Đang tải... (xem toàn văn)
3.1. Phương pháp cơ học Đây là phương pháp xử lý không làm thay đổi tính chất hóa học của nước và chất gây ô nhiễm. Mục đích để tách các chất thô hay dầu mỡ dựa vào tính chất vật lý của chúng như chênh lệch khối lượng riêng giữa nước và hạt, dựa vào khả năng phân lớp tuyển nổi, các lực tác dụng để chúng có thể lắng được... Các phương pháp cơ học thường dùng là: 3.1.1. Lọc qua lưới chắn (hoặc sàng chắn, song chắn) Đây là bước xử lý sơ bộ, nhằm loại bỏ các tạp vật thô có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành của hệ thống xử lý nước thải, đây là bước quan trọng đảm bảo an toàn của cả hệ thống xử lý nước thải. Người ta dùng những tấm lưới chắn để đặt ở tiết diện ngang của dòng chảy, nó có thể bao gồm những thanh kim loại đặt song song với nhau có khe hở hoặc những tấm kim loại có khoan lỗ...(gọi chung là lưới chắn). Chúng được phân loại theo kích thước lỗ: 6
Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1 Phương pháp học Đây phương pháp xử lý không làm thay đổi tính chất hóa học nước chất gây ô nhiễm Mục đích để tách chất thô hay dầu mỡ dựa vào tính chất vật lý chúng chênh lệch khối lượng riêng nước hạt, dựa vào khả phân lớp tuyển nổi, lực tác dụng để chúng lắng Các phương pháp học thường dùng là: 3.1.1 Lọc qua lưới chắn (hoặc sàng chắn, song chắn) Đây bước xử lý sơ bộ, nhằm loại bỏ tạp vật thô gây cố trình vận hành hệ thống xử lý nước thải, bước quan trọng đảm bảo an toàn hệ thống xử lý nước thải Người ta dùng lưới chắn để đặt tiết diện ngang dòng chảy, bao gồm kim loại đặt song song với có khe hở kim loại có khoan lỗ (gọi chung lưới chắn) Chúng phân loại theo kích thước lỗ: [6] Lưới chắn thô Thường có kích thước khe, lỗ 60 - 100 mm Lưới chắn mịn Thường có kích thước khe, lỗ 10 - 25 mm Lưới đặt nghiêng với góc 45 - 60 làm lưới chắn phương pháp thủ công nghiêng với góc 75 - 85 làm lưới chắn máy Tốc độ dòng chảy qua lưới chắn trì giới hạn 0,6 - m/s 3.1.2 Lắng Được sử dụng để loại tạp chất dạng huyền phù thô khỏi nước Sự lắng hạt xảy tác dụng trọng lực Có loại bể lắng sau: [1,6] Bể lắng cát Dùng để tách tạp chất vô không tan có kích thước từ 0,2 - mm khỏi nước thải Trong bể lắng cát chia thành: bể lắng cát ngang bể chứa có tiết diện ngang hình chữ nhật hình thang, chiều sâu bể từ 0,25 - m, vận tốc chuyển động nước thải không 0,3 m/s bể lắng đứng có dạng hình thang hay hình tam giác nước thải chuyển động theo dòng từ lên với vận tốc 0,05 m/s Ngoài người ta sử dụng loại bể lắng cát thổi khí nhằm nâng cao hiệu trình lọc cát Bể lắng ngang Là kênh hở có tiết diện hình chữ nhật có nhiều ngăn Chiều ÷ sâu bể H = 1,5 m, chiều dài bể L = (8 ÷ 12) x H, chiều rộng B = ÷ m Tỷ lệ chiều rộng/chiều sâu 1/2 Tốc độ dòng chảy bể không vượt 0,01 m/s Thời gian lưu từ 1,5 - 2,5 Bể lắng ngang sử dụng lưu lượng nước thải lớn 15.000 m3/ngày đêm Hiệu bể 60% Bể lắng đứng Có dạng hình hộp hình trụ với đáy hình chóp Nước thải đưa vào ống phân phối tâm bể chuyển động từ lên với tốc độ không vượt 0,5 - 0,6 m/s Thời gian lưu nước bể từ 45 - 120 phút Chiều cao vùng lắng - m Hiệu suất lắng bể lắng đứng thấp bể lắng ngang khoảng 10 - 20% Bể lắng ly tâm Là bể chứa tròn Nước chuyển động theo chiều từ tâm thành bể Loại bể lắng ứng dụng cho nước thải có lưu lượng lớn 20.000 m3/ngày đêm Chiều sâu phần lắng bể 1,5 - m, tỷ lệ đường kính chiều sâu - 30 Người ta thường sử dụng bể có đường kính 16 - 60 m Hiệu lắng 60% Bể lắng vách nghiêng Ở bên bể lắng vách nghiêng có mỏng đặt nghiêng song song với Nước chuyển động này, cặn trượt xuống vào bình chứa Bể thiết kế chiều (hướng chuyển động nước cặn nhau), ngược chiều ( nước cặn chuyển động ngược nhau), giao (nước chuyển động thẳng góc với hướng chuyển động cặn) Phổ biến thiết bị lắng ngược chiều Bể lắng Bể lắng sử dụng để làm tự nhiên để lắng sơ nước thải công nghiệp Người ta thường sử dụng bể lắng với lớp cặn lơ lửng tạo chất đông tụ 3.1.3 Lọc Được dùng để tách tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải mà bể lắng loại được, xử lý nước thải dùng phương pháp trừ trường hợp nước sau xử lý đòi hỏi chất lượng cao Vật liệu lọc sử dụng cát thạch anh, than cốc, sỏi nghiền, than nâu than gỗ lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải Phân loại: [1,4,6] Lọc qua vách ngăn Vách ngăn lưới thép không rỉ, nhôm, niken, đồng thau màng vải khác (amiang, thủy tinh, bông, lụa, sợi tổng hợp nhân tạo) Các màng