tổng quan về phương pháp xử lý nước thải sản xuất DOP

trình bày tổng quan về phương pháp xử lý nước thải sản xuất DOP

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

SẢN XUẤT DOP

Mục đích của quá trình xử lý nước thải là loại bớt các chất ô nhiễm có trong nước thải đến mức độ chấp nhận được theo tiêu chuẩn quy định Mức độ yêu cầu xử lý nước thải tùy thuộc vào các yếu tố sau:

 Xử lý để tái sử dụng

 Xử lý quay vòng

 Xử lý để xả ra ngoài môi trường

Hầu hết nước thải được xử lý để xả ra ngoài môi trường Trong trường hợp này, yêu cầu mức độ xử lý phụ thuộc vào nguồn tiếp nhận nước thải và quy định của từng khu vực khác nhau Tại Việt Nam, vào tháng 6-1995, chính phủ đã ban hành các tiêu chuẩn quy định môi trường thống nhất chung cho toàn quốc.Trong đó có tiêu chuẩn TCVN 5945-1995, quy định tiêu chuẩn xả cho phép đối với nước thải ra các nguồn khác nhau

Hiện nay, để xử lý nước thải sinh hoạt hay công nghiệp ta có thể phối hợp nhiều phương pháp: cơ học, hóa lý, sinh học Mỗi phương pháp đều giúp ta loại bỏ được một số thành phần ô nhiễm có trong nước thải Việc lựa chọn một phương pháp xử lý hay phối hợp nhiều phương pháp tùy thuộc vào các yếu tố sau:

 Đặc tính của nước thải: Cần xác định cụ thể thành phần các chất ô nhiễm có trong nước thải, dạng tồn tại của chúng (lơ lửng, dạng keo, dạng hòa tan ), khả năng phân hủy sinh học và độ độc của các thành phần vô cơ và hữu cơ

 Mức độ yêu cầu khi xử lý nghĩa là chất lượng nước đầu ra phải thỏa mãn một yêu cầu cụ thể nào đó Ta cũng cần phải quan tâm đến các yêu cầu về chất lượng nước trong tương lai

 Chi phí xử lý và diện tích đất hiện có để xây dựng trạm xử lý Trước khi tiến hành chọn lựa quá trình xử lý phù hợp, ta cần phải phân tích chi tiết chi phí xử lý của từng phương án đưa ra

1.1 PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC:

Quá trình xử lý cơ học thường được áp dụng ở giai đoạn đầu của quá trình xử lý hay còn gọi là quá trình tiền xử lý (pre-treatment), quá trình này dùng để loại các tạp chất không tan gồm có các tạp chất vô cơ và hữu cơ có trong nước Nó được coi như là bước đệm nhằm đảm bảo tính an toàn cho các thiết bị và các quá trình xử lý tiếp theo Tùy theo đặc điểm của các loại cặn có trong nước thải, các công trình đơn

vị sau đây có thể được áp dụng:

1.1.1 Song chắn rác và lưới chắn rác :

Lưới chắn rác được sử dụng nhằm loại các loại rác có kích thước lớn như lá cây, que, xương động vật … ra khỏi nước thải trước các công đoạn xử lý tiếp theo với mục đích bảo vệ các thiết bị như bơm, ống dẫn Các thiết bị chắn rác có thể được phân loại như sau:

 Theo khe hở song chắn thì có 2 loại: thô (30  200 mm) và trung bình (5 

25 mm)

 Theo đặc điểm cấu tạo thì có 2 loại: cố định và di động

 Theo phương pháp lấy rác ra khỏi song chắn thì có 2 loại: thủ công và cơ giới

Song chắn rác thường đặt đứng, vuông góc với dòng chảy gồm các thanh kim loại (thép không gỉ) Tiết diện của thanh đan song chắn rác có thể là loại tiết diện tròn, chữ nhật hay bầu dục Tiết diện hình tròn ít được sử dụng vì rác dễ dính chặt vào thanh đan gây khó khăn cho công tác cào rác Tiết diện hình chữ nhật được sử dụng tương đối rộng rãi nhưng loại này tạo tổn thủy lực lớn Lưới chắn rác thường đặt nghiêng một góc 45o  60o so với phương thẳng đứng, khe rộng của mắt lưới thường từ 10  20 mm Ta có thể làm sạch song chắn và lưới chắn bằng thủ công hay bằng các thiết bị cơ khí tự động hay bán tự động Hiện nay, trên thị trường đã có bán nhiều loại thiết bị vừa làm lưới chắn rác, vừa cắt và nghiền vụn rác thành các hạt hoặc mảnh nhỏ lơ lửng trong nước thải mà không làm tắc ống, không gây hại cho máy bơm Tuy nhiên, các loại thiết bị này cũng có nhược điểm là gây khó khăn cho các công trình xử lý tiếp theo do lượng cặn trong nước thải tăng lên Loại cặn này gây tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và các thiết bị làm thoáng trong bể sinh

học, chủ yếu là các đĩa, lỗ phân phối khí và dính bám vào các tuabin làm hư hại và giảm công suất của thiết bị làm thoáng bề mặt Do vậy, ta cần cân nhắc kỹ khi lựa chọn các loại thiết bị chắn rác

