Chng 1 1 Chương 1 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp 1 1 Lời nói đầu Có thể nói nước là tài sản chung của nhân loại, là nguồn gốc của sự sống Nước đóng vai trò quyế[.]
Chương 1.Tổng quan phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt cơng nghiệp 1.1 Lời nói đầu Có thể nói nước tài sản chung nhân loại, nguồn gốc sống Nước đóng vai trò định việc đảm bảo sống người Con người sử dụng nước phục vụ cho nhiều mục đích khác giao thơng vận tải, nơng nghiệp, thuỷ điện … Có thể thấy việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên nhiều nguyên liệu thay cho riêng nước chưa thay Tuy nhiên nước phương tiện lan truyền nguồn bệnh thực tế bệnh lây lan qua môi trường nước nguyên nhân gây bệnh tật tử vong nước phát triển Chính việc xử lý nước vấn đề cấp bách đời sống người 1.2.1 Sự ô nhiễm nước Nước tự nhiên hình thành số lượng chất lượng ảnh hưởng q trình tự nhiên, khơng có tác động người Dưới tác động người nước tự nhiên bị nhiễm bẩn chất khác kết làm ảnh hưởng đến chất lượng Các khuynh hướng thay đổi chất lượng nước ảnh hưởng hoạt động người bao gồm: - Giảm độ pH nước ô nhiễmbởi H 2SO4 , HNO3 từ khí nước thải cơng nghiệp , tăng hàm lượng SO32- NO32- nước - Tăng hàm lượng ion Ca, Mg, Si… nước ngầm nước sơng nước mưa hồ tan phong hoá quặng Cacbonat - Tăng hàm lượng ion kim loại nặng nước tự nhiên - Tăng hàm lượng muối nước bề mặt nước ngầm chúng vào môi trường nước nước thải, từ khí chất thải rắn - Tăng hàm lượng hợp chất hữu cơ, trước tiên chất khó bị phân huỷ sinh học ( chất bề mặt, thuốc trừ sâu ) - Giảm nồng độ oxy hòa tan nước tự nhiên q trình ơxy hố liên quan đến q trình phì dưỡng nguồn chứa nước khống hố hợp chất hữu cơ… - Giảm độ nước.Tăng khả nguy hiểm ô nhiễm nước tự nhiên nguyên tố phóng xạ 1.1.3 Phân loại nước thải Thông thường nước thải phân loại theo nguồn gốc phát sinh chúng Đó sở cho việc chọn lựa biện pháp công nghệ xử lý Theo cách phân loại có loại nước thải đây: Nước thải sinh hoạt nước thải từ khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở trường học sở tương tự khác Nước thải sinh hoạt hỗn hợp phức tạp thành phần chất , chất bẩn thuộc nguồn gốc hữu thường tồn thành phần khơng hồ tan, dạng keo dạng hồ tan Thành phần tính chất chất bẩn phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện thiết bị, trạng thái làm việc hệ thống mạng lưới vận chuyển, tập quán sinh hoạt người dân, mức sống xã hội, điều kiện tự nhiên…do tính chất hoạt động thị mà chất bẩn nước thải thay đổi theo thời gian không gian.Để tiện lợi người ta quy ước thành phần, tính chất nước thải sinh hoạt tương đối ổn định Nước thải công nghiệp ( hay gọi nước thải sản xuất ) Nước thải công nghiệp nước thải từ nhà máy hoạt động, có nước thải sinh hoạt nước thải cơng nghiệp chủ yếu Nước thải sinh hoạt bao gồm: nước thải sinh hoạt từ khâu chuẩn bị, chế biến thức ăn nhà hàng xí nghiệp, nước sinh hoạt cơng nhân làm việc nước thải tắm công nhân Thành phần tính chất nước thải cơng nghiệp phụ thuộc vào nhiều yếu tố( lĩnh vực sản xuất công nghiệp, chế độ cơng nghệ, lưu lượng đơn vị tính sản phẩm…) đa dạng.Trong thành phố phát triển, khối lượng nước thải công nghiệp chiếm khoảng 30-35% tổng lưu lượng nước thải đô thị Nước thấm qua: Đây nước mưa thấm qua hệ thống cống nhiều cách khác qua khớp nối, ống có khuyết tật thành hố ga Nước thải tự nhiên: Nước mưa xem nước thải tự nhiên thành phố đại, nước thải tự nhiên thu gom theo hệ thống riêng 1.1.4 Các đặc điểm nước thải a) Đặc điểm vật lý Theo trạng thái vật lý, chất bẩn nước