Xử lý nước xử lý nước thải Xử lý nước xử lý nước thải Bởi: Ngô Tự Thành Nước thiết yếu cho sống hoạt động người Để có nước ấy, cần phải xử lý nước nước nước thải Trong hai trường hợp, việc xử lý nhằm loại bỏ vi sinh vật, hóa chất chất gây ô nhiễm khác để bảo vệ sức khỏe người Xử lý nước để uống Trước hết cần nhấn mạnh nước để uống (potable water) nước xem an toàn để uống, nghĩa nước hoàn toàn không chứa vi sinh vật hóa chất Điếu có nghĩa số lượng vi sinh vật hàm lượng hóa chất nước thấp đến mức không gây lo ngại cho sức khỏe người Từ hiểu nước nước để uống nước ô nhiễm, nghĩa chứa nhiều vi sinh vật hóa chất tới mức cho phép Mức cho phép vi sinh vật hóa chất loại nước tùy thuộc vào quốc gia, tất nhiên tùy thuộc vào việc nước có dùng để uống hay không Theo tiêu chuẩn Cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ (Environmental Protection Agency, EPA) số coliform nước uống phải 0, tức không phép có coliform 100ml nước, số nước dùng vào mục đích giải trí 200 coliform/ ml Ở cần nhắc lại coliform vi khuẩn đường ruột E coli chẳng hạn Sự có mặt coliform nước chứng tỏ nước bị nhiễm phân nhiễm vi sinh vật gây bệnh Việc xử lý nước để uống gồm ba giai đoạn (hình 26.8) Lắng đọng Trong giai đoạn này, nước bơm vào bể chứa, vật chất dạng hạt (cát, sỏi, chất hữu cơ) lắng xuống Nước làm phần sau bơm sang bể thứ hai để làm kết tụ (flocculation) […] Nước phần lắng đọng bơm sang bể khác để lọc 1/8 Xử lý nước xử lý nước thải Lọc Thủ tục lọc làm giảm tới 90% số vi sinh vật có nước, vòng vài ngày Trong phương pháp lọc người ta dùng cát vật liệu khác để vi sinh vật bám vào tạo thành biofilm, màng giữ lại loại bỏ vi sinh vật khác khỏi nước Có thể phân biệt kỹ thuật lọc cát chảy nhanh lọc cát chảy chậm - Lọc cát chảy chậm gồm lớp cát mịn đất khuê tảo dày 1m Nó có công suất khoảng triệu gallon mẫu anh bề mặt lọc ngày, thích hợp cho đô thị nhỏ - Lọc cát chảy nhanh chứa cát lớn sỏi, cho phép lọc 200 triệu gallon/ mẫu anh/ ngày, thích hợp cho đô thị lớn Cả hai loại lọc làm cách phun nước ngược lên Ngoài có: - Kỹ thuật lọc màng (membrane filtration), mà màng lọc có lỗ với đường kính 0,2 àm - Lọc than hoạt tính, cho phép vừa lọc phần tử lơ lửng, vừa loại bỏ số chất hữu Sát trùng (disinfection) Đây giai đoạn xử lý cuối trước nước đua tới người tiêu dùng Có thể dùng biện pháp sát trùng sau đây: - Clo hóa: phép xử lý dùng phổ biến chi phí thấp Khí clo giết chết vi khuẩn, tảo, nấm, động vật nguyên sinh, làm biến tính protein chúng – khoảng 30 phút tác dụng Mức độ clo hóa phụ thuộc số lượng vi sinh vật đơn vị thể tích nước: số lượng cao mức độ clo hóa phải cao Clo hóa không giết chết vi sinh vật: hầu hết virut không bị clo làm bất hoạt, nội bào tử vi khuẩn nang động vật nguyên sinh nói chung không bị phép xử lý hóa học làm hỏng Chúng bị loại trừ hoàn toàn nhờ biện pháp lọc học Hình 26.8 Xử lý nước để uống a) Một trạm xử lý nước 2/8 Xử lý nước xử lý nước thải b) Các giai đoạn xử lý nước: lắng đọng, lọc, sát trùng Câu hỏi: - Vì xử lý hóa học phá hủy hầu hết virut? Trả lời: - Hầu hết hóa chất sát trùng tạo nhằm ức chế hoạt tính trao đổi chất làm hỏng cấu trúc tế bào; hóa chất không làm hỏng virut cấu trúc tế bào ngừng trao đổi chất *** Xét nghiệm chất lượng nước Việc xét nghiệm chất