí hoạt tính khác

của cùng hạt keo như trình bày ở phản ứng 3

d) Quá trình keo tụ hấp phụ cùng lắng trong quá trình lắng

Ở giá trị pH thích hợp, các tác nhân keo tụ là phèn nhôm và phèn sắt cho vào dung dịch sẽ tạo thành Al(OH)3 hoặc Fe(OH)3 và lắng xuống Trong quá trình lắng chúng kéo theo các bông keo, các cặn bẩn hữu cơ và vô cơ, các hạt keo khác cùng lắng Cơ chế này được gọi là cơ chế cùng lắng Quá trình này không phụ thuộc vào quá trình keo tụ tạo bông và không xảy ra hiện tượng tái ổn định hạt keo như trên

4.2.2 Quá trình tạo keo tụ

Quá trình hình thành các bông đông tụ diễn ra như sau:

Me3+ + 3HOH ↔ Me(OH)3 + 3H+Chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng Việc chọn chất đông tụ phụ thuộc thành phần, tính chất hóa lí và giá thành của nó, nồng độ tạp

chất trong nước, pH và giá thành phần muối của nước Các muối nhôm được làm chất đông tụ là Al2(SO4)3.18H2O; NaAlO2, Al2(OH)5Cl; KAl(SO4)2.12H2O và

NH4Al(SO4)2.12H2O Trong số đó, phổ biến nhất là sunfat nhôm Nó hoạt động hiệu quả khi pH = 5-7,5 Sunfat nhôm tan tốt trong nước và có giá thành tương đối rẻ Nó được sử dụng ở dạng khô hoặc dạng dung dịch 50% Quá trình tạo bông đông tụ của một số muối nhôm như sau:

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 ↔ 2Al(OH)3↓ + 3CaSO4 + 6CO2

Các muối sắt được dùng làm chất đông tụ là Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O và FeCl3 Hiệu quả lắng trong cao hơn khi sử dụng dạng khô hoặc dung dịch 10-15% Các sunfat được dùng ở dạng bột Liều lượng chất đông tụ phụ thuộc pH của nước thải Đối với Fe3+ pH = 6÷9, còn đối với Fe2+ pH ≥ 9,5 Để kiềm hóa nước thải dùng NaOH và Ca(OH)2 Quá trình tạo bông đông tụ diễn ra theo phản ứng:

FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3↓ + 3HCl

Fe2(SO4)3 + 6H2O → 2Fe(OH)3↓ + 3H2SO4

Khi kiềm hóa:

2FeCl3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3↓ + 3CaCl2

Fe2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3↓ + 3CaSO4

Muối sắt có ưu điểm so với muối nhôm:

− Hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ nước thấp

− Giá trị tối ưu pH trong khoảng rộng hơn

− Bông bền và thô hơn

− Có thể ứng dụng cho nước có khoảng nồng độ muối rộng hơn

− Có khả năng khử mùi độc và vị lạ do có mặt của H2S

− Tuy nhiên, chúng cũng có một số nhược điểm:

− Có tính axit mạnh, làm ăn mòn thiết bị

− Bề mặt các bông ít phát triển hơn

− Tạo thành các phứa nhuộm tan mạnh

Ngoài các chất nêu trên còn có thể sử dụng chất đông tụ là các loại đất sét khác nhau, các chất thải sản xuất chứa nhôm, các hỗn hợp, dung dịch tẩy rửa, xỉ chứa dioxit silic

Khi sử dụng hỗn hợp Al2(SO4)3 và FeCl3 với tỉ lệ từ 1:1 đến 1:2 thu được kết quả đông tụ tốt hơn khi dùng tác chất riêng lẻ

4.2.3 Cơ sở lý thuyết lắng keo tụ

Lắng là quá trình tách khỏi nước cặn lơ lửng hoặc bông cặn hình thành trong giai đoạn keo tụ tạo bông hoặc các cặn bùn sau quá trình xử lý sinh học

Tính chất lắng của các hạt có thể chia thàng 3 dạng như sau :

