HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ KHOA HÓA – LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ******** THẢO LUẬN HĨA MƠI TRƯỜNG Chủ đề: Xử lý nước thải LỜI MỞ ĐẦU - oOo - Thực tế cho thấy, dân số tăng đồng nghĩa với lượng chất thải nước thải tăng, cơng nghiệp hóa thị hóa tăng đồng thời với tăng lượng chất thải nhiễm mơi trường Trong đó, nhiễm nguồn nước vấn đề nhức nhối nhất, xúc đòi hỏi phải ưu tiên giải sớm đặc trưng lan truyền tác động đến môi trường thủy sinh Các nguồn gây ô nhiễm nguồn nước nước thải chưa qua xử lý xử lý chưa đạt tiêu chuẩn từ sản xuất công nghiệp, làng nghề, chế biến nông lâm thủy sản; nước thải từ sinh hoạt; nước thải từ sản xuất nông nghiệp Nước, an ninh lượng lương thực có mối liên hệ chặt chẽ với Để sản xuất nhiều lương thực đòi hỏi nhiều nước lượng Đồng thời, để làm phân bổ nước cần lượng Việc toàn cầu nóng lên, gia tăng thị hóa gia tăng việc tiêu thụ nước, lượng thực phẩm tiếp tục phá vỡ hệ sinh thái vốn mong manh Nước thứ đầu vào khơng thể thay thế, nằm vòng hỗ trợ điều hòa khí hậu, tách biệt khí cácbon hệ sinh thái chủ chốt khác Lượng nước thải tăng lên theo mức tăng dân số với tốc độ tăng trưởng thị hóa phát triển kinh tế Hầu hết lượng nước thải thải toàn cầu thải trực tiếp vào hệ sinh thái điều kiên chưa xử lý tái sử dụng Trong tái tạo, khai thác nước thải nguồn tài nguyên mang lại hội lớn Nước thải quản lý hiệu nguồn nước, nguồn lượng, nguồn dinh dưỡng nguồn ngun liệu tái tạo có chi phí hợp lý bền vững Qua cần có biện pháp xử lý nước thải cách hiệu tái sử dụng MỤC LỤC MỤC LỤC I Khái quát nước thải 1 Khái niệm Phân loại 2.1 Nước thải sinh họat .1 2.2 Nước thải công nghiệp 2.3 Nước thải nước mưa .2 2.4 Nước thải bệnh viện 2.5 Nước thải nông nghiệp 3 Thành phần tính chất nước thải 3.1 Nước thải sinh hoạt .4 3.2 Nước thải công nghiệp Hiện trạng Trên giới: .6 Tại Việt Nam: II Một số thông số tiêu quy chuẩn đánh giá nước thải Một số tiêu đánh giá .8 1.1 Các tiêu vật lý .8 1.2 Các tiêu hóa học 10 1.3 Các tiêu sinh học 26 III Cấp độ xử lý 28 1.Xử lý cấp I 28 Xử lý cấp II .29 Xử lý cấp III 29 IV Các phương pháp xử lý 29 Phương pháp vật lý 30 Phương pháp hóa học hóa lý .35 2.1 Đông tụ keo tụ 35 2.2 Phương pháp trung hòa 38 2.3 Phương pháp hấp phụ 39 2.4 Phương pháp trao đổi ion 42 2.5 Phương pháp lọc màng 43 2.6 Phương pháp điện hóa .45 2.7 Phương pháp oxi hóa khử 46 2.8 Phương pháp diệt khuẩn 48 Phương pháp sinh học 48 3.1 Hiếu khí 49 3.2 Kỵ khí 52 Câu hỏi trả lời: .55 I Khái quát nước thải Khái niệm Tất hoạt động sinh hoạt sản xuất cộng đồng tạo chất thải, thể khí, lỏng rắn Thành phần chất thải lỏng, hay nước thải định nghĩa dạng hòa tan hay trộn lẫn nước (nước dùng, nước mưa, nước mặt, nước ngầm, ) chất thải từ sinh hoạt cộng đồng cư dân, khu vực sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, thương mại, giao thông vận tải, nông nghiệp, Ở cần hiểu ô nhiễm nước xảy chất nguy hại xâm nhập vào nước lớn khả tự làm thân nguồn nước Nước thải chưa xử lý nguồn tích lũy chất độc hại lâu dài cho người sinh vật khác Sự phân hủy chất hữu nước thải tạo chất khí nặng mùi Thơng thường, nước thải chưa xử lý nguyên nhân gây bịnh chứa loại độc chất phức tạp mang chất dinh dưỡng thuận lợi cho việc phát triển cho loại vi khuẩn, thực vật thủy sinh nguy hại Tại nhiều quốc gia giới, việc đòi hỏi phải kiểm soát xử lý nguồn nước thải trở thành luật lệ bắt buộc Hầu hết ngành sản xuất có tài liệu dẫn tiêu chuẩn làm nước thải Phân loại Để hiểu lựa chọn công nghệ xừ lý nước thải cần phải phân biệt loại nước thải có nguồn gốc khác 2.1 Nước thải sinh họat Là nước thải bỏ sau sử dụng cho mục đích sinh hoạt cộng đồng : tắm , giặt giũ , tẩy rữa, vệ sinh cá nhân,…chúng thường thải từ các hộ, quan, trường học, bệnh viện, chợ, cơng trình cơng cộng khác Lượng nước thải sinh