Giáo trình môn xử lý nước thải hay

3.Nguyễn Văn Phước: Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp bằng phương pháp sinh học, NXB xây dựng 2011... Nước thải là nước đã được thải ra sau khi đã sử dụng hoặ

Tài liệu học tập:

1.Trần Văn Nhân – Ngô Thị Nga: Giáo trình công nghệ

xử lý nước thải; NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2002

2.Lương Đức Phẩm: Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, NXB Giáo Dục

3.Nguyễn Văn Phước: Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp bằng phương pháp sinh học, NXB xây dựng 2011

NỘI DUNG

NỘI DUNG

Chương 1Chương 2

Chương 4

Chương 5Chương 3

MỞ ĐẦU

Nước thải là gì?

Nước thải là nước đã được thải ra sau khi đã sử dụng hoặc được tạo ra trong một quá trình công nghệ và không còn giá trị trực tiếp đối với quá trình đó và nước đã bị thay đổi tính chất ban đầu

MỞ ĐẦU

Khi nền văn minh nhân loại phát triển, các đô thị, khu công nghiệm mọc lên và được mở rộng một cách nhanh chóng Vì vậy, nước thải sinh hoạt và các chất thải công nghiệp từ các thành phố gây ra sự ô nhiễm nặng nề đối vơi môi trường nước

và ngày càng trở thành vấn đề cấp bách mang tính chất xã hội

và chính trị của cộng đồng

Năm 2008 Công ty Vedan đóng tại huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai xả một lượng nước thải lớn chưa qua xử lý ra sông Thị Vải Theo ước tính, Vedan có thể xả nước thải tới 5.000 m3/ngày ra sông Trong đó có chất độc cực mạnh là Xyanua.

Hậu quả của việc xả thải ở nhà máy Vedan

Theo sở tài nguyên môi trường Hà Nội, 100% các khu đô thị mới tại HN xả thẳng nước thải ra môi trường , là nguyên nhân khiến ao hồ và sông ở khu vực HN bị ô nhiễm nặng, nước chuyền dần sang màu đen, sau đó tôm cá bắt đầu chết nổi bồng bềnh, nước bốc mùi hôi rất khó chịu

Tháng 4/2016 hiện tượng cá chết dọc bờ biển 4 tỉnh miền trung từ biển Kỳ Anh đến bờ biển Lăng Cô ( Huế), gây bức xúc cho người dân, nguyên nhân chính đó là do công ty Fomosa xả nước thải chứa các chất độc hại như phenol, xyanua, sắt hydroxit, kim loại nặng,

 Đứng trước thực trạng ô nhiễm nguồn nước vô cùng nghiêm trọng như vậy, vai trò của việc xử lý nước thải rất quan trọng.

 Xử lý nước thải đúng tiêu chuẩn sẽ đem lại những lợi ích không nhỏ cho sự phát triển của con người cũng như đất nước ta như việc hạn chế ô nhiễm môi trường, đảm bảo sức khỏe của con người

 Nước thải chưa được xử lý sẽ chứa rất nhiều các vi sinh vật gây bệnh như: bệnh ngứa ngoài da, viêm da, nhiễm khuẩn Hơn nữa trong nước thải còn chứa nhiều chất độc hại, có khả năng làm biến đổi gen hay gây ung thư Nên việc loại bỏ các vị sinh vật gây bệnh là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng

 Đối với khía cạnh kinh tế:

+ Việc tái xử dụng nước thải sau xử lý cho nông nghiệp không chỉ có ý nghĩa về mặt môi trường mà còn bảo vệ được nguồn nước đang ngày càng khan hiếm

+ Một ưu điểm của việc xử dụng nước thải đã qua xử lý để tưới tiêu trong nông nghiệp là giảm mức độ xử lý nước thải, đồng nghĩa với việc làm giảm đáng kể chi phí cho quá trình xử lý nước thải

+ Ngoài việc tận dụng các chất dinh dưỡng có sẵn trong nước thải còn giúp cắt giảm chi phí phân bón cho cây trồng

 Cần có hệ thống xử lý nước thải do sinh hoạt (cống ngầm kín) rồi đổ ra hệ thống cống chung tránh tình trạng xả tràn lan gây ô nhiễm Nước thải công nghiệp, y tế cần phải xử lý theo qui định môi trường trước khi thải ra cộng đồng.

