Xử lý chất hữu cơ trong nước thải bằng công nghệ màng

ĐỀ TÀI: XỬ LÝ CHẤT HỮU co TRONG NƯỚC THẢI BẰNG r CÔNG NGHỆ MÀNG -\ Xử lý chât hữu CO' nưóc thải băng công nghệ màng GVHDĩ TS Phạm Xuan Nui • Sinh viên thực hiện: Lê Thành Công Hoàng Thị Hồng Châm Nguyễn Thị Duyên Lớp : Lọc hóa dầu A-K53 Trường : Đại học Mỏ-Địa Chất GVHD :TS.Phạm Xuân Núi Nội dung I Tính cấp thiết xử lý nước thải VII Ket luận Xử lý chất hữu CO' nưóc thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuan Nui _• _ L Tính cấp thiết xử lý nước thải: Thách thức ô nhiễm hữu nguồn nưóc Việt Nam Hiện nay, 70% nhà máy cấp nước Việt Nam sử dụng nước mặt nguồn nước chính, phục vụ cho nhu cầu cấp nước sinh hoạt sản xuất Tuy nhiên, nhiều nơi, nguồn nước mặt lại nơi tiếp nhận loại chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp tù' khu đô thị, khu dân cư, nông thôn, làng nghề sản xuất, với nhiều loại chất ô nhiễm, kể hợp chất hữu phức tạp, đa dạng, có dạng tồn khó xử lý, làm cho nước có màu sắc mùi, vị khó chịu, nguy cho sức khoẻ người Một số nhà máy nước có nhũng biện pháp cố gắng giảm thiểu tồn hợp chất hữu nước sau xử lý đảm bảo độ an toàn cho nước sinh hoạt, nhiên thiếu sơ sở khoa học chắn, hiệu xử lý phần lớn chưa cao, nhiều vấn đề khó khăn giải pháp bổ trí công trình quản lý vận hành Oxy hóa sơ nước thô bàng Clo để giảm hàm lượng chất hữu nguồn nước biện pháp áp dụng phổ biến nhiều nhà máy nước Việt Nam chi phí thấp, tận dụng công trình sằn có Tuy nhiên biện pháp hiệu cao đổ loại bỏ họp hất hữu cơ, có nhiều họp chất hũu bền vũng Mặt khác, việc áp dụng phổ biến biện pháp khử trùng Clo, biện pháp gây nguy hại đến sức khỏe người, Clo dễ phản ứng với chất hữu nước tạo thành phức chất nhóm Trihalomethanes (THMs), Haloacetic acids (HAAs), chất hữu khó bị loại bỏ khỏi nước, có nguy gây ung thư cho người sử dụng nước «=> Tìm biện pháp xử lý nước hiệu nhàm loại bó chất hữu nước vấn đề cấp thiết, đế đảm bảo chất lượng nước cấp, an toàn cho sức khoẻ nâng cao chất lượng sống người dân Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 Ngành công nghiệp Tính cho Lưu lượng nước chất hữu màng XửXử lý lý chất hữu cơCO' nướcnưóc thảithải bằngbằng côngcông nghệnghệ màng GVHD: TS Phạm Xuan Nui GVHD: TS Phạm Xuân Nủi _• _ II Tác nhân gây ô nhiễm Ví dụ: tính PE nguồn nước thải có lưu lượng 200 m 3/ngày, nướcmg/ thải đô thị gần tương tự nước nồng độThành BOD5 phần nước thải 1200 L Lượng BOD5 trung bình người thải ngày 50 g/ngưòi.ngày thải sinh hoạt Các gây ô thông nhiễmsốnước ■=> Như vậy,nguồn xét BOD5, nước thải nguồn thải c Nước thải đối côngvới nghiệp (industrial wastewater)\ tương đương với nước thải khu dân cư có 4800 người Bảng 'litrưng nước tliải số ngành nguồn gây ôlượng nhiễm nước chủ yếu phát từcông quánghiệp trình sinh hoạt Bảng 2Các Tính chât/ lu đặc nước tlìái sốỊxuất ngành công nghiệp hoạt động sản xuất người tạo nên (công nghiệp, thủ công nghiệp, nông ngư nghiệp, giao thông thủy, dịch vụ ) Ô nhiễm nước yếu tổ tự' nhiên (núi lửa, xói mòn, bão, lụt, ) nghiêm trọng, không thường xuyên, nguyên nhân gây suy thoái chất lượng nước toàn cầu Các nguồn gây ô nhiễm nước thường gặp: a Nước thải sinh hoạt (domestic wastewater): Là nước thải phát sinh