họat khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước đặc điểm hệ thống thóat nước Lượng nước thải sinh hoạt dao động phạm vi lớn, tùy thuộc vào mức sống thói quen người dân, ước tính 80% lượng nước cấp Giữa lượng nước thải tải trọng chất thải chúng biểu thị chất lắng BOD5 có mối tương quan định Một tính chất đặc trưng Nước thải sinh hoạt tất chất hữu bị phân hủy vi sinh vật khoảng 20-40% BOD khỏi q trình xử lý sinh học với bùn Nước thải sinh hoạt thường chiếm từ 65% đến 80% lượng nước cấp qua đồng hồ hộ dân, quan, bệnh viện, trường học, khu thương mại , khu giải trí,… 65% áp dụng cho nơi nóng, khơ, nước cấp dùng cho việc tưới cỏ 2.2 Nước thải công nghiệp Là lọai nước thải sau trình sản xuất, phục thhuộc loại hình cơng nghiệp Đặc tính nhiễm nồng độ nước thải công nghiệp khác phụ thuộc vào lọai hình cơng nghiệp chế độ công nghệ lựa chọn Trong công nghiệp, nước sử dụng loại nguyên liệu thô hay phương tiện sản xuất (nước cho trình) phục vụ cho mục đích truyền nhiệt Nước cấp cho sản xuất lấy mạng cấp nước sinh hoạt chung lấy trực tiếp từ nguồn nước ngầm hay nước mặt xí nghiệp có hệ thống xử lý riêng Nhu cầu cấp nước lưu lượng nước thải sản xuất phụ thuộc vào nhiều yếu tố Lưu lượng nước thải xí nghiệp cơng nghiệp xác định chủ yếu đặc tính sản phẩm sản xuất Nói chung, nước thải từ nhà máy chế biến thực phẩm có hàm lượng nitơ photpho đủ cho trình xử lý sinh học, hàm lượng chất dinh dưỡng nước thải ngành sản xuất khác lại thấp so với nhu cầu phát triển vi sinh vật 2.3 Nước thải nước mưa Đây lọai nước thải sau mưa chảy tràn mặt đất lôi kéo chất cặn bã, dầu mỡ,… vào hệ thống thóat nước Những nơi có mạng lưới cống thoát riêng biệt: mạng lưới cống thoát nước thải riêng với mạng lưới cống thoát nước mưa Nước thải nhà máy xử lý gồm: nước sinh hoạt, nước công nghiệp nước ngầm thâm nhập, sau trận mưa lớn khơng có tượng ngập úng cục bộ, có nước mưa tràn qua nắp đậy hố ga chảy vào hệ thống thoát nước thải Lượng nước thâm nhập thấm từ nước ngầm nước mưa lên tới 470m3/ha.ngày Nơi có mạng cống chung vừa nước thải vừa thoát nước mưa Đây trường hợp hầu hết thị trấn, thị xã, thành phố nước ta Lượng nước chảy nhà máy gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước ngầm thâm nhập phần nước mưa 2.4 Nước thải bệnh viện Đây nguồn nước thải có chứa vi khuẩn, vi rút thải từ người bệnh bên cạnh có chất kháng sinh thải từ bệnh viện chất ngăn cản hoạt động vi sinh vật tự nhiên, hệ thống nước thải 2.5 Nước thải nông nghiệp Dư lượng hóa chất dùng sản xuất nơng nghiệp phân bón, thuốc trừ sâu, trừ cỏ, chừng mực gây nhiễm mơi trường Nguồn nước khó tập trung Lưu ý: Trong thị : Nước thải sinh hoạt thường trộn chung với nước thải sản xuất gọi chung nước thải đô thị Nếu tính gần đúng, nước thải thị gồm khoảng 50% nước thải sinh hoạt, 14% loại nước thấm, 36% nước thải sản xuất 3 Thành phần tính chất nước thải 3.1 Nước thải sinh hoạt Nước thải sinh họat chứa nhiều chất hữu dễ bị phân hủy sinh học, ngòai có thành phần vơ cơ, vi sinh vật vi trùng gây bệnh nguy hiểm Chất hữu chứa nước thải sinh họat bao gồm hợp chất protein (40 – 50%); hydrat cacbon (40 - 50%) gồm tinh bột, đường xenlulo; chất béo (5 -10%) Nồng độ chất hữu nước thải sinh họat dao động khỏang 150 – 450%mg/l thoe trọng lượng khơ Có khỏang 20 – 40% chất hữu khó phân hủy sinh học Ở khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh họaat khơng xử lý thích đáng nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng 3.2 Nước thải công nghiệp Thành phần tính chất nước thải cơng nghiệp đa dạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố sản xuất công nghiệp gồm lãnh vực, nguyên liệu tiêu thụ, loại công nghệ áp dụng, qui mô hoạt động, Một số tài liệu nước cho biết khối lượng nước thải công nghiệp thường chiếm 30 - 35% tổng lượng nước thải đô thị Các