Lắng dạng I: lắng các hạt rời rạc Quá trình lắng được đặt trưng bởi các hạt lắng một cách rời rạc và ở tốc độ lắng không đổi Các hạt lắng một cách riêng lẽ không có khả năng keo tụ, không dính bám vào nhau suốt quá trình lắng Để có thể xác định tốc

độ lắng ở dạng này có thể ứng dụng định luật cổ điển của Newton và Stoke trên hạt cặn Tốc độ lắng ở dạng này hoàn toàn có thể tính toán được

Lắng dạng II: lắng bông cặn Quá trình lắng được đặt trưng bởi các hạt (bông cặn) kết dính với nhau trong suốt quá trình lắng Do quá trình bông cặn xảy ra trên các bông cặn tăng dần kích thước và tốc độ lắng tăng Không có một công thức toán học thích hợp nào để biểu thị giá trị này Vì vậy để có các thông số thiết kế về bể lắng dạng này, người ta thí nghiệm xác định tốc độ chảy tràn và thời gian lắng ở hiệu quả khử bông cặn cho trước từ cột lắng thí

nghiệm, từ đó nhân với hệ số quy mô ta có tốc độ chảy tràn và thời gian lắng thiết kế

Lắng dạng III: lắng cản trở Quá trình lắng được đặt trưng bởi các hạt cặn có nồng độ cao (>1000mg/l) Các hạt cặn có khuynh hướng duy trì vị trí không đổi với các vị trí khác, khi đó cảkhối hạt như là một thể thống nhất lắng xuống với vận tốc không đổi Lắng dạng này thướng thấy ở bể nén bùn

Thực tế phương pháp này là phương pháp kết hợp giửa phương pháp hoá học và lý học Mục đích của phương pháp này nhằm loại bỏ các hạt chất rắn khó lắng hay cải thiện hiệu suất lắng của bể lắng Cấu tạo của bể này là loại bể lắng cơ học thông thướng, nhưng trong quá trình vận hành, chúng ta thêm vào một số chất keo tụ như phèn nhôm, polymere để tạo điều kiện cho quá trình keo tụ và tạo bông cặn để cải thiện hiệu suất lắng

Hình 4.2: Cơ chế các quá trình lắng 4.2.4 Phương pháp thực hiện keo tụ điện hóa

4.2.4.1 Trợ keo tụ

Trợ keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các hợp chất cao phân tử vào nước Khác với quá trình đông tụ, khi trợ keo tụ sự kết hợp diễn ra không chỉ do tiếp xúc trực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các phân

tử chất keo tụ bị hấp phụ trên các hạt lơ lửng

Trợ keo tụ thúc đẩy quá trình tạo bông hydroxit nhôm

và sắt nhằm tăng vận tốc lắng của chúng Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm chất đông tụ, giảm thời gian đông tụ và tăng vận tốc lắng

Chất trợ keo tụ có thể là hợp chất tự nhiên và tổng hợp Chất trợ keo tụ tự nhiên là tinh bột, este, xenlulô, dectrin (C6H10O5)n Chất trợ keo tụ vô cơ là dioxit silic

Hình 4.3: Cơ chế trợ lắng

đã hoạt hóa (xSiO2.yH2O) Chất trợ keo tụ hữu cơ tổng hợp là [-CH2-CH-CONH2]n, Poliacrilamit kĩ thuật (PAA), PAA hydrat hóa

Liều lượng PAA tối ưu để xử lí nước thải công nghiệp dao động trong khoảng 0,4÷1g/m3 PAA hoạt động trong khoảng pH của môi trường rộng Tuy nhiên, vận tốc lắng bông keo tụ giảm khi pH>9