 Thúc đẩy người dân nhằm nâng cao ý thức cộng đồng để giữ sạch nguồn nước bằng cách không được vứt rác bừa bãi, không thải trực tiếp vào nguồn nước sạch Cần hạn chế tối đa việc sử dụng các hóa chất gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là môi trường nước rất quan trọng đối với con người

Các biện pháp bảo vệ môi trường, đặc biệt là môi trường nước:

Các biện pháp bảo vệ môi trường, đặc biệt là môi trường nước:

 Bên cạnh đó cần bảo vệ môi trường bằng hệ thống pháp luật chặt chẽ Xử phạt thật nặng và nghiêm minh với các cá nhân, tổ chức, cơ quan, có hành vi xả nước thải chưa qua xử lý ra môi trường

 Phát động thường xuyên hơn những phong trào tình nguyện bảo vệ môi trường khu dân cư, làm sạch bãi biễn,

 Chúng ta cần có công cụ quản lý môi trường, đó là các biện pháp hành động thực hiện công tác quản lý môi trường của nhà nước, các tổ chức khoa học và sản xuất Mỗi một công cụ có một chức năng và phạm vi tác động nhất định, liên kết và hỗ trợ lẫn nhau

 Luật Bảo Vệ Môi trường của Việt Nam ghi rõ trong Điều 6: “ Bảo vệ môi trường là sự nghiệp của toàn dân Tổ chức, cá nhân phải có trách nhiệm bảo vệ môi trường, thi hành pháp luật về bảo

vệ môi trường, có quyền và có trách nhiệm phát hiện, tố cáo hành

vi vi phạm pháp luật về bảo vệ môi trường”

 Tuy nhiên đây là vấn đề vô cùng rộng và phức tạp Trong khuôn khổ của giáo trình về kỹ thuật xử lý nước thải, ở đây chỉ đề cập đến các phương pháp và quá trình chính sử dụng để xử lý nước thải, cùng các cơ sở khoa học của chúng và tính toán công nghệ phục vụ cho thiết kế các công trình xử lý

CHƯƠNG I ĐẶC TÍNH CỦA NƯỚC THẢI

+ Khả năng phân hủy hóa học

+ Thành phần hóa học của nước thải: chất bẩn hữu cơ

( cacbohydrat, mỡ, dầu nhờn, thuốc trừ sâu, phenol…), chất bẩn

vô cơ ( clorua, N, P, S, H2S,…), các kim loại nặng như Pb, As, Hg,

I.1.2 Đặc tính sinh học.

+ Thành phần sinh học: vi sinh vật và sinh vật

+ Đặc tính sinh học của nước thải:

- Quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ: Quá trình phân hủy các chất hữu cơ thành các chất khoáng đơn giản, sản phẩm cuối cùng là những chất tan và khí

- Quá trình sinh học hiếu khí: Vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải khi có đầy đủ oxi hòa tan ở nhiệt độ và

pH thích hợp

- Quá trình sinh học kỵ khí: Sử dụng vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong môi trường không có oxy liên tục để phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ có trong nước thải, sản phẩm cuối là

CO2 và CH4, các hợp chất trung gian phát sinh mùi như axit

hữu cơ, H2S…

- Quá trình nitrat hóa.

Là quá trình oxi hóa N trong NH4+ thành NO3- theo phản ứng sau:

Hình 1.2: Nấm lim xanh

Hỗ trợ hệ thống miễn dịch, phòng chữa bênh liên quan đến tim, ngăn ngừa ung thư, làm giảm đau dây thần kinh…

Hình 1.1: Nấm linh chi đỏ

I.2 Một số thông số quan trọng của nước thải.

I.2.1 Các thông số hóa học.

Giá trị pH cho phép ta lựa chọn phương pháp thích hợp, hoặc điều chỉnh lượng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý nước Môi trường tối ưu nhất để vi khuẩn phát triển thường

là 7 – 8 Ví dụ vi khuẩn nitrit phát triển thuận lợi nhất với pH

từ 4,8 – 8,8, còn vi khẩn nitrat với pH từ 6,5 – 9,3

a.Độ pH

b) Chỉ số DO (Dissolved Oxygen).