lọc phải thỏa mãn điều kiện trở lực tối thiểu, bền học, dẻo, bền hóa học, không trương nở, không bị phá vỡ điều kiện lọc Lọc qua vách ngăn hạt Đó bể chứa mà phần có hệ thống thoát nước Trên cấu thoát nước người ta đặt lớp vật liệu lọc (hạt) Dựa theo chế giữ hạt lơ lửng, người ta chia làm hai dạng lọc: - Lọc qua màng cặn bẩn: hạt giữ lại có kích thước lớn kích thước lỗ xốp trở thành vật liệu lọc Đây trình lọc chậm - Lọc không hình thành màng cặn: trình lọc diễn lớp hạt, hạt bẩn giữ hạt lọc nhờ lực kết dính Đây trình lọc nhanh Lực kết dính phụ thuộc vào kích thước hình dạng hạt, độ nhám bề mặt thành phần hóa học nó, vận tốc dòng, nhiệt độ chất lỏng tính chất tạp chất Các thiết bị lọc chậm sử dụng để lọc loại nước thải không keo tụ Ưu điểm lọc chậm hiệu cao, nhược điểm kích thước thiết bị lớn, giá cao, xử lý cặn phức tạp Đối với thiết bị lọc nhanh có hai loại: lớp (các hạt vật liệu lọc đồng nhất) lớp (gồm tầng vật liệu khác nhau) Ưu điểm thiết bị suất cao, chu kỳ lọc dài, vận tốc lọc khoảng 12 - 20 km/h Thiết bị lọc micron Đây trình lọc nước thải qua lưới xuyên lỗ, có kích thước 40 - 70 μm Chúng ứng dụng để loại bỏ vật liệu rắn sợi Vận tốc lọc 25 - 45 m/h Khi nồng độ hạt rắn lơ lửng 15 - 20 mg/l hiệu xử lý đạt 50 - 60% Thiết bị lọc từ Được ứng dụng để lọc hạt nhiễm từ nhỏ (0,5 - μm) khỏi nước, suất đạt 60 m3/h, hiệu 80% Lọc nhũ tương Dựa vào trình chuyển động hạt nhũ tương qua bề mặt kỵ nước dễ dàng qua bề mặt ưa nước Ứng dụng để loại sản phẩm dầu khí, ta dùng lớp vật liệu lọc polyuretan, với chiều cao lớp vật liệu - 2,5 m, kích thước hạt - 10 mm Vận tốc lọc 25 m/h 3.2 Phương pháp hóa lý Là phương pháp xử lý chủ yếu dựa trình hóa lý, thường dùng để loại hợp chất không tan khỏi nước, gồm trình bản: Hấp phụ, đông tụ keo tụ, thẩm thấu Tùy thuộc vào tính chất tạp chất mức độ cần thiết phải làm mà người ta sử dụng kết hợp phương pháp kể So với phương pháp khác phương pháp hóa lý có nhiều ưu điểm Các phương pháp hóa lý thường sử dụng là: 3.2.1 Tuyển Dùng để tách tạp chất dạng hạt rắn hay lỏng phân tán không tan, tự lắng khỏi pha lỏng Ưu điểm phương pháp so với phương pháp lắng khử hoàn toàn hạt nhỏ nhẹ, lắng chậm, thời gian ngắn Quá trình tuyển thực cách sục bọt khí nhỏ (thường không khí) vào pha lỏng Các khí kết dính với hạt lực tập hợp bóng khí hạt đủ lớn kéo theo hạt lên bề mặt, sau chúng tập hợp lại với thành lớp bọt chứa hàm lượng hạt cao chất lỏng ban đầu Tùy theo phương thức cấp không khí vào nước, trình tuyển thực theo phương thức sau: [1,6] Tuyển khí phân tán Thổi trực tiếp khí nén vào bể tuyển để tạo thành bọt khí có kích thước 0,1 - mm, gây xáo trộn hỗn hợp khí - nước chứa cặn Cặn tiếp xúc với bột khí kết dính lên bề mặt Tuyển khí hòa tan Sục không khí vào nước áp suất cao (2 - atm) sau giảm áp suất giải phóng khí Không khí thoát tạo thành bọt khí có kích thước 20 - 100 μm (theo nguyên tắc lại có: tuyển chân không tuyển áp suất) Tuyển hóa học Trong trình xử lý nước thải cho thêm tác nhân hóa học diễn phản ứng hóa học sinh khí O 2, CO2, Cl2 Các khí kết dính với chất lơ lửng không tan lên Tuy nhiên phương pháp tốn hóa chất, đắt nên dùng Tuyển sinh học Phương pháp sử dụng bùn trình xử lý nước thải sinh hoạt, bùn đun nóng nước đến 35 - 55 0C giữ nhiệt độ ngày Do hoạt động vi sinh vật bọt khí sinh kết dính với hạt cặn lên Phương pháp ứng dụng để nén bùn từ bể lắng đợt xử lý nước thải sinh hoạt Tuyển ion Người ta cho không khí chất hoạt động bề mặt vào nước thải Chất hoạt động bề mặt nước thải tạo thành ion có điện tích trái dấu với điện tích ion cần loại bỏ Không khí dạng bọt khí đưa chất hoạt động bề mặt chất bẩn lên Phương pháp dùng để tách ion kim loại như: Mo, W, V, Pt, Ce, Re (đạt hiệu cao nồng độ ion thấp khoảng 10-3 - 10-2 mol.ion/l) 3.2.2 Đông tụ keo tụ Cation đa hóa trị trung hòa điện tích bề mặt hạt keo Là trình phá vỡ trạng thái bền vững hạt keo lơ lửng nước để hạt keo tiến lại gần tạo thành tập hợp lớn dễ kết lắng xuống Để phá vỡ trạng thái bền vững hạt keo đòi hỏi trước hết phải trung hòa điện tích chúng sau liên kết chúng với Quá trình trung hòa điện tích thường gọi trình đông tụ trình tạo thành lớn từ hạt nhỏ gọi trình keo tụ Khi cân điện động nước bị phá vỡ, thành phần mang điện tích kết hợp dính kết với lực liên kết phân tử điện từ tạo thành tổ hợp phân tử, nguyên tử, ion tự Các tổ hợp gọi keo, theo thành phần cấu tạo người ta chia chúng thành loại keo: keo kỵ nước chống lại phân tử nước keo háo nước loại hấp thụ phân tử nước vi khuẩn, virut, keo kỵ nước đóng vai trò chủ yếu xử lý nước nước thải Chúng ta hiểu chế phương pháp đơn giản sau: Các hạt keo đẩy tương tác tĩnh điện Cation đa hóa trị trung hòa điện tích bề mặt hạt keo Các hạt keo tiến lại gần Polymer làm cầu nối liên kết hạt keo Các hạt keo tạo thành tập hợp lớn sa lắng Hình 3.1 Cơ chế keo tụ Các chất cho vào nhằm cung cấp cation đa hóa trị gọi chất đông tụ việc lựa chọn chất phụ thuộc vào tính chất hóa lý, nồng độ tạp chất nước, pH thành phần muối nước Trong dùng rộng rãi Al2(SO4)3 hòa tan tốt nước chi phí thấp hoạt động có hiệu cao khoảng pH = - 7,5 Ngoài để tăng trình tạo keo hydroxit nhôm sắt với mục đích tăng tốc độ lắng người ta cho thêm vào nước thải hợp chất cao phân tử gọi chất trợ keo tụ, việc dùng chất trợ keo tụ giúp hạ thấp liều lượng chất đông tụ, giảm thời gian keo tụ nâng cao tốc độ lắng keo Các hợp chất trợ keo tụ có nguồn gốc thiên nhiên thường dùng là: tinh bột; dextrin (C 6H10O5)n; ete; xenlulo dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O); Các chất trợ keo tụ tổng hợp dùng nhiều polyacryamit (CH2CHCONH2)n; tùy thuộc vào điện tích nhóm ion phân ly mà có loại sau: cationic (C); anionic (A) nonionic (N) Đặc tính chúng sau: [5] Bảng 3.1 Đặc tính loại polyacryamit Loại trợ keo N C A Đặc điểm Tính chất - Tan nước Sản phẩm trùng hợp - phân tử polime không từ monome mang điện lưỡng acryamit điện phân tử Sản phẩm đồng trùng hợp acrylamit với acryloyl oxyetyl N-triankyl clorua Sản phẩm đồng trùng hợp acrylamit Ứng dụng Xử lí nước thải có tính axit yếu kiềm yếu - Tan nước - Phân tử polime tích điện dương Xử lí nước thải có tính axit - Tan nước - Phân tử polime tích Xử lí nước thải có tính kiềm với acrylat metylacrylat điện âm Các chất trợ keo tụ cho vào dung dịch nước thải khoảng - mg/l Để phản ứng hoàn toàn phải khuấy trộn với nước, thời gian lưu lại bể trộn khoảng đến phút Thời gian tiếp xúc nước thải với hóa chất khoảng 20 - 60 phút, thời gian diễn trình đông tụ, keo tụ tạo 3.2.3 Hấp phụ Được dùng rộng rãi để làm triệt để nước thải khỏi chất hữu hòa tan sau xử lý sinh học xử lý sơ nước thải có chứa lượng nhỏ hàm lượng chất Những chất không phân hủy đường sinh học thường có độc tính cao Nếu chất cần khử bị hấp phụ tốt chi phí riêng không lớn việc ứng dụng phương pháp hợp lý Theo chất trình chia thành: [1,6,7] Hấp phụ vật lý Là trình hấp phụ xảy nhờ lực vandecvan Các hạt bị hấp phụ vật lý chuyển động tự bề mặt chất hấp phụ trình hấp phụ đa lớp (hình thành nhiều lớp phân tử bề mặt chất hấp phụ) Hấp phụ hóa học Là trình hấp phụ có xảy phản ứng hóa học chất hấp phụ chất bị hấp phụ Trong xử lý nước thải trình hấp phụ thường kết hợp trình Cơ sở trình hấp phụ: tổng quát trình hấp phụ gồm ba giai đoạn: 10 Cơ chế: chất tan bị giữ màng lọc kích thước phân tử chúng lớn đường kính lỗ xốp ma sát phân tử với thành lỗ xốp màng Quá trình phức tạp thẩm thấu ngược nhiều Các loại màng thường sử dụng là: màng không lỗ xốp, màng động, màng khuếch tán (màng nhựa giả đồng thể) màng mỏng chúng chế tạo từ vật liệu polime Phổ biến màng polime axetat xenlulo Ngoài có polietylen, đồng polime etylen - propylen flo hóa, plytetrafloetylen, thủy tinh xốp Ứng dụng thẩm thấu ngược siêu lọc: thẩm thấu ngược dùng tách chất vô siêu lọc tách chất hữu cơ, với nồng độ đậm đặc khỏi nước [1] 3.2.6 Các phương pháp điện hóa Để xử lý tạp chất tan phân tán nước thải áp dụng trình oxi hóa - khử điện cực, đông tụ điện, điện thẩm Tất trình diễn điện cực cho dòng điện chiều qua nước thải Các phương pháp điện hóa cho phép thu hồi sản phẩm có giá trị từ nước thải, với qui mô công nghiệp tương đối đơn giản, tự động hóa cao không dùng hóa chất Tuy nhiên nhược điểm phương pháp tiêu hao nhiều lượng Phân loại: [1] Oxi hóa dương cực khử âm cực Trong thùng điện phân điện cực dương diễn trình oxi hóa điện cực (các anion cho anot điện tử), điện cực âm diễn trình khử (catot cho cation điện tử) Để tăng độ dẫn điện nước thải giảm chi phí lượng người ta cho thêm NaCl vào nước thải Oxi hóa dương cực (anot): để loại tạp chất tan xianua, sunfoxianua, amin, ancol, andehyt, hợp chất nitơ, thuốc nhuộm, azo, sunfua Trong trình chất bị oxi hóa hoàn toàn thành CO 2, NH3, SO2 14 H2O chất đơn giản không độc Các sản phẩm thứ cấp thu hồi nhiều phương pháp đơn giản biết Các anot làm từ vật liệu không