Cơ chế làm việc của chất trợ keo tụ dựa trên các hiện tượng sau: hấp phụ phân tử chất keo tụ trên bề mặt hạt keo, tạo thành mạng lưới phân tử chất trợ keo tụ Sự dính lại của các hạt keo do lực Van der Waals Dưới tác động của chất trợ keo tụ giữa các hạt keo tạo thành cấu trúc ba chiều, có khả năng tách nhanh và hoàn toàn ra khỏi nước Nguyên nhân xuất hiện cấu trúc này là sự hấp phụ các phân tử chất trợ keo tụ trên một

số hạt tạo thành các cầu nối polime giữa chúng Các hạt keo được tích điện âm nên thúc đẩy quá trình keo tụ với các hydroxit nhôm hoặc sắt Khi cho thêm silicat hoạt tính sẽ làm tăng 2-3 lần vận tốc lắng và tăng hiệu quả lắng trong

Quá trình xử lí nước thải bằng đông tụ và keo tụ gồm các giai đoạn sau: định lượng và trộn tác chất với nước thải, tạp bông và lắng xuống

Hình 4.4: Sơ đồ hệ thống xử lí nước thải bằng keo tụ

Nước thải trộn với chất trợ keo tụ ở tốc độ chậm để không phá vỡ bông cặn Sau

đó, nước được đưa vào buồng tạo bông Sự tạo bông diễn ra chậm sau 10-30 phút Nước thải trộn với chất đông tụ theo ống đi vào ngăn tách không khí Sau đó nước đi theo ống trung tâm đến các ống phân phối, là các vòi phun để phân phối và quay nước trong vùng vành ngăn Các hạt lơ lửng cùng với bông đông tụ tạo thành trong vùng vành khăn Các hạt lơ lửng cùng với bông lắng xuống đáy và được lấy ra khỏi thiết bị Nước trong chảy qua các lỗ vào rãnh thoát nước

Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các hợp chất cao phân tử vào nước Khác với quá trình đông tụ, khi keo tụ sự kết hợp diễn ra không chỉ do tiếp xúc trực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụ trên các hạt lơ lửng

Keo tụ không có tác chất hay keo tụ điện hóa diễn ra bằng cách dẫn nước qua các tấm nhôm được xếp cách nhau 10-20mm Bản chất của quá trình là hòa tan anot của các tấm nhôm được nối lần lượt với các cực dương và cực âm của nguồn điện có cường độ cao và hiệu điện thế thấp Khi đó ion nhôm sẽ chuyển vào nước và tạo thành hydroxit Ưu điểm của quá trình này là hình thành và lắng nhanh các sợi bông dai và không cần điều chỉnh pH Nhược điểm của nó là chi phí điện năng cao

Phương pháp này có thể được dùng để xử lý nước phù sa ở các tỉnh thuộc đồng bằng Sông Cửu Long, nhưng do mạng lưới điện chưa được lắp đặt đầy đủ và chi phí điện cao nên còn bị hạn chế

4.2.4.2 Keo tụ điện hóa

Keo tụ không có tác chất hay keo tụ điện hóa diễn ra bằng cách dẫn nước qua các tấm nhôm được xếp cách nhau 10-20mm Bản chất của quá trình là hòa tan anot của các tấm nhôm được nối lần lượt với các cực dương và cực âm của nguồn điện có cường độ cao và hiệu điện thế thấp Khi đó ion nhôm sẽ chuyển vào nước và tạo thành hydroxit Ưu điểm của quá trình này là hình thành và lắng nhanh các sợi bông dai và không cần điều chỉnh pH Nhược điểm của nó là chi phí điện năng cao

4.2.4.3 Bể phản ứng xoáy

Bể phản ứng xoáy hình phễu

Bể có dạng như một cái phiễu lớn, góc nghiêng giữa 2 thành bể cần lấy trong khoảng 50o -70o tuỳ theo chiều cao bể Thời gian lưu nước trong bể ngắn từ 6 -10 phút (nước đục lấy giới hạn dưới và nước màu lấy giới hạn trên) Tốc độ nước vào bể ở phía dưới lấy bằng 0.7÷1.2 m/s Tốc độ nước đi tại chỗ ra khỏi bể lắng 4 ÷5 mm/s

Bộ phận dẫn nước từ bể phản ứng sang bể lắng phải tính đến tốc độ nước chảy trong máng, trong ống và qua lỗ không được lớn hơn 0.1 m/s đối với nước đục và 0.05 m/s đối với nước màu để đảm bảo bông cặn được hình thành và không bị phá vỡ Khoảng cách dẫn nước sang bể lắng càng ngắn càng tốt