Bảng 1.1: Cấu trúc của 17 axit amin tiêu chuẩn

DO là lượng oxi hòa tan để duy trì sự sống cho các sinh vật dưới nước Bình thường oxi hòa tan trong nước khoảng 8 – 10 mg/l

Trong môi trường nước bị ô nhiễm nặng, oxi được dùng nhiều cho các quá trình hóa sinh và xuất hiện hiện tượng thiếu oxi trầm trọng

 Khi nồng độ DO thấp, các loài sinh vật nước giảm hoạt động hoặc bị chết Do vậy, DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nước của các thuỷ vực

 Để xác định nồng độ oxy hòa tan trong nước nguồn cũng như

trong nước thải, ta dùng phương pháp iot ( phương pháp

Winkler) Dựa vào quá trình oxy hóa Mn2+ thành Mn4+ trong môi trường kiềm và Mn4+ lại có khả năng oxy hóa I- thành I2 tự do trong môi trường axit, như vậy lượng I2 giải phóng tương đương với lượng oxy hòa tan có trong nước Lượng iot này được xác địn bằng phương pháp chuẩn độ với dung dịch natri thiosunfat (Na2S2O3)

Các phản ứng hóa học xảy ra:

+ nếu không có oxy trong mẫu nước: Mn2+ + 2OH -  Mn(OH)2 (trắng)+ nếu có oxy trong mẫu nước:

I2 + 2 Na2S2O3  Na2S2O6 + 2NaI ( không màu)

Kết quả 1ml chuẩn độ tương đương 1mg/l oxy hòa tan

Hiện nay đã sản xuất được các máy đo DO có độ chính xác cao phục vụ nghiên cứu và quan trắc môi trường.

 Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước bằng vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) Quá trình này được tóm tắt như sau:

Chất hữu cơ + O2  CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm cố định

c) Chỉ số BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa - Biochemical Oxygen Demand).

 Xác định tổng lượng oxy hoà tan cần thiết cho quá trình phân huỷ sinh học là phép đo quan trọng đánh giá ảnh hưởng của một dòng thải đối với nguồn nước BOD có ý nghĩa biểu thị lượng các chất thải hữu cơ trong nước có thể bị phân huỷ bằng các vi sinh vật

BOD càng lớn thì nước thải (hoặc nước nguồn) bị ô nhiễm càng cao và ngược lại

Giá trị BOD cho phép trong nước thải là 50mg/l

 BOD5: Để Oxy hoá hết chất hữu cơ trong nước thường phải mất 20 ngày ở 20°C Để đơn giản người ta chỉ lấy chỉ số BOD sau khi Oxy hoá 5 ngày, k ý hiệu BOD5 Sau 5 ngày có khoảng 80% chất hữu cơ đã bị oxy hoá.

 Phương pháp xác định BOD: Thử nghiệm BOD được thực hiện bằng cách hòa loãng mẫu nước thử với nước đã khử ion và bão hòa về ôxy, thêm một lượng cố định vi sinh vật mầm giống,

đo lượng ôxy hòa tan và đậy chặt nắp mẫu thử để ngăn ngừa ôxy không cho hòa tan thêm (từ ngoài không khí) Mẫu thử được giữ ở nhiệt độ 20°C trong bóng tối để ngăn chặn quang hợp (nguồn bổ sung thêm ôxy ngoài dự kiến) trong vòng 5 ngày và sau đó đo lại lượng ôxy hòa tan

 Khác biệt giữa lượng DO (ôxy hòa tan) cuối và lượng DO ban đầu chính là giá trị của BOD Giá trị BOD của mẫu đối chứng được trừ đi từ giá trị BOD của mẫu thử để chỉnh sai số nhằm đưa

ra giá trị BOD chính xác của mẫu thử

Máy đo DO,BOD

Hình 2.1: Mẫu nấm 03

Amauroderma niger Hình 2.3: mẫu nấm 05 Ganoderma pfleifferi

d) Chỉ số COD (Nhu cầu oxy hóa học – Chemical oxygen

 Chỉ số COD được sử dụng rộng rãi để đo gián tiếp khối lượng các hợp chất hữu cơ có trong nước