1.1.2 Bể lắng cát:

Lắng là một quá trình quan trọng trong công nghệ xử lý nước thải và thường được ứng dụng để tách các chất rắn ra khỏi nước thải dự trên nguyên tắc sự khác nhau về trọng lượng giữa các hạt cặn và nước Bể lắng cát thường đặt sau song chắn, lưới chắn và đặt trước bể điều hòa lưu lượng, chất lượng nước với nhiệm vụ là loại bỏ cặn thô, nặng như cát, sỏi, mảnh vỡ thủy tinh, mảnh kim loại, tro tàn, than vụn, vỏ trứng v.v… theo nguyên tắc lắng trọng lực nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý sau Cặn lắng trong bể lắng cát là các hạt phân tán, có kích thước và vận tốc lắng thay đổi trong suốt quá trình lắng, không phụ thuộc vào nồng độ các hạt

Tùy theo đặc tính của dòng chảy, ta có thể phân loại bể lắng cát như sau: bể lắng cát ngang nước chảy thẳng, chảy vòng; bể lắng cát đứng nước dâng từ dưới lên, bể lắng cát nước chảy xoắn ốc

1.1.3 Bể lắng đợt I:

Tương tự như bể lắng cát, bể lắng I có nhiệm vụ tách các hạt cặn lơ lửng có trong nước dựa trên nguyên tắc trọng lực Cặn lắng của bể lắng đợt I là loại cặn có bề mặt thay đổi, có khả năng kết dính và keo tụ với nhau trong suốt quá trình lắng làm cho kích thước và vận tốc lắng của các bông cặn thay đổi theo chiều cao lắng hoặc bông cặn có khả năng liên kết và có nồng độ lớn trên 1.000 mg/l Căn cứ theo chiều nước chảy trong bể, người ta phân biệt thành các dạng bể lắng sau:

 Bể lắng ngang: Nước chảy vào bể theo phương ngang từ đầu bể đến cuối bể Bể lắng ngang có mặt bằng hình chữ nhật

 Bể lắng đứng: Nước chảy vào bể theo phương thẳng đứng từ dưới đáy bể lên Bể lắng đứng có mặt bằng hình tròn

 Bể lắng Radian: Nước chảy vào bể theo hướng từ trung tâm ra qua thành bể hoặc có thể ngược lại Trong trường hợp thứ nhất ta gọi là bể lắng ly tâm, trường hợp thứ hai gọi là bể lắng hướng tâm

Thông thường, ta thường gộp chung bể lắng cát vào bể lắng đợt I thành một công trình vì bể lắng đợt I hoàn toàn có khả năng lắng cặn của bể lắng cát

1.1.4 Bể điều hòa, trung hòa:

Lưu lượng và chất lượng nước thải từ hệ thống cống thu gom chảy về trạm xử lý thường xuyên dao động theo các giờ trong ngày Khi hệ số không điều hòa K1,4 thì xây dựng bể điều hòa để các công trình xử lý làm việc với lưu lượng đều trong ngày sẽ kinh tế hơn Có 2 loại bể điều hòa:

 Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng nằm trực tiếp trên đường chuyển động của dòng chảy

 Bể điều hòa lưu lượng là chủ yếu, có thể nằm trực tiếp trên đường vận chuyển của dòng chảy hoặc nằm ngoài đường đi của dòng chảy

Tùy theo điều kiện đất đai và chất lượng nước thải, khi mạng cống thu gom là mạng cống chung thì ta thường áp dụng bể điều hòa lưu lượng để tích trữ được lượng nước sau cơn mưa Ở các mạng thu gom là hệ thống cống riêng và ở những nơi có chất lượng nước thải thay đổi, ta thường áp dụng bể điều hòa cả lưu lượng và chất lượng Bể điều hòa thường đặt trước bể lắng đợt I

