Luận văn thạc sĩ nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải in và nước thải hồ văn

Các đặc trưng của nước thải Trước tiên để thiết kế, lựa chọn công nghệ xử lý nước thải hợp lý ta cần phải hiểu các tinh chất vật lý, thành phần hóa học và sinh học cùng nguồn gốc phát s

Trường đại học bách khoa hà nội -

LờI Mở ĐầU

Nước đóng vai trò rất quan trọng đối với mọi sự sống trên trái đất Nước

sạch rất cần thiết đối với con người để sử dụng với mục đích ăn uống, sinh hoạt

Trong những năm gần đây, do tác động của “cơ chế thị trường” nên tình trạng “đô thị hóa” đang diễn ra rất nhanh chóng trong phạm vi cả nước Cùng với sự phát triển công nghiệp, sự gia tăng dân số một cách bùng phát kéo theo nhiều vấn đề vô cùng phức tạp, môi trường sống ngày càng trở nên ô nhiễm nặng nề, đặc biệt là nguồn cung cấp nước sạch cho sinh hoạt và hệ thống xử lý nước thải - hai nhân tố ảnh hưởng trực tiếp và lâu dài đến sức khỏe con người Vì thế, con người phải biết xử lý các nguồn nước cấp để có được đủ số lượng

và đảm bảo đạt chất lượng cho mọi nhu cầu sinh hoạt, sản xuất công nghiệp và giải quyết mọi hậu quả của ô nhiễm môi trường Đây là một vấn đề mang tính cấp bách và lâu dài

Để xử lý nước thải và các nguồn nước bị ô nhiễm có rất nhiều những phương pháp xử lý khác nhau Nhưng vấn đề đặt ra để chọn phương pháp nào mang tính khả thi nhằm quản lý và cải tạo môi trường sống ngày càng tốt hơn

Chính vì những vấn đề đó nên tôi đã lựa chọn đề tài cho luận văn tốt nghiệp như sau:

“ Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thảI in và nước thảI hồ văn bằng phương pháp keo tụ”

Nội dung chính bao gồm:

PHầN I TổNG QUAN TàI LIệU

-    -

CHƯƠNG I NƯớC, Sự Ô NHIễM NGUồN NƯớC

Và NƯớC THảI

I Nước và sự ô nhiễm nguồn nước

I.1 Nước trong tự nhiên

Nước là môi trường phát sinh sự sống cũng là nhân tố đặc biệt quan trọng để duy trì sự sống

Trong sự phát triển của loài người, nước đóng vai trò then chốt trong các ngành nông nghiệp, công nghiệp cũng như đời sống hàng ngày Điều kiện

đặc biệt quan trọng cho sự tồn tại của sự sống trên trái đất đặc biệt là sự sống của con người đó là nước sạch Nước là nguồn gốc của sự sống, là môi trường

để sự sống diễn ra và phát triển nên nước rất cần thiết, là tài sản chung của nhân loại

Theo kết quả tính toán khoa học thì 75% diện tích bề mặt của Trái Đất

được bao phủ bởi nước Trong đó 97,5% nước trên trái đất nằm ở Đại Dương

và nhiễm mặn Trong 2,5% nước không nhiễm mặn thì 3/4 tồn tại ở dạng băng

ở hai cực của trái đất và núi cao 1/4 còn lại thì 96% tồn tại dưới bề mặt nước (nước ngầm) chỉ có 4% ở sông ngòi, ao, hồ Như vậy tổng thể nước mặt chiếm 1% và nước ngầm chiếm 24% của lượng nước không bị nhiễm mặn[3]

Do đó lượng nước ngọt có thể dùng được là rất ít

lớn với mômen lưỡng cực M= 1,87D Do đó nước đóng vai trò là dung môi cho hầu hết các loại dung dịch, nhưng đó cũng là nguyên nhân chính làm cho nước thường chứa các tạp chất bẩn

Nhiệt dung riêng của nước là 4184 J/kg.oC, lớn nhất so với các chất lỏng và chất rắn nên đun nóng hoặc làm nguội cũng lâu hơn, vì thế nước giữ cho sự sống diễn ra trong nước không bị biến đổi đột ngột vì nhiệt Mặt khác, nhiệt hoá hơi của nước là 2258 kJ/kg cũng là lớn nhất so với các chất lỏng khác lên hơi nước đã tích luỹ một lượng nhiệt lớn và giải phóng khi ngưng tụ vì thế nước là yếu tố chính ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu

Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực Các hợp chất phân cực hoặc có tính ion như axít, rượu và muối đều dễ tan trong nước Tính hòa tan của nước đóng vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xẩy ra trong dung dịch nước

Nước tinh khiết không dẫn điện Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua

Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một axit hay bazơ ở pH=7 (trung tính) hàm lượng các ion (OH-) cân bằng với hàm lượng của các ion (H3O+) Khi phản ứng với một axit mạnh hơn thí dụ như HCl, nước phản ứng như một chất kiềm:

HCl + H2O ↔ H3O+ + Cl- Với ammoniac nước lại phản ứng như một axit:

NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH- Nước là nguồn tài nguyên quan trọng và quý giá của loài người, song hiện nay nguồn nước lại đang ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng cùng với sự phát triển của xã hội

I.2 Sự ô nhiễm nước hiện nay

Sự ô nhiễm nước là sự có mặt của một hay nhiều chất lạ trong nước Khi vượt quá ngưỡng chịu đựng của cơ thể sinh vật thì chất đó trở nên độc hại

Do hoạt động nhân tạo hay tự nhiên mà thành phần và tính chất của nước có thể bị thay đổi bởi nhiều tạp chất đưa vào Thực ra, nước có khả năng

tự làm sạch thông qua các quá trình biến đổi lý - hóa, sinh học, hấp phụ, lắng, lọc, tạo bông keo, oxy hóa khử, trao đổi chất… Cơ sở để quá trình này đạt hiệu quả cao là phải đủ oxy hòa tan Khi lượng chất thải đưa vào nước quá nhiều, vượt quá khả năng tự làm sạch của nước thì kết quả là tính chất của nước bị thay đổi Sự thay đổi tính chất và thành phần của nước có ảnh hưởng

Các khuynh hướng thay đổi chất lượng nước bao gồm:

và nước thải công nghiệp, làm tăng hàm lượng SO32- và NO3- trong nước

- Tăng hàm lượng các ion Ca , Mg , Si trong nước ngầm và nước sông

- Tăng hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước tự nhiên, tăng hàm

lượng các muối, các hợp chất hữu cơ, giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước tự nhiên, giảm độ trong của nước

