KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP PHƯỚC HIỆP

KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP PHƯỚC HIỆP

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN



Tp.HCM, ngày tháng năm

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN



Tp.HCM, ngày tháng năm

LỜI CẢM ƠN

- -Qua khoảng thời gian học tại trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, chúng tôimuốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả các thầy cô trong nhà trường đã truyền đạt chochúng tôi những kiến thức bổ ích về khoa học công nghệ, kỹ thuật và xã hội

Chúng tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô trong khoa Kỹ Thuật Hóa Học đãtruyền đạt cho chúng tôi những kiến thức chuyên môn, các kinh nghiệm trong các buổithực hành và các chuyến đi thực tập nhà máy trong suốt thời gian qua Đặc biệt là cácthầy cô trong bộ môn Kỹ Thuật Hóa Vô Cơ đã truyền đạt những kiến thức chuyên sâu

về chuyên ngành và giúp đỡ chúng tôi tận tình trong suốt thời gian theo học cũng nhưthời gian làm luận văn

Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô phòng Thí Nghiệm Vô Cơ đã cungcấp thiết bị và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi hoàn thành luận văn

Đặc biệt, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.Hoàng Đông Nam, làngười đã tận tình trực tiếp hướng dẫn chúng tôi từng bước một và luôn khuyến khíchđộng viên chúng tôi trong suốt thời gian làm luận văn

Cuối cùng, lời cảm ơn xin được gửi tới gia đình và bạn bè thân yêu, là nguồnđộng viên tích cực, đã luôn chia sẻ và hỗ trợ chúng tôi hoàn thành luận văn này

Một lần nữa chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

Tp.HCM, ngày tháng năm

Nguyễn Phi PhúNguyễn Ngọc Phương Thảo

LỜI NÓI ĐẦU

- -Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền công nghiệp nước ta,cuộc sống người dân đã dần được cải thiện rõ rệt, đồng thời tình hình ô nhiễm môitrường cũng gia tăng đến mức báo động

Do đặc thù của nền công nghiệp mới phát triển, chưa có sự quy hoạch tổng thể

và còn nhiều nguyên nhân khác nhau như: điều kiện kinh tế của nhiều xí nghiệp cònkhó khăn, hoặc do chi phí xử lý ảnh hưởng đến lợi nhuận nên hầu như chất thải côngnghiệp của nhiều nhà máy chưa được xử lý mà thải thẳng ra môi trường Mặt khác nước

ta là một nước đông dân, có mật độ dân cư cao, nhưng trình độ nhận thức của con người

về môi trường còn chưa cao, nên lượng chất thải sinh hoạt cũng bị thải ra môi trườngngày càng nhiều Điều đó dẫn tới sự ô nhiễm trầm trọng của môi trường sống, ảnhhưởng đến sự phát triển toàn diện của đất nước, sức khỏe, đời sống của nhân dân cũngnhư vẻ mỹ quan của khu vực

Trong đó, ô nhiễm nguồn nước là một trong những thực trạng đáng ngại nhất của

sự hủy hoại môi trường tự nhiên do nền văn minh đương thời Đối với môi trường sốngnói chung, vấn đề bảo vệ và cung cấp nước sạch là vô cùng quan trọng Đồng thời vớiviệc bảo vệ và cung cấp nước sạch, việc thải và xử lý nước thải trước khi đổ vào nguồn

là một vấn đề bức xúc đối với toàn thể loài người

Ngày nay vấn đề xử lý nước và cung cấp nước sạch đang là một mối quan tâmlớn của nhiều quốc gia, nhiều tổ chức xã hội và chính bản thân mỗi cộng đồng dân cư

Và đây cũng là một vấn đề cấp bách cần giải quyết của nước ta trong quá trình côngnghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Nhằm mục đích tìm hiểu góp phần vào việc bảo vệ môi trường sống của con

người, chúng tôi chọn đề tài “KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP PHƯỚC HIỆP“ Qua đó, chúng tôi trình bày một cách cô

đọng những hiểu biết về thực trạng ô nhiễm nguồn nước, một số phương pháp xử lý

nước hiện nay và sau đó khảo sát, đánh giá hệ thống xử lý nước thải khu công nghiệpPhước Hiệp.

Với sự cố gắng thực sự khi nghiên cứu một vấn đề nhưng không thể tránh khỏinhững thiếu sót, chúng tôi rất mong được sự hướng dẫn và đóng góp ý kiến quý báu củaquý thầy cô và các bạn

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ii

LỜI CẢM ƠN iii

LỜI NÓI ĐẦU iv

MỤC LỤC vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH xi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 2

1.1.1 Các vấn đề môi trường trên thế giới 2

1.1.2 Các vấn đề môi trường Việt Nam 3

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 6

1.2.1 Khái niệm nước thải 6

1.2.2 Phương pháp xứ lý nước ô nhiễm 10

1.3 CÁC YẾU TỐ ĐÁNH GIÁ SỰ Ô NHIỄM NƯỚC 28

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 32

2.1 NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 33

2.1.1 Yêu cầu của luận văn 33

2.1.2 Nội dung tiến hành nghiên cứu 33

2.2 PHƯƠNG PHÁP THU VÀ BẢO QUẢN MẪU 33

2.2.1 Chọn bình chứa mẫu 33

2.2.2 Nơi lấy mẫu 33

2.2.3 Các thiết bị lấy mẫu 34

2.2.4 Thời gian lấy mẫu 35

2.2.5 Bảo quản, vận chuyển và lưu trữ mẫu 35

2.2.6 Các chỉ tiêu ô nhiễm cần phân tích 35

2.3 XÁC ĐỊNH CÁC YẾU TỐ Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI 35

2.3.1 Xác định nhu cầu oxy hóa học COD 35

2.3.2 Phân tích hàm lượng cặn SS 39

2.3.3 Xác định nhu cầu oxy sinh hóa BOD 40

2.3.4 Xác định hàm lượng NO2- 40

2.3.5 Xác định hàm lượng Nitrate NO3- 42

2.3.6 Xác định hàm lượng Orthophosphate PO43- 44

2.3.7 Xác định hàm lượng NH3 44

2.4 XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN 44

2.4.1 Xây dựng đường chuẩn trong phân tích COD 44

2.4.2 Xây dựng đường chuẩn trong phân tích hàm lượng NO3- 46

2.4.3 Xây dựng đường chuẩn trong phân tích hàm lượng NO2- 48

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 50

3.1 TỔNG QUAN VỀ KHU CÔNG NGHIỆP PHƯỚC HIỆP 51

3.2 KHẢO SÁT TỔNG QUÁT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP PHƯỚC HIỆP 51

3.2.1 Hệ thống thoát nước 51

3.2.2 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải 51

3.2.3 Đánh giá chất lượng nước thải đầu vào hệ thống xử lý 54

3.2.4 Các thông số thiết kế 55

3.3 ĐÁNH GIÁ THÔNG SỐ THIẾT KẾ CỦA TỪNG BỂ 57

3.3.1 Bể trộn hóa chất thực hiện phản ứng keo tụ 57

3.3.2 Bể tuyển nổi 58

3.3.3 Bể Aerotank 58

3.3.4 Bể lắng đứng: 61

3.3.5 Bể chứa và nén bùn: 62

3.4 PHÂN TÍCH COD TRONG MẪU NƯỚC THẢI THEO TUẦN 62

3.5 ĐÁNH GIÁ SỰ THAY ĐỔI HÀM LƯỢNG HỢP CHẤT NITƠ TRONG MẪU NƯỚC THẢI THEO TUẦN 68

3.5.1 Kết quả phân tích hàm lượng hợp chất nitơ trong mẫu nước thải theo tuần từ đầu vào hệ thống đến đầu ra bể lắng đứng 68

3.5.2 Kết quả phân tích hàm lượng hợp chất nitơ trong mẫu nước thải hồ sinh học theo tuần 70

3.6 PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG BOD5 TRONG HỒ SINH HỌC 73

3.7 PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG PO43- TRONG HỒ SINH HỌC 74

3.8 PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG Fe3+ 75

3.9 ĐÁNH GIÁ ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG 75

3.9.1 Đánh giá những kết quả bất thường của hệ thống 75

3.9.2 Ưu điểm 76

3.9.3 Nhược điểm và cách khắc phục 76

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Chỉ tiêu COD trong một số loại nước nguồn và nước thải theo các tiêu chuẩn

môi trường TCVN năm 1995 36

Bảng 2.2: Bảng pha dãy dung dịch KHP chuẩn 38

Bảng 2.3: Các bước thiết lập mẫu chuẩn để phân tích nitrite bằng phương pháp Griess llosvay, Diazonium 41