lượng nước dựa vào có mặt số sinh vật thị (indicator organisms) để chứng tỏ khả hữu tác nhân gây bệnh nước uống thủy vực tự nhiên Vì phần lớn bệnh truyền qua nước có nguyên nhân nhiễm phân, nên có mặt E coli (sinh vật thị dùng phổ biến nhất) coliform dạng phân khác nước chứng tỏ tác nhân gây bệnh có mặt E coli hội đủ yêu cầu vật thị tốt: luôn có mặt phân người, có thời gian sống sót lâu hầu hết tác nhân gây bệnh phân (có thể lâu hơn), dễ dàng bị phát kỹ thuật đơn giản Sau số kỹ thuật xét nghiệm chất lượng nước: - Kỹ thuật nhiều ống nghiệm: kỹ thuật “cồng kềnh” lâu đời nàydựa việc tìm số lượng có xác suất lớn (most probable number, MPN) (xem hình 6.24); phép thử theo phương pháp thống kê, cho phép khẳng định nhiễm bẩn Hình 6.24 Phương pháp nhiều ống nghiệm để xác định số lượng vi sinh vật nước Thông thường, cần dãy ống nghiệm cho độ pha loãng Sau nuôi, số lượng ống mà có sinh trưởng dùng để tra bảng MPN (xem bảng 6.6.), để biết số tế bào/ 100ml chất lỏng Câu hỏi - Nếu kết 5, 3, số lượng vi sinh vật bao nhiêu? Trả lời 3/8 Xử lý nước xử lý nước thải - MPN 110 - Kỹ thuật lọc màng (membrane filtration): kỹ thuật dùng phổ biến (hình 26.9.a), dễ thao tác Rót 100ml nước cần xét nghiệm qua màng lọc, sau đặt màng lên đĩa thạch EMB (Eosin methylene blue) nuôi Mọi coliform dạng phân sinh trưởng có màu xanh lục ánh kim loại đặc trưng Sau đếm số khuẩn lạc biểu thị thành số lượng khuẩn lạc/ 100ml Hình 26.9.a Kỹ thuật lọc màng Các đường kẻ ô vuông màng lọc cho phép đếm dễ dàng khuẩn lạc màu xanh ánh kim loại đặc trưng coliform dạng phân Hình 26.9.b Kỹ thuật dùng ONPG MUG Màu vàng chai chứa ONPG cho biết có mặt coliform, màu huỳnh quang xanh chai chứa MUG cho biết có mặt coliform E coli, chai không màu đối chứng âm tính - Kỹ thuật dùng ONPG MUG: Các mẫu nước rót vào chai nhỏ chứa ONPG (O- nitrophenyl-ò- Dgalactopyranoside) MUG (4- methylumbililliferyl- õ- D- glucouronide) làm nguồn dinh dưỡng Hầu hết coliform sản sinh õ- galactosidase, enzyme phản ứng với ONPG để tạo màu vàng, coliform dạng phân E coli sinh enzym khác- õ- glucuronidase- phản ứng với MUG để tạo thành chất phát huỳnh quang xanh ánh sáng tử ngoại có bước sóng dài (hình 26.9.b) Kỹ thuật cho phép phát nhanh, giống MPN, không co biết số thật - Kỹ thuật fingerprinting Với hai kỹ thuật phát virut vi khuẩn gây bệnh đặc hiệu Muốn phát chúng cần phải dùng kỹ thuật fingerprinting, theo mẫu nước cần xét nghiệm phải làm giàu cách nuôi thể có mặt Sau hàm lượng ADN mẫu làm giàu sàng lọc di truyền để nhận dạng tác nhân gây bệnh tiềm ẩn Những xét nghiệm thuộc loại nói chung thực trung tâm xét nghiệm lớn, nơi có phòng thí nghiệm đủ khả thao tác chúng Xử lý nước thải Nước thải chứa nhiều loại tác nhân gây ô nhiễm khác nhau, bao gồm chất rắn lơ long, chất hữu vô có khả bị phân hủy sinh học, kim loại độc, tác nhân gây bệnh Mục đích xử lý nước thải loại bỏ giảm thiểu tác nhân gây ô nhiễm tới mức chấp nhận 4/8 Xử lý nước xử lý nước thải Vì nước thải chủ yếu nước (chỉ chứa 1% chất rắn), nên hầu hết trình xử lý nước thải liên quan đến việc loại bỏ vi sinh vật Có thời nước thải không xử lý đổ thẳng vào sông biển nơi gần nhất, với ý nghĩ nước thải bị pha loãng tới mức vô hại… … … … Một khái niệm then chốt xử lý nước thải làm giảm