Bài giảng Kỹ thuật môi trường trong công nghiệp: Chương 3 - Bảo vệ môi trường nước được biên soạn bao gồm các nội dung chính sau: Nguồn nước và ô nhiễm; Qúa trình tự làm sạch và phương pháp đánh giá chất lượng nguồn nước; Biện pháp bảo vệ môi trường nước. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng.
Chương BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG NƯỚC 3.1 Nguồn nước nhiễm 3.2 Qúa trình tự làm PP đánh giá chất lượng nguồn nước 3.3 Biện pháp kĩ thuật bảo vệ MT nước 3.1 Nguồn nước nhiễm ➢ Nước đóng vai trị quan trọng tự nhiên sống người ➢ Trong CN, người ta sử dụng nước làm nguyên liệu, lượng, dung môi, chất tải nhiệt, vận chuyển nguyên vật liệu… ➢ Tổng lượng nước Trái Đất khoảng 1.380 triệu km3, nước mặn chiếm 97% ➢ Nhu cầu sử dụng giới 3.900 triệu km3, 3.1.1 Nguồn nước phân bố tự nhiên 3.1.2 Tài nguyên nước Việt Nam 3.1.2 Tài nguyên nước Việt Nam Đặc điểm: - Khá phong phú phân bố không mặt lãnh thổ theo mùa - Tình trạng nhiễm bẩn nhiều lưu vực sơng - Các dịng chảy lớn chủ yếu bắt nguồn bên lãnh thổ Việt Nam 3.1.3 Nguồn gốc gây ô nhiễm tổn thất nước tự nhiên Ô nhiễm nguồn nước tượng nguồn nước (mặt ngầm) bị nhiễm bẩn, thay đổi thành phần chất lượng theo chiều hướng xấu Biểu hiện: màu lạ (vàng, đen, đỏ, nâu, …); mùi lạ (hôi tanh, thối, … ), xuất váng, bọt khí, có nhiều sinh vật sống nước bị chết NGUYÊN NHÂN 3.1.4 Sự ô nhiễm nguồn nước 3.1.4 Sự ô nhiễm nguồn nước - Giảm độ pH nước ngọt: H2SO4, HNO3, … - Tăng ion Ca, Mg, Si - Tăng hàm lượng kim loại màu nặng: Pb, Cd, Hg, As, Zn,…PO42-, NO32-, NO2- Tăng muối nước - Tăng hàm lượng chất hữu - Giảm nồng độ oxy hòa tan nước - Giảm độ nước 3.1.4 Sự ô nhiễm nguồn nước Thủy vực nước Nước thải từ khu CN, đô thị => ảnh hưởng đến giá trị sử dụng nước, thay đổi nồng độ O2, phá vỡ cân sinh thái Chất bẩn bền vững => bồi lấp lịng sơng, cửa biển Chất bẩn ko bền vững => tảo đột biến, chết gây nhiễm bẩn lần Biển, đại dương Sông đổ biển: 12 tỷ chất rắn + tỷ chất hòa tan Dầu mỏ gây thủy triều đen Bãi rác TG: chất độc hại, phóng xạ, thử vũ khí ng.tử ➢ Ô nhiễm đất sinh vật đất ➢ Làm ô nhiễm nguồn khơng khí ➢ Ảnh hưởng nước thải cơng nghiệp đến sức khỏe người 3.2 Qúa trình tự làm PP đánh giá chất lượng 3.2.1 QT tự làm nguồn nước (self purification) Là trình phục hồi lại trạng thái chất lượng nước ban đầu nhờ q trình thủy động học, vật lý, hóa học Quá trình làm phụ thuộc vào thành phần, tính chất nước thải, hình thái, thủy động học nguồn nước, khí hậu… Để xác định mức độ cần thiết làm nước thải trước xả nguồn nước, cần đánh giá xác khả tự làm nguồn nước cách nghiên cứu cẩn thận thủy văn, thủy sinh thành phần hóa lý nguồn nước … Phương pháp hóa học Trung hịa Phương pháp hóa học Trung hịa Phương pháp hóa học Trung