Bảng 2.4: Các bước thiết lập mẫu chuẩn để phân tích nitrate bằng phương pháp Salicilate 43

Bảng 2.5: Bảng pha dãy dung dịch chuẩn KHP 44

Bảng 2.6: Kết quả đo độ hấp thu A của dãy dung dịch chuẩn KHP 45

Bảng 2.7: Bảng pha dãy dung dịch chuẩn phân tích NO3- 46

Bảng 2.8: Kết quả đo độ hấp thu A của dãy dung dịch chuẩn phân tích NO3- 47

Bảng 2.9: Bảng pha dãy dung dịch chuẩn phân tích NO2- 48

Bảng 2.10: Kết quả đo độ hấp thu A của dãy dung dịch chuẩn phân tích NO2- 48

Bảng 3.1: Kết quả phân tích mẫu cỏ hồ sinh học (cỏ Lông Tây) 54

Bảng 3.2: Sự biến đổi hàm lượng chất hữu cơ COD của đầu vào hệ thống xử lý trong ngày 55

Bảng 3.3: Danh mục máy móc – thiết bị phục vụ cho nhu cầu xử lý nước thải 57

Bảng 3.4: Danh mục nhu cầu hóa chất hằng năm của hệ thống 57

Bảng 3.5: Kết quả phân tích COD (mg/l) trong mẫu nước thải theo tuần 63

Bảng 3.6: Kết quả phân tích NO3- (mg/l) trong mẫu nước thải theo tuần từ đầu vào hệ thống đến đầu ra bể lắng đứng 68

Bảng 3.7: Kết quả phân tích hàm lượng NH3 (mg/l) trong mẫu nước thải theo tuần từ đầu vào hệ thống đến đầu ra bể lắng đứng 68

Bảng 3.8: giá trị trung bình của hàm lượng NO3- và NH3 trong mẫu nước thải theo tuần từ đầu vào hệ thống đến đầu ra bể lắng đứng 69

Bảng 3.9: Kết quả phân tích NO3- (mg/l) trong mẫu nước thải hồ sinh học theo tuần 71

Bảng 3.10: Kết quả phân tích hàm lượng NH3 (mg/l) trong mẫu nước thải hồ sinh học

theo tuần 71

Bảng 3.11: Giá trị trung bình của hàm lượng NO3- và NH3 trong mẫu nước thải hồ sinh học theo tuần 71

Bảng 3.12: Kết quả phân tích hàm lượng BOD5 (mg/l) trong hồ sinh học 74

Bảng 3.13: Kết quả phân tích hàm lượng PO43- (mg/l) trong hồ sinh học 74

Bảng 3.14: Kết quả phân tích hàm lượng sắt Fe3+ 75

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Thành phần các chất bẩn trong nước thải sinh hoạt 10

Hình 1.2: Sơ đồ cấp nước tuần hoàn 11 Hình 1.3: Sơ đồ hoạt động của bể hiếu khí aerotank 16 Hình 2.1: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa độ hấp thu quang A và nồng độ COD

trong nước thải 45

trong nước thải 47

trong nước thải 49

Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải 52

Hình 3.2: Cỏ Lông Tây 54

Hình 3.3: Đồ thị biễu diễn sự biến đổi hàm lượng chất hữu cơ COD qua các công đoạn

của hệ thống 64

Hình 3.4: Đồ thị mô tả sự thay đổi hàm lượng hợp chất nitơ trong mẫu nước thải theo

tuần từ đầu vào hệ thống đến đầu ra bể lắng đứng 69

Hình 3.5: Đồ thị mô tả sự thay đổi hàm lượng hợp chất nitơ trong mẫu nước thải hồ

sinh học theo tuần 72

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

COD : Chemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy hoá học

BOD : Biochemical Oxygen Demand - Nhu cầu oxy sinh hoá

VSV : Vi sinh vật

1 CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

1.1.1 Các vấn đề môi trường trên thế giới

Vài thập niên gần đây, khủng hoảng môi trường trầm trọng hơn Theo một báocáo quan trọng hàng đầu của Liên Hiệp Quốc về môi trường (UNEP), sự ô nhiễm khôngkhí và nước trên thế giới tiếp tục gia tăng, theo đó sự phá rừng mở rộng diện tích samạc, sự giảm sức sản xuất nông nghiệp, tỉ lệ gia tăng dân số quá nhanh trong lịch sửnhân loại Sự tàn phá đó đã dẫn đến tầm vóc hành tinh và bao gồm sự giảm tầng ozone,

sự thay đổi khí hậu và sự nóng lên toàn cầu, sự gia tăng chất thải độc hại và sự tuyệtchủng của hàng loạt sinh vật

Trong đó, những năm thập niên 60 của thế kỷ 20, ô nhiễm nước đang với nhịp

độ đáng lo ngại Tiến độ ô nhiễm phản ánh trung thực tiến bộ phát triển kỹ nghệ

Khoảng một nửa các sông trên thế giới bị cạn kiệt nghiêm trọng và bị ô nhiễm.60% trong số 227 con sông lớn nhất thế giới bị chia cắt ở mức cao và trung bình do xâydựng các đập và các công trình kỹ thuật khác Để đáp ứng các lợi ích gồm tăng sảnlượng lương thực và thủy điện Song các thiệt hại không thể khôi phục lại xảy ra đối vớicác vùng đất ngập nước và các hệ sinh thái khác Từ những năm thập kỷ 50, đã có 40-

80 triệu người đã phải di dời

Một phần ba dân số thế giới – tương đương 2 tỷ người phụ thuộc vào các nguồncung cấp nước ngầm Ở một số nước như các vùng của Ấn Độ, Trung Quốc, Tây Á,gồm Bán đảo Arabia, Liên Xô cũ và phía Tây nước Mỹ, các mực nước ngầm hạ xuống

là kết quả của sự khai thác quá mức nguồn nước này

Bơm hút quá mức có thể dẫn đến sự xâm nhập mặn ở các vùng ven biển Ví dụ,nhiễm mặn đã lấn sâu vào đất liền hơn 10 km ở Madras - Ấn Độ trong những năm gầnđây

Gần 80 nước, chiếm tới 40% dân số thế giới đang trong tình trạng thiếu nướcnghiêm trọng kể từ giữa thập kỷ 90 Có khoảng 1,1 tỷ người không có nước sạch antoàn và 2,4 tỷ người được hưởng các điều kiện vệ sinh đã được cải thiện, chủ yếu ởChâu Phi và Châu Á

Tuy nhiên, tỷ lệ người dân có được các nguồn cấp nước đã được cải thiện mớichỉ tăng từ 4,1 tỷ người, chiếm 79% dân số thế giới (năm 1990) đến 4,9 tỷ người, chiếm82% dân số thế giới (năm 2000)

Thiệt hại do các bệnh liên quan đến nước lại thật sự tăng nhanh Hai tỷ ngườichịu rủi ro vì bệnh sốt rét, trong đó 100 triệu người có thể bị ảnh hưởng bất cứ lúc nào

và hàng năm số người tử vong vì căn bệnh này là 2 triệu người Ngoài ra, có khoảng 4

tỷ trường hợp khác bị mắc bệnh tiêu chảy và số tử vong hàng năm là 2,2 triệu người

Các bệnh lây nhiễm đường ruột do giun làm khổ sở 10% dân số ở các nước đangphát triển Có tới 6 triệu người bị mù do bệnh đau mắt hột Khoảng 200 triệu ngườikhác bị ảnh hưởng do bệnh sán máng là nguyên nhân gây bệnh giun trong máu ở người

1.1.2 Các vấn đề môi trường Việt Nam

Nước ta có một nền công nghiệp chưa phát triển mạnh, các khu công nghiệp và

đô thị chưa đông lắm nhưng tình trạng ô nhiễm nước đã xảy ra ở nhiều nơi với mức độnghiêm trọng khác nhau