thải chia thành: - Các chất khơng hồ tan dạng lơ lửng, kích thước lớn 10 -4mm, dạng huyền phù, nhũ tương dạng sợi, giấy, vải, cây,cỏ… - Các tạp chất bẩn dạng keo với kích thước dạng hạt khoảng 10 -4 đến 10-6mm - Các chất bẩn dạng tan có kích thước nhỏ 10 -6mm, dạng phân tử phân ly thành ion - Nồng độ chất bẩn nước thải đậm đặc lỗng tuỳ thuộc tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt lượng nước thải công nghiệp hồ lẫn vào b) Đặc điểm hố học Nước thải chứa hợp chất hố học dạng vơ sắt, magie, canxi, silic, nhiều chất hữu sinh hoạt phân, nước tiểu chất thải khác cát, sét, dầu, mỡ Nước thải vừa xả thường có tính kiềm, dần trở nên có tính axit thối rữa từ chất hữu có xuất xứ từ động vật thực vật Những chất hữu nước thải chia thành chất nitơ chất cacbon Các hợp chất chứa nitơ chủ yếu ure, protein, amin, axit amin…Các hợp chất chứa cacbon mỡ, xà phòng, hydro cacbon có xenlulo…từ chất thải cơng nghiệp lẫn vào làm cho thành phần tính chất nước thải thêm đa dạng c) Đặc điểm sinh vật, vi sinh vật Nước thải sinh hoạt chứa vô số sinh vật, chủ yếu vi sinh với số lượng từ 105- 106 tế bào ml Nguồn chủ yếu đưa vi sinh vật vào nước thải phân, nước tiểu đất cát Tế bào vi sinh hình thành từ chất hữu cơ, nên tập hợp vi sinh coi phần tổng hợp chất hữu nước thải Phần sống, hoạt động, tăng trưởng để phân huỷ phần hữu lại nước thải Vi sinh nước thải thường phân biệt theo hình dạng Vi sinh xử lý nước thải phân làm ba nhóm: vi khuẩn, nấm ngun sinh động vật Vi khuẩn dạng nấm có kích thước lớn vi khuẩn khơng có vai trị trình phân huỷ ban đầu chất hữu trình xử lý nước thải, chúng thường phát triển kết thành lưới mặt nước gây cản trở dịng chảy q trình thuỷ động học Nguyên sinh động vật đặc trưng vài giai đoạn hoạt động q trình sống Thức ăn chúng vi khuẩn nên chúng chất thị quan trọng thể hiệu xử lý nước thải 1.1.5 Một số thông số quan trọng nước thải a) Hàm lượng chất rắn Tổng chất rắn thành phần vật lý đặc trưng quan trọng nước thải Nó bao gồm chất rắn nổi, lơ lửng, keo tan Khi phân tích, tổng chất rắn xác định phần lại sau cho bay mẫu nước nước thải bếp cách thuỷ, tiếp sấy khơ nhiệt độ 103 0C trọng lượng không đổi Hàm lượng chất rắn lắng lắng xuống đáy bình hình 60 phút tính ml/l Chỉ tiêu phép đo gần lượng bùn khử lắng sơ cấp Trong nước thải sinh hoạt cặn lơ lửng chiếm 70% cặn hữu 30% cặn vô b) Hàm lượng oxy hoà tan DO Đây tiêu quan trọng nước thải oxy thiếu tất sinh vật sống cạn nước Oxy thường có độ hồ tan thấp phụ thuộc vào áp suất, nhiêt độ, nồng độ muối có nước thải Trong trình xử lý, vi sinh vật tiêu thụ oxy hồ tan để oxy hố sinh hố, đồng hoá chất dinh dưỡng chất nên cần thiết cho sống, sinh sản tăng trưởng chúng Vì vậy, giữ oxy hồ tan nước thải trình xử lý yêu cầu quan trọng c) Nhu cầu oxy sinh hoá BOD Nhu cầu oxy sinh hố tiêu thơng dụng để xác định mức độ ô nhiễm nước thải đô thị chất thải nước thải công nghiệp BOD biểu thị lượng chất hữu nước bị phân huỷ vi sinh vật định nghĩa lượng oxy vi sinh vật sử dụng q trình oxy hố chất hữu cơ, việc xác định tổng lượng oxy hồ tan cần thiết cho trình phân huỷ sinh học công việc quan trọng để đánh giá ảnh hưởng dòng thải nguồn nước Trong kỹ thuật môi trường tiêu dùng rộng rãi để: - Xác định gần lượng oxy cần thiết để ổn định sinh học chất hữu có nước thải - Xác định kích thước thiết bị xử lý - Xác định hiệu xuất xử lý số trình - Xác định chấp thuận tuân theo quy định cho phép thải chất thải d) Nhu cầu oxy hoá học COD Chỉ số dùng để biểu thị hoá hàm lượng chất hữu nước thải mức độ ô nhiễm nước tự