Tình trạng ô nhiễm nước ở nước ta hiện nay ngày càng nghiêm trọng và

có nguy cơ gia tăng Vấn đề đặt ra là phải có biện pháp quản lý nước bề mặt, nước thải do các nhà máy phải được xử lý trước khi thải ra môi trường

II Phân loại và đặc tính của nước thải

Nước thải là chất được thải ra trong quá trình sử dụng của con người đã biến đổi tính chất ban đầu của chúng

II.1 Phân loại nước thải

Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng Theo cách phân loại này ta có các loại nước thải sau đây:

- Nước thải sinh hoạt

- Nước thải công nghiệp

- Nước thải đô thị

- Nước thải tự nhiên

II.1.1 Nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước thải ra từ các khu dân cư, khu vực hoạt

động thương mại, công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác Do đó lượng nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 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 chứa nhiều tạp chất khác nhau trong đó khoảng 52% là chất hữu cơ, 48% là chất vô cơ và các vi sinh vật[1] Các vi sinh vật của nước thải thường ở dạng virút và vi khuẩn không có hại có tác dụng phân hủy các chất thải

II.1.2 Nước thải công nghiệp

Là nước thải ra từ các nhà máy đang hoạt động, có cả nước thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu Công nghiệp ngày càng phát triển mạnh kéo theo lượng nước thải từ các nhà máy thải trực tiếp

vào các hệ thống sông ngòi là rất lớn, hầu hết chưa qua xử lý hoặc xử lý sơ bộ trước khi thải ra môi trường

Việc xử lý nước thải công nghiệp phải dựa vào đặc điểm thành phần của nước thải sản xuất từng nhà máy Do đó căn cứ vào thành phần của khối lượng nước thải mà lựa chọn các biện pháp công nghệ thích hợp để xử lý sao cho hiệu quả và chi phí ở mức thấp nhất

II.1.3 Nước thải đô thị

Nước thải đô thị gồm khoảng 50 % là nước thải sinh hoạt, 14% là các loại nước thấm, và 36 % là nước thải sản xuất Lưu lượng nước thải đô thị phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu và các điều kiện đặc trưng của thành phố Khoảng 65 % đến 85 % lượng nước cấp cho một người trở thành nước thải Lưu lượng và hàm lượng các chất thải trong nước thải đô thị thường giao

động trong một phạm vi rất lớn

II.2 Các đặc trưng của nước thải

Trước tiên để thiết kế, lựa chọn công nghệ xử lý nước thải hợp lý ta cần phải hiểu các tinh chất vật lý, thành phần hóa học và sinh học cùng nguồn gốc phát sinh của chúng được liệt kê trong bảng[1]

Bảng 1.1: Các tính chất vật lý, hóa học và sinh học đặc trưng của nước thải

- Sự thối rữa chất thải và các chất thải công nghiệp

- Cấp nước cho sinh hoạt, các chất thải sinh hoạt

và sản xuất, sói mòn đất, dòng thấm, chảy vào hệ thống cống

- Các chất thải sinh hoạt và sản xuất

• Thành phần hóa học

• Nguồn gốc hữu cơ:

- Mỡ, dầu, dầu nhờn

- Các chất thải công nghiệp

- Các chất thải sinh hoạt và thương mại

- Các chất thải sinh hoạt và sản xuất

- Nước thải, cấp nước thải sinh hoạt, quá trình thấm của nước ngầm

- Cấp nước sinh hoạt, các chất thải sinh hoạt, quá trình thấm của nước ngầm, các chất làm mềm nước

- Các chất thải sinh hoạt và nông nghiệp

- Các chất thải sinh hoạt và công nghiệp

- Các chất thải sinh hoạt và công nghiệp

- Phân hủy các chất thải sinh hoạt

- Các chất thải sinh hoạt và công nghiệp

- Các chất thải sinh hoạt và công nghiệp

- Các chất thải sinh hoạt và công nghiệp

- Các chất thải sinh hoạt và công nghiệp

- Các chất thải sinh hoạt và nhà máy xử lý

- Các chất thải sinh hoạt

CHƯƠNG II CáC CHỉ TIÊU ĐáNH GIá

CHấT LƯợNG NƯớC

Mỗi quốc gia đều đưa ra những tiêu chuẩn chất lượng môi trường thông qua giới hạn và nồng độ cho phép của các chỉ tiêu về chất lượng nước để có thể kiểm soát và đánh giá chất lượng nguồn nước và nước thải

Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt được xây dựng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nguồn nước mặt (ao, hồ, sông, biển) Đối với tiêu chuẩn này, một

I.2 Độ đục

Độ đục của nước gây ra bởi sự có mặt của các chất không tan Các chất không tan có nguồn gốc hữu cơ, vô cơ và thực vật, vi sinh, có kích thước thông

Phương pháp quan sát là bằng dụng cụ thích hợp xác định độ sâu của lớp nước, tại đó có thể quan sát được Độ đục càng thấp chiều sâu của lớp nước còn nhìn thấy được càng lớn Nó chỉ có tính chất định tính

Phương pháp đo quang dựa trên hiện tượng ánh sáng tán xạ khi gặp các hạt huyền phù trên đường đi, độ đục càng lớn thì cường độ ánh sáng tán xạ càng cao Trên cơ sở so sánh với nồng độ chất chuẩn là polyme fomazin có thể xác định được độ đục, đơn vị đo là NTU hay FTU

Nước được gọi là trong khi mức độ nhìn sâu tới lớp nước lớn hơn 1m, hay độ đục nhỏ hơn 10NTU, nước đục không nhìn sâu hơn được 10cm, hay độ

I.3 Độ màu của nước

Nước nguyên chất không màu Màu sắc của nước là do chất bẩn trong nước gây nên Màu sắc của nước có ảnh hưởng nhiều tới thẩm mỹ khi sử dụng,

làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm khi sử dụng nước có màu trong sản xuất

Ví dụ: các hợp chất sắt không hòa tan làm cho nước có màu nâu đỏ; các chất humic làm cho nước có màu vàng; các loại thủy sinh tạo cho nước có màu xanh lá cây; nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt lại có màu đen hoặc xám do các chất hữu cơ bị phân hủy, thối rữa…

Dựa vào tính chất màu này người ta đưa ra thang màu chuẩn Co và nước

đạt chỉ tiêu là nước sạch khi có độ màu < 5 độ Co

Đơn vị đo độ màu thường dùng là độ theo thang màu Platin – Coban Nước tự nhiên thường có độ màu thấp hơn 200 độ (Pt-Co)

I.4 Độ phóng xạ của nước

Nước nhiễm phóng xạ là do sự phân hủy phóng xạ trong nước, thường

có nguồn gốc từ các nguồn nước thải phóng xạ gây ra Chất phóng xạ hủy hoại cơ thể sống bởi nó khơi mào các phản ứng hóa học độc hại với các mô tế bào