Năm 1990, Việt Nam mới có khoảng 500 đô thị lớn nhỏ, đến năm 2000 đã tăngtới 694 đô thị các loại, trong đó có 5 thành phố trực thuộc trung ương Dân số đô thịViệt Nam năm 1990 là khoảng 13 triệu người chiếm 20%, năm 1995 tỷ lệ dân số đô thịchiếm 20,75%, năm 2000 chiếm 25%, dự báo đến năm 2010 tỷ lệ dân số đô thị ở ViệtNam chiếm 33%, năm 2020 chiếm 45% Sự phát triển các đô thị cùng với việc gia tăng

tỷ lệ dân số đô thị gây áp lực rất lớn đến môi trường đô thị Bên cạnh sự phát triểnmạnh ngành công nghiệp một mặt góp phần rất lớn vào sự phát triển kinh tế nhưng lạigây ảnh hưởng môi trường nghiêm trọng Nước dùng sinh hoạt của dân cư ngày càngtăng nhanh do dân số và các đô thị Nước cống từ nước thải sinh hoạt cộng với các cơ

sở tiểu thủ công nghiệp trong dân cư là đặc trưng ô nhiễm của các đô thị nước ta

Tại thành phố Hồ Chí Minh, mỗi ngày thành phố có 600.000m3 nước thải nhưngchỉ có khoảng 60% lượng nước này được xử lý sơ bộ và thải vào hệ thống chung nêntình trạng ô nhiễm nguồn nước ngày càng tăng Sở dĩ có tình trạng này là do trước đâynhiều cơ sở sản xuất chưa quan tâm đúng mức đến vấn đề nước thải, khí thải Hiện nay,tình trạng ô nhiễm môi trường tại các khu công nghiệp đang trong tình trạng báo động

Nhiều khu chế xuất, khu công nghiệp cũng đang quá tải và ô nhiễm do tính toán hệthống nước thải không theo kịp thực tế Gần 70 cơ sở sản xuất di dời từ nội thành racũng đang gây ô nhiễm cho khu vực kênh An Hạ – Thầy Cai ở Hóc Môn và Củ Chi;khu vực sông ngòi Nhà Bè cũng bị ô nhiễm từ khu công nghiệp Hiệp Phước.

Tình trạng ô nhiễm nguồn nước kênh, rạch trên địa bàn thành phố ngày càngnặng và lan ra diện rộng Cụ thể kênh Thầy Cai và kênh An Hạ (Củ Chi), kênh B vàkênh C (huyện Bình Chánh), kênh Bà Búp và kênh Trần Quang Cơ (Hóc Môn)… nước

có màu nâu đen, mùi hôi rất nặng, nhiều chỉ tiêu đều vượt tiêu chuẩn cho phép Đi dọctheo kênh C12, C16, C18 rồi ra kênh B, kênh C nhìn thấy nước ở đâu cũng một màuđen, mùi hôi bốc lên nồng nặc

Theo thống kê, TP HCM hiện có 31.100 cơ sở sản xuất công nghiệp và tiểu thủcông nghiệp hầu hết chưa có hệ thống nước thải thuộc nhiều ngành nghề như: thựcphẩm, dệt may, nhuộm, hóa chất, chế biến gỗ Hiện nay, tình trạng ô nhiễm môi trườngtại các khu công nghiệp đang trong tình trạng báo động Nhiều khu chế xuất, khu côngnghiệp cũng đang quá tải và ô nhiễm do tính toán hệ thống nước thải không theo kịpthực tế Các cụm công nghiệp và cơ sở sản xuất ở các khu dân cư ở quận 12, Bình Tân,huyện Củ Chi, Hóc Môn và Bình Chánh do đầu tư thiếu đồng bộ, chưa có hệ thống xử

lý nước thải nên gây ô nhiễm ngày càng nhiều với phạm vi ngày càng rộng Khu vựcphường Bình Hưng Hòa A (Q Bình Tân) ô nhiễm do có nhiều cơ sở xi mạ, giặt tẩy,nhuộm, hồ vải, nhựa phế liệu…15 KCX-KCN của TP.HCM hiện hoạt động với trên

1000 dự án đầu tư, thu hút trên 250.000 lao động làm việc làm ra một lượng sản phẩmvới kim ngạch xuất khẩu đạt khoảng 16 tỷ USD/năm và góp phần mang lại sự chuyểnbiến tích cực trong phát triển kinh tế-xã hội cuả thành phố Bên cạnh đó, các KCX-KCN cũng đã gây ra nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường Điển hình như tình trạng cây cỏ

bị mất màu xanh do ảnh hưởng của hóa chất độc hại thải ra từ các doanh nghiệp hoạtđộng của KCN Lê Minh Xuân, KCN Tân Tạo ở huyện Bình Chánh xả chất thải chưaqua xử lý ra thẳng các dòng sông, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Và gần 200trong tổng số gần 1000 doanh nghiệp trong các KCX-KCN chưa đấu nối nước thải vào

hệ thống thu gom nước thải của các KCX-KCN Ngoài ra, trong số gần 1000 doanhnghiệp trong các KCX-KCN cũng có khoảng 170 doanh nghiệp phát sinh khí thải, trong

đó phần lớn là các khí thải độc hại, hơi dầu, hơi axít, xi mạ, mùi hôi thối từ thuộcda nhưng rất ít doanh nghiệp có hệ thống khử mùi, xử lý khí độc hại trước khi thải ramôi trường Với lượng chất thải rất lớn từ các nhà máy, xí nghiệp, nước thải côngnghiệp chiếm một lượng lớn trong tổng lượng nước thải hằng ngày ở thành phố Hồ ChíMinh, hơn nữa mức độ gây ô nhiễm của nước thải công nghiệp cao hơn rất nhiều so vớinước thải sinh hoạt do chứa nhiều hóa chất độc hại và khó phân hủy Do kinh phí cònhạn hẹp, điều kiện chưa cho phép nên hầu hết nước thải của các cơ sở sản xuất đềukhông qua khâu xử lý mà thải thẳng ra hệ thống kênh rạch, sông ngòi gây ô nhiễm trầmtrọng cho các nguồn này.

Tuần báo An Ninh Thế Giới ra ngày 20-05-04, có phóng sự “sông Đồng Naiđang bị khai tử” của tác giả Thuận Thiên đã phản ánh: “mỗi ngày tại sông Đồng Nai cókhoảng trên dưới một triệu m3 nước thải sinh hoạt và công nghiệp, mọi chất thải củathành phố Biên Hòa và 15 khu chế xuất, khu công nghiệp đều đổ về sông Đồng Nai.Môi trường sống trong nguồn nước và sức khỏe của trên dưới 15 triệu người dân thànhphố Biên Hòa và thành phố Hồ Chí Minh đang hằng ngày phải đối mặt với hiểm họakhông lường”, cuối bài tác giả tự hỏi: “đến khi nào con sông Đồng Nai bị ô nhiễm tớimức không thể tự làm sạch được nữa.”

Ô nhiễm nước ở nông thôn và khu vực sản xuất nông nghiệp cũng rất nghiêmtrọng Gần 75% số dân nước ta đang sinh sống ở nông thôn là nơi cơ sở hạ tầng còn lạchậu, phần lớn các chất thải của con người và gia súc không được xử lý, thấm xuống đấthoặc bị rửa trôi, làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nước về mặt hữu cơ và vi sinh vậtngày càng cao Nhiều nơi do nuôi trồng thủy sản ồ ạt, thiếu quy hoạch, không tuân theoquy trình kỹ thuật, đã gây ra nhiều tác động tiêu cực tới môi trường nước Lượng nướcthải của các xí nghiệp chế biến thủy sản đông lạnh cũng rất lớn, từ vài chục ngàn đếnvài trăm ngàn m3/năm Môi trường nước ở nông thôn cũng đang bị ô nhiễm do việc sửdụng không đúng quy cách và không hợp lý các hóa chất nông nghiệp, thiếu cácphương tiện vệ sinh và cơ sở hạ tầng phục vụ sinh hoạt nên số hộ ở nông thôn đượcdùng nước hợp vệ sinh mới chỉ đạt 30-40%, và chỉ có 28-30% số hộ có công trình vệsinh đạt tiêu chuẩn

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

1.2.1 Khái niệm nước thải

1.2.1.1 Khái niệm

- Nước thải là nước đã dùng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy qua vùng đất ônhiễm Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được chia thành nước thải sinhhoạt, nước khí quyển và nước thải công nghiệp

- Nước thải sinh hoạt: là nước tắm, giặt, hồ bơi, nhà ăn, nhà vệ sinh…Chúng chứakhoảng 58% chất hữu cơ và 42% chất khoáng Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt

là hàm lượng cao các chất hữu cơ không bền sinh học như cacbonhydrat, protein, mỡ;chất dinh dưỡng như photphat, nitơ; vi trùng; chất rắn và mùi

- Nước khí quyển: được hình thành do mưa và chảy ra từ đồng ruộng Chúng bị ônhiễm bởi các chất vô cơ và hữu cơ khác nhau Nước trôi qua khu vực dân cư, khu sảnxuất công nghiệp có thể cuốn theo chất rắn, dầu mỡ, hóa chất, vi trùng… Còn nướcchảy ra từ đồng ruộng mang theo chất rắn, thuốc sát trùng, phân bón…

- Nước thải công nghiệp: xuất hiện khi khai thác và chế biến các nguyên liệu hữu

cơ và vô cơ Trong quá trình công nghệ, các nguồn nước thải là:

 Nước hình thành do phản ứng hóa học

 Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất ban đầu, đượctách ra trong quá trình chế biến

 Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm, thiết bị

 Dung dịch nước cái

1.2.1.2 Thành phần lý hóa của nước thải

Nước thải chứa rất nhiều loại hợp chất khác nhau, với số lượng và nồng độ cũngrất khác nhau Do đó, có thể phân loại tính chất nước thải như sau:

* Tính chất vật lý

Tính chất vật lý của nước thải được xác định dựa trên các chỉ tiêu: màu sắc, mùi,nhiệt độ và lưu lượng dòng chảy

- Màu sắc:

Nhìn chung, màu của nước thải thường là màu xám có vẩn đục Màu của nướcthải sẽ bị thay đổi đáng kể nếu như nó bị nhiễm khuẩn, khi đó nước thải sẽ có màu đentối

- Lưu lượng dòng chảy:

Hầu hết các thiết bị xử lý được thiết kế để xử lý nước thải có lưu lượng 0,378 –0,756 m3/người.ngày Vận tốc dòng chảy luôn thay đổi trong ngày

* Tính chất hóa học

Các thông số mô tả tính chất hóa học thường là: số lượng các chất hữu cơ, vô cơ

và chất khí Để đơn giản hơn, ta có thể xác định tính chất hóa học của nước thải thôngqua các thông số: độ kiềm, BOD, COD, các chất khí hòa tan, các hợp chất chứa Nitơ,Photpho, pH, các chất rắn (hữu cơ, vô cơ, huyền phù, không tan) và nước

- Độ kiềm:

Đặc trưng cho khả năng trung hòa axit, thường là độ kiềm bicarbonate, carbonat

và hydroxide Độ kiềm thực chất là môi trường đệm (để giữ pH trung tính) của nướcthải trong suốt quá trình xử lý sinh hóa

- Nhu cầu oxy sinh hóa BOD ( Biological Oxygen Demand ):

Được định nghĩa là lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hoá sinh hoá ứng với sự tiêu thụ oxy của vi khuẩn

Các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học như cacbonhydrat, protein, chất béo…cónguồn gốc từ nước thải sinh hoạt hoặc nước thải công nghiệp được đo bằng BOD Nhucầu oxy sinh hoá (BOD) là lượng oxy yêu cầu để vi khuẩn oxy hoá các chất hữu cơ có

trong nước thải Thường người ta xác định BOD sau 5 ngày, ở 20C gọi là BOD5 BOD5

trong nước thải sinh hoạt thường nằm trong khoảng 100-300mg/l

- Nhu cầu oxy hóa hóa học COD ( Chemical Oxygen Demand ):

Được định nghĩa là lượng chất hữu cơ có thể oxy hoá được bằng phương pháphoá học ứng với thông số nhu cầu oxy hoá học

Các chất hữu cơ tồn tại trong nước có hoạt tính hoá học rất khác nhau Khi bịoxy hoá không phải hợp chất nào cũng có thể chuyển hoá thành nước và CO2 nên giá trịCOD thường là nhỏ hơn nhiều giá trị tính từ phản ứng hoá học đầy đủ Mặt khác trongnước có thể tồn tại một số chất vô cơ cũng bị oxy hoá, dễ làm tăng COD, vì vậy yếu tốnày cần phải được tính đến trong quá trình phân tích phòng thí nghiệm

Hợp chất hữu cơ chứa nitơ là một phần cấu thành phân tử protein hoặc là thànhphần phân huỷ protein như là các peptid, axit amin, urê Sự tồn tại của hợp chất hữu cơchứa nitơ chủ yếu có nguồn gốc từ sinh học: các quá trình bài tiết, trao đổi chất của sinhvật cũng như sự phân huỷ các xác chết của chúng

Phần lớn Nitơ chưa được xử lý trong nước thải sẽ chuyển sang dạng nitơ hữu cơhoặc N-NH3 Nồng độ nitơ trong nước thải thường là 20-85mg/l, trong đó nitơ hữu cơthường khoảng 8-35mg/l, còn nồng độ N-NH3 thường từ 12-50mg/l

 Photpho hoạt tính hoà tan (thường gọi là orthophotphat hay photphat hữu cơhoà tan): thường có dạng PO43-, H2PO4- và HPO42-

 Photpho hữu cơ liên kết tồn tại như một thành phần sinh khối của thực vật,động vật và vi khuẩn

 Photpho hữu cơ không liên kết dưới dạng hợp chất hữu cơ không hoà tanhoặc keo

 Photpho vô cơ liên kết dưới dạng các loại muối photphat hoặc orthophotphathấp phụ trong sét, trong phức chất với các chất rắn

 Photpho vô cơ không liên kết, chủ yếu là từ các chất tẩy giặt

Nước thải sinh hoạt và nước thải một số ngành công nghiệp như công nghiệpthực phẩm, hoá chất phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, chất giặt tẩy, chất ức chế ănmòn…chứa lượng lớn photpho

Hợp chất photpho tự nhiên không độc hại, chỉ có một số loại tổng hợp este trungtính của axit photphoric dùng làm hoá chất bảo vệ thực vật là có độc tính cao Trongnước bị ô nhiễm, hàm lượng photpho (tính theo photphat) không lớn, khoảng 0,1 mg/l,chủ yếu dạng orthophotphat

Photpho là nguyên nhân chính gây ra bùng nổ tảo ở một số nguồn nước mặt, gây

ra hiện tượng tái nhiễm bẩn và nước có màu, mùi khó chịu

Hình 1.1: Thành phần các chất bẩn trong nước thải sinh hoạt

Tổng chất rắn là thành phần vật lý đặc trưng của nước thải Các chất rắn khônghoà tan có 2 dạng: chất rắn keo và chất rắn lơ lửng Chất rắn lơ lửng (SS) được giữ lạitrên giấy lọc kích thước lỗ 1,2m, bao gồm chất rắn lơ lửng lắng được (lắng trong bìnhImhoff sau 30 phút) và chất rắn lơ lửng không lắng được

Khi xả nước thải vào nguồn nước mặt, các chất rắn không hoà tan có thể lắngđọng vào đầu cống xả Cặn lắng có thể cản trở dòng chảy, thay đổi kích thước và chế độthuỷ lực của sông hồ Thành phần hữu cơ trong bùn cặn nước thải đô thị rất lớn (từ 55-70%) Hiện tượng lắng cặn hữu cơ kèm theo quá trình hô hấp vi sinh trong lớp bùn gâythiếu oxy và tạo nên các khí độc hại như H2S, CH4…vùng cống xả Nước vùng này cómàu đen và mùi hôi của sunfua hydro

Nồng độ tổng các chất rắn thường dao động trong khoảng 350-1200mg/l

- Nước:

Nước luôn là thành phần cấu tạo chính của nước thải Trong một số trường hợp,nước có thể chiếm đến từ 99,5 – 99,9% trong nước thải (thậm chí ngay cả trong nướcthải ô nhiễm nặng nhất thì hàm lượng các chất bẩn cũng chỉ chiếm 0,5%; còn đối vớinguồn nước thải được xem là sạch nhất thì nồng độ này là 0,1%)

1.2.2 Phương pháp xứ lý nước ô nhiễm

1.2.2.1 Các phương pháp khống chế ô nhiễm nước

Có nhiều cách giảm lượng nước thải:

 Nghiên cứu và áp dụng các quy trình công nghệ không có nước thải

 Hoàn thiện các quá trình hiện có.