hịa Phương pháp hóa học Ơ xy hóa – khử Các chất OXH: O3, Cl2, KMnO4; H2O2; K2Cr2O7, … ➢ Ozon (O3): - Chất OXH có hoạt tính cao độ hòa tan nước gấp 10 lần O2, xử lý chất bẩn hữu dạng hòa tan keo - Làm nước thải chứa phenol, SP dầu H2S, hợp chất As, hợp chất bề mặt, CN-, chất màu, HC thơm, thuốc trừ sâu, vi khuẩn, … CN- + O3 = CNO- + O2 Nếu kết hợp chiếu tia cực tím tốc độ OXH tang 102-104 lần Phương pháp hóa học Ơ xy hóa – khử ➢ H2O2: - Là chất OXH mạnh dùng để OXH phenol, CN-, hợp chất chứa S ion KL - QT xảy mãnh liệt có mặt chất xúc tác Fe2+, Fe3+, Cu2+, Cr3+, pH tối ưu từ 3-4 ➢ KMnO4: - Dùng để OXH phenol, CN-, hợp chất chứa S - pH QT ~ 9,5, pH cao PU xảy mạnh Phương pháp hóa học Ơ xy hóa – khử ➢ Cl2: - Clo chất chứa Cl chất OXH phổ biến nhất, ứng dụng làm nước khỏi H2S, hợp chất metyl, S, phenol, xianua, … - Cho Cl2 vào H2O: Cl2 + H2O = HOCl + HCl HOCl = H+ + OCl- (Cl2 + HOCl + OCl-) gọi clo có hoạt tính tự - Xử lý xianua (MT kiềm) CN- + 2OH- + Cl2 = CNO- + 2Cl- + H2O 2CNO- + 4OH- + 3Cl2 = 2CO2 + 6Cl- + N2 + 2H2O Nguồn clo hoạt tính hình thành từ PU sau: Phương pháp sinh học Phương pháp sinh học Dựa hoạt động phân hủy chất hữu dạng dễ phân hủy sinh học nhóm VSV (chủ yếu vi khuẩn (VK)) Các chất thải hữu + O2 → CO2 + H2O + H2SO4 + NH4 + … + NO3- Sử dụng VSV hiếu khí để phân hủy hợp chất hữu có nước thải có điều kiện oxy đầy đủ, nhiệt độ, pH … thích hợp (CHO)nNS + O2 → CO2 + H2O + NH4 + H2S + Tế bào SV + DH Trong điều kiện hiếu khí NH4+ H2S bị phân hủy nhờ trình nitrat hóa, sunfat hóa SV tự dưỡng: NH4 + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O H2S + 2O2 → SO42- + 2H+ Phương pháp sinh học Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải trải qua : - Oxy hố chất hữu có nước thải để đáp ứng nhu cầu lượng tế bào: CxHyOzN + O2 → CO2 + H2O + NH3 + DH - Tổng hợp tế bào mới: CxHyOzN + NH3 + O2 → CO2 + C5H7NO2 - Phân huỷ nội bào: C5H7NO2 + 5O2 → 5CO2 + H2O + NH3 NH3 + O2 → O2 + HNO2 → HNO3 Phương pháp sinh học Xử lý nước thải phương pháp sinh học kị khí Trong điều kiện khơng cung cấp oxy, VSV phân hủy chất hữu chất vô nước thải Các giai đoạn diễn ra: - Dưới tác dụng thủy phân mà chất hữu phức tạp chất béo thành chất hữu đơn giản VK sử dụng chất làm thức ăn để cung cấp lượng dinh dưỡng việc sinh trưởng phát triển - Lên men axit Các chất hữu đơn giản axit hữu thông thường (axit acetic, glixerin, axetat,…) - Lên men kiềm Chuyển hóa axit acetic + hydro CH4 CO2 - Methane hóa Phương pháp sinh học Phương pháp xử lý nhân tạo Lớp bùn nằm sâu đáy bể chứa nhiều chất gây ô nhiễm Nhờ hoạt động VSV kị khí sinh khí mêtan cacbon dioxide Lọc sinh học kị khí: lọc kị khí với sinh trưởng gắn kết giá mang hữu nhờ chế phân hủy hấp thụ chất hữu VSV Phương pháp xử lý tự nhiên