Ví dụ: các liên kết trong các cấu trúc cao phân tử sẽ bị bẻ gẫy; trong các trường hợp ngộ độc phóng xạ cấp tính thì tủy sống, nơi tạo ra các hồng cầu máu bị hủy hoại và dẫn đến số lượng hồng cầu trong máu sẽ bị giảm sút… Như vậy chất phóng xạ có nhiều ảnh hưởng nguy hại cho sự sống nên độ phóng xạ trong nước thường được xem như là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng nước

I.5 Hàm lượng chất rắn trong nước

Hàm lượng chất rắn trong nước gồm có chất rắn vô cơ (các muối hòa tan, chất rắn không tan như huyền phù, đất cát…), các chất rắn hữu cơ (gồm các vi sinh vật, vi khuẩn, động vật nguyên sinh, các chất hữu cơ vô sinh như phân rác, chất thải công nghiệp…) Trong xử lý nước, khi nói đến hàm lượng chất rắn người ta thường đưa ra các khái niệm sau:

Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng TSS (Total Suspended Solid): là trọng lượng khô tính bằng mg của phần còn lại khi làm bay hơi 1 lit mẫu nước trên

nồi cách thủy rồi sấy khô ở 103oC cho tới khi trọng lượng không đổi (mg/l) Hàm lượng các chất rắn lắng được là những hạt rắn sẽ lắng xuống đáy bình hình côn (gọi là phễu Imhop) trong 60 phút(ml/g)

• Lượng chất rắn lơ lửng SS (Suspended Solid): là trọng lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lit mẫu nước qua

xác định hàm lượng chất rắn lơ lửng thường dùng giấy lọc Whatman GF/C,có kích thước lỗ khoảng 1,2μm

• Lượng chất rắn hòa tan DS (Dissolved Solid): là hiệu giữa tổng hàm lượng chất rắn và hàm lượng chất rắn lơ lửng DS = TSS - SS

• Lượng chất rắn bay hơi VS (Volatile Solid): là trọng lượng mất đi khi

I.6 Độ dẫn điện

4.2μS/cm (tương ứng với điện trở 23,8μΩ/cm) Độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng các chất khoáng, các chất điện li hòa tan trong nước, thường dùng đánh giá tổng hàm lượng các chất khoáng hòa tan trong nước

I.7 Mùi vị của nước

Các chất khí và các chất hòa tan trong nước làm cho nước có mùi và vị Nước thiên nhiên có thể có mùi đất, mùi tanh, mùi thối hoặc mùi đặc trưng

thể có vị mặn, chát, ngọt… tùy theo thành phần và hàm lượng muối hòa tan trong nước

Các chất gây mùi, vị trong nước có thể chia làm ba nhóm:

• Các chất gây mùi vị có nguồn gốc vô cơ như NaCl, MgSO4 gây vị mặn; muối đồng gây vị tanh; mùi clo do Cl2, ClO2; mùi trứng thối của H2S…

• Các chất gây mùi vị có nguồn gốc hữu cơ trong chất thải công nghiệp,

chất thải dầu mạ, phenol, dầu mỡ…

• Các chất gây mùi từ quá trình sinh hóa, các hoạt động của vi khuẩn, rong tảo….[3]

II Các chỉ tiêu hóa học

Độ pH có thể được xác định bằng giấy chỉ thị màu hoặc bằng dụng cụ

đo pH điện cực Hydro hoặc điện cực thủy tinh (dùng khi không cần xác định chính xác độ pH)

Việc xác định các mẫu nước được tiến hành thuận tiện với dụng cụ đo

độ pH điện tử hiện số: pH-metre HANNA và pH-metre Mettler Delta-320

II.2 Hàm lượng oxy hòa tan DO (Dissolve Oxygen)

DO là lượng oxy (mg) có trong 1ml nước tại một điều kiện nhất định về nhiệt độ, áp suất… Đây là một trong các chỉ tiêu quan trọng nhất của nước vì oxy không thể thiếu được đối với tất cả các sinh vật sống dưới nước

Để xác định nồng độ oxy hòa tan trong nước, người ta thường dùng phương pháp Iốt (hay còn gọi là phương pháp Winkler) Phương pháp phân tích này 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, vậy

Lượng Iốt này được xác định bằng phương pháp chuẩn độ với dung dịch Natri thiosunfat Na2S2O3

II.3 Nhu cầu oxy hóa sinh học BOD (Biochemical Oxygen Demand)

Nhu cầu oxy sinh hóa là chỉ tiêu thông dụng nhất để xác định mức độ ô

nhiễm của nước thải đô thị và chất thải trong nước thải công nghiệp

BOD là lượng oxy cần thiết để vi khuẩn phân hủy các hợp chất hữu cơ ở

điều kiện hiếu khí Điều kiện hiếu khí là quá trình cung cấp đầy đủ các khí cần thiết cho vi khuẩn

Vi khuẩn

Hợp chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm cố định

BOD biểu thị lượng các chất hữu cơ trong nước có thể bị phân hủy bằng các vi sinh vật Trong kỹ thuật môi trường, chỉ tiêu BOD được sử dụng rộng rãi

II.4 Nhu cầu oxy hóa hóa học COD (Chemical Oxygen Demand)

COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hóa học tất cả các hợp chất hữu cơ trong nước tạo thành CO2 và H2O Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa được xác định khi sử dụng một tác nhân oxy hóa hóa học mạnh trong môi trường axit

Chỉ số COD biểu thị cả lượng các chất hữu cơ không thể bị oxy hoá bằng vi sinh vật, do đó nó có giá trị cao hơn BOD Phép phân tích COD có ưu

điểm là cho kết quả nhanh (hết khoảng 3 giờ) nên đã khắc phục được nhược

có mối tương quan nhất định với nhau COD vận hành kiểm soát hoạt động của các nhà máy xử lý nước thải

II.5 Độ cứng của nước

Nước cứng là do trong nước có chứa các cation Mg2+ hoặc Ca2+ Khi phân loại nước cứng theo các anion kết hợp ta có:

lý dễ dàng khi đun sôi, nên có tên gọi là độ cứng tạm thời

• Độ cứng phi cacbonat: là độ cứng của nước do các muối sunfat (SO42-)

đun sôi nước, nên có tên gọi là độ cứng vĩnh cửu

Nước cứng không có lợi trong sản xuất và sinh hoạt Nước có độ cứng cao dùng trong sản xuất dễ gây ra việc đóng cặn dẫn đến phá thủng các nồi hơi, các đường ống dẫn… Còn trong sinh hoạt nó dễ dàng phản ứng với axit béo tạo ra các hợp chất khó hòa tan Và dựa trên hàm lượng CaCO3 trong nước, người ta chia làm ba loại nước cứng như sau:

II.6 Hàm lượng kim lọai nặng trong nước[20]

dải rộng từ có ích đến gây khó chịu cho tới độc hại nguy hiểm Một vài kim loại là cần thiết, những kim loại khác có thể ảnh hưởng khác nhau đến người dùng nước, hệ thống xử lý nước thải và chứa nước Một vài kim loại có thể có ích hoặc độc hại tùy theo nồng độ của nó

III 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

Các vi khuẩn coliform chịu nhiệt: các vi khuẩn coliform như đã nêu trên có cùng đặc tính lên men trong vòng 24 giờ, hoặc ở 440C ± 0,250C, hoặc ở 44,50C

± 0,250C

Escherichia coli (E.coli giả định): các vi khuẩn coliform chịu nhiệt như mô tả trên chúng cũng sinh khí từ lactoza (và manitol) cũng như sinh indol từ tryptophan trong vòng 24 giờ hoặc ở 440C ± 0,250C, hoặc ở 44,50C ± 0,250C Các vi khuẩn có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên cũng như trong các bể xử lý Do đó đặc điểm, chức năng của nó phải được tìm hiểu kỹ Ngoài ra các vi khuẩn còn có khả năng gây bệnh và được sử dụng làm

thông số chỉ thị cho việc ô nhiễm nguồn nước bởi phân

2 Nấm

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

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

3 Tảo

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

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

4 Nguyên sinh động vật

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

hoặc yếm khí không bắt buộc chỉ có một số loài sống yếm khí Các nguyên sinh động vật quan trọng trong quá trình xử lý nước thải bao gồm các loài Amoeba, Flagellate và Ciliate Các nguyên sinh động vật này ăn các vi khuẩn

và các vi sinh vật khác do đó, nó đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng

hệ vi sinh vật trong các hệ thống xử lý sinh học Một số nguyên sinh động vật gây bệnh cho người như Giardalamblia và Cryptosporium

5 Động vật và thực vật

Bao gồm các loài có kích thước nhỏ như rotifer đến các loài giáp xác có kích thước lớn Các kiến thức về các loài này rất hữu ích trong việc đánh giá mức độ ô

nhiễm của các nguồn nước cũng như độc tính của các loại nước thải

được mục đích trên, trong công nghệ xử lý nước thải đã sử dụng nhiều quá trình khác nhau[1] Việc phân loại các phương pháp xử lý nước thải có thể dựa vào đặc tính của quá trình

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

• Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học như lắng cặn, lọc qua lưới lọc, lọc qua lớp vật liệu lọc, lọc qua màng, khuấy trộn và pha loãng…

• Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học như trung hòa, oxy hóa khử, kết tủa…

• Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học yếm khí hay hiếu khí

• Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý như tuyển nổi, đông tụ và keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion…

Sau đây là các phương pháp xử lý nước thải phổ biến:

I Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học là quá trình không làm biến tính nước thải về phương diện hóa học và sinh học Xử lý cơ học có mục đích nâng cao chất lượng và hiệu quả cho các bước xử lý tiếp theo Như đã trình bày ở trên thì trong nước thải nói chung thường chứa các tạp chất rắn, lỏng…

ở dạng lơ lửng, tạo với nước thành hệ huyền phù Để tách các hạt lơ lửng này

ra khỏi nước thải, người ta sử dụng các quá trình thủy cơ (gián đoạn hoặc liên tục)

Tùy vào yêu cầu mà người ta sử dụng các phương pháp cơ học để xử lý nước thải một cách thích hợp, sau đây là một số phương pháp tiêu biểu:

• Song chắn: có tác dụng giữ lại các tạp chất như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, các mẩu đá gỗ và các vật thải khác

• Lưới chắn: dùng để loại bỏ các vật cứng, vật nổi có kích thước lớn trước khi đến máy bơm

• Lưới lọc: là các lưới có kích thước lỗ từ 0.5 đến 1mm dùng để loại các chất lơ lửng có kích thước nhỏ hoặc giữ lại các sản phẩm có giá trị

• Bể lắng cát, bể lắng cặn giúp loại bỏ cặn nặng gây cản trở cho quá trình xử lý sinh học trong bể aerotank hay bể lọc sinh học

• Bể tuyển nổi, vớt bọt giúp loại bỏ dầu mỡ hoặc các chất hoạt động bề mặt gây cản trở cho quá trình oxy hóa và khử màu

II Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học

Phương pháp hóa học là phương pháp dùng các tác nhân hóa học và bể phản ứng để xử lý nước thải, ta có các phương pháp xử lý nước thải cơ bản là phương pháp trung hòa, oxy hóa khử và kết tủa hóa học

• Phương pháp trung hòa: mục đích của phương pháp này là đưa độ

pH của nước thải về giá trị 6.5 ữ 8 trước khi thải vào tự nhiên hoặc trước khi chuyển sang phương pháp xử lý tiếp theo Có thể có các cách:

- Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm

- Bổ xung tác nhân hóa học

- Lọc nước thải axit qua vật liệu trung hòa

- Hấp phụ khí axit bằng nước thải kiềm hoặc hấp phụ amoniac bằng nước thải axit

Phương pháp trung hòa được áp dụng với các dòng nước thải có mang tính axit hoặc kiềm như nước thải của ngành công nghiệp cán thép, thuốc

nhuộm…

Việc lựa chọn phương pháp trung hòa tùy thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải, chế độ thải nước thải, khả năng sẵn có và giá thành của tác nhân hóa học

Trong quá trình trung hòa, một lượng bùn cặn được tạo thành Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng tác nhân sử dụng cho quá trình[1]

• Phương pháp oxy hóa khử: trong quá trình oxy hóa các tạp chất độc

hại trong nước thải có thể được chuyển thành các chất ít độc hơn, dễ loại bỏ ra khỏi nước thải; song quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các chất hóa học

Do đó người ta rất hạn chế sử dụng phương pháp này, trừ khi trong nước có các tạp chất không thể bị loại bỏ bằng các phương pháp khác Ví dụ khử Xyanua hay hợp chất hòa tan Asen

(lỏng hoặc khí), nước Javen, Kali penmanganat

Hoạt độ của các chất oxy hóa được xác định bởi đại lượng thế oxy hóa Trong các chất được biết trong tự nhiên, Flo là chất oxy hóa mạnh nhất, nhưng cũng chính vì vậy mà nó cũng không được ứng dụng trong thực tế Thế oxy hóa của một số chất hóa học như sau: [1]