từ hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, quan trường học, chứa chất thải trình sinh hoạt, vệ sinh người - Dầu mỡ (mg/1) 140 Thành phần CO’ nước thải sinh hoạt: chất hữu chứa nước thải sinh hoạt bao gồm chất protein ( 40-50% ) ; hydrat cacbon ( 40-50%) gồm tinh bột, đường xenlulo; chất béo (5-10%) lại chất dinh dưỡng (photpho, nitơ), chất rắn vi trùng Khác với nước thải sinh hoạt hay nước thải đô thị, nước thải công nghiệp thành phần giống nhau, mà phụ thuộc vào ngành sản Tùy theo mức sống lối sống mà lượng nước thải tải lượng chấtcụ có xuất công nghiệp thê.trong nước thải mồi người ngày khác Nhìn chung mức sống cao lượng nước thải tải lượng thải cao Ví dụ: nước thải xí nghiệp chế biến thực phẩm thường chứa b Nước thải đô thị ( municipal wastewater) lượng lớn chất hữu cơ; nước thải xí nghiệp thuộc da nước thành gộp chung nước thải sinh hoạt , chất hữu cơLà cònloại có kimthải loạitạo nặng, sulftia, nước thải vệ sinh nước thải sở thương mại Nước thải đô thị thu gom vào hệ thống cống thải thành phố , đô thị đề xử lý chung Người ta thường sử dụng đại lượng PE (population equivalent) để so sánh cách tương đổi ởmức ô nhiễm củacống nướcthải, thải khoảng công nghiệp Thông thường độ đô gây thị có hệ thống 70 đếnvới 90% nước thải đô thị Đạisửlượng địnhthành dựa nước vào lượng thải bìnhvào tổng lượng nước dụng đô thịxác sê trở thải đô thịtrung chảy củađường người cống ngày tác nhân gây ô nhiễm xác định Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 Xử lý chất hữu CO' nưóc thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuan Nui _• _ Ví dụ: sông Sài Gòn đoạn Củ Chi, Hóc Môn bị axit hóa chủ yếu nước phèn từ đồng sông Cửu Long phía Tây thành phố Hồ Chí Minh chuyển đến Vùng hạ lưu sông (từ Nhà Bè đến vịnh Ghềnh Rái) bị nhiễm mặn nước biển Hoạt động người góp phần gia tăng mức độ ô nhiễm yếu tố tự nhiên Ví dụ: việc cải tạo khu vục Đồng Tháp Mười bàng biện pháp đào kênh, mương, chuyền vùng đồng cỏ hoang thành vùng trồng lúa, nguyên nhân gây gia tăng mức độ axit hóa sông Vàm cỏ Sài Gòn Người ta thường chia nguồn gây ô nhiễm nước thành hai loại nguồn điểm nguồn không điểm: + Nguồn không điêm (non—point source): nguôn gây ô nhiễm không xác định cụ thể vị trí, lưu lượng, ví dụ nước chảy tràn khu đô thị, nông thôn, nước mưa bị ô nhiễm, + Nguồn điêm (point source): nguồn gây ô nhiễm có thê xác định vị trí, lun lưọng cụ thể, ví dụ cống thải nước thải đô thị vào sông, hồ, cống thải nhà máy, d Nước chảy tràn (run-off, stormwater•): Các tác nhân gây ô nhiễm nước Nước chảy tràn từ mặt đất mưa, thoát nước từ đồng mộng Hiện tượng tự nhiên (núi lửa, lũ lụt, xâm nhập mặn, phong hóa )gây ô nhiễm nước sông, hồ Nước chảy tràn qua đồng mộng có nguồn thể nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước, hoạt động cuốncủa theo chất rắn (rác), hóa chất bảo vệ thực vật, phân bón Nướccon chảy tràn nguyên nhân phôcơbiến quan Các độngô nhiễm qua người khu dân cư, đường phố, sở sản xuất trọng công nghiệp, có hoạt thể làm sinh hoạt, nguồn nước chất rắn, dầu mỡ, hóa chất, vi trùng sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, khai khoáng, xây dựng công trình e Nước người sông bị ôđưa nhiễm ngàydocàng yếu