 Nghiên cứu và áp dụng các thiết bị hiện đại

 Áp dụng thiết bị làm nguội bằng không khí

 Sử dụng lại nước thải sau xử lý trong hệ thống nước tuần hoàn và nướckhép kín

Con đường triển vọng nhất để giảm nhu cầu nước sạch đó là thiết lập các hệthống cấp nước tuần hoàn và khép kín

Hệ thống cấp nước tuần hoàn:

Hình 1.2: Sơ đồ cấp nước tuần hoàn

Ứng dụng cấp nước tuần hoàn cho phép giảm 10-50 lần nhu cầu nước tự nhiên.Nước tuần hoàn chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị truyền nhiệt để giải nhiệt

Phần lớn nước bị mất đi do bay hơi và cuốn theo khí Ngoài ra, nó có thể bị ônhiễm do các sự cố và độ kín của thiết bị không tuyệt đối Lượng nước thất thoát nàycần được bổ sung liên tục bằng nước sạch hoặc nước sau xử lý

Hệ thống nước khép kín của toàn bộ khu công nghiệp được hiểu là hệ thống baogồm việc sử dụng nước mặt, nước thải công nghiệp và sinh hoạt sau xử lý cho các xínghiệp công nghiệp, để tưới đồng ruộng, hoa màu, để tưới rừng, để giữ mực nước ổnđịnh trong các nguồn nước, loại trừ sự tạo thành nước thải và không thải nước bẩn vàonguồn.

Tổ chức hệ thống khép kín hợp lí khi chi phí cho việc phục hồi nước và các chấtthải chế biến chúng thành sản phẩm hàng hoá hay nguyên liệu thứ cấp thấp hơn tổngchi phí cho việc xử lý và làm sạch nước đến các chỉ tiêu cho phép thải

Hệ thống nước khép kín phải đảm bảo việc sử dụng hợp lí nước trong tất cả cácquá trình công nghệ, thu hồi tối đa các chất trong nước thải, giảm bớt chi phí đầu tư vàchi phí hoạt động, các điều kiện vệ sinh cho người lao động

1.2.2.2 Các phương pháp làm sạch nước thải

Trong thành phần nước ô nhiễm có chứa nhiều loại tạp chất nhiễm bẩn có tínhchất khác nhau: từ các loại chất không tan, đến các chất ít tan và những hợp chất tantrong nước Xử lý nước ô nhiễm là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch nước và có thể đưanước đổ vào nguồn hoặc đưa vào tái sử dụng Để đạt được những mục đích đó chúng tathường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp chất để lựa chọn phương pháp xử lý thíchhợp

Thông thường có các phương pháp xử lý sau:

- Xử lý bằng phương pháp sinh học

- Xử lý bằng phương pháp hóa lý

- Xử lý bằng phương pháp hóa học

Việc chọn phương pháp làm sạch và thiết kế hệ thống phụ thuộc vào các yếu tố:

 Các yêu cầu về công nghệ và vệ sinh của nước

 Số lượng nước thải

 Các điều kiện của nhà máy về nhiệt lượng và vật chất (hơi, nhiên liệu, không khínén, điện năng…) cũng như diện tích cần thiết cho hệ thống xử lý

 Hiệu quả xử lý

1.2.2.3 Các phương pháp sinh học [1][3][11]

Cơ sở để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình chuyển hóa vậtchất, quá trình tạo cặn lắng và quá trình tự làm sạch nguồn nước của các vi sinh vật dịdưỡng và tự dưỡng có trong tự nhiên nhờ khả năng đồng hóa được rất nhiều nguồn cơchất khác nhau có trong nước thải

Phương pháp này thường được sử dụng để làm sạch các loại có chứa các chấthữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ, keo Do vậy, chúng thường được dùng saukhi loại các tạp chất phân tán thô ra khỏi nước thải

Đối với các chất hữu cơ có trong nước thải thì phương pháp này dùng để khử cáchợp chất sunfit, muối amoni nitrate - tức là các chất chưa bị oxy hóa hoàn toàn Sảnphẩm cuối cùng của quá trình phân hủy sinh hóa các chất bẩn sẽ là CO2, H2O, N2, SO42-,

…Các nghiên cứu cho thấy vi sinh vật có thể phân hủy tất cả các chất hữu cơ có trongthiên nhiên và rất nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học gồm các phương pháp sau:

Các phương pháp này có những ưu điểm sau:

- Có thể xử lý nước thải có phổ nhiễm bẩn các chất hữu cơ tương đối rộng

- Hệ thống có thể tự điều chỉnh theo phổ các chất nhiễm bẩn và nồng độcủa chúng

- Thiết kế và trang thiết bị đơn giản

Đồng thời chúng cũng có những nhược điểm sau:

- Đầu tư cơ bản cho việc xây dựng khá tốn kém

- Phải có chế độ công nghệ làm sạch đồng bộ và hoàn chỉnh

Các chất hữu cơ khó phân hủy cũng như các chất vô cơ có độc tính ảnh hưởngđến thời gian và hiệu quả làm sạch Các chất có độc tính tác động đến quần thể sinh vậtnói chung và trong bùn hoạt tính làm giảm hiệu suất xử lý của quá trình

- Có thể phải làm loãng nước thải có nồng độ chất bẩn cao, như vậy sẽ làmtăng lượng nước thải và cần diện tích mặt bằng rộng

Tuy vậy, các phương pháp sinh học vẫn được dùng phổ biến rộng rãi và tỏ ra rấtthích hợp cho quá trình làm sạch nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy

Phương pháp hiếu khí:

Nguyên tắc của phương pháp là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy cácchất hữu cơ trong nước thải có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH…thích hợp Quá trìnhphân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ đồ:

(CHO)nNS + O2  CO2 + H2O + NH4 + HS- + tế bào sinh vật +…+H

Trong điều kiện hiếu khí NH4 và HS- cũng bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hoá,sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:

NH4 + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O + H

HS- + 2O2 → SO42- + H+ + H

So với phương pháp kỵ khí thì phương pháp hiếu khí có các ưu điểm là: nhữnghiểu biết về quá trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn, khônggây ô nhiễm thứ cấp

Tuy nhiên, phương pháp hiếu khí cũng có các nhược điểm là: thể tích công trìnhlớn, chiếm nhiều mặt bằng hơn, chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn hơn,chi phí vận hành cho năng lượng sục khí tương đối cao, không có khả năng thu hồinăng lượng, không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ khi nguyênliệu khan hiếm Sau xử lý sinh ra một lượng bùn dư cao và lượng bùn này kém ổn định,đòi hỏi chi phí đầu tư để xử lý bùn Xử lý với nước thải có tải trọng không cao nhưphương pháp kỵ khí

Quá trình xử lý hiếu khí chịu ảnh hưởng nồng độ bùn hoạt tính tức phụ thuộcvào chỉ số bùn Chỉ số bùn càng nhỏ thì nồng độ bùn cho vào công trình xử lý càng lớnhoặc ngược lại Nồng độ oxy cũng ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình này Khi tiếnhành quá trình cần phải cung cấp đầy đủ lượng oxy một cách liên tục sao cho lượng oxyhòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt II ≥ 2mg/l.

Điều kiện thích hợp cho quá trình là: pH= 5,5 – 9, oxy hòa tan lớn hơn hoặcbằng 0,5 mg/l, nhiệt độ 5-40oC

 Các dạng công nghệ sinh học hiếu khí:

 Bùn hoạt tính :

Công nghệ bùn hoạt tính hay bể hiếu khí Aerotank là quá trình xử lý sinh họchiếu khí, trong đó nồng độ cao của vi sinh vật mới được tạo thành được trộn đều vớinước thải trong bể hiếu khí Bùn hoạt tính bao gồm những sinh vật sống kết lại thànhdạng hạt hoặc dạng bông với trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng (40%) Chất nềntrong bùn hoạt tính có thể đến 90% là phần chất rắn của rêu, tảo và các phần rắn khácnhau Bùn hiếu khí ở dạng bông bùn vàng nâu, dễ lắng, là hệ keo vô định hình

Hình 1.3: Sơ đồ hoạt động của bể hiếu khí aerotank

Theo cách này, nước thải được đưa ra bộ phận chắn rác, loại rác, chất rắn đượclắng, bùn được tiêu hủy và làm khô

Một dạng cải tiến của phương pháp bùn hoạt tính là phương pháp “thông khítăng cường” gần đây được sử dụng tại nhiều nước phát triển dưới tên gọi là “mươngoxy hóa” Trong hệ thống này có thể bỏ qua các giai đoạn lắng bước một và tiêu hủybùn Tuy nhiên, quá trình này lại cần biện pháp thông khí kéo dài với cường độ caohơn

 Ao ổn định nước thải :

Phương pháp xử lý sinh học đơn giản nhất là kỹ thuật “ổn định nước thải” Đó làmột loại ao chứa nước trong nhiều ngày phụ thuộc vào nhiệt độ, oxy được tạo ra quahoạt động tự nhiên của tảo trong ao Cơ chế xử lý trong ao ổn định chất thải bao gồm cảhai quá trình hiếu khí và kỵ khí

- Ao ổn định chất thải hiếu khí: là loại ao cạn cỡ 0,3-0,5m được thiết kế saocho ánh sáng mặt trời thâm nhập vào lớp nước nhiều nhất làm phát triển tảo do hoạtđộng quang hợp để tạo oxy Điều kiện không khí bảo đảm từ mặt ao đến đáy ao

- Ao ổn định chất thải kỵ khí: là loại ao sâu không cần oxy hòa tan cho hoạtđộng vi sinh Ở đây các loại vi sinh kỵ khí và vi sinh tùy nghi dùng oxy từ các hợp chấtnhư nitrat, sunfat để oxy hóa chất hữu cơ thành mêtan và CO2 Như vậy các ao này cókhả năng tiếp nhận khối lượng lớn chất hữu cơ và không cần quá trình quang hợp tảo.