bị hòa tan trình điện phân graphic, manhetit (Fe3O4), dioxit chì, mangan ruteni phủ lên titan Khử âm cực (catot): để loại ion kim loại Pb 2+, Sn2+, Hg2+, Cu2+, Cd2+, As3+, Cr6+ Kim loại thu hồi catot Catot chế tạo từ molipden, hợp kim vonfram với sắt niken, từ graphic, thép không gỉ kim loại khác phủ molipden, vonfram hợp kim chúng Catot dùng để loại ion Pb2+, Hg2+, Cu2+, Cd2+ làm từ hỗn hợp than lưu huỳnh bột với tỷ lệ C : S từ 80 : 20 ÷ 20 : 80 Đông tụ điện Khi nước thải qua không gian hai điện cực xảy tượng điện phân nước, phân cực phân tử, tượng điện di, trình oxi hóa khử, tương tác sản phẩm điện phân với Khi dùng điện cực không tan đông tụ xảy điện cực tượng điện di phóng điện hạt tích điện điện cực, hình thành chất như: clo, oxi chất lại có tác dụng thứ cấp chất ô nhiễm nước thải Quá trình dùng làm nước có nồng độ hạt keo không lớn chất ô nhiễm không bền Đối với chất thải công nghiệp chứa chất bền người ta dùng anot tan thép nhôm Dưới tác dụng dòng điện dung dịch diễn hòa tan kim loại Do nước có cation sắt nhôm kết hợp với nhóm hydroxit tạo thành hydroxit kim loại kết tủa kéo theo chất gây ô nhiễm có nước thải Các phương pháp dùng xử lý nước thải công nghiệp thực phẩm, hóa chất, xenlulo, giấy Tuyển điện Nguyên tắc dựa vào bọt khí tạo thành điện phân nước để loại hạt lơ lửng nước thải Vai trò quan trọng phương pháp bọt 15 khí tạo thành catot Tuy nhiên để có bọt khí có kích thước mong muốn cần chọn vật liệu, kích thước catot, mật độ dòng cho phù hợp Phương pháp điện thẩm tích Nguyên tắc dựa vào tách riêng chất phân cực dung dịch tác dụng điện trường Phương pháp dùng nhiều để làm nước Quá trình tiến hành bình điện thẩm tích chia làm ngăn màng ngăn cách Hình 3.2 Cấu tạo - hoạt động bình điện thẩm tích Nước thải vào ngăn ngăn bên cho nước Dưới tác dụng điện trường anion chuyển vào vùng anot, anot O sinh đồng thời tạo thành axit Còn cation chuyển vùng catot, catot H sinh đồng thời tạo thành kiềm Nhờ trình mà nồng độ muối tan dung dịch nước thải ngăn giảm dần Do khuếch tán ion H+ OH- làm cản trở di chuyển ion vùng anot catot để khắc phục người ta dùng màng ngăn màng trao đổi ion (màng trao đổi anion cho anion vào vùng anot màng trao đổi cation cho cation vào vùng catot) Các màng trao đổi ion chế tạo từ bột ionit trộn với chất kết dính - cao su, polieste, metylmercaptan Các hỗn hợp cán thành Các màng phải có điện trở nhỏ, khoảng cách màng thường - mm 16 3.2.7 Trích ly Quá trình hoà tan chọn lọc cấu tử chất rắn chất lỏng gọi trình trích ly rắn - lỏng Trích ly pha lỏng ứng dụng nhiều để làm nước thải chứa phenol, dầu, axit hữu cơ, ion kim loại Phương pháp ứng dụng nồng độ chất thải lớn - g/l giá trị chất thu hồi đủ bù đắp cho chí phí trình trích ly Làm nước thải trích ly gồm giai đoạn: [1] - Gai đoạn 1: xáo trộn mạnh nước thải với chất trích ly (thường dung môi hữu cơ) Trong điều kiện tiếp xúc chất lỏng, dung dịch hình thành hai pha lỏng Một pha chất trích ly với chất trích, pha nước thải với chất cần trích - Giai đoạn 2: phân riêng hai pha lỏng nói - Giai đoạn 3: tái sinh chất trích Để nâng cao hiệu trích ly tức làm giảm nồng độ tạp chất tan thấp giới hạn cho phép ta cần chọn chất trích phù hợp vận tốc nạp vào nước phải phù hợp Chất trích ly phải thỏa mãn yêu cầu sau: hòa tan chất cần trích nhiều nước, có tính chọn lọc cao, tan không tan nước thải, không hình thành nhũ tương bền Có tỷ trọng lớn nhỏ so với nước thải để tách nhanh hoàn toàn Có hệ số khuếch tán lớn Phục hồi đơn giản tốn Có nhiệt độ sôi cách biệt với nhiệt độ sôi chất cần trích ly, có nhiệt hóa nhiệt dung riêng nhỏ Không phản ứng với chất cần trích Không độc, không nguy hại cho môi trường, không cháy nổ, ăn mòn thiết bị có giá thành rẻ Chất trích ly phải phân bố thể tích nước thải Vận tốc nạp phải tối ưu thường xác định thực nghiệm Nếu nước thải chứa nhiều tạp chất chất độc hại phải trích ly trước Đối với cấu tử riêng biệt sử dụng chất trích khác Nếu không cần tái sinh chất cần trích ly trích ly lúc nhiều cấu tử 17 Để tái sinh thu hồi chất cần trích ly chất trích ly loại bỏ phần chất trích ly tan nước ta dùng phương pháp như: bay hơi, trưng cất, tương tác hóa học, lắng, hấp phụ, hấp thụ [1] 3.3 Phương pháp hóa học Là phương pháp chuyển hóa chất bẩn có nước cách thêm hóa chất Các phương pháp hóa học dùng xử lý nước thải gồm có: trung hòa, oxi hóa - khử Đây phương pháp đắt tiền nên người ta dùng phương pháp