Trong quá trình nước dâng lên, do tiết diện dòng chảy tăng dần, nên tốc độ nước

sẽ giảm dần Tốc độ nước phân bố không đều trên tiết diên ngang, tốc độ nước càng lớn khi càng gần tâm bể và dòng nước luôn có xu hướng phân tán dần dần ra phía thành bể

Hình 4.5: Bể phản ứng hình phễu

Ưu điểm: hiệu quả cao, tổn thất áp lức trong bể nhỏ, dung tích bể nhỏ (thời gian

lưu nước ngắn)

Nhược điểm: khó tính cấu tạo của bộ phận thu nước trên bề măt theo hai yêu cầu:

thu nước đều và không phá vỡ bông cặn, khó xây dựng khi dung tích lớn

4.2.4.4 Bể phản ứng kiểu vách ngăn

Hình 4.5: Bể phản ứng kiểu vách ngăn

Nguyên lý cấu tạo cơ bản của bể là dùng các vách ngăn để tạo ra sự đổi chiều liên tục của dòng nước Bể có cấu tạo hình chữ nhật, bên trong có các vách ngăn hướng dòng nước chuyển động zic-zăc theo phương nằm ngang hoặc phương thẳng đứng Phía sau đầu bể phản ứng có một ngăn cho nước chảy thẳng vào bể lắng ngang khi cần sửa chữa bể phản ứng hay khi không cần keo tụ Số lượng vách ngăn được tính theo hai chỉ tiêu: dung tích bể phụ thuộc vào thời gian lưu nước và tốc độ chuyển động của dòng nước giữa hai vách ngăn Thời gian lưu nước trong bể lấy là 20 phút khu xử lý nước đục và 30 - 40 phút khi xử lý nước có màu Tốc độ chuyển động của dóng nước giảm dần từ 0.3m/s ở đầu bể xuống 0.1m/s ở cuối bể Chiều sâu trung bình của bể là 2

- 3m Độ dốc đáy bể là 0.02 - 0.03 để xả cặn Bể có vách ngăn ngang : công suất

≥30.000m3/ngđ Bể có vách ngăn đứng ≥6.000m3/ngđ Thường Kết hợp bể lắng ngang Khoảng cách giữa các vách ngăn không được nhỏ hơn 0.7m nếu bể có vách ngăn ngang và có thể nhỏ hơn 0.7m đối với bể có vách ngăn thẳng đứng

Ưu điểm: đơn giản trong xây dựng và quản lý vận hành

Nhược điểm: khối lượng xây dựng lớn do có nhiều vách ngăn và bể có đủ chiều

cao thỏa mãn tổn thất áp lực trong toàn bể

= cũng được giữ lại Để tìm ra quy luật chuyển động của hạt cặn, ta hãy xét

trường hợp bể lắng ngang với những điều kiện tối ưu nhất:

− Dòng nước chuyển động theo phương nằm ngang ở trong chế độ chảy tầng, tốc độ dòng chảy tại mọi điểm trong bể đều bằng nhau Thời gian lưu lại của mọi phần tử nước đi qua bể đều bằng nhau và bằng dung tích bể chia cho lưu lượng dòng chảy

− Trên mặt cắt ngang vuông góc với chiều dòng chảy ở đầu bể, nồng độ các hạt cặn có cùng kích thước tại mọi điểm đều bằng nhau

− Hạt cặn ngừng chuyển động khi chạm đáy bể

Để thõa mãn các điều kiện trên, trong bể lắng ngang có 4 vùng phân biệt: vùng phân phối đảm bảo đưa nước vào và phân phối đều nước, cặn trên trên toàn bộ mặt cắt ngang đầu bể, vùng lắng, vùng chứa cặn, vùng thu nước