Ao ổn định chất thải tùy nghi là loại ao hoạt động theo cả quá trình kỵ khí và hiếu khí

Ao thường sâu từ 1-2m, thích hợp cho việc phát triển tảo và các vi sinh tùy nghi Banngày khi có ánh sáng, quá trình xảy ra trong ao là hiếu khí Ban đêm ở lớp đáy ao quátrình chính là kỵ khí

Ao ổn định chất thải tùy nghi thường được sử dụng nhiều hơn hai loại trên.Ngoài ba loại ao trên, theo phương pháp “ao ổn định chất thải” người ta còn kết hợp vớicác loại ao nuôi cá, ao thủy thực vật (ao rau muống, lục bình) Để tăng cường hiệu quả

xử lý nước thải, ta nên kết nối các loại ao với nhau

Phương pháp kỵ khí:

Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng các vi sinh vật kỵ khí và vi sinh vậttùy nghi để phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ có trong nước thải, ở điều kiệnkhông có oxy hòa tan với nhiệt độ, pH…thích hợp để cho các sản phẩm dạng khí (chủyếu là CO2, CH4) Quá trình phân hủy kỵ khí chất bẩn có thể mô tả bằng sơ đồ tổngquát:

(CHO)nNS → CO2 + H2O + CH4 + NH4 + H2 + H2S + Tế bào VI SINHGần đây, do công nghệ sinh học phát triển, quá trình xử lý kỵ khí trong điều kiệnnhân tạo được áp dụng để xử lý các loại bã cặn chất thải công nghiệp, sinh hoạt cũngnhư các loại nước thải đậm đặc có hàm lượng chất bẩn hữu cơ cao: BOD ≥ 10-30g/l

Các ưu điểm: thiết kế đơn giản, thể tích công trình nhỏ, chiếm ít diện tích mặtbằng, công trình có cấu tạo khá đơn giản và giá thành không cao, chi phí vận hành vềnăng lượng thấp, khả năng thu hồi năng lượng Biogaz cao, không đòi hỏi cung cấpnhiều chất dinh dưỡng, lượng bùn sinh ra ít hơn 10-20 lần so với phương pháp hiếu khí,

có tính ổn định tương đối cao, chịu được sự thay đổi đột ngột về lưu lượng…

Ngoài các ưu điểm trên thì phương pháp cũng có những hạn chế là: rất nhạy cảmvới các chất độc hại với sự thay đổi bất thường về tải trọng của công trình, xử lý nướcthải chưa triệt để, những hiểu biết về các vi sinh vật kỵ khí còn hạn chế…

Hai cách xử lý yếm khí thông dụng là:

- Lên men acid thủy phân và chuyển hóa các sản phẩm thủy phân (như acidbéo, đường) thành các acid và rượu mạch ngắn hơn và cuối cùng thành khí cacbonic

- Lên men metan: Phân hủy các chất hữu cơ thành metan (CH4) và khícacbonic (CO2) Việc lên men metan nhạy cảm với sự thay đổi pH, pH tối ưu cho quátrình từ 6,8-7,4

2CH C( H ) OOHC      CH  2CH COOH+C H COOH+CO

Các phương pháp kỵ khí thường được dùng để xử lý nước thải công nghiệp và chất thải từ chuồng trại chăn nuôi

1.2.2.4 Các phương pháp hóa lý:

Nước thải công nghiệp và sinh hoạt chứa các hạt lơ lửng, các chất tan và khôngtan Tạp chất lơ lửng chia thành rắn và lỏng, cùng với nước chúng hình thành hệ phântán Phụ thuộc vào kích thước hạt người ta chia hệ phân tán ra làm 3 nhóm:

- Hệ phân tán thô với hạt có kích thước lớn hơn 0,1m (huyền phù và nhũtương).

- Hệ keo với hạt có kích thước 0,1m – 1nm

- Dung dịch hạt có kích thước tương ứng với kích thước các phân tử và ionriêng lẻ

Để tách các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải, người ta sử dụng các quá trình cơ thuỷđộng, lọc qua, lắng, lọc Việc chọn phương pháp phụ thuộc kích thước hạt lơ lửng, tínhchất hoá lý và nồng độ hạt lơ lửng, lưu lượng nước thải và độ sạch cần thiết

Các phương pháp hoá lý được áp dụng để xử lý nước thải là: đông tụ, keo tụ, hấpphụ, trao đổi ion, trích ly, chưng cất, cô đặc…Các phương pháp này được ứng dụng đểloại ra khỏi nước thải các hạt lơ lửng phân tán (rắn và lỏng), các khí tan, các chất vô cơ

và hữu cơ hoà tan

Ưu điểm của việc ứng dụng các phương pháp hóa lý để xử lý nước thải:

 Có khả năng loại các chất độc hữu cơ không bị oxy hóa sinh học

 Hiệu quả xử lý cao hơn

 Kích thước hệ thống xử lý nhỏ hơn

 Độ nhạy đối với sự thay đổi tải trọng thấp hơn

 Có thể tự động hóa hoàn toàn

 Không cần theo dõi hoạt động của sinh vật

 Có thể thu hồi các chất khác nhau

Lọc qua và lắng tụ:

 Lọc qua:

Trước khi cho nước vào hệ thống xử lý, người ta dùng lưới hoặc rây để tách cáctạp chất thô Lưới được chế tạo từ các thanh kim loại và được đặt trên đường chảy củanước thải dưới góc 60o-75º Tạp chất lớn bị giữ lại trên lưới và được lấy ra bằng máycào Chiều rộng các khe của lưới bằng 16-19mm, vận tốc nước giữa các thanh kim loạibằng 0,8-1m/s

Để tách các chất lơ lửng nhỏ hơn người ta dùng rây Rây có thể có 2 dạng: trống

và đĩa Rây dạng trống có lỗ 0,5-1mm Khi trống quay, nước sẽ được lọc qua bề mặtcủa nó Tạp chất được giữ lại và được rửa bằng nước rồi chảy vào rãnh chứa

Năng suất rây phụ thuộc vào đường kính và chiều dài trống cũng như tính chấtcủa tạp chất Rây được ứng dụng trong công nghiệp dệt, giấy xenlulô và da

Bể lắng trong được sử dụng để làm sạch tự nhiên và để làm trong sơ bộ nướcthải công nghiệp Người ta thường sử dụng bể lắng trong với lớp cặn lơ lửng mà người

ta cho nước với chất đông tụ đi qua đó

Phương pháp đông tụ, keo tụ

 Đông tụ:

Đó là quá trình thô hoá các hạt phân tán và chất nhũ tương Phương pháp đông tụhiệu quả nhất khi được sử dụng để tách các hạt keo phân tán có kích thước 1-100m

Trong xử lý nước thải, sự đông tụ diễn ra dưới ảnh hưởng của chất bổ sung, gọi

là chất đông tụ Chất đông tụ trong nước tạo thành các bông hydroxyt kim loại, lắngnhanh trong trường trọng lực Các bông này có khả năng hút các hạt keo và hạt lơ lửngkết hợp chúng với nhau Bởi vì các hạt keo có điện tích âm yếu còn các bông đông tụ cóđiện tích dương yếu nên giữa chúng có sự hút lẫn nhau

Quá trình hình thành bông đông tụ diễn ra theo các giai đoạn sau:

Me3+ + HOH  Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + HOH  Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2 + HOH  Me(OH)3 + H+

Chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng Việc chọnchất đông tụ phụ thuộc thành phần, tính chất hoá lý và giá thành của nó, nồng độ tạpchất trong nước, pH và thành phần muối của nước

Các muối nhôm được làm chất đông tụ là Al2(SO4)3.18H2O; NaAlO2;