để khử chất hòa tan hệ thống cấp nước khép kín Đôi phương pháp sử dụng để xử lý sơ trước xử lý sinh học hay sau công đoạn phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn nước Cơ sở phương pháp hóa học phản ứng trung hòa, tạo phức, kết tủa, phản ứng oxi hóa khử 3.3.1 Trung hoà Nước thải chứa axit kiềm trước thải môi trường tái sử dụng qui trình công nghệ cần trung hòa Nước coi trung tính pH = 6,5 - 8,5 Quá trình tiến hành biện pháp sau: [1] Trung hòa cách hòa trộn Áp dụng nước thải chứa axit kiềm không bị ô nhiễm tác nhân khác Người ta tiến hành trộn nước thải chứa kiềm nước thải chứa axit với đồng thời tiến hành khuấy trộn sục khí Trung hòa cách cho thêm tác chất Để trung hòa nước thải chứa axit người ta cho vào nước thải chất có tính kiềm, nhiên mặt giá thành người ta thường dùng sữa vôi (nồng độ Ca(OH)2 5% - 10%) rẻ đảm bảo hiệu xử lý Còn nước thải chứa kiềm người ta dùng axit khí axit 18 Trung hòa lọc nước thải chứa axit qua vật liệu trung hòa Vật liệu trung hòa magezit (MgCO 3), dolomit (CaCO3, MgCO3), CaCO3, chất thải rắn (xỉ, tro) Trung hòa nước thải chứa kiềm khí axit Để trung hòa nước thải có tính kiềm người ta tiến hành sục khí axit: CO 2, SO2, NO2, Cl2, N2O3 Trong CO2 ứng dụng nhiều thông dụng giá thành rẻ, không tạo thành sản phẩm phụ có tính độc hại trình xử lý 3.3.2 Oxi hóa - khử Các chất oxi hóa dùng để làm nước: khí Cl 2, Ca(ClO)2, Ca(ClO3)2 NaClO3, KMnO4, K2Cr2O7, H2O2, O2, O3, piroluzit MnO2 Tuy nhiên phương pháp sử dụng nhiều hóa chất chi phí cao nên dùng, người ta sử dụng phương pháp phương pháp xử lý khác không xử lý Phân loại theo tác nhân oxi hóa - khử: [1] Oxi hóa clo chất chứa clo hoạt tính Đây chất oxi hóa phổ biến Chúng dùng để xử lý nước chứa H2S, hợp chất metyl, lưu huỳnh, phenol, xianua Oxi hóa H2O2 Dùng để oxi hóa nitrit, andehyt, phenol, xianua, chất thải chứa lưu huỳnh, thuốc nhuộm hoạt tính Vì H2O2 độc nồng độ cho phép nước 0,1 mg/l Oxi hóa oxi không khí Người ta sử dụng oxi không khí để oxi hóa hợp chất Fe(II) thành Fe(III) với tạo thành hydroxit sắt kết tủa Người ta dùng phương pháp 19 để loại bỏ HS-, S2- nước thải nhà máy xenlulo, chế biến dầu mỏ hóa dầu Oxi hóa piroluzit MnO2 Lọc nước thải vật liệu cho phản ứng thiết bị khuấy trộn Đây vật liệu tự nhiên chứa chủ yếu MnO Nó dùng rộng rãi để oxi hóa Asen (III) thành Asen (V) Ozon hóa Oxi hóa ozon cho phép đồng thời vừa khử màu, mùi, vị lạ, tiệt trùng Bằng phương pháp xử lý phenol, sản phẩm dầu mỏ, sunfuahydric, hợp chất asen, chất hoạt động bề mặt, xianua, thuốc nhuộm, hydrocacbon thơm, thuốc sát trùng Ozon chuyển tất kim loại thành oxit trừ vàng Nó bền môi trường axit, không khí phân ly chậm, nước phân ly nhanh dung dịch kiềm phân ly nhanh Tuy nhiên ozon độc nồng độ cho phép nước 0,0001 mg/l, sau trình xử lý nước thải phải thu hồi, tận dụng loại bỏ khí ozon Xử lý phương pháp khử Phương pháp dùng nhiều để xử lý hợp chất Hg, Cr, As - Để khử Hg hợp chất người ta dùng sunfua sắt, hydroxit natri, bột sắt, H2S, bột nhôm - Để loại asen người ta kết tủa hợp chất chứa Asen Khi nồng độ Asen lớn người ta khử axit Asenic thành axit asenơ (ít tan môi trường axit, trung tính) dioxit lưu huỳnh - Để loại chất chứa Cr (VI) người ta khử đến Cr (III) tạo thành Cr(OH)3 kết tủa môi trường kiềm Chất khử than hoạt tính, sunfat sắt, dioxit lưu huỳnh 20 3.4 Phương pháp sinh học Bên cạnh phương pháp hóa lý, hóa học, phương pháp sinh học ứng dụng đạt hiệu cao xử lý nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp chứa nhiều chất hữu hòa tan số chất vô (H 2S, sunfua, NH3, nitrit ) Quá trình xử lý dựa khả sử dụng chất hữu làm nguồn thức ăn vi sinh vật Do vậy, điều kiện vô quan trọng nước thải phải môi trường sống quần thể vi sinh vật Để cho trình xử lý sinh học xảy thuận lợi nước thải cần xử lý sơ để đạt yêu cầu sau: [8] - Hàm lượng chất độc nhỏ, không chứa chứa kim loại nặng gây chết ức chế hoàn toàn hệ vi sinh vật nước thải - Trong nước thải cần bảo đảm tỷ lệ BOD:N:P ≈ 100:5:1 tỷ lệ chất dinh dưỡng thích hợp cho phát triển vi sinh vật - Nước thải đưa vào xử lý sinh học có hai thông số đặc trưng COD BOD Nước thải có COD/BOD ≥ BOD/COD ≥ 0.5 phù hợp với việc xử lý sinh học Nếu giá trị COD BOD lớn cần phải qua xử lý sinh học kỵ khí Có hai nhóm vi sinh vật (chia theo phương thức dinh dưỡng): nhóm vi sinh vật tự dưỡng nhóm vi sinh vật dị dưỡng + Các vi sinh vật dị dưỡng phải nhờ vào chất hữu