nhiều to tự nhiên: chất thải vào nguồn nước, gây suy giảm rõ rệt chất lượng nước tự nhiên tất quốc gia giới.Nước sông vùng ven biên có thê vùng khác sâu nội địa bị nhiễm mặn Nước sông bị nhiễm mặn theo kênh Có nhiều loại tác nhân khác gây ô nhiễm nước, để tiện rạch đưa nước mặn vào hồ chứa gây nhiễm mặn vùng xa bờ biên LópLọc LọcHoá HoáDầu DầuA-K53 A-K53 Lóp 56 Xử lý chất hữu CO' nưóc thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuan Nui 2.1 Các ion vô hòa tan Nhiều ion vô có nồng độ cao nước tự nhiên, đặc biệt nước biển Trong nước thải đô thị chứa lượng lớn ion cr,sơ42-, P043-, Na~, K+ Trong nước thải công nghiệp, ion kể có chất vô có độc tính cao họp chất Hg, Pb, Cd, As, Sb, Cr, F • Các chất dinh dường (N, P) Muối nitơ photpho chất dinh dường thực vật, nồng độ thích họp chúng tạo điều kiện cho cỏ, rong tảo phát triển Amoni, nitrat, photphat chất dinh dường thường có mặt nguồn nước tụ- nhiên, hoạt động sinh hoạt sản xuất người làm gia tăng nồng độ ion nước tụ- nhiên Amoni amoniac (NH4+, NH3): nước mặt thường chứa lượng nhỏ (dưới 0,05 mg/L) ion amoni (trong nước có môi trường axít) amoniac (trong nước có môi trường kiềm) Nồng độ amoni nước ngầm thường cao hon nhiều so với nước mặt Nồng độ amoni nước thải đô thị nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm thường cao, có lúc lên đến 100 mg/L Tiêu chuẩn Môi trường Việt Nam nước mặt (TCVN 5942-1995) quy định nồng độ tối đa amoni (hoặc amoniac) nguồn nước dùng vào mục đích sinh hoạt 0,05 mg/ L (tính theo N) 1,0 mg/ L cho mục đích sử dụng khác Nitrat (N03-): sản phẩm cuối phân hủy chất chứa nitơ có chất thải người động vật Trong nước tự nhiên nồng độ nitrat thường nhỏ mg/L Do chất thải công nghiệp, nước chảy tràn chứa phân bón từ khu nông nghiệp, nồng độ nitrat nguồn nước tăng cao, gây ảnh hưởng đến chất lượng nước sinh hoạt nuôi trồng thủy sản Trẻ em uống nước chứa nhiều nitrat bị mắc hội chứng methemoglobin (hội chứng “trẻ xanh xao”) TCVN 5942-1995 quy định nồng độ tối đa Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 Xử lý chất hữu CO' nưóc thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuan Nui nitrat nguồn nước mặt dùng vào mục đích sinh hoạt 10 mg/ L (tính theo N) 15 mg/L cho mục đích sử dụng khác Photphat (P043 ): nitrat, photphat chất dinh dường cần cho phát triển thực vật thủy sinh Nồng độ photphat nguồn nước không ô nhiễm thường nhỏ 0,01 mg/ L Nước sông bị ô nhiễm nước thải đô thị, nước thải công nghiệp nước chảy tràn từ đồng ruộng chứa nhiều loại phân bón, có nồng độ photphat đến 0,5 mg/ L Photphat không thuộc loại hóa chất độc hại người, nhiều tiêu chuẩn chất lượng nước không quy định nồng độ tối đa cho photphat Mặc dù không độc hại đổi với người, song có mặt nước nồng độ tương đối lớn, với nitơ, photphat gây tượng phú dưỡng(eutrophication, gọi phì dường) Theo nhiều tác giả, hàm lượng photphat nước đạt đến mức > 0,01 mg/L (tính theo P) tỷ lệ P:N:C vượt 1:16:100, sê gây tượng phú dưỡng nguồn nước Từ eutrophication bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, có nghĩa “được nuôi dưõng tốt” Phú dưỡng chi tình trạng vục nước có phát triển mạnh tảo Mặc dầu tảo phát triển mạnh điều kiện phú dường có thề hồ trợ cho chuỗi thức ăn hệ sinh thái nước, bùng nổ tảo gây hậu làm suy giảm mạnh chất lượng nước Hiện tượng phú dường thường xảy với hồ, vùng nước lưu thông trao đổi Khi hình thành, hồ tình trạng nghèo chất dinh dường (oligotrophic) nước hồ thường Sau thời ian, xâm nhập chất dinh dưỡng từ nước chảy tràn, phát triên phân hủy sinh vật thủy sinh, hồ bắt đầu tích tụ lượng lớn chất hữu Lúc bắt đầu xảy tượng phú dưỡng với phát triển bùng nổ tảo, nước hồ trở nên có màu xanh, lượng lớn bùn lắng tạo thành xác tảo chết Dần dần, hồ trở thành vùng đầm lầy cuối vùng đất khô, sống động vật thủy sinh hồ bị ngừng trệ Sulfat (S042~) Các nguồn nước tự nhiên, đặc biệt nước biển nước phèn, thường có nồng độ sulfat cao Sulfat nước bị vi sinh vật Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 Xử lý chất hữu nước thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuân Nủi chuyến hóa tạo sulíit axit sulíuric gây ăn mòn đường ống bê tông, nồng độ cao, sulfat có thê gây hại cho trồng Clorua (CO Là ion quan trọng nước nước thải Clorua kết họp với ion khác natri, kali gây vị cho nước Nguồn nước có nồng độ clorua cao có khả ăn mòn kim loại, gây hại cho trồng, giảm tuổi thọ công trình bàng bê tông, Nhìn chung clorua không gây hại cho sức khởe người, clorua gây vị mặn nước nhiều ảnh hưởng đến mục đích ăn uống sinh hoạt Các kim loại nặng Pb, Hg, Cr, Cd, As, Mn, thường có nước thải công nghiệp Hầu hết kim loại nặng có độc tính cao người động vật khác 2.2 Các chất hữu cơ: Dựa vào khả có thê bị phân hủy tác dụng vi sinh vật, chất hữu có nước thường chia thành hai loại: • Các chất hữu dễ bị phân hủy sinh học (các chất tiêu thụ oxy) Cacbonhydrat, protein, chất béo thường có mặt nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp chế biến thực phâm chất hữu dễ bị phân hủy sinh học Trong nước thải sinh hoạt, có khoảng 60 80% lượng chất hữu thuộc loại dễ bị phân hủy sinh học Có thê biêu diễn trình phân hủy chất hữu loại sơ đồ sau: Phân hủy hiếu khí: /'■'11 » Chat hưu —* \ ũi hoa tan ti‘0iì£ Ituoc ỴI /~\ I /■''/'"'V s i n h u ì h ' -* » H2O + CO2 + lượim Vi sinh vật lấy oxy nước để phân hủy chất hữu làm suy giảm oxy nước Phân hủy kỵ khí: Chất hữu ỵismhvậtb.’khị_^ CH4 + axit hữu Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 Xử lý chất hữu CO' nưóc thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuan Nui Chất hữu dỗ bị phân hủy sinh học thường ảnh hưởng có hại đến nguồn lợi thủy sản, bị phân hủy chất làm giảm oxy hòa tan nước, dẫn đến chết tôm cá • Các chất hữu bền vững: Các chất hữu có độc tính cao thường chất bền vững, khó bị vi sinh vật phân hủy môi trường Một số chất hữu có khả tồn lưu lâu dài môi trường tích lũy sinh học thể sinh vật Do có khả tích lũy sinh học, nên chúng có thê thâm nhập vào chuồi thức ăn từ vào thể người Các chất polychlorophenol (PCPs), polychlorobiphenyl (PCBs: polychlorinated biphenyls), hydrocacbon đa vòng ngưng tụ (PAHs: polycyclic aromatic hydrocarbons), hợp chất dị vòng N, hợp chất hữu bền vừng Các chất thường có o nước thải công nghiệp, nước chảy tràn tù’ đồng ruộng (có chứa nhiều thuốc trừ sâu, diệt cỏ, kích thích sinh trưởng ) Các họp chất thường tác nhân gây ô nhiễm nguy hiểm, có mặt với nồng độ nhỏ môi trường - Nhóm hợp chất phenol : Phenol dẫn xuất phenol có nước thải số ngành công nghiệp (lọc hóa dầu, sản xuất bột giấy, nhuộm, ) Các hợp chất loại làm cho nước có mùi, gây tác hại cho hệ sinh thái nước, sức khỏe người, số dẫn xuất phenol có khả gây ung thư (carcinogens) TCVN 5942-1995 quy định nồng độ tối đa họp chất phenol nước bề mặt dùng cho sinh hoạt 0,001 mg/L Nhóm hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) hữu cơ: Hiện có hàng trăm, chí hàng ngàn loại HCBVTV sản xuất sử dụng để diệt sâu, côn trùng, nấm, diệt cỏ Trong số đó, phần lớn hợp chất hữu cơ, chúng chia thành nhóm: Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 10 Xử lý chất hữu CO' nưóc thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuan Nui + Photpho hữu (malathion, metyl parathion, ) + Clo hữu (lindane, aldrin, dieldrin, DDT, 2,4-D, 2,4,5-T, ) + Cacbamat (carbaryl, cacboíiưan ) + Phenoxyaxetic (2,4-D, 2,4,5-T, ) + Pyrethroid tông hợp (allethrin, fenvalerate, ) Hầu hết chất có độc tính cao người động vật Nhiều chất số đó, đặt biệt clo hữu Cơ, bị phân hủy chậm môi trường, có khả tích lũy Cơ thể sinh vật người Nhiều số HCBVTV tác nhân gây ung thư TCVN 5942-1995 quy định nồng độ tối đa cho phép tống HCBVTV nước bề mặt 0,15 mg/L, riêng với DDT 0,01 mg/L - Nhóm họp chất dioxin (Dioxins): Dioxin hai nhóm hợp chất tạp chất sinh trình sản xuất hợp chất hữu clo hóa Dioxin tạo thành đốt cháy họp chất clo hóa nhiệt độ thấp (dưới 1000°C) Hai nhóm hợp chất polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs) (Hình 3.1 Oa) polychlorinated dibenzofurans (PCDFs) (Hình 3.10b) Nhóm PCDD có 75 chất, có hợp chất gọi dioxin, hợp chất 2,3,7,8-tetrachlorodibenz-p-dioxin (2,3,7,8-TCDD) (Hình 3.10c) Nhóm PCDF có 135 chất Độc tính hợp chất dioxin khác Độc họp chất loại hợp chất có tên gọi dioxin nêu Các chất độc Hoá chất có chứa đến ba nguyên tử clo thay Tuy có Lóp Lọc Dầu A-K53 11 Xử lý chất hữu nước thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuân Nủi cố này, 36.000 người dân khu vực lại sống sót, 193 người bị nhiễm độc nặng mắc hội chứng chloracne (một chứng bệnh rối loạn da) Nhưng cuối sau 10 năm, trường hợp không chữa trị khỏi chứng chloracne (c) 2,3,7,8— tetrachlorodibenzo— p— dioxin (Dioxin 2,3,7,8-TCDD Hình 3.10 Công thức cấu tạo nhóm dioxin chất dỉoxin(TCDD) Nhóm hợp chất polychlorinateđ biphenyl (PCBs): PCB nhóm hợp chất có từ đến 10 nguyên tử clo gắn vào vị trí khác phân tử biphenyl Có thê có đến 209 hợp chất thuộc loại Công nghiệp thường sản xuất hỗn hợp chứa nhiều loại PCB khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện, thông thường có tạp chất dioxin PCBs bền hóa học cách điện tốt, nên dùng làm dầu biến tụ điện, chúng dùng làm dầu bôi tron, dầu thủy lực, tác nhân truyền nhiệt 3' 2' ‘Qrữ 5' 6' Hình 3.11 Cấu trúc phân tú biphenyl (mỗi vị trí đánh số có nguyên tử clo vào tạo thành phân tử PCB) Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 12 chất hữu nưóc thải công nghệ màng XửXử lý lý chất hữu cơCO' nước thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuan Nui GVHD: TS Phạm Xuân Nủi VLCác phương pháp xử lỷ nước thải nói chung: Nhu cầu oxy hóa sinh hóa BOD lượng oxy yêu cầu đổ vi