• Phương pháp kết tủa hóa học: phương pháp này dựa trên phản ứng

hóa học giữa chất đưa vào nước thải với kim loại cần tách, ở pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa; hoặc dựa trên dựa trên độ hòa tan của kim loại trong dung dịch phụ thuộc vào pH, ở một giá trị pH nhất định của dung dịch nồng độ kim loại vượt quá nồng độ bão hòa thì sẽ có kết tủa, nhất là môi trường kiềm hoặc kiềm yếu

Phương pháp kết tủa thường dùng để xử lý nước thải của ngành công nghiệp luyện kim và gia công kim loại

III Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Cơ sở của phương pháp này là sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trình dinh dưỡng chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên.Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa

Thực chất của phương pháp này là quá trình lên men – là sự phân hủy một số chất hữu cơ, chúng thường kèm theo sự thoát khí dưới tác dụng của các enzym do vi sinh tiết ra

Các phương pháp xử lý nước thải bằng sinh học nhìn chung thường

khí

• Phương pháp hiếu khí: là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật

hiếu khí Để đảm bảo hoạt động sống của chúng, cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng từ 20 đến 40oC

• Phương pháp yếm khí: phương pháp này sử dụng các vi sinh vật yếm

khí

Phương pháp sinh học để xử lý nước thải rất thích hợp cho việc loại bỏ chất

ô nhiễm tự nhiên trong thiên nhiên và với lưu lượng xử lý lớn, có thể xây dựng các kiểu hồ sinh học tự nhiên như: hồ oxy hóa cấp ba, hồ thông khí nhân tạo (hồ được thông khí), hồ oxy hóa hiếu khí hay yếm khí (hồ oxy hóa tùy tiện)…

IV Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý

Đây là những phương pháp được dùng khá phổ biến, có thể làm giảm 80

ữ 90% số lượng tạp chất, đảm bảo sự thích ứng với sự thay đổi đột ngột của

nước thải như độ nhiễm bẩn… Nhưng các phương pháp này cũng có nhược

điểm là giá thành cao do phải sử dụng nhiều hóa chất và tạo ra lượng cặn nhiều Các phương pháp hóa lý để xử lý nước thải gồm đông tụ, keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, tách bằng màng hay phương pháp điện hóa…

IV.1 Phương pháp đông tụ và keo tụ

Bằng các biện pháp xử lý cơ học như đã trình bày ơ phần trên có thể

nó không thể tách được các tạp chất ô nhiễm dạng keo và hòa tan vì chúng có kích thước quá nhỏ Nếu dùng phương pháp lắng đơn giản để xử lý nước thải dạng này thì hiệu quả không cao Như vậy để tăng hiệu quả của phương pháp lắng thì phải tăng kích thước của các hạt này; và người ta đã lợi dụng sự tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán để liên kết chúng thành tập hợp

Đông tụ là sự phá vỡ tính bền vững của các hạt keo bằng cách đưa thêm

vào hệ một chất phản ứng như các chất điện ly, muối nhôm hay các chất polyme (trung hòa điện tích của các hạt rắn) Còn keo tụ là sự tích tụ các hạt

nhỏ đã bị phá vỡ độ bền vững thành các tập hợp nhỏ, sau đó thành các cụm to hơn và lắng xuống

Khi thế cân bằng điện động bị phá vỡ, các thành phần mang điện sẽ kết hợp hoặc kết dính với nhau bắng lực liên kết phân tử và tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc ion tự do; các tổ hợp này được gọi là các hạt bông keo Theo thành phần cấu tạo người ta chia thành keo kỵ nước và keo ưa nước:

• Keo kỵ nước là các hạt keo không ngậm nước, ví dụ keo của các kim

nhất; các khối này có khả năng hấp phụ chọn lọc một loại ion nào đó tạo thành lớp vỏ bọc ion Lớp vỏ bọc ion này cùng với khối phân tử bên trong tạo thành hạt keo Như vậy cấu tạo của hạt keo gồm có nhân keo và điện tích hạt keo:

• Nhân keo: gồm một số nguyên tử hoặc phân tử trung hòa kết hợp lại

thành trạng thái rắn, số phân tử càng lớn thì kích thước hạt keo càng lớn

• Điện tích hạt keo: bề mặt nhân keo có thể hấp phụ chọn lọc ion của

dung dịch tạo ra lớp ion tạo thế (còn có một số lượng nhỏ ion trái dấu cũng hấp phụ lên bề mặt nhân keo) Xung quanh lớp ion này là lớp ion bên ngoài

mà hầu hết là các ion trái dấu được hút bám một cách lỏng lẻo tạo thành lớp khuyếch tán Đây là cấu tạo mixen của keo

Ví dụ, để điều chế keo AgI như sau:

K+, I-, NO3- Nhân keo sẽ hấp phụ ion I- làm ion tạo thế; ta có keo âm và cấu tạo mixen của keo có dạng:[7]

{mAgI.nI-.(n-x)K+}.xK+

Trong tự nhiên, tùy theo nguồn gốc xuất xứ hay bản chất hóa học, các hạt cặn lơ lửng đều mang điện tích âm hoặc dương Ví dụ như các hạt rắn có nguồn gốc silic, các hợp chất hữu cơ đều mang điện tích âm, ngược lại các hydroxyt của nhôm và sắt mang điện tích dương Do vậy, khi lựa chọn chất

đông tụ phải căn cứ vào hệ keo đang xét và cần chú ý tới tính không độc hại

và hiệu quả mà nó mang lại Để xử lý nước thải người ta thường sử dụng các loại chất keo tụ có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp

Hình 1.1 Cấu tạo lớp điện tích trên hạt rắn lơ lửng

Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu, một số ion trái dấu bị hút chặt đến mức chuyển động cùng hạt rắn nên tạo thành một mặt trượt, xung quanh lớp ion trái dấu bên trong là lớp ion bên ngoài gồm hầu hết các ion trái dấu bị hút bám một cách lỏng lẻo và dễ dàng bị trượt ra Lớp ion dương làm giảm điện tích âm của hạt rắn, giúp các hạt dính kết vào với nhau

Các chất keo tụ vô cơ thường dùng là các muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng Một số muối nhôm tiêu biểu được dùng làm chất đông tụ như:

Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al(OH)5.Cl, Ca(OH)2, Fe2(SO4)3.xH2O Các chất keo tụ hữu cơ tổng hợp như: Melaminfocmandehyt, hydrin metylamin(EPLDAM), poly clorua-dialyldimetylamoni(POLYAMAC) Quá trình làm sạch nước bằng đông tụ và tạo bông bao gồm các giai đoạn định lượng, khuấy trộn hóa chất với nước thải, tạo thành bông keo và lắng bông keo

Phương pháp keo tụ dùng để xử lý độ màu, độ đục của nước và nước thải có chứa các kim loại nặng[1]