làm nguồn dinh dưỡng lượng Chúng phân hủy chất hữu nhờ hệ enzim thủy phân tiết môi trường theo nguyên tắc cảm ứng chất tương ứng Các vi sinh vật dùng sản phẩm thủy phân để xây dựng tế bào cho mình, để phục vụ cho sinh trưởng phát triển + Các vi sinh vật tự dưỡng sử dụng CO làm nguồn cacbon chất khoáng khác, nhờ ánh sáng mặt trời làm nguồn lượng tổng hợp thành chất hữu thành phần tế bào 21 Xử lý nước thải phương pháp sinh học chủ yếu dựa vào hoạt động sống vi sinh vật dị dưỡng có khả phân giải hợp chất hữu làm nguồn lượng nguồn cacbon để thực trình sinh tổng hợp, phát triển sinh khối Các vi sinh vật dị dưỡng lại chia làm loại dựa theo hoạt động sống chúng với oxi: + Vi sinh vật hiếu khí: loài cần có oxi để sống phân hủy hợp chất hữu + Vi sinh vật kỵ khí: loài có khả sống không cần có oxi oxi hoá chất hữu không cần có mặt oxi tự do, chúng sử dụng oxi hợp chất nitrat, sunphat + Giữa hai nhóm có nhóm trung gian gọi vi sinh vật tùy nghi vi sinh vật tùy tiện chúng sinh trưởng điều kiện có oxi Quá trình phân hủy chất hữu nhờ vi sinh vật gọi trình oxi hóa sinh hóa Để thực trình chất hữu hòa tan, chất keo hạt phân tán nhỏ nước thải cần chuyển vào bên tế bào vi sinh vật theo ba giai đoạn sau: [6] - Giai đoạn một: khuếch tán chuyển chất dinh dưỡng nước thải đến màng vi sinh vật - Giai đoạn hai: khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm chênh lệch nồng độ bên bên tế bào - Giai đoạn ba: trình chuyển hóa chất khuếch tán qua màng tế bào vi sinh vật tạo lượng tổng hợp chất tế bào Hiện có phương pháp xử lý nước thải vi sinh vật sau: 3.4.1 Phương pháp hiếu khí 22 Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau:[6] - Giai đoạn 1: oxi hóa chất hữu Enzyme Cx H y Oz + O2 → CO2 + H 2O + ∆H (3.1) - Giai đoạn 2: tổng hợp tế bào enzyme Cx H y Oz + NH + O2 → Tế bào vi khuẩn + CO2 + H 2O + C5 H NO2 − ∆H (3.2) - Giai đoạn 3: phân hủy nội bào enzyme C5 H NO2 + 5O2 → 5CO2 + H 2O + NH ± ∆H (3.3) Có phương pháp hiếu khí sau: [8] Bể hiếu khí (Aeroten) Nước thải qua chắn rác loại bỏ chất rắn có kích thước lớn không tan nước Sau đưa vào lắng sơ để lắng chất rắn không tan qua chắn rác phần chất rắn lơ lửng sau đưa vào bể hiếu khí Vi sinh vật bể hiếu khí tạo thành bùn hoạt tính phân hủy hợp chất hữu làm nước Sau bể hiếu khí hệ thống bể lắng bổ xung Nước xử lý đưa hệ thống thoát nước chung Còn bùn phần hồi lưu làm tác nhân phân giải cho đợt sau, phần lấy làm phân bón Trong tiến hành xử lý oxi cấp liên tục Công nghệ xử lý nước bể hiếu khí gọi xử lý bùn hoạt tính hay bể Aeroten Có nhiều cách phân loại bể Aeroten: - Dựa vào chế độ thuỷ động lực ta có: aeroten khuấy trộn, aeroten trung gian - Theo phương pháp tái sinh bùn hoạt tính người ta chia thành: loại có tái sinh tách riêng loại tái sinh tách riêng 23 - Theo tải lượng bùn người ta chia thành: loại tải trọng cao, tải trọng trung bình tải trọng thấp - Theo số bậc ta có bể aeroten: bậc, hai bậc, ba bậc - Theo chiều dẫn nước thải vào ta có loại xuôi chiều, ngược chiều Lọc sinh học Bể lọc sinh học thiết bị phản ứng sinh học vi sinh vật sinh trưởng cố định lớp màng, bám lớp vật liệu lọc (môi trường lọc) Thường nước thải tưới từ xuống qua lớp vật liệu lọc đá vật liệu khác nhau, người ta gọi hệ thống bể lọc sinh học Phân loại theo đặc điểm kết cấu, bể lọc sinh học chia thành: thiết bị lọc với đệm sinh khối, thiết bị lọc với đệm hình Người ta phân bể lọc thành loại: lọc loại nhỏ giọt (thông khí tự nhiên), lọc tải lượng cao (thông khí nhân tạo) tháp lọc Đĩa quay sinh học Hệ thống gồm loạt đĩa tròn lắp trục cách khoảng nhỏ Khi trục quay, phần đĩa ngập máng chứa nước thải phần lại tiếp xúc với không khí Các vi sinh vật bám tạo thành màng sinh học đĩa, phân hủy chất hữu nước thải 3.4.2 Phương pháp kỵ khí Sử dụng nhóm sinh vật kỵ khí, hoạt động điều kiện oxi Quá trình phân hủy kỵ khí xảy theo giai đoạn: [6] - Giai đoạn 1: thủy phân, cắt mạch hợp chất cao phân tử - Giai đoạn 2: axit hóa - Giai đoạn 3: axetat hóa 24 - Giai đoạn 4: metan hóa Các phương pháp kỵ khí: [6] Hình 3.3 Quá trình phân hủy kỵ khí Quá trình tiếp xúc kỵ khí Một số loại nước thải có hàm lượng chất hữu cao xử lý hiệu trình tiếp xúc kỵ khí Quá trình phân hủy xảy bể kín với bùn tuần hoàn Hỗn hợp bùn nước thải bể khuấy trộn hoàn toàn Sau phân hủy, hỗn hợp đưa sang bể lắng tuyển để tách bùn nước Bùn tuần hoàn trở lại bể kỵ khí Lượng bùn dư thải bỏ thường tốc độ sinh trưởng vi