Ao hồ kị khí: thường sử dụng loại ao hồ có kích thước sâu mà không cần cung cấp oxy cho VSV mà VSV sử dụng lượng oxy từ hợp chất nitrat, sulfat,… thành axit hữu cơ, khí CH4, H2S, CO2 H2O Phương pháp sinh học Phân huỷ kị khí chất hữu cơ: tạo hàng trăm sản phẩm trung gian phản ứng trung gian Phương trình phản ứng sinh hố điều kiện kị khí: (CHO)nNS → CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + tế bào Q trình phân huỷ kị khí xảy theo giai đoạn: Thuỷ phân, cắt mạch hợp chất cao phân tử => Acid hoá => Acetate hoá => Methane hoá Tuỳ theo trạng thái bùn, chia q trình xử lý kị khí thành: Q trình xử lý kị khí với VSV sinh trưởng dạng lơ lửng như: - · Tiếp xúc kị khí · Xử lý bùn kị khí với dịng nước từ lên (UASB) Q trình xử lý kị khí với VSV sinh trưởng dạng dính bám: · Lọc kị khí 3.3.4 Cấp nước tuần hồn tái sử dụng nước thải công nghiệp Dùng lại nước sau xử lý: - CN: làm nguội, lắng cặn => t/hoàn - Thực phẩm, chế biến (rượu, đường): + nuôi cá, tưới ruộng + => phát điện Thu hồi KL: giảm lượng bùn, tận thu ng/liệu Tái sử dụng ch/thải (dầu máy, dầu mỡ động th/vật) => dầu chạy ôtô, xe máy, máy phát điện 3.3.5 Tăng cường trình tự làm nguồn nước ➢ Quá trình tự phục hồi lại trạng thái chất lượng nước ban đầu nhờ trình thủy động lực, vật lý, hóa học, sinh học ➢ giai đọan: Pha loãng ; Phân hủy làm ➢ Các trình: Dịch chuyển xi dịng nước Pha lỗng Lắng đọng Phản ứng hóa học Phân hủy chất hữu nhờ họat động vi sinh vật Phân hủy yếm khí Lọc sinh học qua hoạt động loài thủy sinh Nước thải ngành luyện kim ➢ Nước làm mát lị cao, khn đúc, máy nén, động cơ, máy cán …=> Tuần hoàn sử dụng lại ➢ Nước làm nguội xỉ, tạo hạt xỉ làm khí lò cao thường chứa hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, ngồi cịn chứa amoni, xianua, hợp chất S, phenol, KL nặng ➢ Dòng thải sàng, tuyển quặng chứa tạp chất sỏi đá muối vô tan ➢ Nước thải CN LK màu: tính axit/kiềm chứa KL nặng chất rắn lơ lửng ➢ Nước thải công nghệ mạ, sơn … tạo bề mặt bảo vệ KL có hàm lượng KL cao TP chất trợ dung CN-, SO42-, F2- … ➢ Ngồi cịn chứa dầu mỡ, nước thải sinh hoạt công nhân, vệ sinh nhà xưởng… ... NHÂN 3. 1.4 Sự ô nhiễm nguồn nước 3. 1.4 Sự ô nhiễm nguồn nước - Giảm độ pH nước ngọt: H2SO4, HNO3, … - Tăng ion Ca, Mg, Si - Tăng hàm lượng kim loại màu nặng: Pb, Cd, Hg, As, Zn,…PO4 2-, NO3 2-, ... AsO 33+ , PO 4 3- , chất phóng xạ… Phương pháp hóa lý Trao đổi ion (Ion exchange) PU trao đổi: - Tiếp xúc với cationit: RSO3H + NaCl RSO3Na + HCl - Tiếp xúc với anionit: ROH + NaCl RCl + NaOH -. .. nghiệp Nước thải Luyện kim, hóa chất Thực phẩm Sinh hoạt 3. 3 .3 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghiệp 3. 3 .3 Xử lý nước thải sinh hoạt công nghiệp Phương pháp học (vật lý) ➢ Song chắn rác (screening):