nhu cầu oxy sinh hóa (biochemical oxygen demand, BOD) tức làm giảm lượng oxy mà vi sinh vật hiếu khí đòi hỏi để chuyển hóa hoàn toàn chất hữu nước thải Lượng oxy tỷ lệ thuận với lượng chất thải nước; nồng độ chất phân hủy cao lượng oxy cần thiết để chuyển hóa chúng cao, BOD cao Những xử lý nước thải có hiệu làm giảm BOD tới mức thấp, khiến cho vi sinh vật sinh trưởng kém, vi sinh vật gây bệnh có hội sống sót Dưới xem xét kiểu xử lý nước thải khác nhau: xử lý nước thải theo cách truyền thống, áp dụng hệ thống xử lý cho đô thị, xử lý dùng cho vùng nông thôn, xử lý chất thải nông nghiệp, xử lý dùng đầm lầy nhân tạo Xử lý nước thải đô thị Ngày nay, thành phố lớn nước phát triển có hệ thống cống rãnh đô thị, gồm đường ống dẫn, thu thập nước thải dẫn tới trạm xử lý nước thải để xử lý Việc xử lý nước thải theo cách truyền thống bao gồm bốn giai đoạn (hình 26.10): Xử lý bậc Nước thải bơm vào bể lắng, vật rắn nhẹ, dầu mỡ, vật thể trôi vớt bỏ đi, vật thể nặng lắng xuống đáy thành bùn Sau bổ sung phèn tác nhân gây keo tụ, bùn loại bỏ, phần nước làm phần xử lý tiếp Xử lý bậc loại bỏ 25- 35% BOD nước thải Xử lý bậc hai Hoạt tính sinh học giai đoạn làm giảm BOD tới 5- 25% so với ban đầu Hầu hết vi sinh vật gây bệnh bị loại trừ Nước thải thông khí nhằm thúc đẩy sinh trưởng vi sinh vật hiếu khí, chúng oxy hóa chất hữu hòa tan tới CO2 nước Trong hệ thống bùn hoạt tính, nước thải thông khí bổ sung (cấy) bùn xử lý bậc chứa nhiều vi sinh vật có hoạt động oxy 5/8 Xử lý nước xử lý nước thải hóa; keo tụ xảy giai đoạn Mọi vật chất rắn lại lắng xuống tham gia vào bùn từ xử lý bậc Bùn tổng thể bơm vào bể chứa kỵ khí Với vài cộng đồng dân cư nhỏ thực xử lý bậc hai nhờ hệ thống lọc trích (lọc chảy giọt, trickling filter), mà nguyên lý hoạt động giống với lọc cát chảy chem Dùng xử lý nước để uống hiệu hệ thống bùn hoạt tính mặt làm giảm BOD Xử lý hóa học Nước từ xử lý bậc hai sát trùng, thường cách clo hóa, sau thải vào thủy vực tự nhiên, phun tưới cho nông nghiệp cho thảm cỏ ven đường quốc lộ Trong trường hợp khác người ta loại bỏ nitrat, photphat phần BOD vi sinh vật sót lại cách đưa nước qua lọc cát mịn và/ qua cá lọc than hoạt tính Nitrat chuyển hóa thành ammoniac thải vào không khí (nhờ loại bỏ khoảng 50% lượng nitơ), photphat kết tủa vôi phèn (do loại bỏ khoảng 70% lượng photpho) Việc xử lý bậc ba nói chung áp dụng cho vùng nhậy cảm môi trường, nơi mà nước thải thải vào hệt thống hồ kín Xử lý bùn Bùn phân hủy kỵ khí theo ba bước: - Đầu tiên vi sinh vật kỵ khí lên men vật chất hữu để sinh CO2 axit hữu - Sau vi sinh vật khử axit hữu thành H2 thành CO2 axit hữu đơn giản axit axetic chẳng hạn - Cuối cùng, axit hữu đơn giản ấy, H2 CO2 chuyển thành khí mêtan Phần bùn lại làm khô mang chôn lấp dùng làm phân bón Hình 26.10 Xử lý nước thải đô thị (a) Một trạm xử lý nước thải đô thị (b) Các giai đoạn trình xử lý Sự phân hủy nhờ vi sinh vật giai đoạn xử lý bậc hai làm giảm phần lớn BOD trước nước thải xử lý hóa học Sau giai đoạn xử lý bùn, thu bùn khô, tái tuần hoàn vào đất, mêtan sinh thu lấy để làm nhiên liệu 6/8 Xử lý nước xử lý nước thải Xử lý nước thải cho vùng nông thôn Tại vùng nông thôn, nơi hệ thống đường dẫn nước thải chung nối cá nhà với để dẫn đến trạm xử lý, có hai loại