Bài Giảng Xử Lý Nước Thải Và Công Nghệ Xử Lý Nước Thải

Bộ môn Công nghệ Môi trường – Khoa Môi trường CHƯƠNG 1 CÁC BƯỚC LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1 1 Tổng quan về nước thải và công nghệ xử lý nước thải 1 1 1 Nhận dạng chất t[.]

Bộ môn Công nghệ Môi trường – Khoa Môi trường CHƯƠNG CÁC BƯỚC LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1 Tổng quan về nước thải và công nghệ xử lý nước thải 1.1 Nhận dạng chất thải môi trường nước “Nước thải chất thải lỏng thải sau trình sử dụng người bị thay đổi tính chất ban đầu chúng” Thông thường nước thải phân loại theo nguồn gốc phát sinh chúng Đó sở cho việc lựa chọn biện pháp hoăc công nghệ xử lý Nước tự nhiên nước hình thành số lượng chất lượng ảnh hưởng q trình tự nhiên, khơng có tác động người Do tác động người, nước tự nhiên bị nhiễm bẩn chất khác dẫn đến kết làm ảnh hưởng đến chất lượng Các khuynh hướng thay đổi chất lượng nước ảnh hưởng hoạt động người bao gồm: - Thay đổi giá trị pH nước ô nhiễm H 2SO4, HNO3 từ khí - nước thải cơng nghiệp, tăng hàm lượng SO42- NO3- nước Tăng hàm lượng ion Ca, Mg, Si…trong nước ngầm nước sơng - mưa hồ tan, phong hố quặng cacbonat Khi hàm lượng ion vượt mức theo tiêu chuẩn cho phép chất lượng nước sử dụng xếp vào hạng mục chất ô nhiễm Nước ngầm thường có hàm lượng ion khoáng hoá cao so với nước mặt nằm lịng đất nên tích tụ chất khống từ đất, đá qua Tăng hàm lượng ion kim loại nặng nước tự nhiên, trước hết - Pb, Cd, Hg, As, Zn anion PO43-, NO3-, NO2-… Tăng hàm lượng muối nước bề mặt nước ngầm chúng - vào mơi trường nước nước thải, từ khí từ chất thải rắn Tăng hàm lượng hợp chất hữu cơ, trước hết chất hữu khó - phân huỷ sinh học (các chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu…) Giảm nồng độ oxy hoà tan nước tự nhiên trình oxy hố - liên quan đến q trình phì dưỡng (eutrophication) nguồn chứa nước khoáng hoá hợp chất hữu Giảm độ nước Tăng khả ô nhiễm nước tự nhiên nguyên tố phóng xạ Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà - Làm gia tăng giá trị nhiệt độ nước Nhiệt độ nước tăng tác động tiêu cực đến hệ sinh thái, hàm lượng ơxy hồ tan nước giảm nhiệt độ tăng, điều ảnh hưởng đến động vật thuỷ sinh đặc tính tự làm nước Các tiêu cấp nước: độ pH, độ trong, độ cứng, hàm lượng sắt, mangan số E.Coli Các tính chất đặc trưng nước thải: giá trị pH, hàm lượng chất rắn, nhu cầu ơxy sinh hố BOD, nhu cầu ơxy hoá học COD, dạng nitơ, phốtpho, dầu mỡ, mùi, màu, kim loại nặng nước thải công nghiệp 1.1.2 Các chất gây ô nhiễm nước Nước thải bị ô nhiễm chất khác Tổ chức y tế giới (WHO) hướng dẫn phân loại chất nhiễm nước hố học sau: - Các chất hữu không bền sinh học - Các muối vơ độc - Các sản phẩm dầu mỏ - Các hợp chất gen sinh học - Các chất độc đặc biệt bao gồm kim loại nặng, hợp chất hữu tổng hợp không phân huỷ sinh học Các thành phần quan trọng nước thải liên quan đến công nghệ xử lý Thành phần Ghi Các chất rắn lơ lửng Các chất rắn lơ lửng dẫn đến tăng khả lắng bùn điều kiện kỵ khí thải nước thải khơng qua xử lý vào môi trường nước Các chất hữu phân huỷ sinh học Gồm Protein, cacbonhydrat chất béo Các chất hữu phân huỷ sinh học đo tiêu BOD COD Nếu thải chúng trực tiếp vào mơi trường: q trình ổn định sinh học chúng dẫn đến giảm lượng ơxy nước tự nhiên dẫn đến nguyên nhân gây mùi vị Các nhân tố gây bệnh Rất nhiều bệnh lan truyền qua vi khuẩn gây bệnh có nước thải Các chất dinh dưỡng Cả nitơ photpho