CÔNG NGHỆ XỬ LÍ NƯỚC THẢI

1. Tổng quan về nước thải2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước3. Các tạp chất có trong nước thải4. Phương pháp xử lý nước thải Xử lý bậc 1 (tiền xử lý) Xử lý bậc 2 Xử lý bậc 3 5. Một số sơ đồ hệ thống xử lý nước thải

CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

CÔNG NGHỆ XỬ LÍ NƯỚC THẢI

CÔNG NGHỆ XỬ LÍ NƯỚC THẢI

1 Tổng quan về nước thải

2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước

3 Các tạp chất có trong nước thải

4 Phương pháp xử lý nước thải

1 Tổng quan về nước thải

1.1 Khái niệm nước thải

Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và đã làm thay đổi tính chất ban đầu của chúng

1.2 Phân loại nước thải (Dựa vào nguồn gốc)

- Nước thải sinh hoạt: 52% chất hữu cơ (Chất hữu cơ không bền

sinh học), 48% chất khoáng

- Nước thải công nghiệp: hình thành do phản ứng hóa học, nước

tự do, liên kết trong nguyên liệu, nước rửa, nước hấp thụ

- Nước thải tự nhiên:

- Nước thải đô thị:

2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

 a Các chỉ tiêu vật lý: pH, Nhiệt độ, màu sắc, độ

đục, TS, SS, DS…

 b Các chỉ tiêu hoá học: Độ kiềm, độ cứng, DO,

BOD, COD, KLN, hợp chất clo, hợp chất sunphua, hợp chất nitrat…

 c Các chỉ tiêu vi sinh

 Coliform

 Escherichia coli

 Salmonella

2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

a Các chỉ tiêu vật lý

 pH

 pH = - log [H+]

 pH của nước phụ thuộc vào thành phần hoá học của nước

 pH của nước ảnh hưởng đến các quá trình sinh hoá trong nước

 Việc xác định được pH của nước => Định hướng PP xử lí

 Ảnh hưởng của nhiệt độ

 Phương pháp xác định nhiệt độ của nước

 Yêu cầu khi xác định nhiệt độ

2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

 Màu sắc

 Nguyên nhân gây màu

 Tạp chất (thường là mùn hữu cơ)

 Các ion kim loại (Sắt, Đồng…)

2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

Tổng hàm lượng chất rắn (Total solids)

 Gồm tổng chất rắn hoà tan hoặc không hoà tan

 Tính bằng trọng lượng khô bằng lượng mg chất khô sau khi làm bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thuỷ và sấy khô tới nhiệt độ 105˚C cho tới khi khối lượng không đổi.

Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng (Suspended solids)

Là lượng chất khô còn lại trên giấy lọc sợi thuỷ tinh khi lọc 1lít nước mẫu qua phễu lọc, sấy khô ở 105˚C cho tới khi khối lượng không đổi

2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

 Tổng hàm lượng các chất hoà tan (Dissolved solids)

Là lượng khô của phần dung dịch qua lọc khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc có giấy lọc sợi thủy tinh rồi sấy khô ở 105˚C cho tới khi khối lượng không đổi

DS = TS – SS

 Tổng hàm lượng các chất dễ bay hơi (Volatile suspended solids and Volatile Dissolved Solids)

 VSS: Là lượng mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù (SS) ở 550

0 C cho đến khi khối lượng không đổi

 VDS: Là lượng mất đi khi nung lượng chất rắn hòa tan (DS) ở 550 0 C cho đến khi khối lượng không đổi

2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

b Các chỉ tiêu hoá học

 Độ kiềm toàn phần (Alkalinity): tổng hàm lượng các ion HCO3,

CO32- , OH - có trong nước

 Độ kiềm được định nghĩa là lượng acid mạnh cần để trung hòa để đưa tất

cả các dạng carbonat trong mẫu nước về dạng H2CO3.