Để đảm bảo chức năng điều hòa lưu lượng và chất lượng nước thải, ta cần bố trí trong bể hệ thống, thiết bị khuấy trộn để san bằng nồng độ các chất bẩn cho toàn bộ thể tích nước thải có trong bể và để ngăn ngừa cặn lắng, pha loãng nồng độ các chất độc hại nếu có nhằm loại trừ hiện tượng bị sốc về chất lượng khi đưa nước vào công trình xử lý sinh học Ngoài ra, trong bể cũng có thể bố trí thêm các thiết bị thu gom và xả bọt, váng nổi

Khi có yêu cầu về điều chỉnh độ pH của nước thải, ta có thể bố trí thêm một khoang trung hòa ở trong bể điều hòa hoặc xây thành một bể trung hòa riêng nằm ngay phía sau bể điều hòa

1.2 PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ:

Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng hóa học diễn ra giữa chất ô nhiễm và hóa chất thêm vào Những phản ứng diễn ra có thể là phản ứng oxy hóa khử, phản ứng trung hòa tạo chất kết tủa hoặc các phản ứng phân hủy chất độc hại Các phương pháp hóa lý thường được ứng dụng nhiều nhất là oxy hóa và trung hòa Đi đôi với các phương pháp này còn kèm theo các quá trình kết tủa và nhiều hiện

tượng khác Nói chung, bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để loại bớt các chất ô nhiễm mà không thể dùng quá trình lắng ra khỏi nước thải Các công trình tiêu biểu của việc áp dụng phương pháp hóa học bao gồm:

1.2.1 Bể keo tụ, tạo bông :

Quá trình keo tụ, tạo bông được áp dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và các hạt keo có kích thước rất nhỏ (10-7  10-8 cm) Các chất này tồn tại ở dạng khuếch tán và không thể được loại bỏ bằng quá trình lắng vì tốn rất nhiều thời gian Để giảm bớt thời gian lắng của chúng, ta thêm vào trong nước thải một số hóa chất như phèn nhôm, phèn sắt, polymer vì các chất này có tác dụng kết dính các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỷ trọng lớn hơn nên sẽ lắng nhanh hơn Trong khi tiến hành quá trình keo tụ, tạo bông cần chú ý đến các yếu tố sau:

 pH của nước thải

 Bản chất của hệ keo

 Sự có mặt của các ion khác trong nước

 Thành phần của các chất hữu cơ có trong nước

 Nhiệt độ

Các phương pháp keo tụ có thể là keo tụ bằng chất điện ly, keo tụ bằng hệ keo ngược dấu Trong quá trình xử lý nước thải bằng chất keo tụ, sau khi kết thúc giai đoạn thủy phân các chất keo tụ (phèn nhôm, phèn sắt), giai đoạn hình thành bông cặn bắt đầu diễn ra Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành bông cặn, người

ta xây dựng các bể phản ứng với mục đích đáp ứng các yêu cầu của chế độ keo tụ tối ưu Phụ thuộc vào phương pháp khuấy trộn, bể phản ứng sẽ được phân thành hai loại: thủy lực và cơ khí Thông thường, sau khi diễn ra quá trình keo tụ, nước thải sẽ được đưa qua bể lắng để tiến hành loại các bông cặn có kích thước lớn mới được hình thành

Ta cũng có thể áp dụng phương pháp keo tụ để làm trong và khử màu nước thải vì sau khi tạo thành các bông cặn có kích thước lớn và lắng xuống thì những bông cặn này có thể kéo theo các chất phân tán không tan gây độ màu cho nước

1.2.2 Bể tuyển nổi:

Tuyển nổi là phương pháp được áp dụng tương đối rộng rãi nhằm loại bỏ các tạp chất không tan và khó lắng Trong nhiều trường hợp, tuyển nổi còn được sử dụng để tách các chất tan như chất hoạt động bề mặt Tuyểûn nổi được áp dụng để xử lý nước thải của nhiều ngành sản xuất như: chế biến dầu mỏ, tơ sợi nhân tạo, giấy xenlulô, da, hóa chất, thực phẩm, chế tạo máy

Bản chất của quá trình tuyển nổi ngược lại với quá trình lắng và cũng được áp dụng trong trường hợp quá trình lắng xảy ra rất chậm hoặc rất khó thực hiện Các chất lơ lửng như dầu, mỡ sẽ được nổi lên trên bề mặt của nước thải dưới tác dụng nâng của các bọt khí, tạo thành 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 bóng khí Kích thước tối ưu của bong bóng khí là 15  30m Để có kích thước bọt ổn định trong quá trình tuyển nổi, người ta dùng các chất tạo bọt Chất tạo bọt có thể là dầu thông, phenol, ankyl, sunfat-natri, cresol (CH3C6H4OH) Điều cần lưu ý là trọng lượng của hạt không được lớn hơn lực kết dính với bọt khí và lực nâng của bọt khí Kích thước hạt để tuyển nổi hiệu quả phụ thuộc trọng lượng riêng của hạt và bằng 0,2  1,5mm