 Giá trị COD cho phép trong nước thải là 80mg/l

 Chỉ số COD có giá trị cao hơn BOD

 Phương pháp phổ biến nhất để xác định COD là phương pháp bicromat và cơ chế của nó theo phương trình phản ứng sau:

Các chất hữu cơ + Cr2O72- + H+  CO2 + H2O + 2Cr2+

Lượng dư Cr2O72- được chuẩn độ bằng dung dịch

FAS ( Fe(NH4)2(SO4)2) và sử dụng dung dịch ferroin làm chất chỉ thị Điểm kết thúc chuẩn độ là điểm khi dung dịch chuyển từ màu xanh lam sang màu nâu đỏ nhạt theo phản ứng sau:

6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+  6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O

Hàm lượng COD được tính theo công thức:

Trong đó: A là thể tích dung dịch FAS tiêu tốn cho chuẩn độ

+ Hàm lượng nito.

 Nito có thể tồn tại ở các dạng chủ yếu sau:

+ Nito hữu cơ , amoniac, nitrit, nitrat và N2 tự do

 Vì nito là nguyên tố chính xây dựng tế bào tổng hợp protein nên số liệu về nito rất cần thiết để xử lý một loại nước thải bằng phương pháp sinh học

 Chỉ tiêu hàm lượng nito trong nước cũng được xem như là chất chỉ thị tình trạng ô nhiễm của nước vì NH3 tự do là sản phẩm phân hủy của các chất chứa protein

d các chất dinh dưỡng.

 Khi chỉ tiêu N-NO3 trong nước cấp cho sinh hoạt vượt quá 45mg NO3/l cũng có thể gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe con người

 Khi nitrat xâm nhập vào trong cơ thể với hàm lượng cao dưới tác động của enzim trong cơ thể nitrat sẽ được chuyển hóa thành nitrit ngăn cản các quá trình hình thành và trao đổi oxy của Hemoglobin trong máu dẫn đến việc thiếu hút oxy trong máu được gọi là hội chứng ngộ độc Nitrat

 Nếu sử dụng nguồn nước thừa Nitrat trong thời gian dài

sẽ dẫn đến các bệnh do việc thiếu hụt oxy và các bệnh khác

do nitrat kết hợp với các enzim trong đường ruột dẫn đến việc hấp thu thức ăn kém Điển hình của bệnh này là các hiện tượng da xanh, bệnh ung thư hay một số các bệnh khó chữa khác

+ Hàm lượng photpho.

 Ngày nay người ta quan tâm nhiều hơn đến việc kiểm soát hàm lượng các hợp chất photpho trong nước mặt, trong nước thải sinh hoạt và trong nước thải công nghiệp Vì nguyên tố này gây ra sự phát triển bùng nổ của tảo ở một số nguồn nước mặt Photpho trong nước và nước thải thường tồn tại ở các dạng ( PO43-, HPO42-, H2PO4-, H3PO4), trong phân bón và photphat hữu cơ

 Chỉ tiêu photpho có ý nghĩa quan trọng trong cấp nước để kiểm soát sự hình thành cặn rỉ, ăn mòn và xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

I.2.2 Các thông số sinh học.

Chỉ số vệ sinh (E – Coli) là số lượng vi khuẩn E.coli có trong 1 lít nước TCVN quy định chỉ số E.coli của nước sinh hoạt phải nhỏ hơn 20 ( trong 100ml nước chỉ cho phép có 1 con vi khuẩn E.coli)

 Vi khuẩn E.coli có nhiều trong nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải vùng du lịch, dịch vụ, khu chăn nuôi v.v… nhiễm nhiều vi sinh vật có sẵn trong phân người và phân súc vật

 Có nhiều loại E coli, nhưng phần lớn chúng có thể nói là

vô hại Tuy nhiên, một số E coli có thể gây tiêu chảy

 E – coli là vi khuẩn phổ biến trong nước thải, nó có thể sống trong điều kiện khắc nhiệt của môi trường ngoài cũng như trong phòng thí nghiệm Chính vì vậy người ta đã chọn E – coli là chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải

 E coli lan truyền qua thức ăn nhiễm bẩn, các đồ uống như bơ sữa chưa tiệt trùng hoặc nước bị ô nhiễm Thực phẩm và nước

bị nhiễm E coli khó bị phát hiện vì mùi vị và màu sắc không có

gì thay đổi

 Nguồn nước nhiễm bẩn là một trong những yếu tố quan trọng hơn cả gây nên các bệnh liên quan đến tả, thương hàn, hay nhiễm trùng máu…

Chúng ta có thể bị nhiễm E coli qua tắm sông mà nước bị nhiễm khuẩn

 Số lượng E.coli nhiều hay ít phụ thuộc mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước

I.3 Phân loại nước thải.

I.3.1 Nước thải sinh hoạt

Là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác

I.3.2 Nước thải công nghiệp:

Là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động, có cả nước thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu

I.3.3 Nước thải hữu cơ C, chất dinh dưỡng N, P.

 Các chất dinh dưỡng N, P được giải phóng từ phân bón và chất thải động vật, kích thích sự phát triển của thực vật và vi khuẩn trong nước gây nên hiện tượng phú dưỡng nguồn nước

Là điều kiện tốt để các loài tảo, rong, rêu và các thực vật thân

mền trong nước và cuối cùng sẽ ảnh hưởng đến sự cân bằng sinh học của nước

Tảo lam, thực chất là vi khuẩn lam, sinh ra do hiện tượng phú dưỡng nước Nước thừa nitơ, phốt pho do chất thải nông nghiệp và công nghiệp đổ ra, cộng với thời tiết ấm áp, tạo điều kiện thuận lợi cho tảo lam "nở hoa”

 Trong nước thải ngoài chất rắn, hàm lượng nitơ, phốt pho cao thì hàm lượng chất hữu cơ cũng chiếm một lượng rất lớn Đặc biệt là nước thải trong các ngành: công nghiệp, nông nghiệp, sản xuất,… ví dụ như: ngành công nghiệp giấy, dệt nhuộm, chế biến thịt, nấm men,…

I.3.4 Nước thải chứa các chất độc hại:

Là nước chứa các kim loại nặng như chì, thủy ngân, Cd, As, Ag… thuốc trừ sâu, phenol, xianua,… được thải ra từ các chất được sử dụng trong bảo vệ thực vật, sơn, hàn chì, từ các nhà máy hóa chất, nhà máy gang thép,…

Nếu hàm lượng KLN vượt quá ngưỡng cho phép sẽ rất độc và gây tác hại lâu dài đến cơ thể con người Những nguyên tố KLN như asen, cadimi, crom, chì, thủy ngân đều được coi là tác nhân gây ung thư ở người Nguy hiểm hơn nếu cơ thể tích lũy hàm lượng lớn kim loại nặng sẽ dẫn đến nhiều biến chứng nặng nề, gây tổn thương não, co rút các bó cơ, làm người bệnh phát điên và tử vong sau khi tiếp xúc từ vài giờ đến vài tháng hoặc năm KLN có thể tiếp xúc với màng tế bào, ảnh hưởng đến quá trình phân chia DNA, dẫn đến thai chết, dị dạng, quái thai của các thế hệ sau

I.4 Các phương pháp xử lý nước thải và phạm vi áp dụng I.4.1 Phương pháp vật lý.

 Song chắn được đặt trước các công trình làm sạch hoặc có thể đặt ở các miệng xả của các phân xưởng nếu nước thải chứa các tạp chất thô, dạng sợi

 Chiều rộng mỗi khe hở của song chắn được chọn theo kích thước tạp chất cơ học có trong nước thải

 Song chắn có thể đặt cố định hoặc di động, cũng có thể là

tổ hợp cùng vơi máy nghiền nhỏ Thông dụng hơn cả là song chắn cố định

 Trong xử lý nước thải đô thị, thường dùng các song chắn

để lọc nước và dùng máy nghiền nhỏ các vật bị giữ lại Còn trong xử lý nước thải công nghiệp ta đặt thêm lưới chắn

I.4.1.1 Lọc qua song chắn rác ( xử lý sơ bộ)