khuẩn oxi hóa chất hũu có nước thải Trong thời gian ngày đầu với 20°c viXử khuẩn hiếu khí oxy bao hóa gồm chất CBOD, sau lý nước thảisửlàdụng oxy đểtrình việchữu kết cơhợp trongphương điều kiện nitrit, hoạt /động nhiều phápdưvậtoxy lý ,các hóaloại họcvi, khuẩn sinh học hoặcnitrat hồn bắt họpđầu đê tách phân để oxy hóaô họptrong phầnnước nitơ thành hủy chất nhiễm thải nitrit nitrat NBOD Giữa đại lượng COD, BOD có mối quan hệ với liên hệ theo tỉ lệ phụ thuộc vào loại nước thải, nước nguồn trình xử (^Xưđc tháTv^) lý Máy nghiên rác ‘ Song chân rác ****** /Thái cát Sản phoi cát Bé lảng cát Bé lirg cát lần I #****?- Còng trinh xữ lý cận Còng trinh lâm kho cân Márg trộn Ghi chú: Đữòng rrữdc Kh' Bé tiép xúc i đầxưỊv) Nứdt thai Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 2120 Xử lý chất hữu CO' nưóc thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuan Nui _• _ Phương pháp hóa học : Là phương pháp dùng chất hóa học để chuyển đối tính chất chất ô nhiễm thành chất dễ loại bỏ tách khỏi nước Phương pháp thường có chi phí vận hành cao, hiệu loại bó chất ô nhiễm khỏi nước lớn Trong phương pháp hóa chất ( dạng khí, lỏng rắn ) bổ sung trực tiếp vào nước thải ■=> Ta có phương pháp lý - hóa học thường dùng để xử lý nước thải: o Phương pháp lắng keo tụ o Phương o Phương pháp pháp hấp phụ trung hòa o Phương pháp dùng chất oxy hóa Phương pháp sinh học : Là phương pháp ứng dụng vi sinh vật tham gia vào trình làm nước thải chứa nhiều chất hữu dễ phân hủy Là thê sống, nên vi sinh vật đòi hỏi phải cung cấp đầy đủ dường chất môi trường sống tốt ( chất độc ) Chất thải ( chất hữu cơ) tách khỏi nước phản ứng enzyme tế bào vi sinh vật Phương pháp chia làm loại sau: o Phương pháp xử lý kỵ khí: o Phương pháp xử lý hiếu khí: a Phương pháp xử lý kỵ khí: Sử dụng vi sinh vật kỵ khí , thường áp dụng nước thải có hàm lượng chất hữu hòa tan cao Hoạt động môi trường oxy Trong trình xử lý kỵ khí, hai nhóm vi khuẩn kỵ khí dị dường tham gia vào giai đoạn phân hủy để phân hủy 90% chất hữu Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 22 Xử lý chất hữu nước thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuân Nủi nước thải thành sản phâm trung gian (thường axít hữu rượu), sau thành mêtan cacbonic V/ khuân mètan Các axít hừu So với phân hủy hiếu khí, phân hủy kỵ khí có un điểm sau: + Tạo sản phâm mêtan, có thê dùng làm nhiên liệu + Tạo bùn thải (chỉ 10% so với xử lý hiếu khí) b Phương pháp xử lý hiếu khí: Sử dụng vi sinh vật hiếu khí, thường áp dụng nước thải có hàm lượng chất hữu hòa tan thấp Hoạt động môi trường cấp oxy liên tục Trong trình xử lý hiếu khí, vi khuấn hiếu khí dị dưỡng (lấy cacbon từ họp chất hữu cơ) oxy hóa khoảng /3 họp chất hữu tan dạng keo nước thành sản phẩm cuối đơn giản (C0 + H20) chuyển hóa 2/3 lượng chất hữu lại thành tế bào vi sinh vật mới, phần Châthừncơ + 02 -> C02 + H20 + tẻ bào Trong điều kiện hiếu khí, vi khuẩn tự dưỡng (lấy cacbon từ họp chất vô cơ) có thê chuyên họp chất hữu có chứa nitơ thành nitrat qua phản ứng sau: Chất hừu chửa N -> NH3 (phàn hủy) NH3 + 02 ! Vi khuân Vi khuân rũtrat Tìitrat hóa y hóa NO — Nitrat hóa Niĩrat hóa > NO3" Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 23 Xử