Al2(OH)5Cl; KAl(SO4)2.12H2O; và NH4Al(SO4)2.12H2O Trong đó, phổ biến nhất làsunfat nhôm Nó hoạt động hiệu quả khi pH=5-7,5 Sunfat nhôm tan tốt trong nước và

có giá thành tương đối rẻ Nó được sử dụng ở dạng khô hoặc dạng dung dịch 50%

Các muối sắt được sử dụng làm chất đông tụ là Fe2(SO4)3.2H2O; Fe2(SO4)3.3H2O;FeSO4.7H2O và FeCl3 Hiệu quả lắng trong cao hơn khi sử dụng dạng khô hoặc dungdịch 10-15% Các sunfat được dùng ở dạng bột Liều lượng chất đông tụ phụ thuộc pHcủa nước thải Đối với Fe3+ pH=6-9, còn đối với Fe2+ pH  9,5 Để kiềm hoá nước thảidùng NaOH và Ca(OH)2

Muối sắt có ưu điểm sau so với muối nhôm:

o Hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ nước thấp

o Giá trị tối ưu pH trong khoảng rộng hơn

o Bông bền và thô hơn

o Có thể ứng dụng cho nước có khoảng nồng độ muối rộng hơn

o Có khả năng khử mùi độc và vị lạ do có mặt của H2S

Tuy nhiên, chúng cũng có một số nhược điểm:

o Có tính axit mạnh, làm ăn mòn thiết bị

o Bề mặt các bông ít phát triển hơn

o Tạo thành các phức nhuộm tan mạnh

Ngoài các chất nêu trên còn có thể sử dụng chất đông tụ là các loại đất sét khácnhau, các chất thải sản xuất chứa nhôm, các hỗn hợp, dung dịch tẩy rửa, xỉ chứa dioxitsilic.

Khi sử dụng hỗn hợp Al(SO4)3 và FeCl3 với tỉ lệ từ 1:1 đến 1:2 thu được kết quảđông tụ tốt hơn khi dùng tác chất riêng lẻ

 Keo tụ:

Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các hợp chất cao phân tử vàonước Khác với quá trình đông tụ, khi keo tụ sự kết hợp diễn ra không chỉ do tiếp xúctrực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụ trên cáchạt lơ lửng

Việc sử dụng chất keo tụ cho phép giảm chất đông tụ, giảm thời gian đông tụ vàtăng vận tốc lắng

Chất keo tụ có thể là hợp chất tự nhiên và tổng hợp Chất keo tụ tự nhiên là tinhbột, este, xenlulô, dectrin (C6H10O5)n Chất keo tụ vô cơ là dioxit silic đã hoạt hoá(xSiO2.yH2O) Chất keo tụ tổng hợp là [-CH2-CH-CONH2]n, poliacrilamit kĩ thuật(PAA), PAA hydrat hoá

Quá trình xử lý nước thải bằng đông tụ và keo tụ gồm các giai đoạn sau: địnhlượng và trộn tác chất với nước thải, tạo bông và lắng xuống

Phương pháp tuyển nổi

Tuyển nổi được ứng dụng để loại ra khỏi nước các tạp chất phân tán không tan

và khó lắng Trong nhiều trường hợp tuyển nổi còn được sử dụng để tách chất tan nhưchất hoạt động bề mặt Tuyển nổi ứng dụng để xử lý nước thải của nhiều ngành sảnxuất như: chế biến dầu mỏ, tơ sợi nhân tạo, giấy xenlulô, da, hoá chất, thực phẩm, chếtạo máy Nó còn được dùng để tách bùn hoạt tính sau khi xử lý hoá sinh

Có nhiều phương pháp tuyển nổi để xử lý nước thải:

 Tuyển nổi từ sự tách không khí từ dung dịch

 Tuyển nổi với sự phân tán không khí bằng cơ giới

 Tuyển nổi nhờ các tấm xốp

 Tuyển nổi bằng phương pháp tách phân đoạn bọt

 Tuyển nổi hóa học, sinh học và ion

 Tuyển nổi điện

Ưu điểm của phương pháp tuyển nổi là: hoạt động liên tục, phạm vi ứng dụngrộng rãi, chi phí đầu tư và vận hành không lớn, thiết bị đơn giản, có thể thu cặn với độ

ẩm nhỏ (90-95%), hiệu quả xử lý cao (95-98%), có thể thu hồi tạp chất Tuyển nổi kèmtheo sự thông khí nước thải, giảm nồng độ chất hoạt động bề mặt và các chất dễ bị oxyhoá

Cơ sở của tuyển nổi như sau: khi đến gần các bọt khí đang nổi lên trong nước,các hạt lơ lửng sẽ kết dính với các bọt khí này và cùng nó nổi lên trên mặt nước, tạothành lớp bọt có nồng độ tạp chất cao hơn trong nước ban đầu

Hiệu quả phân riêng bằng tuyển nổi phụ thuộc kích thước và số lượng bong bóngkhí, kích thước tối ưu của bong bóng khí là 15-30m Để có kích thước bọt ổn địnhtrong quá trình tuyển nổi người ta dùng các chất tạo bọt Chất tạo bọt có thể là dầuthông, phenol, ankyl, sunfat natri, cresol CH3C6H4OH Kích thước hạt để tuyển nổi hiệuquả phụ thuộc trọng lượng riêng hạt và bằng 0,2-1,5mm

Có nhiều phương pháp tuyển nổi để xử lý nước thải: tuyển nổi với sự tách khôngkhí từ dung dịch, tuyển nổi với việc cho thông khí qua vật liệu xốp, tuyển nổi hoá học,tuyển nổi điện, tuyển nổi với sự phân tách không khí bằng cơ khí…

Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được ứng dụng rộng rãi để làm sạch triệt để nước khỏi cácchất hữu cơ hoà tan sau xử lý hoá sinh, nếu nồng độ các chất này không cao và chúngkhông bị phân huỷ bởi vi sinh hoặc chúng rất độc

Hấp phụ được ứng dụng để khử độc nước thải khỏi thuốc diệt cỏ, phenol, thuốcsát trùng, các hợp chất nitơ vòng thơm, chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm…Ưu điểmcủa phương pháp này là hiệu quả cao, có khả năng xử lý nhiều chất trong nước thải và

có thể thu hồi các chất này

Hiệu quả xử lý của phương pháp này đạt 80-95% và phụ thuộc vào bản chất hoáhọc của chất hấp phụ, diện tích bề mặt chất hấp phụ, cấu trúc hoá học của chất cần hấpphụ và trạng thái của nó trong dung dịch.

Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, các chất tổng hợp và chất thảicủa một số ngành sản xuất (tro, xỉ, mạt cưa…), chất hấp phụ vô cơ như đất sét,silicagen, keo nhôm và các hydroxit kim loại ít được sử dụng vì năng lượng tương táctương đối lớn

Phương pháp trao đổi ion

Trao đổi ion là quá trình tương tác của dung dịch với pha rắn có tính chất traođổi ion chứa nó bằng các ion khác có trong dung dịch Bằng cách này người ta có thểloại đi một số ion trong dung dịch nước

Phương pháp này được ứng dụng để làm sạch nước hoặc nước thải khỏi các kimloại như: Zn, Cu, Cr, Pb, Ni, Hg, Cd, V, Mn,…, cũng như các hợp chất của asen,photpho, xyanua và các chất phóng xạ, khử muối trong nước cấp, cho phép thu hồi cácchất có giá trị và đạt mức độ làm sạch cao Vì vậy, nó được ứng dụng rộng rãi để táchmuối trong xử lý nước và nước thải

Bản chất của trao đổi ion là quá trình tương tác của dung dịch với pha rắn có tínhchất trao đổi các ion chứa trong nó bằng các ion khác có trong dung dịch Các chất cấuthành pha rắn này được gọi là ionit Chúng không tan trong nước Các ionit có khả nănghấp thu các ion dương được gọi là cationit và các ionit có khả năng hấp thu các ion âmđược gọi là anionit Nếu ionit vừa trao đổi cation, vừa trao đổi anion người ta gọi chúng

là ionit lưỡng tính Cationit có tính axit, anionit có tính kiềm

Thẩm thấu ngược [3][11]

Là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thấm dưới một áp suất cao hơn áp suấtthẩm thấu

Ưu điểm của phương pháp thẩm thấu ngược là:

- Không có pha chuyển tiếp trong tách tạp chất, cho phép tiến hành quátrình với chi phí năng lượng thấp