chất hữu dạng hòa tan, chất hữu vi lượng gây mùi, vị( phenol, benzen ) chất hữu bền vững khó phân hủy bền vững sinh học( thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ ) chất hoạt tính bề mặt ABS( ankylbezen-sunfonat) Các chất hữu bền vững: polychlorophenol (PCP), polychlorobiphenyl (PCB), hydrocacbon đa vòng, Các chất vơ ( nhà máy luyện kim, vật liệu xây dựng, phân bón vơ cơ,…) kim loại nặng thường có nước thải cơng nghiệp chì (Pb), thủy ngân (Hg), crơm (Cr), cadmi (Cd), asen (As), mangan (Mn) Ngồi có vi sinh vật, vi trù Khi tính tốn cơng trình xử lý chung nước thải sinh hoạt công nghiệp, ta vào chất nhiễm bẩn sinh hoạt Chất bẩn công nghiệp phải giữ lại để xử lý cục nhằm bảo đảm tính an tồn cho hệ thống dẫn xử lý nước thải đô thị Tính chất nước thải thường xác định phân tích hóa học thành phần nhiễm bẩn nhiên để có đầy đủ số liệu thường gặp nhiều khó khăn thời gian, thiết bị kinh phí Để đơn giản, người ta thường dựa vào số tiêu nhiệt độ, màu sắc, mùi vị, độ trong, pH, chất tro không tro, hàm lượng chất lơ lửng, chất lắng đọng, BOD, COD số tiêu khác yêu cầu.độ, màu sắc, mùi vị, độ trong, pH, chất tro không tro, hàm lượng chất lơ lửng, chất lắng đọng, BOD, COD số tiêu khác yêu cầu Khả tự làm nước Nước vực nước tự nhiên có đặc tính mà ta gọi khả tự lọc tức khả mà vực nước bị nhiễm giới hạn định sau thời gian lại phục hồi trạng thái trước lúc ô nhiễm Khả khác tùy loại vực nước sơng lớn hồ Hiện tượng tự lọc nước tự nhiên có chất ô nhiễm thải vào nước diễn nhiều q trình lý hóa sinh học để tái lập lại trạng thái tương tự ban đầu Đó trình hấp thụ kim loại nặng chất vẩn hữu cơ, loại trừ, phân hủy tích tụ chất hữu chất khác, lắng đọng chất vẩn vô hữu xuống đáy, vơ hóa chất hữu khơng bền vững, tăng hàm lượng O2 hòa tan quang hợp tảo thủy sinh, hủy diệt vi khuẩn hoại sinh gây bệnh Trong trình tự lọc nước, vi sinh vật giữ vai trò quan trọng Tham gia vào q trình chủ yếu phải kể vi sinh vật (vi khuẩn phân hủy hợp chất N, P, S ), tảo thủy sinh (quang hợp), động vật ăn chất vẩn hữu cơ, sinh vật có khả tích tụ chất độc thể, số chủ yếu loài tảo, động vật không xương sống cở nhỏ với số lượng lớn Sinh vật tham gia vào làm nước thông qua q trình: vơ hóa chất hữu nước, tích tụ chất độc vào thể, loại trừ chất độc khỏi vực nước Sự vơ hóa chất hữu nước ô nhiễm hoạt động vi sinh vật, chế độ nước chảy quang hợp tảo thủy sinh làm cho hàm lượng O2 hòa tan nước tăng Dựa vào kích thước lỗ màng chênh lệch áp suất bề mặt màng, người ta phân loại màng lọc siêu lọc lọc thẩm thấu ngược Dựa vào kích thước lỗ màng chênh lệch áp suất bề mặt màng, người ta phân loại màng lọc siêu lọc lọc thẩm thấu ngược Siêu lọc sử dụng để tách dung dịch có khối lượng phân tử 500dvC có áp suất thẩm thấu nhỏ (ví dụ : vikhuaarn, tinh bột, protein, đất sét, … ) thẩm thấu ngược dùng để tách chất có khối lượng phân tử thấp có áp suất thẩm thấu cao Giới thiệu lọc thẩm thấu ngược (Reverce Hiện tượng thẩm thấu ngược tượng di chuyển tự nhiên dung môi từ dung dịch loãng dung dịch đậm đặc qua màng bán thẩm Hình 5.4 minh họa tượng thẩm thấu ngược Tại áp suất định dung dịch xác định, cân thiết lập áp suất gọi áp suất thẩm thấu Như dung dịch đặc nhiệt độ cao áp suất thẩm thấu cao , có nghĩa áp suất làm việc phải cao thực trình lọc thẩm thấu ngược Khác với lọc thơng thường tách hồn tồn phần khơng tan khỏi dung dịch , lọc thẩm thấu ngược cho phần dung dịch Phần dung dịch bên màng có nồng độ chất tan đậm đặc dung dịch đưa vào, dung dịch thu qua màng nồng độ chất tan lỗng, khơng chất tan Sau thời gian sử dụng, cần phải rửa ngừng không hoạt động cần ngâm chất diệt khuẩn để vi khuẩn không bám bề mặt màng, dẫn đến phá hủy màng Thiết bị lọc thẩm thấu ngược chế tạo cách công phu đắt tiền Trên thị trường có bán sẵn mơđun hãng chế tạo dùng để sản xuất nước tinh khiết, xử