cacbon chất dinh dưỡng cho phát triển sinh vật Khi thải chúng BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI vào môi trường nước, chất dinh dưỡng dẫn đến phát triển sinh vật ý muốn mơi truờng nước (sự phú dưỡng), cịn thải chúng vào đất làm ô nhiễm nước ngầm Các chất hữu trơ Các chất hữu không bị phân huỷ phương pháp xử lý nước thải thơng thường (phương pháp sinh học) ví dụ chất tẩy rửa, hoá chất bảo vệ thực vật, phenol Kim loại nặng Các kim loại nặng thường nhiễm vào nguồn nước hoạt động công nghiệp Các chất rắn vơ hồ tan Các thành phần vơ canxi, natri, sunfat có mặt nước thải sinh hoạt sau trình sử dụng nước Nguồn: Giáo trình xử lý nước thải, Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga, NXB KHKT 2002 1.2 Tổng quan phương pháp xử lý nước thải 1.2.1 Các phương pháp xử lý nước thải * Phương pháp lý học: Công nghệ xử lý nước thải phương pháp lý học (cơ học) dùng để loại chủ yếu tạp chất không tan khỏi nước Các hợp chất không tan nước thải bị loại bỏ thường có kích thước lớn * Phương pháp hố học: Phương pháp hóa học làm nước thải bao gồm trung hịa, oxi hóa khử Tất phương pháp liên quan đến việc tiêu hao hố chất, chi phí lớn Người ta ứng dụng phương pháp để loại chất hòa tan hệ thống cấp nước khép kín * Phương pháp sinh học: Phương pháp hóa sinh ứng dụng để xử lí nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp khỏi nhiều chất hữu hịa tan số chất vơ (H2S, sunfua, NH3, nitric ) Quá trình xử lí dựa khả vi sinh sử dụng chất làm chất dinh dưỡng hoạt động sống - Các chất hữu vi sinh nguồn cacbon Các phương pháp nêu chia tái sinh phân huỷ Phương pháp tái sinh bao gồm việc thu hồi chế biến tiếp tục chất có giá trị Trong phương pháp phân huỷ, chất ô nhiễm chịu phân huỷ oxi hóa khử Sản phẩm phân huỷ loại khỏi dạng khí cặn Việc chọn phương pháp làm thiết kế hệ thống phụ thuộc yếu tố: Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà Các yêu cầu công nghệ vệ sinh nước Số lượng nước thải Các điều kiện nhà máy nhiệt lượng vật chất (hơi, nhiên liệu, khơng khí nén, điện năng, tác chất, chất hấp thụ) điện tích cần thiết cho hệ thống xử lí Hiệu xử lí 1.2.2 Các giai đoạn xử lý nước * Giai đoạn tiền xử lý xử lý bậc (sơ cấp, sơ bộ): gồm cơng trình thu gom từ song chắn rác đến sau cơng trình lắng bậc Giai đoạn khử vật rắn có kích thước lớn tạp chất lắng để bảo vệ bơm đường ống - Tiếp nhận nước - Chắn rác - ổn định lưu lượng nồng độ - Tách hạt lơ lửng (lắng, lọc, ly tâm) - Tuyển * Xử lý bậc hai (thứ cấp): nhằm xử lý chất hoà tan chất keo phương pháp hoá lý hầu hết chất hữu hồ tan phân huỷ sinh học phương pháp sinh học - Trung hồ - Keo tụ, đơng tụ - Xử lý chất hữu phân huỷ sinh học - Xử lý bùn * Xử lý bậc cao (bậc 3): nhằm mục đích xử lý chất dinh dưỡng, chất hồ tan cịn lại - Vi lọc, tủa hoá học, thẩm thấu, trao đổi ion - Xử lý N,P - Khử mùi vị, khử trùng * Thải bỏ chất thải cuối cùng: gồm cơng trình thải nước vào nguồn 1.3 Các bước lựa chọn công nghệ xử lý nước thải Bước Xác định đặc trưng chung dịng thải • Mức tiêu thụ thải nước thải q trình sản xuất/hoạt động • Đặc tính hữu dễ phân huỷ, khó phân huỷ • Các chất vơ cơ, tập trung ý KLN • pH BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI Bước Kiểm tra kĩ thơng số: • Phân tích thơng tin từ giá trị nồng độ thông số Sắp xếp chất nhiễm vào nhóm thơng số • Nếu nhà máy chưa hoạt động tham quan 2,3 sở sản xuất tương tự nhằm thu thập thông tin phục vụ cho bước