Hình 4.6: Thiết bị lắng loại chóp và loại phễu 4.2.5.2 Bể lắng đứng

Loại chóp

Thiết bị gồm thân hình trụ có đáy hình côn Trong phần thân trụ đặt nhiều tầng chóp Góc nghiêng của chóp đủ lớn sao cho các hạt rắn lắng đến bề mặt trên của chóp thì tự trượt theo mặt chóp ra phía biên đề lắng xuống đáy Nguyên tắc làm việc như sau: huyền phù đưa từ cửa phía trên, đi vào không gian giữa các tầng chóp từ phía biên của trụ hướng vào tâm Quá trình lắng diễn ra ở không gian đó Nước trong qua cửa chảy tràn ở đỉnh của mỗi tầng chóp vào ống góp ở trung tâm để ra ngoài Bã lắng trượt theo sàn chóp biên, tiếp tục lắng xuống đáy thiết bị

Thiết bị này làm việc theo phương thức bán liên tục Nước trong có thể được lấy ra liên tục Bã được hút ra định kỳ nhờ xiphông hay bơm Nhờ các tầng chóp, bề mặt lắng tăng lên, năng suất riêng thể tích của thiết bị tăng lên nhiều

Hình 4.7: Thiết bị lắng loại chóp và loại phễu

để đạt điều đó, chiều cao thiết bị (phần côn) phải lớn

Loại hình trụ có cào bã

Loại này được dùng nhiều trong công nghiệp và xử lý huyền phù nước thải vì có khả năng đạt mức độ phân riêng khá cao, nhất là có thể cô đặc bã (đến độ khô trên 50%), lại có cấu trúc tương đối đơn giản

Thiết bị gồm phần chính hình trụ, đường kính từ vài mét đến vài trăm mét (tuỳ theo năng suất) Các thiết bị nhỏ có thể làm việc gián đoạn có đáy hình hơi côn

Phần lớn loại này thể hiện tính ưu việt khi làm việc liên tục Thiết bị làm việc liên tục có đáy bằng hoặc hơi côn, huyền phù được cấp vào phần trục của thiết bị ở độ sâu 0,3 – 1m so với mặt thoáng chất lỏng Bã được cào vun dần vào tâm Loại thiết bị nhỏ, cào quay với tốc độ 0,02 vòng/s nhờ trục ở giữa Loại đường kính rất lớn thì bộ phận truyền động và cào được chuyển động nhờ một môtơ chạy trên đường ray tròn Tốc độ quay rất nhỏ (cỡ 2.10-3 vòng/s)

Các thiết bị lớn có thể đạt tới 3000 tấn/ ngày hoặc hơn

Để tiết kiệm mặt bằng, đồng thời tăng mức cô đặc bã và độ sạch của bã, các thiết

bị lắng nhiều tầng đã ra đời, cấu tạo theo nguyên tắc các tầng chồng lên nhau

Hệ thống cào bã được truyền động chung từ một trục thẳng đứng ở tâm Huyền phù được cặp từ phía trên (tầng trên cùng) Bã lắng xuống sàn của mỗi tầng được cào dồn về phía tâm rơi vào hộp bã Nếu bã được rửa thì sẽ được nước sạch (ở tầng dưới cùng) hoặc nước trong của tầng dưới hoà loãng, rồi tiếp tục quá trình lắng ở tầng dưới Nước trong được lấy ra từ đỉnh của mỗi tầng

Hình 4.8: Thiết bị lắng có cào bã và lắng cào bã nhiều tầng

Trong thực tế, do đặc điểm của loại huyền phù hoặc do cần kết hợp với quá trình khác, như quá trình đông tụ chẳng hạn, các thiết bị lắng còn nhiều loại khác nữa, mà hầu hết là các thiết bị làm việc bán liên tục Mức độ tách, tức là độ trong của dòng trên

và độ đặc của dòng dưới phụ thuộc không những vào cấu trúc thiết bị, mà quan trọng hơn là ở kỹ thuật vận hành, kể cả các biện pháp bổ trợ