IV.2 Phương pháp điện hóa

Người ta sử dụng các quá trình oxy hóa anod và khử catod để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất hòa tan và phân tán Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải Phương pháp điện hóa đạt hiệu suất cao nhưng chi phí cao do tiêu tốn điện năng lớn

Trong quá trình điện phân thì tại cực dương (anod) các ion cho điện tử nghĩa là có phản ứng oxy hóa xảy ra; còn trên cực âm (catod) xảy ra quá trình nhận điện tử nghĩa là có phản ứng khử Các quá trình này thích hợp để làm sạch nước khỏi các tạp chất như xyanua, sunfoxyanua, các amin, alcol, hợp chất nitơ, thuốc nhuộm… Trong các quá trình này các tạp chất bị phân hủy

lợi cho các bước xử lý tiếp theo

• Anod: thường được làm từ các vật liệu không hòa tan khác nhau có tính chất điện phân như: grafit, manetit (Fe3O4), dioxyt mangan và dioxyt rutendi… phủ trên nền Titan

• Catod: được làm bằng molipden, hợp kim của vonfram với sắt hay niken, than chì, thép không rỉ

Đông tụ điện: tiến hành điện phân với việc sử dụng anod hòa tan bằng

nhôm hoặc thép Dưới tác dụng của dòng điện xảy ra quá trình hòa tan của kim loại dẫn đến các cation của sắt hoặc nhôm chuyển vào nước gặp nhóm hydroxyl tạo thành các hydroxit của các kim loại đó ở dạng bông và quá trình

đông tụ xảy ra mãnh liệt Phương pháp này thích hợp để loại bỏ các tạp chất

• Tại cực dương (anod), xảy ra quá trình oxy hóa: Al - 3e = Al3+

Al3+ thủy phân tạo thành các hợp chất

Ví dụ: {[Al(OH)3]m.n Al3+(3n - x)Cl-}xCl-

Các hạt keo sẽ hấp phụ, hút các hạt keo, các ion tích điện trái dấu dẫn tới keo tụ Trong quá trình hình thành các hạt keo và keo tụ có thể kéo theo kết tủa các tạp chất lơ lửng trong nước thải, sa lắng xuống dưới tác dụng trọng lực

Bên cạnh đó, khí H2, Cl2, O2 thoát ra ở cả hai điện cực còn có tác dụng khuấy trộn dung dịch và làm tăng thêm hiệu quả của quá trình Đặc biệt quá trình đông tụ điện còn có tác dụng tẩy màu cho các nước thải mang màu trong nhiều ngành công nghiệp như ngành dệt nhuộm, ngành bia…

Hình 1.2 Hệ thống thiết bị điện phân Anod tan

Ưu điểm của phương pháp là thiết bị gọn và điều khiển đơn giản, không

sử dụng các tác nhân hóa học, ít nhạy cảm với sự thay đổi điều kiện tiến hành quá trình, không có chất độc, bùn cặn có tính chất cơ học tốt và có thể nghiên cứu để sử dụng được

IV.3 Phương pháp tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (các hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng bằng cách làm nổi tạp chất lên bề mặt dung dịch Trong xử lý nước thải, về nguyên tắc,

tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học Ưu điểm của phương pháp này là có thể loại bỏ được hoàn toàn các tạp chất nhỏ và nhẹ, lắng chậm trong một khoảng thời gian ngắn Khi các hạt đã nổi lên bề mặt, chúng có thể được thu gom bằng bộ phận vớt bọt

của hạt rắn tạo thành một góc θ gọi là góc biên của sự thấm ướt

Hình 3 Sự kết dính giữa hạt rắn và bóng khí trong tuyển nổi

Khả năng tạo thành tổ hợp tuyển nổi của các hạt – bọt khí, vận tốc của quá trình, độ bền vững của mối dính kết và thời gian tồn tại của tổ hợp trên phụ thuộc vào bản chất của hạt, vào đặc tính tác dụng tương hỗ của các tác nhân với bề mặt hạt và khả năng thấm ướt của bề mặt hạt Năng lượng tạo

nhất, ngược lại đối với hạt không thấm ướt độ bền vững đó là lớn nhất

Đối với các hạt ưa nước thì thì phải dùng chất tuyển nổi – là tập hợp của nhiều chất hoạt động bề mặt Các chất này hấp phụ lên bề mặt chất rắn và chuyển bề mặt của nó thành bề mặt kỵ nước Ví dụ:

R – O – C – SH

\\

S

Chất này làm giảm sức căng bề mặt rắn lỏng

Bên cạnh phương pháp tuyển nổi thông thường người ta còn sử dụng phương pháp tuyển nổi bằng điện Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng các bọt khí được tạo thành trong quá trình điện phân để loại bỏ các hạt lơ lửng Tại anod là các bóng khí oxy còn trên catod là hydro Khi sử dụng

điện cực hòa tan thì xảy ra đồng thời quá trình đông tụ điện và tuyển nổi dẫn

đến sự tăng hiệu suất xử lý nước thải[1]

IV.4 Phương pháp hấp phụ

Bóng khí Hạt rắn

θ

Hấp phụ là quá trình tích tụ các phân tử khí hoặc lỏng lên bề mặt của

chất rắn (chất hấp phụ) Quá trình hấp phụ là tự xảy ra do chất hấp phụ là những chất có bề mặt riêng lớn; vì thế nó có xu hướng hấp phụ các chất khác lên bề mặt để làm giảm năng lượng tự do bề mặt

Các chất sử dụng làm chất hấp phụ là các chất có bề mặt riêng lớn, cấu trúc xốp và có độ phân tán cao Một số chất hấp phụ thường dùng như than hoạt tính, silicagel, zeolit, keo nhôm, đất sét…

Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch nước thải hoàn toàn khỏi các hợp chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học cũng như xử lý cục bộ Ví dụ: quá trình hấp phụ được sử dụng để tách các chất hữu cơ như phenol, alkyl benzen-sunfonic axit, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm từ nước

Sau đây xin giới thiệu qua về các chất được sử dụng làm chất hấp phụ như khoáng Bentonit, khoáng Diatomit, than hoạt tính…

IV.4.1 Khoáng Bentonit (Bt)