lý nước trường hợp đặc biệt, ví dụ cần phải lọc nước biển để lấy nước cho sinh hoạt 44 2.6 Phương pháp điện hóa Nước thải làm tap chất hòa tan, phân tán nhờ tác dụng dòng điện chiều xáy q trình oxy hóa điện cực dương (anot) khử hóa điệncực âm (catot) Phương pháp điện hóa cho phép lấy từ nước thải sản phẩm có giá trị sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản, dễ tự động hóa khơng cần, cần hóa chất thơng thường Hiệu suất phương pháp điện hóa tính yếu tố mặt độ dòng điện, điện áp, hệ số sử dụng hữu ích điện áp, hiệu suất theo dòng, hiệu suất theo lượng 2.6.1 Điện phân dung dịch Khi có điện cực nhúng dung dịch cho dòng điện chiều qua, cực dương (anot), ion âm cho electron, nghĩa xảy phản ứng oxy hóa điện hóa; ngược lại cực âm (catot), ion dương nhận eletron, nghĩa xảy phản ứng khử Quá trình điện phân ngiên cứu để làm nước thải khỏi tạp chất xyanua, sunfoxyanua, ancol, andehyt, hợp chất nitơ (như amin, phẩm nhuộm azo), sufit, mecaptan,… Trong q trình oxy hóa điện hóa, chất nước thải bị phân rã hoàn toàn tạo thành CO2, tách phương pháp khác 2.6.2 Đông tụ điện Khi sử dụng điện cực không tan xảy q trình đơng tụ tượng sinh điện phóng điên hạt mang điện điện cực, phá vỡ tượng solvat (hiện tượng chất tan liên kết với phân tử nước) làm cho số chất trước hòa tan nhờ tượng solvat hóa kết tủa trở lại Nhờ q trình làm nước chứa hàm lượng hạt keo chất gây ô nhiễm Sơ đồ hện thống thiết bi đông tụ điện thể hện hình 5.6 45 Khi sử dụng điện cực tan, ví dụ sắt hay nhơm, cation sắt hay nhơm phản ứng với nước tạo hydroxyt kim loại dạng bơng q trình đơng tụ tạo 2.6.3 Tuyển điện Trong trình điện phân có bọt khí sinh ra, trình điện phân nước kèm tạo khí oxy hydro điện cực anot catot Khi bóng khí lên, gặp kéo theo hạt lơ lửng lên bề mặt nước Khi sử dụng điện cực hòa tan xảy đồng thời việc tạo thành bơng bọt khí nên bơng lên tuyển 2.7 Phương pháp oxi hóa khử Để làm nước thải, người ta sử dụng chất oxy hóa clo dạng khí hay lỏng, nước Giaven (dung dịch hỗn hợp NaOCl NaCl), clorua vơi (CaOCl2), thuốc tím (KMnO4), hydro peoxyt gọi nước oxy (H2O2), ozon (O3), oxy ngun chất oxy già khơng khí,… Nhờ chất oxy hóa đưa vào nước thài, phản ứng oxy hóa – khử xảy chuyển chất độc hại thành chất độc hại Phản ứng phụ thuộc vào hoạt độ chất oxy hóa Hoạt độ chất oxy hóa xác định oxy hóa Trong chất tự nhiên, Flo xem chất oxy hóa mạnh nguyên tố không phổ biến nên không ứng dụng thực tế 2.7.1 Oxy hóa clo Clo chất có chứa clo hoạt tính chất oxy hóa thơng dụng Người ta dùng chúng để tách H2S, hydrosunfit, hợp chất chứa metylsunfit, phenol, xyanua khỏi nước thải Khi sục clo vào nước, xảy phản ứng sau: Tổng clo, HOCl OCl- gọi clo tự hay clo hoạt tính Sục clo vào kiềm cho ta nước Giaven: 46 Sục clo vào vôi cho ta clorua vôi hypoclorua canxi Clo clorua vôi hay hypoclorua canxi làm màu số chất hữu cơ, kể phẩm nhuộm 2.7.2 Oxy hóa hydro peoxyt (H2O2) Hydro peoxyt chất lỏng khơng màu hòa tan vơ hạn nước.H2O2 dùng để oxy hóa nitrit, aldehyt, phenol, xyanua, chất thải chứa lưu huỳnh, thuốc nhuộm Ưu việt việc dùng H2O2 làm chất oxy hóa sau thực phản ứng, sản phẩm cuối nước Trong mơi trường axit, H2O2 thể tính oxy hóa: Trong mơi trường kiềm, H2O2 thể tính khử: Trong dung dịch lỗng, q trình oxy hóa chất hữu xáy chậm, cần sử dụng thêm chất xúc tác ion kim loại có hóa trị thay đổi Fe2, Cu2, Mn2, Cr3, Ag Đặc biệt phản ứng Felton sử dụng H2O2 với xúc tác Fe2+ mơi trường axit có chiếu sángđã hiệu để xử lý màu nước thải dệt nhuộm số hợp chất hữu khác Tính khử H2O2 sử dụng để loại số chất oxy hóa khác q trình xử lý nước thải Ví dụ oại bỏ clo nước 2.7.3 Oxy hóa ozon Oxy hóa ozon cho phép đồng thời khử tạp chất nhiễm bẩn, khử màu, khử mùi vị lạ nước Sử dụng ozon làm nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu mỏ, hydrosunfua, hợp chất asen, chất