sinh vật chậm UASB (Upflow anacrobic sludge blanket) Đây trình kỵ khí ứng dụng rộng rãi giới Trong qui trình UASB nước thải nạp từ đáy bể, qua lớp bùn hạt, trình xử lý xảy chất hữu nước thải tiếp xúc với bùn hạt Khí sinh điều kiện kỵ khí (chủ yếu metan cacbonic) tạo thành dòng tuần hoàn cục giúp cho trình hình thành trì bùn sinh học dạng hạt Khí sinh từ lớp bùn dính bám vào hạt bùn với khí tự lên mặt bể Tại trình tách pha khí - lỏng - rắn xảy nhờ phận tách pha Khí theo ống dẫn qua buồng hấp thụ chứa dung dịch NaOH - 10% Bùn sau tách khỏi bọt khí lại lắng xuống bể Nước thải theo 25 màng tràn cưa dẫn đến công trình xử lý Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB trì khoảng 0,6 - 0,9 m/h pH thích hợp cho trình phân hủy kỵ khí dao động khoảng 6,6 - 7,6 Do cần cung cấp đủ kiềm để đảm bảo pH nước thải luôn > 6,2 pH < 6,2 vi sinh vật chuyển hóa metan không hoạt động Do chu trình sinh trưởng vi sinh vật axit hóa ngắn nhiều chu trình sinh trưởng vi sinh vật axetat hóa nên trình vận hành ban đầu tải trọng chất hữu không cao vi sinh vật axit hóa tạo axit béo dễ bay với tốc độ nhanh nhiều so với tốc độ chuyển hóa axit thành axetat tác dụng vi sinh vật axetat hóa Quá trình lọc kỵ khí Bể lọc kỵ khí cột chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu nước thải Nước thải dẫn vào cột từ lên, tiếp xúc với lớp vật liệu có vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng phát triển Vì vi sinh vật giữ bề mặt vật liệu tiếp xúc không bị rửa trôi theo nước sau xử lý nên thời gian lưu tế bào vi sinh vật (thời gian lưu bùn) cao (khoảng 100 ngày) 3.4.3 Hồ sinh vật Nước thải hồ làm trình tự nhiên bao gồm tảo, vi khuẩn Đặc điểm: tốc độ oxi hóa chậm thời gian lưu tương đối lâu (30 - 50 ngày) Trong hồ, vi sinh vật sử dụng oxi sinh từ trình quang hợp tảo oxi hấp thụ từ không khí để phân hủy hợp chất hữu Sau tảo sử dụng CO2, NH4+, PO43- chất giải phóng từ trình phân hủy chất hữu để thực trình quang hợp Phân loại: [4,6] Hồ hiếu khí Hồ hiếu khí chứa vi sinh vật tảo dạng lơ lửng, điều kiện hiếu khí chiếm ưu suốt độ sâu hồ Có hai loại hồ hiếu khí bản: hồ nuôi tảo nhằm tạo điều kiện để tảo phát triển mạnh nhất, có độ sâu từ 150 - 450 mm hồ hiếu 26 khí nhằm đạt lượng oxi hòa tan hồ lớn nhất, có độ sâu ≤ 1,5 m Tách 40 - 60% BOD5, không tách chất rắn lơ lửng Hồ hiếu khí - kỵ khí (hồ hiếu khí tùy tiện) Trong hồ tồn ba loại vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí hiếu khí tùy tiện Do hồ hiếu khí tùy tiện tồn vùng: vùng bề mặt nơi tảo vi sinh vật tồn mối quan hệ cộng sinh; vùng đáy kỵ khí, chất rắn tích lũy phân hủy tác dụng vi sinh vật kỵ khí; vùng trung gian, phần hiếu khí phần kỵ khí, chất hữu phân hủy tác dụng vi sinh vật hiếu khí tùy tiện Độ sâu hồ hiếu khí tùy tiện giới hạn khoảng 1,2 - 2,4 m thời gian lưu nước kéo dài khoảng - 30 ngày Đây loại hồ phổ biến Khả tách BOD khoảng 300 kg/ha.ngày Hồ kỵ khí Hồ kỵ khí sử dụng để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu hàm lượng cặn cao Độ sâu hồ kỵ khí phải lớn 2,4 m đạt 9,1 m với thời gian lưu nước dao động khoảng 20 - 50 ngày Trong hồ xảy trình kết tủa cặn trình chuyển hóa chất hữu thành CO2, CH4, khí khác, axit hữu tế bào Hiệu suất chuyển hóa BOD đạt đến 70% - 85% 3.5 Phương pháp nhiệt Các phương pháp nhiệt chưa ứng dụng rộng rãi công nghiệp Nó gồm phương pháp sau: [1] 3.5.1 Cô đặc nước thải Phương pháp dùng để khử chất vô nước thải thu nước thích hợp cho cấp nước tuần hoàn Quá trình xử lý chia 27 làm hai giai đoạn: giai đoạn cô đặc giai đoạn loại bỏ chất khô Chất khô thu hồi thiết bị sấy kết tinh Trong nhiều trường hợp, giai đoạn thay cách chôn dung dịch đậm đặc Cô đặc nước thải tiến hành thiết bị bay hơi, đóng băng, kết tinh tinh thể ngậm nước 3.5.2 Tách chất khỏi dung dịch đậm đặc Để tách chất khỏi dung dịch đậm đặc người ta dùng phương pháp kết tinh sấy Kết tinh: chất có độ hòa tan dương tính (độ hòa tan tăng theo độ tăng nhiệt độ: MgCl2, MgSO4, NaCl ) kết tinh làm lạnh dung dịch bão hòa ngược lại, chất có độ hòa tan âm tính (như: CaSO 4, CaSiO3 ) trình kết tinh thực đun nóng dung dịch Các chất kết tinh đẳng nhiệt (có độ hòa tan thay đổi theo nhiệt độ) kết tinh cách bốc nước nhiệt độ không đổi Ngoài trình kết tinh thực cách thêm tác chất như: tạp chất ion kim loại lắng dạng hydroxit cho thêm kiềm vào dung dịch Sấy: để tách chất khô khỏi nước thải, thường dùng thiết bị sấy phun chân không 3.5.3 Khử độc phương pháp oxi hóa nhiệt Trong phương pháp tất chất hữu gây ô nhiễm nước bị oxi hóa hoàn toàn oxi không khí nhệt độ cao tạo thành chất không độc Phương pháp oxi hóa nhiệt bao gồm: phương pháp oxi hóa pha lỏng, phương pháp oxi hóa xúc tác pha phương pháp đốt cháy 28 [...]