lựa chọn cơng nghệ sơ • Thí nghiệm pilot nhằm xác định khả xử lý số thông số đặc trưng cần thiết Bước Lựa chọn sơ • Liệt kê cơng nghệ có • Cơng nghệ đề xuất (đề xuất số phương án cơng nghệ có khả áp dụng) dựa phân tích thơng tin/dữ liệu thu thập • Dự đốn hiệu suất q trình • Dự trù kinh phí Bước Lựa chọn cuối dựa vào phân tích các tiêu chí lựa chọn hệ thống xử lý nước thải 1.4 Các tiêu chí quan trọng lựa chọn hệ thống xử lý nước thải Khả áp dụng Khả áp dụng quy trình đánh giá dựa kinh nghiệm khứ, tài liệu xuất bản, tài liệu nhà máy nghiên cứu pilot Trong trường hợp hay khơng bình thường chưa gặp cần tiến hành nghiên cứu thí nghiệm quy mô pilot Lưu lượng nước thải Công nghệ xử lý chọn phải đáp ứng lưu lượng dự kiến Ví dụ, bể điều hồ khơng phù hợp với lưu lượng nước thải cực lớn Mức độ dao động lưu lượng nước thải Hầu hết trình hệ thống thiết kế cho giải lưu lượng Q trình hệ thống hoạt động tốt lưu lượng ổn định Nếu mức độ biến động lưu lượng lớn cần có q trình điều hồ Đặc tính dịng thải Đặc tính nước thải đầu vào có ảnh hưởng đến cơng nghệ chọn (ví dụ xử lý hố học hay sinh học) yêu cầu cho trình vận hành tốt Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà Các thành phần cản trở không chịu tác động Có thành phần cản trở q trình xử lý? Thành phần khơng chịu tác động trình xử lý? Các vấn đề khí hậu Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hầu hết q trình hố, sinh Nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt động học thiết bị Nhiệt độ ấm áp đẩy nhanh việc phát sinh mùi hạn chế việc phát tán khơng khí Quy mơ q trình xử lý lựa chọn dựa vào động học phản ứng, hệ số chuyển khối tiêu chuẩn tải lượng Kích cỡ thiết bị phản ứng phải dựa vào động học phản ứng, hệ số chuyển khối Dữ liệu động học lấy từ kinh nghiệm, tài liệu xuất bản, kết nghiên cứu điển hình Chất lượng Chất lượng thường đánh giá thông qua chất lượng dòng ra, phù hợp với quy định thải Xử lý tàn dư Dạng số lượng tàn dư sau xử lý bao gồm dạng rắn, lỏng khí phải tính tốn hay ước lượng Q trình xác định thực thông qua nghiên cứu pilot 10 Xử lý bùn Có hay khơng yếu tố làm việc xử lý tiêu huỷ bùn trở nên không khả thi tốn kém? Việc tuần hoàn chất thải từ trình xử lý bùn ảnh hưởng đến phận xử lý nước? Việc chọn lựa hệ thống xử lý bùn cần đôi với việc chọn lựa hệ thống xử lý nước 11 Các yếu tố mơi trường Các yếu tố mơi trường loại gió chủ đạo, hướng gió, khoảng cách đến khu dân cư hạn chế ảnh hưởng đến việc sử dụng số q trình, đặc biệt có phát sinh mùi Giao thơng ảnh hưởng đến việc chọn địa điểm Mơi trường nước tiếp nhận có giới hạn đặc trưng, địi hỏi phải loại bỏ số thành phần đặc biệt dinh dưỡng khỏi nước thải tiếp nhận 12 Các yêu cầu hoá chất BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI Nguồn lượng hoá chất cần phải sẵn có khoảng thời gian dài nhằm đảm bảo vận hành hệ thống có hiệu quả? Việc bổ sung hố chất có ảnh hưởng đến đặc tính chất tồn đọng sau xử lý chi phí xử lý? 13 Yêu cầu lượng Nếu mục đích thiết kế hệ thống xử lý có hiệu kinh tế cần phải biết yêu cầu lượng chi phí cho lượng tương lai 14 Yêu cầu nhân Cần người mức độ kỹ để vận hành hệ thống? Có sẵn nguồn nhân lực khơng? Cần đào tạo thêm gì? 15 Các yêu cầu vận hành bảo trì hệ thống Các yêu cầu đặc biệt vận hành bảo dưỡng? Cần phụ tùng thay nào, nguồn đâu chi phí sao? 16 Yếu tố lệ thuộc Các yếu tố lệ thuộc bao gồm gì? Tác động chúng đến chất lượng xử lý, đặc biệt chúng không sản xuất? 17 Độ tin cậy Mức độ tin cậy hệ thống xét thời gian dài? Hệ thống bị trục trặc khơng, có chịu sốc định kỳ lưu lượng không? Nếu có chất lượng nước thải sau xử lý bị ảnh hưởng nào? 18 Tính phức tạp Mức độ phức tạp việc vận hành hệ thống trường hợp thông thường trường hợp khẩn cấp? Người vận hành cần đào tạo gì? 19 Tính tương thích Với sở vật chất có hệ thống có vận hành bình thường khơng? Việc mở rộng nhà máy thực dễ dàng khơng? 