hoạt động bề mặt, xyanua, phẩm nhuộm,… 47 Độ hòa tan ozon nước phụ thuộc vào pH hàm lượng chất hòa tan Với mơi trường axit có muối trung tính làm tăng độ hòa tan ozon, ngược lại, môi trường kiềm làm giảm độ hòa tan ozon Ozon oxy hóa chất vơ Ozon oxy hóa chất hữu đặc biệt hợp chất có liên kết đơi, liên kết ba tạo thành ozonua cuối đến đứt liên kết tạo hợp chất có mạch cacbon ngắn Quá trinh làm nước thải ozon Công nghệ ngày cho phép sản xuất máy sinh ozon khơng phức tạp trước Các máy ozon bán thị trường hế tạo cách gọn nhẹ, nhiều chủng loại giá không cao Mộ ưu điểm quan trọng sử dụng ozon không để lại ô nhiễm thứ cấp, nên chắn phương pháp phát triển mạnh thời gian tới 2.8 Phương pháp diệt khuẩn Để đạt tiêu cuẩn vệ sinh nước sau xử lý cần có thêm hệ thống diệt khuẩn Phương pháp truyền thống sử dụng chất sát trùng Các chất sát trùng thường dùng chất oxy hóa mạnh khí clo, nước Giaven, thuốc tím, nước oxy, cloamin, TCCA (Tricloxyanuric axit),… Ngày nay, để hạn chế tác dụng phụ, xu thay chất hóa học độc hại phương pháp vật lý Đó sục khí có chứa ozon, khí có chứa ion âm chiếu tia cực tím, lọc qua màng lọc vi khuẩn Phương pháp sinh học Phương pháp xử lý nước thải công nghệ sinh học ứng dụng để xử lý chất hữu hồ tan có nước thải số chất ô nhiễm vô khác H2S, sunfit, ammonia, nitơ… dựa sở hoạt động vi sinh vật để phân huỷ chất hữu gây ô nhiễm Vi sinh vật sử dụng chất hữu số khoáng chất làm 48 thức ăn để sinh trưởng phát triển Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học chia làm loại: • • Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động điều kiện khơng có oxy; • • Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động điều kiện cung cấp oxy liên tục Quá trình phân huỷ chất hữu nhờ vi sinh vật gọi q trình oxy hố sinh hố Để thực q trình này, chất hữu hồ tan, chất keo chất phân tán nhỏ nước thải cần di chuyển vào bên tế bào vi sinh vật theo giai đoạn sau: • • Chuyển chất nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật; • • Khuyếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm chênh lệch nồng độ bên bên ngồi tế bào; • • Chuyển hố chất tế bào vi sinh vật, sản sinh lượng tổng hợp tế bào Tốc độ trình oxy hố sinh hố phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng tạp chất mức độ ổn định lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý Ở điều kiện xử lý định, yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hoá chế độ thuỷ động, hàm lượng oxy nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng ngun tố vi lượng 3.1 Hiếu khí Q trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau: • - Oxy hố chất hữu cơ: CxHyOz + O2 => CO2 + H2O + DH • - Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + NH3 + O2 => CO2 + H2O + DH • - Phân huỷ nội bào: C5H7NO2 + 5O2 => 5CO2 + H2O + NH3 ± DH 49 • Các trình xử lý sinh học phương pháp hiếu khí xảy điều kiện tự nhiên nhân tạo Trong cơng trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều tối ưu cho trình oxy hố sinh hố nên q trình xử lý có tốc độ hiệu suất cao nhiều Tuỳ theo trạng thái tồn vi sinh vật, trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo chia thành: • • Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu sử dụng khử chất hữu chứa carbon q trình bùn hoạt tính, hồ làm thống, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, trình lên men phân huỷ hiếu khí Trong số q trình này, q trình bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank) q trình phổ biến • • Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám q trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate hoá với màng cố định 3.1.1 Xử lý nước thải bùn hoạt tính hiếu khí rong bể bùn hoạt tính hiếu khí với sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, trình phân huỷ xảy nước thải tiếp xúc với bùn điều kiện