nhiên COD định nghĩa lượng oxy cần thiết cho q trình oxy hố hố học chất hữu nước thành CO nước Lượng oxy tương đương với với hàm lượng chất hữu bị oxy hố xác định sử dụng tác nhân oxy hoá hoá học mạnh môi trường axit COD xác định cách đun sôi hợp chất hữu cơ( nước thải ) với axit sunfuric đậm đặc tinh khiết cho thêm kali iodat muối axit cromic 1.2 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt công nghiệp Mục đích xử lý nước thải khử tạp chất cho nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn chất lượng theo tiêu đề Để đạt điều dây chuyền công nghệ xử lý nước thải nhóm thành cơng đoạn: Xử lý cấp 1- Gồm trình xử lý sơ lắng song ( lưới chắn ) kết thúc sau lắng cấp Cơng đoạn có nhiệm vụ khử vật rắn có kích thước lớn tạp chất rắn lơ lửng bể lắng cấp thường gồm trình lọc qua song ( lưới ) chắn,lắng, tuyển nổi, tách dầu mỡ trung hoà Xử lý cấp 2-Gồm trình sinh học ( đơi hố học ) có tác dụng khử hầu hết tạp chất hữu hồ tan phân huỷ đường sinh học, nghĩa khử BOD Đó q trình: Hoạt hố bùn, lọc sinh học hay oxy hoá sinh học hồ ( hồ sinh học phân huỷ yếm khí ) Tất trình sử dụng khả vi sinh vật chuyển hoá chất thải hữu dạng ổn định lượng thấp Xử lý cấp 3- Thường gồm trình: Vi lọc, kết tủa hố học đơng tụ, hấp thụ than hoạt tính trao đổi ion, thẩm thấu ngược, điện thấm tích, q trình khử chất dinh dưỡng, clo hoá ozon hoá Xử lý cấp I Xử lý sơ Nước thải vào Xử lý cấp II Xử lý cấp III Cl2 Dòng Lắng cát Bùn sơ cấp Tạp chất Cát sỏi Bùn hoạt tính Bùn thải Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý mức độ xử lý nước thải Thanh chắn lưới chắn Bể lắng cấp II Bể lắng cát Bể tiếp xúc clo Bể lắng cấp Bể lắng làm đặc bùn Xử lý cấp II ( hoạt hoá bùn lọc sinh học ) Bể tiêu huỷ bùn yếm khí Thiết bị tách nước 1.2.1 Xử lý nước thải phương pháp học Đây bước xử lý sơ Mục đích q trình loại tất tạp vật gây cố trình vận hành 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 Những cơng trình xử lý học bao gồm: Song chắn rác, lưới lọc dùng để chắn giữ cặn bẩn có kích thước lớn dạng sợi giấy, rau, cỏ, rác Sau dó chúng thường chuyển tới máy nghiền rác,sau nghiền nhỏ chúng chuyển tới bể phân huỷ cặn Trong năm gần sử dụng phổ biến loại song chắn rác liên hợp vừa chắn giữ vừa nghiền rác trạm xử lý công xuất nhỏ vừa Bể lắng cát tách khỏi nước thải chất bẩn vô có trọng lượng riêng khác với trọng lượng riêng nước thải( xỉ, than, cát…) chúng khơng có lợi trình làm trong, xử lý sinh hoá nước thải xử lý cặn bã khơng có lợi cơng trình thiết bị công nghệ trạm xử lý Cát từ bể lắng cát đưa phơi khơ sau thường sử dụng lại co mục đích xây dựng Bể lắng tách chất lơ lửng có trọng lượng riêng khác với trọng lượng riêng nước thải Chất lơ lửng nặng từ từ lắng xuống đáy,các chất lơ lửng nhẹ lên bề mặt nước Cặn lắng bọt nhờ thiết bị thu gom vận chuyển lên cơng trình xử lý cặn Bể vớt dầu mỡ thường áp dụng xử lý nước thải có chứa dầu mỡ( nước thải công nghiệp ), Đối với xử lý hàm lượng dầu mỡ khơng cao việc vớt dầu mỡ thường thực bể lắng nhờ thiết bị gạt chất Bể lọc nhằm tách chất trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bắng cách cho nước thải qua lớp vật liệu lọc, cơng trình sử dụng chủ yếu cho số loại nước thải công nghiệp Phương pháp xử lý nước thải học loại bỏ khỏi nước thải 60% tạp chất khơng hồ tan 20% BOD Hiệu xử lý đạt tới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng 30% theo BOD biện pháp làm thống sơ đơng tụ sinh học Trong số trường hợp cơng trình xử lý học kể đến bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể lắng có