Khoáng Bt là khoáng sét thuộc loại aluminosilicat, có thành phần hóa học có thể viết chung là Si8(AlxMy)O20 trong đó M là Ca, Mg, Na Có hai loại chính là bentonit kiềm thổ (Ca, Mg) và bentonit kiềm (Na, K) Bt được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp: làm các loại vật liệu xây dựng, các ngành vật liệu chịu lửa, gốm giấy cao su, chất dẻo, chất xúc tác, chất mang vật liệu học, chất hấp phụ trong các lĩnh vực dược phẩm, chất hoạt động

bề mặt và trong bảo vệ môi trường

Khoáng Bt sau khi hoạt hóa cũng có những đặc tính ưu việt như tính chất trao đổi ion, tính trương nở, và tính hấp phụ Nguyên nhân tạo nên đặc tính trao đổi ion là do sự thay thế đồng hình và sự có mặt của nhóm OH trong mạng lưới tinh thể của khoáng bentonit

Các chất khoáng sau khi hoạt hóa được sử dụng với vai trò như một chất hấp phụ Quá trình làm sạch nước thải bằng hấp phụ được tiến hành ở điều

kiện khuấy trộn mãnh liệt chất hấp phụ với nước cần xử lý hấp phụ

IV.4.2 Zeolit

Zeolit là các aluminosilicat tinh thể có kích thước mao quản (pore) rất

đồng đều, cho phép chúng phân chia các phân tử theo hình dáng và kích thước xác định Thành phần hóa học của chúng như sau:

(M+)x.(AlO2)x.(SiO2)y.zH2O

Trong đó: M là các cation bù trừ điện tích khung

Z là số phân tử nước kết tinh trong Zeoit

Người đã biết khoảng 40 cấu trúc Zeolit tự nhiên khác nhau Hiện nay

có khoảng 200 loại Zeolit tổng hợp, nhưng mới chỉ có một lượng rất nhỏ trong

số đó được sử dụng cho kỹ thuật hấp phụ, mà chủ yếu trong công nghệ lọc – hóa dầu

Có hai cách phân loại Zeolit, đó là theo kích thước mao quản hoặc theo

tỉ lệ Si/Al Một số loại Zeolit tiêu biểu là Zeolit loại A; Zeolit loại B; Zeolit loại X hay Y ,v.v… Các Zeolit là những chất xúc tác cực kỳ quan trọng trong lọc – hóa dầu Zeolit có bề mặt riêng lớn, do đó có khả năng hấp phụ cao Tính chất hấp phụ của Zeolit có thể được khống chế và thay đổi tùy thuộc vào tính chất bề mặt ưa nước hay kị nước của vật liệu[9]

IV.4.3 Khoáng Diatomit

Là loại khoáng tự nhiên có thành phần chủ yếu là SiO2 và có thêm

Al2O3 cùng một số các ôxít khác với hàm lượng nhỏ hơn nước Đây là loại khoáng có cấu trúc xốp, thường ở trạng thái phân tán cao (hoặc có thể chuyển

về dạng bột mịn) Do có độ xốp lớn nên Diatomit có thể được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: vật liệu cách điện, cách âm, bê tông nhẹ,

chất hữu cơ và có độ ẩm 2% thì nó được dùng làm chất trợ lọc, trợ lắng, làm trong nước, làm giảm độ cứng của nước sinh hoạt

Diatomit còn gọi là đất thảo mộc, màu trắng, xám sáng hay hơi vàng,

rất nhẹ, gồm các hạt được gắn kết yếu với nhau Diatomit có nguồn gốc từ những hóa thạch của những động vật nguyên sinh hữu cơ dạng đơn bào (protozoa đơn bào - những loại rong biển, tảo giáp) hai nguyên tử Lượng chứa các mảnh xác hóa thạch trong 1 cm3 Diatomit của các mỏ khác nhau, dao

động từ 2 đến 50 triệu mảnh; số mảnh hóa thạch có trong Diatomit rất biến

động Các mảnh giáp xác tảo (diatome) hóa thạch là các tiểu thể opan vô cùng nhỏ 0,03ữ0,15 mm), làm cho khoáng Diatomit rất nhẹ và xốp

nc = 1150 ữ 16000C

Nghiên cứu quá trình chuyển hóa khoáng tự nhiên Diatomit thành chất

có khả năng hấp phụ tốt là nghiên cứu biến đổi cơ học, lý học và hóa học của các khoáng đó, để tạo thành các chất có khả năng hấp phụ cao hơn so với khoáng nguyên khai Nghĩa là làm cho độ xốp, bề mặt riêng và hoạt tính hấp phụ của khoáng đã hoạt hóa tăng lên

IV.4.4 Than hoạt tính

Than hoạt tính được chế tạo theo phương pháp loại trừ với nguyên liệu

đầu chứa thành phần cacbon như: than, xenlulozơ, gỗ, sọ dừa, bã mía, tre, mùn cưa… Có thể xuất phát từ các nguồn nguyên liệu có nguồn gốc khác nhau, khi chế tạo người ta có thể quy về 2 phương pháp chính trong giai đoạn hoạt hoá là: hoạt hoá hoá học và hoạt hoá vật lý

Thông thường than được sản xuất theo phương pháp hoạt hoá hoá học,

Các chất vô cơ khi đốt sẽ phân huỷ ra các khí có tính oxy hoá hoặc phân huỷ các chất hữu cơ qua phản ứng dehydrat hoá

Phương pháp hoạt hoá vật lý thường tiến hành theo 2 giai đoạn: than hoá và hoạt hoá

loại bỏ các thành phần bay hơi trong nguyên liệu, đồng thời một số chất hữu cơ có thể trùng hợp polyme tạo ra khung cacbon chưa hoàn chỉnh

• Giai đoạn hoạt hoá là để phát triển độ xốp của nguyên liệu thông qua

một số nguyên tử cacbon bị đốt thành khí (CO, CO2), khí này bay hơi để lại lỗ trống, đó chính là cơ chế tạo nên độ xốp Tác nhân oxy hoá có thể dùng là: hơi nước, không khí, khí cacbonic, khí thải…

Khả năng hấp phụ tốt các chất trong dung dịch của than hoạt tính được

sử dụng rất nhiều trong công nghệ thực phẩm, làm sạch nước thải và làm sạch nước uống (ví dụ: dùng than hoạt tính để khử độc của nước thải khỏi các hợp chất hữu cơ thơm)[4]

IV.4.5 Phương pháp trao đổi ion

Bản chất của quá trình trao đổi ion là quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng giá trị điện tích nhưng trái dấu trong dung dịch khi chúng tiếp xúc với nhau

Các cationit là các chất có khả năng trao đổi các ion dương với dung dịch Những chất này mang tính axit, khi tiếp xúc với nước thì các ion H+ của cationit sẽ trao đổi với các ion kim loại trong nước Cột cationit để xử lý các kim loại nặng

Các anionit là các chất có khả năng trao đổi các ion âm với dung dịch

Những chất này mang tính bazơ, khi tiếp xúc với nước thì các ion OH- của anionit sẽ trao đổi với các anion trong nước Cột anionit để xử lý các gốc như