 Tùy từng nước qui định, độ kiềm có những đơn vị khác nhau, có thể là mg/L, đlg/L (Eq/L) hoặc mol/L

 Độ cứng của nước

 Độ cứng của nước gây nên bởi các ion đa hóa trị có mặt trong nước

 Các ion Ca 2+ và Mg 2+ chiếm hàm lượng chủ yếu trong các ion đa hóa trị nên độ cứng của nước xem như là tổng hàm lượng của các ion Ca 2+ và

Mg 2+

2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

Một đơn vị khác cũng hay được dùng để đánh giá độ cứng là ppm (Parts Per Million) 1 dH = 17 ppm

2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

 Hàm lượng oxi hoà tan (Dissolved oxigen)

 Hàm lượng oxi hòa tan là một chỉ số đánh giá “tình trạng sức khỏe” của nguồn nước

 Mọi nguồn nước đều có khả năng tự làm sạch nếu như nguồn nước đó còn

2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

 Hàm lượng DO có quan hệ mật thiết đến các thông số COD và BOD của nguồn nước

Nếu trong nước hàm lượng DO cao, các quá trình phân hủy các chất hữu cơ sẽ xảy ra theo hướng háo khí.

Nếu hàm lượng DO thấp, thậm chí không còn thì quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước sẽ xảy ra theo hướng yếm khí.

2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

 Nhu cầu oxi hoá học (Chemical oxigen demand): là

lượng oxi cần thiết (cung cấp bởi các chất hóa học) để oxit hóa các chất hữu cơ trong nước.

 PP xác định thông thường: Dùng KMnO4 hoặc K2Cr2O7

 COD giúp phần nào đánh giá được lượng chất hữu cơ trong nước có thể bị oxi hóa bằng các chất hóa học (tức là đánh giá mức độ ô nhiễm của nước) Việc xác định COD có ưu điểm

là cho kết quả nhanh (chỉ sau khoảng 2 giờ nếu dùng phương pháp bicromat hoặc 10 phút nếu dùng phương pháp

permanganat).

2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

 Nhu cầu oxi sinh hoá (Biochemical oxigen demand): Lượng oxi

cần thiết để vi khuẩn có trong nước phân hủy các chất hữu cơ

 Tương tự như COD, BOD cũng là một chỉ tiêu dùng để xác định mức độ nhiễm bẩn của nước (đơn vị tính cũng là mgO2/L)

 Trong môi trường nước, khi quá trình oxi hóa sinh học xảy ra thì các vi khuẩn sử dụng oxi hòa tan để oxit hóa các chất hữu cơ và chuyển hóa

chúng thành các sản phẩm vô cơ bền như CO2, CO32- , SO42- , PO43- và cả

NO 3-

 Thông thường người ta xác định chỉ số BOD5 (Nhu cầu oxi sinh hoá trong

5 ngày)

2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

 Các thông số hoá học khác trong nước

2Fe(HCO3)2 + 0,5 O2 + H2O > 2Fe(OH)3 + 4CO2

 Nước thiên nhiên thường chứa hàm lượng sắt lên đến 30 mg/L

 Với hàm lượng sắt lớn hơn 0,5 mg/L nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt…

 Các cặn kết tủa của sắt có thể gây tắc nghẽn đường ống dẫn nước.

 Trong quá trình xử lý nước, sắt được loại bằng phương pháp thông khí và keo tụ.

2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

 Các hợp chất clorua

 Clo tồn tại trong nước dưới dạng Cl - Nói chung ở mức nồng độ cho phép thì các hợp chất clo không gây độc hại, nhưng với hàm lượng lớn hơn 250 mg/L làm cho nước có vị mặn

 Các hợp chất sulfat

 Ion SO42- có trong nước do khoáng chất hoặc có nguồn gốc hữu

cơ Với hàm lượng lớn hơn 250 mg/L gây tổn hại cho sức khỏe con người Ở điều kiện yếm khí, SO42- phản ứng với chất hữu cơ tạo thành khí H2S có độc tính cao.

Các hợp chất nitrat

 Các ion NO2- , NO3- cũng là tác nhân gây độc đối với các sinh vật trong nước và cũng là một tiêu chí xác định chất lượng nước.