sục khí liên tục Việc sục khí nhằm đảm bảo yêu cầu cung cấp đủ lượng oxy cách liên tục trì bùn hoạt tính trạng thái lơ lửng Bản chất phương pháp phân huỷ sinh học hiếu khí với cung cấp ơxy cưỡng mật độ vi sinh vật trì cao (2.000mg/L –5.000mg/L) tải trọng phân huỷ hữu cao cần mặt cho hệ thống xử lý Tuy nhiên hệ thống có nhược điểm cần nhiều thiết bị tiêu hao nhiều lượng Nồng độ oxy hoà tan nước khỏi bể lắng đợt không nhỏ mg/l Tốc độ sử dụng oxy hoà tan bể bùn hoạt tính phụ thuộc vào: 50 • • Tỷ số lượng thức ăn (CHC có nước thải) ø lượng vi sinh vật: tỷ lệ F/M; • • Nhiệt độ; • • Tốc độ sinh trưởng hoạt động sinh lý vi sinh vật; • • Nồng độ sản phẩm độc tích tụ q trình trao đổi chất; • • Lượng chất cấu tạo tế bào; • • Hàm lượng oxy hoà tan • Để thiết kế vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí cách hiệu cần phải hiểu rõ vai trò quan trọng quần thể vi sinh vật Các vi sinh vật phân huỷ chất hữu có nước thải thu lượng để chuyển hoá thành tế bào mới, phần chất hữu bị oxy hố hồn tồn thành CO2, H2O, NO3-, SO42-, … Một cách tổng quát, vi sinh vật tồn hệ thống bùn hoạt tính bao gồm nhiều loại vi khuẩn khác tồn Yêu cầu chung vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí nước thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS khơng vượt q 150 mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không 25mg/l, pH = 6,5 – 8,5, nhiệt độ 6oC< toC< 37oC 3.1.2 Lọc sinh học Bể lọc sinh học xử lý nước thải thiết bị phản ứng sinh học vi sinh vật sinh trưởng cố định lớp vật liệu lọc Bể lọc đại bao gồm lớp vật liệu dễ thấm nước với vi sinh vật dính kết Nước thải qua lớp vật liệu thấm nhỏ giọt Vật liệu lọc thường đá dăm hoặc khối vật liệu lọc có hình thù khác Nếu vật liệu lọc đá sỏi kích thước hạt dao động khoảng 0,5 -2,5 m, trung 51 bình 1,8 m Bể lọc với vật liệu đá dăm thường có dạng tròn Nước thải phân phối lớp vật liệu lọc nhờ phận phân phối Bể lọc với vật liệu lọc chất dẻo có dạng tròn, vng, nhiều dạng khác với chiều cao biến đổi từ – 12 m Ba loại vật liệu chất dẻo thường dùng (1) vật liệu với dòng chảy thẳng đứng, (2) Vật liệu với dòng chảy ngang, (3) vật liệu đa dạng Chất hữu bị phân huỷ quần thể vi sinh vật dính kết lớp vật liệu lọc Các chất hữu có nước thải bị hấp phụ vào màng vi sinh vật dày 0,1 – 0,2 mm bị phân huỷ vi sinh vật hiếu khí Khi vi sinh vật sinh trưởng phát triển, bề dày lớp màng tăng lên, đó, oxy bị tiêu thụ trước khuếch tán hết chiều dày lớp màng sinh vật Như vậy, môi trường kị khí hình thành sát bề mặt vật liệu lọc Khi chiều dày lớp màng tăng lên, trình đồng hoá chất hữu xảy trước chúng tiếp xúc với vi sinh vật gần bề mặt vật liệu lọc Kết vi sinh vật bị phân huỷ nội bào, khơng khả dính bám lên bề mặt vật liệu lọc bị rửa trơi 3.2 Kỵ khí Q trình phân huỷ kỵ khí chất hữu q trình sinh hố phức tạp tạo hàng trăm sản phẩm trung gian phản ứng trung gian Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hố điều kiện kị khí biểu diễn đơn giản sau: Chất hữu =====> CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + tế bào Một cách tổng quát, trình phân huỷ kỵ khí xảy theo giai đoạn: - Giai đoạn 1: Thuỷ phân, cắt mạch hợp chất cao phân tử; 52 - Giai đoạn 2: Acid hoá; - Giai đoạn 3: Acetate hoá; - Giai đoạn 4: Methane hoá Các chất thải hữu chứa nhiều chất hữu cao phân tử protein, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin,… giai đoạn thuỷ phân, cắt mạch tạo thành phân tử đơn giản hơn, dễ phân huỷ Các phản ứng thuỷ phân chuyển hoá protein thành amino acids, carbohydrates thành đường đơn, chất béo thành acid béo Trong giai đoạn acid hoá, chất hữu đơn giản lại tiếp tục chuyển hoá thành acetic acid, H2 CO2 Các acid béo dễ bay chủ yếu acetic acid, propionic acid lactic acid Bên cạnh đó, CO2 H2O, methanol, rượu đơn giản khác hình thành trình cắt mạch carbohydrates Vi