20 Khả thích ứng Hệ thống hay q trình xử lý sửa chữa, thay đổi để đáp ứng với yêu cầu xử lý tương lai khơng? 21 Phân tích vịng đời kinh tế Việc đánh giá chi phí phải bao gồm chi phí vốn đầu tư ban đầu, chi phí vận hành chi phí bảo dưỡng Hệ thống xử lý với chi phí đầu tư ban đầu thấp không hiệu mối liên quan với chi phí vận hành bảo dưỡng Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà 22 Quỹ đất Quỹ đất có cho phép xây dựng khơng hệ thống xử lý xem xét mà mở rộng tương lai không? Cần vùng đệm rộng để đảm bảo mỹ quan loại bỏ tác động xấu? BÀI GIẢNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHƯƠNG KĨ THUẬT XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG BIỆN PHÁP CƠ HỌC 2.1 Đối tượng Đối tượng chất thải và các chất gây ô nhiễm được loại bỏ bằng biện pháp học là rác thải, các nguyên vật liệu rơi vãi, chất rắn lơ lửng nước 2.2 Song chắn rác (screen bar) Các loại nước thải nói chung thường chứa chất tan khơng tan dạng hạt lơ lửng Các tạp chất lơ lửng dạng rắn lỏng, chúng tạo với nước thành hệ huyền phù Để tách hạt lơ lửng khỏi nước, người ta sử dụng trình thuỷ lọc qua song chắn, lắng tác dụng lực trọng trường lọc nước thải Việc lựa chọn phương pháp xử lý tuỳ thuộc vào kích thước hạt, tính chất hố lý, sinh học, nồng độ chất ô nhiễm, lưu lượng nước thải mức độ làm cần thiết Mục đích: Mục đích: Lọc qua công đoạn tách tạp chất thô nước Mục đích q trình khử tất tạp vật gây cố trình vận hành hệ thống xử lý nước thải làm tắc bơm, đường ống kênh dẫn Đây bước quan trọng đảm bảo an toàn điều kiện làm việc thuận lợi cho hệ thống Trong xử lý nước thải nói chung, thường dùng song chắn để lọc nước máy nghiền để nghiền nhỏ vật bị giữ lại xử lý nước thải cơng nghiệp, người ta đặt thêm lưới chắn Cơng trình có tác dụng thu vớt tạp chất rắn kích thước lớn Song chắn đặt trước cơng trình làm sạch, đặt miệng xả phân xưởng nước thải sản xuất chứa tạp chất thô dạng sợi Nguyễn Ngọc Tú, Lý Thị Thu Hà Hình 1: Lưới chắn rác dạng nghiêng 1.1 Cấu tạo song chắn Các song chắn làm kim loại, đặt cửa vào kênh dẫn, nghiêng góc từ 60 – 75 Song chắn đặt cố định di động, tổ hợp với máy nghiền nhỏ, thông dụng song chắn cố định Thanh song chắn có tiết diện trịn, vng hỗn hợp Thanh song chắn trịn có trở lực nhỏ lại nhanh bị tắc vật bị giữ lại Thơng dụng loại chắn có tiết diện hỗn hợp: cạnh vng góc phía sau cạnh trịn phía trước hướng đối diện với dịng chảy 1.2 Phân loại song chắn Dựa vào khoảng cách thanh, người ta chia song chắn thành loại: Song chắn thơ có khoảng cách từ 60 đến 100 mm song chắn mịn có khoảng cách từ nhỏ 6mm Vận tốc nước chảy song chắn: tốc độ nước chảy qua song chắn cần phải đủ lớn để đảm bảo không làm tổn thất tải lượng không làm tắc nghẽn song chắn làm vật lắng Kích thước song chắn tính dựa vào tốc độ chảy nước thải qua khe (thường lấy 0,8 đến m/s) chấp nhận giả thiết 30% diện tích song chắn bị bịt kín Khi xác định kích thước song chắn cần tính cho điều kiện mùa mưa với mức nước cao