... trong nước ta dùng các phương pháp như: bay hơi, trưng cất, tương tác hóa học, lắng, hấp phụ, hấp thụ [1] 3.3 Phương pháp hóa học Là phương pháp chuyển hóa các chất bẩn có trong nước bằng cách thêm hóa chất Các phương pháp hóa học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trung hòa, oxi hóa - khử Đây là phương pháp đắt tiền nên người ta chỉ dùng phương pháp này để khử các chất hòa tan trong các hệ thống cấp nước. .. trong các hệ thống cấp nước khép kín Đôi khi phương pháp này được sử dụng để xử lý sơ bộ trước xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn nước Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản ứng trung hòa, tạo phức, kết tủa, các phản ứng oxi hóa khử 3.3.1 Trung hoà Nước thải chứa axit hoặc kiềm trước khi được thải ra ngoài môi trường hoặc tái sử dụng trong... hoạt tính, sunfat sắt, dioxit lưu huỳnh 20 3.4 Phương pháp sinh học Bên cạnh các phương pháp hóa lý, hóa học, thì phương pháp sinh học cũng được ứng dụng và đạt hiệu quả cao khi xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ (H 2S, các sunfua, NH3, các nitrit ) Quá trình xử lý dựa trên khả năng sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn thức ăn của vi sinh... thành CO2, CH4, các khí khác, các axit hữu cơ và tế bào mới Hiệu suất chuyển hóa BOD 5 có thể đạt đến 70% - 85% 3.5 Phương pháp nhiệt Các phương pháp nhiệt chưa được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Nó gồm các phương pháp sau: [1] 3.5.1 Cô đặc nước thải Phương pháp này được dùng để khử các chất vô cơ trong nước thải và thu được nước sạch thích hợp cho cấp nước tuần hoàn Quá trình xử lý có thể chia... thể tách các chất hữu cơ, với nồng độ đậm đặc ra khỏi nước [1] 3.2.6 Các phương pháp điện hóa Để xử lý các tạp chất tan hoặc phân tán trong nước thải có thể áp dụng các quá trình oxi hóa - khử điện cực, đông tụ điện, điện thẩm Tất cả các quá trình này diễn ra trên điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải Các phương pháp điện hóa cho phép thu hồi các sản phẩm có giá trị từ nước thải, với... kim loại kết tủa kéo theo các chất gây ô nhiễm có trong nước thải Các phương pháp này dùng trong xử lý nước thải công nghiệp thực phẩm, hóa chất, xenlulo, giấy Tuyển nổi bằng điện Nguyên tắc dựa vào các bọt khí tạo thành khi điện phân nước để loại các hạt lơ lửng trong nước thải Vai trò quan trọng trong phương pháp này là các bọt 15 khí tạo thành trên catot Tuy nhiên để có các bọt khí có kích thước... Sấy: để tách các chất khô ra khỏi nước thải, thường dùng thiết bị sấy phun chân không 3.5.3 Khử độc bằng phương pháp oxi hóa nhiệt Trong phương pháp này tất cả các chất hữu cơ gây ô nhiễm nước đều bị oxi hóa hoàn toàn bởi oxi không khí ở nhệt độ cao tạo thành các chất không độc Phương pháp oxi hóa nhiệt bao gồm: phương pháp oxi hóa pha lỏng, phương pháp oxi hóa xúc tác pha hơi và phương pháp đốt cháy... Ca(ClO3)2 và NaClO3, KMnO4, K2Cr2O7, H2O2, O2, O3, piroluzit MnO2 Tuy nhiên đây là phương pháp sử dụng nhiều hóa chất do đó chi phí rất cao nên ít khi được dùng, người ta chỉ sử dụng phương pháp này khi các phương pháp xử lý khác không xử lý được Phân loại theo các tác nhân oxi hóa - khử: [1] Oxi hóa bằng clo và các chất chứa clo hoạt tính Đây là chất oxi hóa phổ biến nhất Chúng được dùng để xử lý nước. .. bên ngoài tế bào - Giai đoạn ba: quá trình chuyển hóa các chất đã được khuếch tán qua màng tế bào vi sinh vật tạo ra năng lượng tổng hợp các chất mới của tế bào Hiện nay có các phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật như sau: 3.4.1 Phương pháp hiếu khí 22 Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau:[6] - Giai đoạn 1: oxi hóa các chất hữu cơ Enzyme Cx H y Oz + O2 → CO2 + H... sinh vật - Nước thải đưa vào xử lý sinh học có hai thông số đặc trưng là COD và BOD Nước thải có COD/BOD ≥ 2 hoặc BOD/COD ≥ 0.5 là khá phù hợp với việc xử lý sinh học Nếu giá trị COD hoặc BOD lớn thì cần phải qua xử lý sinh học kỵ khí Có hai nhóm vi sinh vật (chia theo phương thức dinh dưỡng): nhóm vi sinh vật tự dưỡng và nhóm vi sinh vật dị dưỡng + Các vi sinh vật dị dưỡng phải nhờ vào các chất hữu