- Có thể tiến hành quá trình ở nhiệt độ phòng không có bổ sung hoặc bổsung ít hóa chất

- Đơn giản trong kết cấu

Nhược điểm của phương pháp thẩm thấu ngược:

- Năng suất, hiệu quả làm sạch và thời gian làm việc của màng lọc giảm khinồng độ chất tan trên bề mặt màng lọc tăng

- Quá trình hoạt động dưới áp suất cao, do đó cần có vật liệu đặc biệt làmkín thiết bị

Thẩm thấu ngược được ứng dụng rộng rãi để tách muối khỏi nước trong hệthống cấp nước nhà máy nhiệt điện và các ngành công nghiệp khác (như công nghiệpbán dẫn, đèn hình, dược…) Những năm gần đây, phương pháp này được sử dụng đểlàm sạch một số nước thải công nghiệp và đô thị

Ngoài ra, còn có các biện pháp như siêu lọc, thẩm tách và điện thẩm tách, tuyểnnổi điện, đông tụ điện…

1.2.2.5 Các phương pháp điện hóa

Người ta sử dụng quá trình oxy hóa cực anot và khử của catot, đông tụ điện,…đểlàm sạch nước thải khỏi các tạp chất hòa tan và phân tán lớn

Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên điện cực khi cho dòng điện một chiều điqua nước thải

Các phương pháp điện hóa cho phép lấy từ nước thải các sản phẩm có giá trịbằng các sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản, tự động hóa mà không cần sử dụng cáctác nhân hóa học Các phương pháp này còn được dùng để xử lý nước thải chứa nhiềuxyanua trong công nghệ mạ điện

Nhược điểm chính của các phương pháp này là tiêu hao năng lượng điện nănglớn

Tuy nhiên, việc làm sạch nước thải bằng các phương pháp này có thể tiến hànhgián đoạn hoặc liên tục

1.2.2.6 Các phương pháp hóa học

Các phương pháp hóa học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trung hòa, oxyhóa và khử Tất cả các phương pháp này đều dùng các tác nhân hóa học nên là phươngpháp đắt tiền Người ta sử dụng các phương pháp hóa học để khử các chất hòa tan vàotrong các hệ thống cấp nước khép kín Đôi khi các phương pháp này được dùng để xử

lý sơ bộ trước xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là một phương pháp xử lýnước thải lần cuối để thải vào nguồn nước

Phương pháp trung hòa

Nước thải chứa các axit vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa pH về khoảng6,5÷8,5 trước khi thải vào nguồn nước hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo

Trung hòa nước thải có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:

- Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm

- Trung hòa bằng cách bổ sung các tác nhân hóa học

- Trung hòa nước thải bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa

- Trung hòa bằng các khí axit

Phương pháp oxy hóa khử [3]

Để làm sạch nước tự nhiên và nước thải người ta có thể dùng các chất oxy hóanhư Clo dạng khí và dạng lỏng, điclo oxit, CaOCl2, Ca(ClO)2 và Na, KMnO4, K2Cr2O7,

H2O2, O2 , O3 ,MnO2 …

Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải chuyển thành các chất

ít độc hơn và tách ra khỏi nước Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hóahọc, do đó oxy hóa hóa học chỉ được dùng để loại các tạp chất gây nhiễm bẩn trongnước mà không thể tách bằng phương pháp khác như khử xyanua hay hợp chất hòa tancủa As

Phương pháp loại các ion kim loại nặng

Các ion kim loại nặng như thuỷ ngân, crom, cadimi, kẽm, chì, đồng, niken, asenđược loại ra khỏi nước thải bằng phương pháp hoá học Bản chất của phương pháp này

là chuyển các chất tan trong nước thành không tan, bằng cách thêm tác chất vào và táchchúng ra dưới dạng kết tủa

Chất phản ứng dùng là hydroxit canxi và natri, cacbonat natri, sulfit natri, cácchất thải khác nhau như xỉ sắt – crom chứa: CaO – 51,3%, MgO – 9,2%, SiO2 – 27,4%,

và cho mọi quy mô

Khử mùi và tẩy uế [11]

Tẩy uế là xử lý nước với mục đích khử các mùi hôi và vị gây nên bởi các chấtkhác nhau có mặt trong nước đôi khi với lượng không xác định được qua phân tích.Mùi trong nước có thể do: H2S, C6H5OH, Cl2, các muối hòa tan,…các chất hoạt động bềmặt trong nước hay các chất độc trong nông nghiệp đưa đến

Tẩy uế bằng cách lọc qua lớp than hoạt tính Để khử phenol và clophenol ứngdụng clo hóa nước, nhận được dẫn xuất polyclo không có mùi hôi Tác dụng khử mùi

và vị của clo có thể tăng lên nếu thêm permanganat Phương pháp ozon hóa cũng là

phương pháp làm vị nước tốt hơn Phương pháp này được dùng trong làm sạch các chấthoạt động bề mặt có trong nước.

- Giá trị pH của nước

- Chất rắn là những thành phần không hòa tan trong nước Theo kích thước thìđược chia làm 2 loại:

o Chất rắn có kích thước rất nhỏ có thể qua lọc: đường kính <1µm

o Chất rắn có kích thước > 1 µm

Về bản chất chúng có thể là những hạt hữu cơ, vô cơ, xác VSV nguyên sinh động vậthay phiêu sinh vật

Chất rắn có trong nước thường được đánh giá theo các thông số cơ bản sau:

o Tổng chất rắn (TS-Total Solid): Tổng chất rắn được xác định bằngphương pháp đo trọng lượng khô còn lại khi đem sấy khô 1 lít nước ở 1030C đếntrọng lượng không đổi, được biểu thị bằng mg/l hoặc g/l

o Chất rắn lơ lửng (SS-Suspension Solid): là phần chất rắn không tan bị giữlại trên giấy lọc tiêu chuẩn Chất rắn lơ lửng được xác định bằng phương pháp

đo trọng lượng khô của chất rắn còn lại sau khi lọc 1 lít nước bằng giấy lọc thủy

tinh qua phễu lọc Gooch và sấy khô ở 103-1050C đến trọng lượng không đổi,được biểu thị bằng mg/l hoặc g/l.

o Chất rắn hòa tan (DS-Diluted Solid): Chất rắn hòa tan là hiệu số của tổng

số chất rắn với chất rắn lơ lửng Chất rắn hòa tan được biểu thị bằng mg/l hoặc g/l

DS=TS-SS

o Chất rắn bay hơi ( Volatile-Solid): Chất rắn bay hơi được xác định bằngphương pháp đo trọng lượng mất đi khi nung chất rắn lơ lửng (SS) ở 5500C trongmột khoảng thời gian xác định Chất rắn bay hơi biểu thị lượng chất hữu cơ cótrong nước

o Chất rắn có thể lắng: Chất rắn có thể lắng là chất rắn có trong 1 lít nướclắng xuống trong thời gian 1 giờ Chất rắn có thể lắng được biểu thị bằng mg/l

- Màu: là một chỉ số đánh giá sự hiện diện của các chất tạo màu tan trong nước(màu thực tế) và sự có mặt của các chất màu lơ lửng trong nước (màu biểu kiến) Màukhông chỉ làm giảm giá trị cảm quan của nước, nó còn cho biết mức độ ô nhiễm, thậmchí nó còn cho biết cả độ độc hại của nước Thường được xác định bằng phương pháp

so màu với các dung dịch chuẩn là clorophantinat coban Đơn vị: Pt – Co

- Tổng cacbon hữu cơ (Total Organic Carbon – TOC): là chỉ số phản ánh lượngcacbon hữu cơ tổng cộng có trong một mẫu vật, được tính bằng tỉ lệ giữa khối lượngcacbon so với khối lượng hợp chất hữu cơ Đơn vị: mg/l

- Nhu cầu oxy tổng cộng (Total Oxygen Demand – TOD): là chỉ số phản ánhlượng oxy tổng cộng cần thiết để oxy hoá các chất hữu cơ và vô cơ có trong nước thải.Đơn vị: mg/l

- Nhu cầu oxy sinh hoá (Biochemical Oxygen Demand – BOD) là chỉ số phản ánhlượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hữu có trong mẫu nước nhờ hoạt độngsống của vi sinh vật BOD thể hiện được lượng chất hữu cơ dễ bị phân huỷ có trongnước mẫu Đơn vị: mg/l

- Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen Demand – COD): là chỉ số phản ánhlượng oxy cần thiết để oxy hoá các chất có nhu cầu về oxy trong nước mẫu Giá trị