2 Các thông số đánh giá chất lượng nước

 Các chỉ tiêu vi sinh: 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

 Coliform

 Coliform là một nhóm vi khuẩn rất phổ biến, có thể tìm thấy ở mọi

nơi, kể cả trong đất, da, nước sông, nước ao hồ, rau cải và trong phân động vật

 Sự có mặt của coliform trong nước được xem là một chỉ số về sự tinh khiết của nước

 Escherichia coli: Vi khuẩn chủ yếu trong các nguồn nước thải

bi ô nhiễm bởi phân người

 Salmonella: Vi khuẩn xuất hiện nhiều trong nước thải sinh

hoạt

Bảng 1 – Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô

nhiễm trong nước thải công nghiệp (QCVN 40/2011)

TT Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn

3 Các tạp chất có trong nước thải

Tạp chất trong nước thải là những chất có nguồn gốc tự nhiên,

và gần đây là các chất có nguồn gốc hoạt động của con người, ảnh hưởng đến chất lượng các nguồn nước tự nhiên, đó là các nguồn gây “ô nhiễm”.

Tạp chất trong nước có thể là:

• Khí

• Chất tan vô cơ

• Chất tan hữu cơ

• Cặn lơ lửng

• Sinh vật nước

Khí hoà tan Chất hưu cơ tan Chất điện li hưu cơ

Cation Anion

Phương pháp

khảo sát Hiển vi Kính siêu vi đo độ dẫn

Lọc bằng giấy lọc Phân tích sa lắng

Hiển vi điện tử Điện thẩm tách Tán xạ Reley

Lọc màng bán thấm Phổ tử ngoại – khả kiến

Bảng 1.9 - Phân loại nước theo kích thước tạp chất (Kulsky)

 Nhóm I: Là các tạp chất thô nhìn thấy (hoặc tách

lớp đối với nhũ tương) chúng thường rất không bền khi để lắng, chỉ tồn tại nhờ chuyển động của nước Trong nhóm này cần lưu ý các sinh vật

nước bậc thấp như vi khuẩn và plankton.

 Nhóm 2: Là nhóm dung dịch keo Đây là hệ bền

nhờ cấu trúc đặc biệt của các hạt keo Trong

nhóm này phải kể đến virus, các chất có phân tử lượng lớn có nguồn gốc tự nhiên.

 Nhóm 3: Là nhóm của các chất hữu cơ tan, khí

hoà tan, kích thước hạt chất tan ở mức phân tử.

 Nhóm 4: là nhóm các chất vô cơ tan, phân ly

Kích thước các hạt tan là phân tử và nguyên tử (A0 = 10-10m)

(Các chất thuộc nhóm 3 và 4 là các đối tượng

khó xử lý nhất)

10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 cm = 10 -4 mm = 10 -1 m = 1000A o

1 Vùng cặn nhìn thấy, cát, bùn, vi sinh, thủy sinh

2 Vùng hạt keo, virus, các chất hữu cơ phân tử lớn

3 Bọt khí phân tán trong nước, các chất hữu cơ tan gây màu, mùi

4 Các chất tan dạng ion (độ mặn, độ cứng, Fe, Mn)

Tóm tắt phân bố tạp chất theo kích thước

Tạp chất Chất lượng Phương pháp xử lý Công trình - thiết bị

Hữu cơ tan, dạng keo và

dạng lơ lửng

Độ màu cao (>40 0 ) Chỉ số oxy hoá cao

Nhiều cặn lơ lửng Độ đục cao ( > 100

mg/L)

Keo tụ, tạo bông, lắng, lọc Trộn, tạo bông, lắng lọc.

Nhiều Ca, Mg tan Độ cứng cao Làm mềm bằng hoá chất hoặc trao đổi

ion

Thiết bị trao đổi ion hoặc thiết bị phản ứng, bể lắng, lọc.

Muối ăn Nước lợ, mặn Chưng cất bằng nhiệt, dùng phương

pháp điện thẩm, dùng lọc thẩm thấu ngược

nâu đen

Ôxy hoá Mn (II) bằng không khí ở pH  8,5 hoặc có xúc tác Ôxy hoá bằng hoá chất

Bão hoà khí, bể lắng lọc hoặc thiết bị oxy hoá xúc tác, thiết

bị bơm, trộn hoá chất.