Nói chung lắng bằng trọng lực trong nhiều trường hợp không đạt được độ phân tách cao song tiết kiệm năng lượng, chi phí thấp, nên tỏ ra rất đắc dụng khi năng suất

lớn và khi huyền phù rất loãng

4.3 Tuyển nổi

4.3.1 Nguyên lý

Quá trình tuyển nổi là quá trình phân tách các hạt rắn hoặc lỏng khỏi pha lỏng được thực hiện bằng cách cung cấp các bọt khí mịn vào pha lỏng Các bọt khí dính kết với các hạt khiến cho lực đẩy của bọt khí kết hợp với hạt rắn đủ lớn để kéo các hạt này nổi lên bề mặt Nhờ đó mà các hạt có tỷ trọng lớn hơn tỷ trọng của chất lỏng cũng nổi được

Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi được áp dụng để xử lý các chất lơ lửng trong nước và cô đặc bùn Ưu điểm chính quá trình tuyển nổi so với quá trình lắng là khả năng tách loại khá triệt để các hạt rất nhỏ và nhẹ, có khả năng lắng chậm trong một khoảng thời gian ngắn Trong xử lý nước cấp, quá trình tuyển nổi được sử dụng kết hợp với quá trình keo tụ tạo bông

Hình 4.9: Nguyên lý quá trình tuyển nổi

Trong công nghiệp, tuyển nổi được áp dụng để xử lý chất khoáng, tái sinh nguyên liệu từ nước rửa, làm sạch nước thải, xử lý bùn và thu hồi khoáng sản quí Trong xử lý nước cấp, quá trình tuyển nổi được kết hợp với quá trình keo tụ tạo bông, đặc biệt là đối với chất mùn và tảo sau quá trình keo tụ tạo bông được tách ra khỏi nước bằng tuyển nổi

Tuyển nổi bọt nhằm tách các hạt lơ lửng không tan và một số chất keo hoặc hòa tan ra khỏi pha lỏng Kĩ thuật này có thể dùng cho xử lý nước thải đô thị và nhiều lĩnh vực công nghiệp như: chế biến dầu béo, dệt thuộc da, chế biến thịt, v.v…

Ngoài ra, tuyển nổi ion và phân tử là một phương pháp mới để tách các chất tan ra khỏi nước, được sử dụng trong những năm gần đây

Hiệu suất của phương pháp tuyển nổi phụ thuộc vào kích thước và số lượng bong bóng khí, kích thước các tạp chất trong nước thải Kích thước tối ưu của bong bóng khí

4.3.2 Các phương pháp tuyển nổi

a) Theo cơ chế người ta chia thành:

Tuyển nổi bằng khí phân tán (Dispersed Air Flotation) Phương pháp này được thực hiện bằng cách thổi trực tiếp khí nén vào dung dịch cần tuyển nổi, gây xáo trộn dung dịch, cặn tiếp xúc với bọt khí và tiếp xúc với nhau, dính kết và nổi lên trên bề mặt Bọt khí tạo thành trong trường hợp này có kích thước tương đối lớn (0,1 – 1mm)

Hình 4.10: Nguyên lý tuyển nổi bằng khí phân tán

Tuyển nổi bằng khí hòa tan (Dissolved Air Flotation – DAF) Trong các hệ thống DAF, không khí được hòa tan vào nước ở áp suất từ 2 - 4atm cho đến khi đạt trạng thái bão hòa, sau đó nhờ sự giãn áp đột ngột đến áp suất khí quyển, tạo thành các bọt khí

có đường kính từ 20-100µm Quá trình tuyển nổi dạng này còn được gọi là quá trình tuyển nổi bằng phương pháp giãn áp và được chia làm ba loại:

− Phương pháp toàn dòng Trong phương pháp này toàn bộ nước bão hòa không khí được giãn áp Nhược điểm của phương pháp này là làm phá vỡ bông keo tụ

− Phương pháp một phần của dòng Trong phương pháp này, một phần nước thô được tăng áp bằng cách thổi khí vào và sau đó được giãn áp bằng cách trộn đều với một phần nước thô chưa bão hòa khí Phương pháp này hạn chế sự phá vỡ bông cặn của quá trình keo tụ so với phương pháp toàn dòng