Cl- , S2-…

Các ionit sau khi được sử dụng có thể được tái sinh lại Các cationit

được tái sinh bằng cách sử dụng dung dịch axit có nồng độ từ 2 ữ 8%, còn các anionit được tái sinh bằng dung dịch kiềm Nhờ quá trình này mà các ionit sẽ

được tái sử dụng, đồng thời có thể dùng để thu hồi các sản phẩm có giá trị

Người ta thường dùng phương pháp trao đổi ion để làm sạch nước hoặc nước thải có chứa các kim loại như: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, V, Mn… cũng như các hợp chất của asen, photpho, xyanua và chất phóng xạ Phương pháp này cho ta thu hồi được các chất có giá trị và đạt mức độ làm sạch cao, vì vậy

nó là một phương pháp được sử rộng rãi để tách muối trong xử lý nước thải[1]

IV.4.6 Phương pháp khử trùng

Khử trùng khác với tiệt trùng, quá trình tiệt trùng sẽ tiêu diệt hoàn toàn các

vi sinh vật còn quá trình khử trùng thì không tiêu diệt hết các vi sinh vật

Quá trình khử trùng dùng để tiêu diệt các vi khuẩn, virut, amoeb gây ra các bệnh thương hàn, phó thương hàn, lỵ, dịch tả, sởi, viêm gan

Các biện pháp khử trùng bao gồm sử dụng hóa chất, sử dụng các quá trình cơ lý, sử dụng các bức xạ Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình khử trùng là chlorine và các hợp chất của nó, bromine, ozone, phenol và các phenolic, cồn, kim loại nặng và các hợp chất của nó, xà bông và bột giặt, oxy già, các loại kiềm và axít

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình là khả năng diệt khuẩn của các hóa chất này, quá trình khuấy trộn ban đầu, đặc tính cuả nước thải, thời gian tiếp xúc giữa nước thải và chất khử trùng, đặc điểm của các vi sinh vật

Phần II CáC PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU

-    -

Để ứng dụng các phương pháp xử lý các nguồn nước thải, nước bị nhiễm bẩn có rất nhiều các phương pháp khác nhau (như đã trình bày ở phần I) Trong bản đồ án này tôi đã nghiên cứu và ứng dụng phương pháp hóa lý để

xử lý nước thải, nước bị nhiễm bẩn sử dụng các chất keo tụ như sau:

1 Phương pháp keo tụ bằng phèn sắt(III) Sunfat [Fe2(SO4)3.xH2O

2 Phương pháp keo tụ bằng dung dịch Canxi Hidroxit [Ca(OH)2]bão hòa

3 Phương pháp keo tụ sử dụng quặng Bauxit

4 Phương pháp keo tụ sử dụng hệ phèn sắt(III) Sunfat [Fe2(SO4)3.xH2O

- Canxi Hidroxit [Ca(OH)2] bão hòa

5 Phương pháp keo tụ kết hợp quặng Bauxit - Canxi Hidroxit [Ca(OH)2] bão hòa

Để đánh giá chất lượng của nước sau xử lý, có đạt tiêu chuẩn cho mục

đích sử dụng chưa phải tiến hành xác định các thông số, chỉ tiêu chất lượng nước thải

Sau đây chúng ta tìm hiểu một số biện pháp xác định một số chỉ tiêu:

Độ màu, độ đục, COD, PH, …

CHƯƠNG I CáC PHƯƠNG PHáP THựC NGHIệM

KIểM TRA CHấT LƯợNG NƯớC

Thực tế có rất nhiều chỉ tiêu để kiểm tra chất lượng nước Dưới đây là một số phương pháp cơ bản để kiểm tra chất lượng nước thải In, nước Hồ Văn sau khi đã xử lý, được xử dụng trong đồ án và tham khảo

I Phương pháp xác định nhu cầu oxy hóa hóa học COD

(Chemical Oxygen Demand)

I.1 Cơ sở phương pháp

COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hóa học tất cả các hợp chất hữu cơ trong nước tạo thành CO2 và H2O

Nguyên tắc xác định COD là cho mẫu nước tác dụng với một lượng dư

H2C2O4 Từ đó suy ra số KMnO4 mất đi tương đương với lượng chất hữu cơ có trong mẫu nước

Phản ứng sảy ra theo phương trình:

2KMnO4 +5H2C2O4 + 3H2SO4 = 2KMnO4+ K2SO4 + 10CO2 + 8H2O

I.2 Dụng cụ - Hóa chất

- Buret 25 ml - Dung dịch Kali Pemanganat (KMnO4) 0,02N

- Bình nón 250ml - Dung dịch Oxalic (H2C2O4) 0,02N

- Pipet 2, 5, 10 ml - Dung dịch Axit Sunfuaric đặc

- Giấy lọc, phễu thủy tinh

tích nhỏ rồi thêm nước cất đến đủ 100ml Thêm vào đó 2ml axit sunfuric

H2SO4 đặc, 10ml kali pemanganat 0,1N Đun sôi dung dịch trong bình nón

đúng 10 phút, có đậy nắp Sau đó để nguội đến khoảng 80oC rồi cho thêm

buret vào bình nón đến khi dung dịch trong bình chuyển sang màu phớt hồng,

Làm song song một mẫu trắng như đã làm với thuốc thử Ghi thể tích kali pemanganat dùng cho mẫu trắng (b)

Tính toán kết quả :

Lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong 1000 ml nước thải (x) tính bằng mgO2/l, theo công thức:

100 ) (

8 2 4

V

b a Đ

N COD KMnO O −

100 100

) (

8 02 ,

Trong đó:

N – Nồng độ của dung dịch kali pemangannat

a – Lượng kali pemanganat dùng cho mẫu nước thải, ml

b - Lượng kali pemanganat dùng cho mẫu trắng, ml

S – Đương lượng gam của oxy(S = 8000)

Io, I1 lần lượt là cường độ ánh sáng tới và ló ra khỏi cuvet

II.2 Dụng cụ và hóa chất

- Ngâm cuvet và rửa bằng nước cất

- Mở nắp máy đo quang và cho mẫu cần đo và dung dịch trống vào

- Đẩy cần dịch chuyển về vị trí đầu tiên

- Mở nắp và lấy mẫu ra

khác nhau Tiến hành khảo sát sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch chất màu

Hình 2.1 Khảo sát bước sóng cực đại của dung dịch chất màu

Từ các kết quả thu được ta tìm thấy giá trị bước sóng λmax = 440nm Tiến hành đo mật độ quang của các dung dịch đã chuẩn bị ở trên tại

0.174

0.176

0.178

0.18 0.182

0.184

0.186

Bước sóng nm Mật độ

quang