Nhiễu khí Mùi, gây ăn mòn Thổi khí hoặc hoá chất Thiết bị tương ứng

pH quá thấp hoặc quá

cao

Gây ăn mòn hoặc bọt, nhớt

Trung hoà Thiết bị bơm, trộn hoá chất

NH3 Có mùi, dễ sinh NO2- Clo hoá tới điểm nhảy, trao đổi ion trên

zeolit Tăng pH, thổi khí cưỡng bức hạ pH, vi sinh

Thiết bị bơm, trộn hoá chất, trao đổi ion, làm thoáng

Phân loại tạp - loại nước và công nghệ - thiết bị xử lý nước cấp tương ứng

Bậc 1: Giai đoạn xử lí sơ bộ, thông thường là các phương pháp cơ học: song chắn rác, bể lắng… Trong một số

trường hợp, xử lí bậc 1 cũng có thể sử dụng các biện pháp

lí hoá: trung hoà nước thải, tách chất…

 Bậc 2: Thông thường là các công trình xử lí hoá lí hoặc sinh học nhằm oxi hoá các hợp chất hữu cơ trong nước thải

 Bậc 3: Đây là các yêu cầu cao của xử lí nước thải như: triệt khuẩn, khử phôt phát, nitrat, sulfat…

4 Phương pháp xử lý nước thải

* Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải

2 Xử lý nước bằng phương pháp hoá lý

 Phương pháp trung hoà

 Phương pháp keo tụ tạo bông

 Phương pháp oxi hoá – khử

 Phương pháp trao đổi ion

 Phương pháp hấp phụ - hấp thụ

 Phương pháp tuyển nổi

 Phương pháp thẩm thấu ngược

 Phương pháp điện hoá học

3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

- Phương pháp hiếu khí

- Phương pháp kị khí

* Một số kĩ thuật cần lưu ý khi thiết kế song chắn rác

Chắn rác thô:

- Chế tạo từ các thanh kim loại hình trụ hoặc vuông, chữ nhật xếp song song

- Khe hở giữa các thanh thường là 5,1 tới 15,2 cm

- Chức năng: tách loại rác thô, thường được đặt trước các lọc rác

tinh hoặc nghiền rác.

Chắn rác và lọc rác có thể được lắp đặt vuông góc với dòng nước

hoặc phổ biến hơn là tạo một góc với mặt nước (30-45 0 ).

Chúng được lắp đặt trước các thiết bị cơ khí như bơm nước thải,

lắng cát, lắng sơ cấp

Khi sử dụng chắn rác, nghiền rác hoặc cả hai cần có đường chảy

tắt trong trường hợp vệ sinh hoặc tắc dòng

Hai thống số thiết kế quan trọng của hệ này là phân bố

tốc độ đầu vào và đầu ra.

Kênh lắp đặt chắn rác cần có vách lái dòng và phân bố

đều dòng chảy Sau chắn rác nền kênh phải hạ thấp 3 - 6

inch (1inch = 2,54 cm) so với đáy đường dẫn vào để bù

* Khe hở và Thuỷ lực:

Một mặt khe hở phải đủ nhỏ để tách rác, tuy nhiên lại phải đủ lớn để phân, giấy vệ sinh đi qua Bảng 1 liệt kê các kích thước khe hở thường gặp Tốc độ nước qua khe càng nhỏ, khả năng tách rác càng lớn

Các kích thước khe hở của chắn rác thường gặp Loại chắn rác Khe hở, cm Ghi chú

a) Chắn rác 5,1-15,2 Thường = 7,6 cm

b1) Chắn rác làm sạch thủ

b2) Chắn rác làm sạch cơ giới 1,4-2,5 Thường = 1,9 cm

c) Lọc tinh 0,24-0,48 Đôi khi nhỏ hơn 0,24 cm

Máy nghiền 1-1,9 Khe hở phụ thuộc tải thuỷ lực

 Tốc độ nước chảy trung bình qua song chắn rác

vệ sinh thủ công phải vào khoảng 1 fps (0,3048 m/s).

 Tốc độ tối đa (khi trời mưa) qua chắn rác làm sạch cơ khí không vượt quá 2.5 fps (0,762 m/s)

 Tốc độ phải tính theo hình chiếu đứng của khe chắn rác.