sinh vật chuyển hố methane phân huỷ số loại chất định CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines CO Các phương trình phản ứng xảy sau: 4H2 + CO2 => CH4 + 2H2O 4HCOOH => CH4 + CO2 + 2H2O CH3COOH => CH4 + CO2 4CH3OH => 3CH4 + CO2 + 2H2O 4(CH3)3N + H2O => 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3 Tuỳ theo trạng thái bùn, chia trình xử lý kỵ khí thành: · Q trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng q trình tiếp xúc kỵ khí, q trình xử lý bùn kỵ khí với dòng nước từ lên (UASB) 53 · Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám q trình lọc kỵ khí Trong q trình xử lý nước thải cơng nghệ kỵ khí, chất hữu nước thải chuyển hoá thành mêtan khí cacbonic, q trình thực khơng có mặt oxy Hệ thống xử lý kỵ khí ao kỵ khí dạng khác bình phản ứng tải trọng cao 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 (8 ft), đạt đến 9,1 m với thời gian lưu nước dao động khoảng 20–50 ngày Quá trình ổn định nước thải hồ xảy tác dụng kết hợp trình kết tủa trình chuyển hố chất hữu thành CO2, CH4, khí khác, acid hữu tế bào Hiệu suất chuyển hố BOD5 đạt đ Đây q trình kị khí ứng dụng rộng rãi giới đặc điểm sau: • • Cả q trình, phân huỷ – lắng bùn – tách khí, lắp đặt cơng trình; • • Tạo thành loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật cao tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng • Bên cạnh đó, q trình xử lý sinh học kỵ khí sử dụng UASB có ưu điểm so với q trình bùn hoạt tính hiếu khí như: • 54 • • Ít tiêu tốn lượng vận hành; • • Ít bùn dư, nên giảm chi phí xử lý bùn; • • Bùn sinh dễ tách nước; • • Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng; • • Có khả thu hồi lượng từ khí methane; • • Có khả hoạt động theo mùa kỵ khí phục hồi hoạt động sau thời gian ngưng khơng nạp liệu • Hệ thống UASB (Up-flow Anaerobic Slugle Blanked) phát triển từ hệ thống xử lý kỵ khí loại nước thải có nồng độ chất ô nhiễm hữu cao Trong năm gần UASB nghiên cứu chuyên sâu triển khai áp dụng rộng rãi giới ưu điểm sau: • • • Tải trọng phân huỷ hữu cao mặt yêu cầu cho hệ thống xử lý nhỏ • • Nhu cầu tiêu thụ lượng thấp không cần phải cung cấp oxy • • Có khả thu hồi lượng Câu hỏi trả lời: Câu 1: Theo bạn, phương pháp hóa học xử lý nước thải phải sử dụng đến chất oxi hóa để xử lý, điều có ảnh hưởng xấu đến sinh vật thủy sinh không Trả lời: Khi xử lý nước thải cách sử dụng chất oxi hóa tính tốn lượng chất oxi hóa cần thiết cho việc xủ lý nước thải nước sau xử lý thải tự nhiên không ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh 55 Câu 2: Các giải pháp công ghệ xử lý nước thải nêu phù hợp với đối tượng nước thải để đạt hiệu xử lý tốt mà tiết kiệm chi phí Trả lời: Nước thải chứa nhiều tạp chất có chất khác Vì mục đích việc xử lý nước thải khử tạp chất cho nước sau xủ lý đạt tiêu chuẩn chất lượng theo tiêu chuẩn đặt Các tiêu chuẩn phụ thuộc vào mục đích sử dụng cách thức sử dụng Tùy thuộc vào nguồn phát sinh, quy mơ lượng nước thải, tính chất loại nước thải( nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp hỗn hợp nước thải công nghiệp nước thải sinh hoạt, ) từ phân tích xác định tiêu chuẩn qua đánh giá ô nhiễm điều kiện môi trường- kinh tế- kỹ thuật mà định phương án xử lý Các phương pháp xử lý sau thường áp dụng: vật lý, sinh học, hóa học Trong thực tế, nhà máy xử lý nước thải thường kết hợp ba phương pháp: vật lý, hóa học sinh học sử dụng phương pháp riêng rẽ Ví dụ, xử lý nước thải sinh hoạt chứa chất thải dễ phân hủy vi sinh vật, thường kết hợp phương pháp vật lý (lưới chắn rác, khuấy trộn, lắng ), phương pháp sinh học (hiếu khí kỵ khí hai) vàphương pháp hóa học (khử trùng) Nhiều loại nước thải có thành phần phức tạp (chứa kim loại nặng, hàm lượng COD cao) nước thải dệt nhuộm, nước thải thuộc da, xi mạ, cần phải kết hợp ba phương pháp với tất kỹ thuật đạt