hình hệ thống xử lý nước thải: Bể tự hoại Đây hệ thống xử lý qui mô hộ gia đình, tương đương với xử lý bậc (hình 26.11) Nước thải nhà chảy vào bể chứa xây kín ngầm đất, vườn chẳng hạn Các chất rắn lắng xuống đáy bể, chất lỏng chảy khỏi bể, vào vùng thấm lọc (leach field) ngầm đất, vùng có tác dụng lọc Bùn bể chất hữu nước bị vi sinh vật phân hủy Tuy nhiên bể xây kín, nên lượng bùn tích lũy ngày nhiều bể cần phải bơm hút cách định kỳ Hình 26.11 Bể tự hoại Sau nước thải nhà chảy vào bể tự hoại, chất rắn lắng xuống thành bùn, chất lỏng lọc qua đất vùng thấm lọc Hố nước thải Hố giống với bể tự hoại không xây kín Khi nước thải vào hệ thống vòng có lỗ xây chìm đất, nước giải phóng vào đất xung quanh; chất thải rắn tích tụ đáy vi sinh vật kỵ khí phân hủy Xử lý chất thải nông nghiệp Nông dân chủ trại chăn nuôi thường dùng hệ thống cácao oxy hóa để xử lý chất thải động vật tích tụ khu chăn nuôi Các ao thực chức xử lý nước thải Nước thải bơm vào ao sâu giữ ba tháng; bùn lắng xuống đáy ao; vi sinh vật kỵ khí phân hủy bùn này; phần chất lỏng bón sang ao tiếp theo, nông hơn, sóng ao có tác dụng thông khí cho nước Các vi sinh vật hiếu khí, tảo, phân hủy chất hữu lơ lửng nước Cuối vi sinh vật chết đi, nước trở nên thải vào thủy vực Nhược điểm ao oxy hóa chỗ chúng hệ thống mở, nước lũ tràn qua chúng làm phát tán chất thải động vật chưa xử lý tới vùng khác xa Các đầm lầy nhân tạo Từ năm 1970, cộng đồng dân cư nhỏ số nhà máy xây dựng đầm lầy nhân tạo để xử lý nước thải Các đầm lầy sử dụng trình tự nhiên để phân hủy chất thải loại bỏ vi sinh vật hóa chất khỏi nước trước thải tự nhiên Không cần đến bể tự hoại, mà thay vào đó, nước thải chảy vào ao nhau- nơi xảy phân hủy vi sinh vật (hình 26.12) Ao hệ 7/8 Xử lý nước xử lý nước thải thống thông khí để thúc đẩy phân hủy hiếu khí chất thải nước; phân hủy kỵ khí diễn bùn đáy ao Sau nước chảy qua đầm lầy, chất hữu bị phân hủy tiếp nhờ vi sinh vật đất Một ao thứ hai, ao tĩnh chứa tảo, loại bỏ tiếp chất hữu cơ, sau nước chảy qua mảnh đất sình lầy mở, cỏ giữ lại chất gây ô nhiễm Dần dần, nước tới ao cuối cùng, hầu hết BOD vi sinh vật loại bỏ, nước thải hệ thống cho mục đích tưới tiêu giải trí Nhược điểm hệ thống chỗ, cần diện tích rộng, ví dụ tới 50 mẫu anh nữa, để phục vụ cho cộng đồng nhỏ Hình 26.12 Xử lý nước thải nhờ hệ thống đầm lầy nhân tạo Phần lớn BOD loại bỏ hoạt động vi sinh vật ao đầu tiên; lọc tự nhiên đất loại bỏ chất ô nhiễm phần lại BOD Câu hỏi - Tại hệ thống đầm lầy nhân tạo không khả thi vùng tập trung dân cư lớn? Trả lời - Vì vùng tập trung dân cư lớn thải nhiều chất thải có diện tích cho việc xây dựng hệ thống cho hoạt động tốt 8/8 ... bị phép xử lý hóa học làm hỏng Chúng bị loại trừ hoàn toàn nhờ biện pháp lọc học Hình 26.8 Xử lý nước để uống a) Một trạm xử lý nước 2/8 Xử lý nước xử lý nước thải b) Các giai đoạn xử lý nước: ... xử lý nước thải khác nhau: xử lý nước thải theo cách truyền thống, áp dụng hệ thống xử lý cho đô thị, xử lý dùng cho vùng nông thôn, xử lý chất thải nông nghiệp, xử lý dùng đầm lầy nhân tạo Xử. .. tạo Xử lý nước thải đô thị Ngày nay, thành phố lớn nước phát triển có hệ thống cống rãnh đô thị, gồm đường ống dẫn, thu thập nước thải dẫn tới trạm xử lý nước thải để xử lý Việc xử lý nước thải