ngăn phân huỷ, bể UASB… cơng trình vừa để lắng cặn vừa để phân huỷ cặn lắng môi trường kỵ khí Nếu điều kiện vệ sinh cho phép, sau xử lý học nước thải khử trùng xả vào nguồn thường xử lý học giai đoạn xử lý sơ trước cho qua xử lý sinh học Khi tính toán bể lắng để xử lý nước thải phải tính đến tiêu đặc trưng cho tính chất lý học nước thải chất lơ lửng đó, tiêu : - Nhiệt độ nước vào bể - Nồng độ chất lơ lửng lý tính chúng - Kích thước hạt tốc độ lắng xuống hay lên chúng - Độ ẩm cặn sau lắng - Động học trình nén cặn nước 1.2.2 Xử lý nước thải phương pháp hoá lý Phương pháp dùng để thu hồi chất quý để khử chất độc hại, chất có ảnh hưởng xấu giai đoạn làm sinh hoá sau Cơ sở phương pháp hoá lý phản ứng hoá học, trình lý hố diễn chất bẩn với hố chất cho thêm vào Những phản ứng diễn phản ứng oxy hoá- khử, phản ứng tạo chất kết tủa phản ứng phân huỷ chất độc hại Các phương pháp hoá học oxy hố, trung hồ keo tụ.Thơng thường đơi với trung hồ có kèm theo q trình đơng tụ nhiều tượng vật lý khác Những phương pháp hoá lý để xử lý nước thải dựa sở ứng dụng q trình: Đơng tụ, hấp thụ, trích ly, bay hơi, tuyển nổi, trao đổi ion, tinh thể hố, dializ-màng bán thấm, đặc, khử hoạt tính phóng xạ, khử khí khử màu… 1.2.3 Xử lý nước thải phương pháp đông tụ Đông tụ làm khử màu nước thải cách dùng chất keo tụ ( phèn ) chất trợ keo tụ để liên kết chât bẩn dạng lơ lửng keo thành bơng có kích thước lớn lắng xuống.Phương pháp đông tụ làm tăng nhanh trình lắng chất lơ lửng phân tán nhỏ, keo chí nhũ tương tạp chất khác Khi nồng độ chất lơ lửng, mùi, màu giảm xuống Các chất đông tụ thường dùng nhôm sunfat,sắt sunfat, sắt clorua… Hiệu suất đông tụ cao giá trị pH= 4 8,5 Để loại lớn dễ lắng người ta cho thêm chất trợ đơng tụ Đó chất cao phân tử tan nước đễ phân ly thành ion Tuỳ thuộc vào nhóm ion phân ly mà chất trợ đơng tụ có điện tích âm dương 1.2.4.Xử lý nước thải phương pháp hấp phụ Hấp phụ tách chất hữu khí hoà tan khỏi nước thải cách tập chung chất bề mặt chất rắn ( chất hấp phụ ) cách tương tác chất bẩn hoà tan với chất rắn Hiện phương pháp hấp phụ xử dụng rộng rãi để xử dụng nước thải công nghiệp Phương pháp cho phép xử lý nước thải chứa nhiều loại nước bẩn khác Kể nồng độ chất bẩn nước thấp Như phương pháp hấp phụ cịn dùng để xử lý triệt để nước thải sau xử lý phương pháp khác Nếu chất cần khử bị hấp phụ tốt chi phí riêng lượng chất hấp phụ khơng lớn việc ứng dụng phương pháp hợp lý Trong công nghệ xử lý nước thải nói phương pháp hấp phụ tức nói q trình hấp phụ chất bẩn hồ tan bề mặt biên giới pha lỏng pha rắn Người ta phân biệt ba loại hấp phụ sau đây: - Hấp phụ q trình, phân tử chất bẩn hồ tan khơng tập chung bề mặt mà bị hút sâu vào lớp bên chất rắn( chất lỏng ) Khi xử lý nước thải chứa chất bẩn dạng khí hồ tan người ta dùng phương pháp hấp thụ- tháp hấp thụ tháp lọc khí - Hấp phụ lý học q trình hút( hay cịn gọi tập chung ) hỗn hợp chất bẩn hồ tan thể khí thể lỏng bề mặt chất rắn - Hấp phụ hoá học q trình hút chất tan dạng khí tác dụng hoá học tức chất tan hấp phụ lên bề mặt tạo phản ứng hoá học với chất rắn 1.2.5 Xử lý nước thải phương pháp trích ly Phương pháp trích ly phương pháp phổ biến để xử lý nước thải chứa phenol chất hữu khác loại axit béo Thực chất phương pháp sử dụng độ hoà tan chất bẩn dung mơi đó, mà dung mơi lại khơng tan nước thải Nếu cho dung môi vào nước thải khuấy trộn chất bẩn hồ tan dung mơi, nồng độ chất bẩn nước thải giảm tiếp tục tách dung mơi khỏi nước thải nước thải coi làm Như nguyên tắc phương pháp là: Trong hỗn hợp hai chất lỏng