Có nhiều dạng tuyển nổi để xử lý nước thải bao gồm: tuyển nổi với sự tách không khí từ dung dịch, tuyển nổi với việc cho thông khí qua vật liệu xốp, tuyển nổi hóa học, tuyển nổi điện, tuyển nổi với sự phân tách không khí bằng cơ khí, hoặc tuyển nổi bằng tách trọng lực

1.2.3 Bể khử trùng (bể tiếp xúc) :

Nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học còn có thể chứa khoảng

105 đến 106 vi khuẩn trong 1ml Hầu hết các loại vi khuẩn có trong nước thải không phải là vi trùng gây bệnh, nhưng không loại trừ khả năng tồn tại một vài loại vi khuẩn gây bệnh nào đó Nếu xả nước thải ra nguồn cấp nước, hồ nuôi cá thì khả năng lan truyền bệnh sẽ rất lớn Do vậy, cần phải có biện pháp tiệt trùng nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận Các phương pháp khử trùng nước thải phổ biến hiện nay là:

 Dùng clo hơi qua thiết bị định lượng clo

 Dùng Hypoclorit – canxi dạng bột – Ca(ClO)2 – hoà tan trong thùng dung dịch

3  5% rồi định lượng vào bể khử trùng

 Dùng HypocloritNatri, nước javel (NaClO).

 Dùng Ozone được sản xuất từ không khí do máy tạo Ozone đặt trong nhà máy xử lý nước thải Ozone sản xuất ra được dẫn ngay vào bể khử trùng

 Dùng tia cực tím (UV) do đèn thủy ngân áp lực thấp sản sinh ra Đèn phát tia cực tím đặt ngập trong bể khử trùng có nước thải chảy qua

Từ trước đến nay, phương pháp khử trùng nước thải bằng Clo hơi hay các hợp chất của Clo thường được sử dụng phổ biến vì clo là hóa chất được các ngành công nghiệp dùng nhiều, có sẵn trên thị trường với giá thành chấp nhận được, hiệu quả tiệt trùng cao Tuy nhiên, những năm gần đây, các nhà khoa học đã đưa ra khuyến cáo nên hạn chế dùng Clo để tiệt trùng nước thải vì các lý do sau:

 Lượng clo dư (khoảng 0,5 mg/l) trong nước thải để đảm bảo sự an toàn và ổn định cho quá trình tiệt trùng sẽ gây hại đến cá và các sinh vật nước có ích khác

 Clo kết hợp với hydrocacbon thành các hợp chất có hại cho môi trường sống

Ở các nước tiên tiến, người ta đang thay dần Clo bằng Ozone làm chất tiệt trùng nước thải và đang nghiên cứu áp dụng sát trùng bằng thiết bị phát tia cực tím Tuy nhiên, hai phương pháp này có chi phí xử lý rất cao

Khi chọn phương pháp khử trùng bằng clo, ta cần có các công trình đơn vị như : trạm cloratơ (khi dùng clo hơi) hoặc trạm clorua vôi (khi dùng clorua vôi), bể trộn, bể tiếp xúc Trạm cloratơ hoặc trạm clorua vôi là nơi điều chế dung dịch nước clo hoặc clorua vôi Bể trộn dùng để xáo trộn dung dịch clo với nước thải, bể tiếp xúc có nhiệm vụ duy trì thời gian tiếp xúc cần thiết giữa dung dịch clo với nước thải

1.3 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC:

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là việc sử dụng khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất bẩn hữu cơ trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng một số hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng Trong quá trình dinh dưỡng chúng nhận được các chất làm vật liệu xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên khối lượng sinh khối được tăng lên

Phương pháp sinh học thường được sử dụng để làm sạch hoàn toàn các loại nước thải có chứa các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ, keo Do vậy,

phương pháp này thường dùng sau khi loại các tạp chất phân tán thô ra khỏi nước thải bằng các quá trình đã trình bày ở phần trên Đối với các chất vô cơ chứa trong nước thải thì phương pháp này dùng để khử chất sulfit, muối amon, nitrat – tức là các chất chưa bị oxy hóa hoàn toàn Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy sinh hóa các chất bẩn sẽ là: khí CO2, nitơ, nước, ion sulfate, sinh khối… Cho đến nay, người ta đã biết nhiều loại vi sinh vật có thể phân hủy tất cả các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và rất nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo

Giải pháp xử lý bằng biện pháp sinh học có thể được xem là tốt nhất trong các phương pháp trên với các lý do sau:

 Chi phí thấp

 Có thể xử lý được độc tố

 Xử lý được N-NH3

 Tính ổn định cao

Do vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học nên căn cứ vào tính chất, hoạt động và môi trường sống của chúng, ta có thể chia phương pháp sinh học thành 2 dạng chính như sau:

1.3.1 Xử lý sinh học trong môi trường hiếu khí (aerobic environment ):

Quá trình hiếu khí dựa trên nguyên tắc là vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy hòa tan theo phương trình sau:

Vi khuẩn

Chất hữu cơ + O2 CO2 + NH3 + C5H7NO2 + các SF khác

(tế bào mới) Ngoài việc phân hủy các chất hữu cơ để tạo ra tế bào mới, vi sinh vật còn thực hiện quá trình hô hấp nội sinh để tạo ra năng lượng theo phương trình:

Vi khuẩn

C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + năng lượng Các vi sinh vật ở trên được gọi là bùn hoạt tính Chúng tự sinh ra khi ta thổi không khí vào nước thải Về khối lượng, bùn hoạt tính được tính bằng khối lượng chất bay hơi có trong tổng hàm lượng bùn (cặn khô) đôi khi còn gọi là sinh khối

Phân loại:

Sơ đồ 2.1 Phân loại các công nghệ xử lý hiếu khí

Sự tăng trưởng của vi khuẩn về số lượng có thể được chia thành 4 giai đoạn khác biệt như sau:

(1) Giai đoạn phát triển chậm : giai đoạn phát triển chậm thể hiện khoảng thời

gian cần thiết để vi khuẩn làm quen với môi trường và bắt đầu phân đôi

Công nghệ hiếu khí

Hồ sinh học hiếu khí

Lọc hiếu khí Lọc SH nhỏ giọt

Sinh trưởng dính bám Sinh trưởng lơ lửng

Hiếu khí tiếp xúc Xử lý sinh học theo

mẻ

sinh học

Thời gian

(1)

Hình 2 1: quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật

(2) Giai đoạn tăng trưởng về số lượng theo Logarit : trong suốt thời kỳ này, các tế

bào phân chia theo tốc độ xác định bởi thời gian sinh sản và khả năng thu nhận và đồng hóa thức ăn (tốc độ tăng trưởng theo phần trăm là không đổi)

(3) Giai đoạn phát triển ổn định : Ở giai đoạn này, số lượng vi khuẩn quan sát

trong mẻ ổn định là do: vi khẩn đã ăn hết chất nền và chất dinh dưỡng, số vi khuẩn mới sinh ra vừa đủ bù cho số vi khuẩn già cỗi chết đi

(4) Giai đoạn vi khuẩn tự chết : Trong suốt giai đoạn này, tốc độ tự chết của vi

khuẩn vượtt xa tốc độ sinh sản ra tế bào mới

Dựa vào kết quả thí nghiệm về sự tăng trưởng của vi khuẩn về số lượng theo thời gian, người ta đã xây dựng được đường cong biểu diễn các giai đoạn phát triển của vi khuẩn về số lượng theo thang logarit được trình bày trong hình 2.1

Ta có thể áp dụng nhiều quá trình khác nhau khi xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong môi trường hiếu khí

Đây là quá trình vi sinh vật phát triển và tăng trưởng trong các bông cặn bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng trong nước ở các bể xử lý sinh học Bể sinh học này luôn cần phải được làm thoáng để cung cấp đầy đủ oxy cho vi sinh vật tiến hành quá trình phân hủy chất hữu cơ và phát triển Ngoài bể sinh học, ta cũng cần phải bố trí thêm bể lắng để tách các bông bùn hoạt tính ra khỏi nước, tuần hoàn một phần bùn trở lại bể sinh học nhằm duy trì nồng độ bùn cần thiết trong bể sinh học và xả bỏ bớt lượng bùn thừa sinh ra trong quá trình phát triển Trong một số trường hợp, ta cũng có thể gộp chung 2 bể sinh học và lắng thành một công trình duy nhất Khi đó, ta không cần phải tuần hoàn bùn mà chỉ phải xả bùn

Cấp khí

ù

Bùn tuần hoàn