hiệu xử lý Câu 3: Có nhiều phương pháp xử lý nước thải đề xuất với quy định quản lý nước thải tượng ô nhiễm nguồn nước ngày nghiêm trọng, đặc biệt khu công nghiệp, thành phố lớn Trả lời: Một phần điều kiện môi trường - kỹ thuật không đáp ứng u cầu, bên cạnh nhận thức bảo vệ mơi trường người dân Nguyên nhân quan trọng nhà máy xí nghiệp lợi nhuận chưa thực quan tâm đầu tư cho việc xử lý nước thải mà xả trực tiếp nguồn thải ngồi mơi trường Và quan chức chưa thực có tâm huyết nghề nghiệp buông lỏng làm ngơ cho nhà máy xí nghiệp xả thải khơng qua xử lý 56 Câu 4: Nêu cách xử lý cặn thải Trả lời: Khi xử lý nước thải tạo nhiều bùn cặn, chúng cần giảm khối lượng để giảm nhiễm bẩn mơi trường Số lượng, thành phần, tính chất hóa lý cặn bùn phụ thuộc vào loại nước thải ban đầu phương pháp xử lý Nguồn phát sinh bùn cặn ương xử lý nước thảiở cơng đoạn sau: Ì Lọc qua lưới làm cho chất rắn có kích thước lớn bị giữ lại; Lắng thô (láng cát) để tách hạt rắn thô (cát, gạch đá ) váng bọt; Láng sơ cấp (LI) để tách cặn hữu váng bọt; Aeroten tạo chất rắn huyền phù - sản phẩm q trình chuyển hóa chất hữu vi sinh vật Láng thứ cấp (L2) để tách bùn hoạt tính Các bùn cặn chia thành ba nhóm : bùn cặn vơ cơ, bùn cặn hữu cơ, bùn cặn hỗn hợp chứa chất vô hữu Bùn cặn đặc trưng hàm lượng chất khơ tính theo g/1 %, hàm lượng chất hữu / chất tro tính theo % khối lượng chất khô, thành phần nguyên tố, độ nhớt, thành phần kích thước hạt Bùn cặn thường hổn hợp huyền phù khó lọc Trở lực lọc riêng bùn cặn nước thải biến động giới hạn rộng Đây số định cho việc lựa chọn phương pháp xử lý bùn Trong bùn cặn, nước tự chiếm tới 60 đến 65%, nước liên kết nằm khoảng 30 đến 35%, nước tự tách khỏi bùn cặn cách dễ dàng nước liên kết -ẩm, nước liên kết keo hút nước, khó tách nhiêu Để xử lý khứ độc bùn cặn sử dụng q trình cơng nghệ khác Quá trình nén chặt làm đặc bùn thực láng trọng lực, thiết bị có tên thiết bị nén đặc bùn (thickener), tuyển ly tâm Quá trìnhổn định bùn nhằm phân hủy phần chất hữu phân hủy đường sinh học thành C0 2, CH H 20, giảm vấn đề mùi loại trừ thối rữa bùn cặn Quá trình có tác dụng giảm số lượng vi khuẩn gây bệnh 57 giảm thể tích bùn cặn Q trình ổn định bùn thực phương pháp hóa học, nhiệt sinh học Quá trình tách nước nhằm giảm độ ẩm bùn cặn thường sử dụng phương pháp lọc chân không, sân phơi bàng cát Để chuẩn bị cho trình thường người ta tiến hành điều hòa bùn trước lọc Q trình điều hòa bùn nhằm giảm trờ lực lọc riêng, cải thiện tính chất mối liên kết nước (dạng cấu trúc liên kết nước với bùn) Thường bùn xử lý tác nhân đông tụ muối sắt, nhôm (FeS04, Fe2(S04),, FeCl3, Al 2(S0 4)j) vôi Các chất đông tụ đưa vào bùn cận dạng dung dịch 10% Cũng sử dụng chất thải chứa FeCl,, A12(S04)3 Trong thực tế dùng FeCl, với vôi cho hiệu cao Liều lượng FeCl, vào khoảng 8%, vôi vào khoảng 15 đến 30% theo rắn khô bùn cặn Nhược điểm phương pháp dùng tác nhân hóa học chi phí cao, khả ân mòn vật liệu tăng, thiết bị vận hành phức tạp, thêm phần lưu giữ thiết bị định lượng Người ta dùng chất keo tụ thay cho chất đông tụ nhi polyacrylamit Cuối công việc xử lý thải bã cặn bùn Cơng việc thực bàng cách xử lý nhiệt: sấy khô sau bùn chế biến thành phân bón NPK, thiêu đốt để lấy nhiệt chôn lấp vùng trũng tạo mặt xây dựng cơng trình 58 ... nguồn nước nước thải chưa qua xử lý xử lý chưa đạt tiêu chuẩn từ sản xuất công nghiệp, làng nghề, chế biến nông lâm thủy sản; nước thải từ sinh hoạt; nước thải từ sản xuất nông nghiệp Nước, ... nước ta Lượng nước chảy nhà máy gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước ngầm thâm nhập phần nước mưa 2.4 Nước thải bệnh viện Đây nguồn nước thải có chứa vi khuẩn, vi rút thải từ người... .1 2.2 Nước thải công nghiệp 2.3 Nước thải nước mưa .2 2.4 Nước thải bệnh viện 2.5 Nước thải nông nghiệp 3 Thành phần tính chất nước thải