Tổn thất áp qua chắn rác phụ thuộc vào cấu tạo và hoạt động của cơ cấu chắn rác

Công thức tính tổn thất áp như sau:

Đối với cơ cấu làm sạch thủ công giá trị tổn thất áp tối

thiểu cho phép là 0,615 m, tối đa là nhỏ hơn 0,75 m

Rác mắc vào song chắn sẽ cản dòng chảy, ngoài ra rác

tích luỹ lâu sẽ thối rữa, gây mùi nên cần dọn thường

xuyên

Dọn rác nước chảy nhanh sẽ kéo theo rác và có thể gây sự

cố cho hệ thống phía sau Vì vậy, độ dốc của dòng vào

trước chắn rác càng thấp (để giảm tốc độ dòng) càng tốt

* Các loại chắn rác

a Chắn rác thủ công

Những hệ nhỏ thường trang bị chắn rác thủ công (Hình).

Thường chắn rác thủ công được đặt thành góc nghiêng 30°-

45° so với phương nằm ngang, khi đó diện tích thông thuỷ sẽ

tăng 40 - 100% so với đặt thẳng đứng 90o, dễ vớt dọn rác

hơn, thông thuỷ tốt hơn

Khoảng thông thuỷ giữa hai thanh chắn rác phải vào khoảng

2,4 đến 8,255 cm, tần suất thu gom rác, làm sạch càng cao

càng tốt, thường là 2 – 5 lần/ngày

Trong trường hợp không chảy kịp có thể cho nước chảy qua

nhánh vòng (Hình) có chắn rác rộng hơn (8 – 10 cm)

b Chắn rác cơ khí

Chắn rác cơ khí được gọi là chắn rác cào rác cơ khí.

Các nhà máy trung bình hoặc lớn đều sử dụng hệ chắn rác cơ

khí, các nhà máy nước thải nhỏ nhưng có rác đặc trưng khó tách bằng chắn rác tiêu chuẩn cũng sử dụng các loại chắn rác cơ khí

Khe hở trong chắn rác thường nằm trong khoảng 1,6 đến 2,5 cm

Do kích thước khe thông thuỷ nhỏ hơn ở trên nên người ta đôi khi coi là chắn rác tinh Thuật ngữ “tinh” ở đây là tương đối,

nhiều nhà máy nước thải công nghiệp phải sử dụng khe chắn rác chỉ vài mm nếu quá nhiều cặn hoặc cặn khó tách bằng chắn rác thông thường

Hệ chắn rác cơ khí có thể làm sạch từ phía trước hoặc từ phía sau Cơ cấu cào rác thường có dạng như “lược” chải qua các khe hở của chắn rác để kéo rác ra, thời gian thực

hiện mỗi chu kì “chải” có thể từ vài giây tới 60 phút Các

chắn rác cơ khí thường được chế tạo sẵn và có rất nhiều dạng

Trong chắn rác cơ khí thường bố trí cơ cấu nhận rác tự động (Hình)

Cơ cấu chắn rác cũng có thể được phối hợp với cơ cấu lắng cát và thu gom rác tự động (Hình)

c Chắn (lọc) rác tinh

Ứng dụng: công nghiệp thực phẩm, len, dệt nhuộm Trong một số nhà máy, lọc tinh được dùng thay thế lọc cát để xử lí

SS trước khi xả ra môi trường

Lọc tinh thường lắp trước các đơn vị xử lí sinh học, trước lọc nhỏ giọt để ngăn ngừa hiện tượng tắc các vòi phun

Thường diện tích thông thuỷ của lọc tinh là 0,186 m 2 /3785

m 3 /ngày hay 20.300 m 3 /ngày/m 2 đối với nước thải sinh hoạt

và 0,280 m 2 /3785 m 3 /ngày hay 13.500 m 3 /ngày/m 2 đối với

nước thải hỗn hợp

•Kích thước lỗ thường chọn như sau:

Mặt rây có kích thước lỗ 0,8 – 2,4 mm Nếu dùng chổi để làm sạch thì mặt sàng làm bằng thép tấm Nếu dùng lưới đan thì kích thước lỗ thường vào khoảng 3 mm Vải lọc có kích thước lỗ nhỏ hơn.