lý chất hữu nước thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuân Nủi Nitrat tạo thành không thê chuyên hóa thành dạng khác, trừ môi trường chuyên sang điều kiện kỵ khí (chỉ có oxy liên kết hệ), lúc vi khuân dị duỡng chuyên NO3- tạo thành N2: NO3- > NO,- N2 (đề niti-at hóa) r>*>>«*> Cũng điều kiện kỵ khí, SO42 bị khử thành khí H2S có mùi thối: gQ 2- Vi khuân khu sioìfat ^ Sàng lọc Sơ bộ, , , £ , Phương pháp xử lý cặn : Là xử lý chất thải tạo thành trình xử lý học, hóa học, Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 24 r -\ Xử lý chât hữu CO' nưóc thải băng công nghệ màng GVHDĩ TS Phạm Xuan Nui • Phương pháp khử trùng : Khử trùng trước xả nguồn (trạm trộn Clor, máng trộn , bể tiếp xúc V Các phương pháp xử lý chất hữu nước thải: Trên giới, có nhiều giải pháp xử lý chất hừu nguồn nước như: keo tụ tăng cường, tuyển nổi, lọc tăng cường, lọc màng, ozon hóa, brom hóa, vv Phổ biến công nghệ hấp phụ than hoạt tính, hay, gần đây, hấp phụ tăng cường than hoạt tính kết hợp với ozon hóa trước (quá trình hấp phụ + lọc sinh học BAC) Trong điều kiện Việt Nam, hầu hết nhà máy nước với nguồn nước mặt áp dụng công nghệ xử lý truyền thống: keo tụ - lắng - lọc - khử trùng Để tránh việc đầu tư xây nhà máy nước với công nghệ đại, giải pháp cải tạo, nâng cao chất lượng xử lý nhà máy nước, sử dụng chất hấp phụ than hoạt tính sở dây chuyền công nghệ công trình xử lý nước có hướng khả thi Than hoạt tính chất hấp phụ phổ biến, áp dụng lâu đời xử lý nước để loại bỏ chất ô nhiễm hữu Cơ tự nhiên (NOMs), chất ô nhiễm vô Cơ, chất hữu tổng hợp khó phân hủy phenols, thuốc trù’ sâu, chất tẩy rửa, Than hoạt tính chế tạo từ nhiều nguồn vật liệu gỗ, gáo dừa, nhựa than đá, Những nguyên liệu hóa than từ từ nhiệt độ cao chân không, sau hoạt hóa nhiệt độ 700-1 200°c (tùy thuộc vào vật liệu) điều kiện oxy Quá trình tạo nên loại vật liệu hấp phụ xốp, với nhiều lỗ, hang nhỏ li ti, bề mặt gồ ghề, với diện tích bề mặt tiếp xúc lớn, có tác dụng hấp phụ giữ tạp chất nước Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 25 Xử lý chất hữu CO' nưóc thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuan Nui Than hoạt tính lọc nước nhờ hai chế chính: (1) lọc học, giữ lại hạt cặn lồ rồng nhỏ; (2) hấp phụ tạp chất hòa tan nước chế hấp phụ bề mặt trao đổi ion Sau thời gian sử dụng (thời gian tùy thuộc vào loại lượng chất ô nhiễm), than hoạt tính hoàn nguyên bàng nhiệt hay hóa chất (quá trình oxy hóa hay điện hóa) Than hoạt tính xử lý nước gồm hai dạng chính: than hoạt tính dạng bột (PAC) than hoạt tính dạng hạt (GAC): + Than hoạt tính dạng bột (PAC) đưa vào nước trình keo trụi - lắng Trong trình keo tụ, thường kết họp với hóa chất keo tụ (phèn), cặn PAC hình thành, tiếp xúc hấp phụ chất ô nhiễm hữu nước, sau keo tụ loại bỏ khỏi nước nhờ trình lắng cặn lọc Hạn chế phương pháp đổi với nguồn nước bị ô nhiễm hữu cao, lượng PAC cần cho vào nước lớn, tốn kém, sử dụng biện pháp thường xuyên tạo lượng cặn lắng lớn Do đó, phương pháp nên áp dụng trường hợp khẩn cấp, lượng chất ô nhiễm hữu nước nguồn tăng đột biến, trình xử lý sơ + Than hoạt tính dạng hạt (GAC) sử dụng rộng rãi loại vật liệu lọc Có thể sử dụng GAC bề lọc riêng biệt, đặt sau bể lọc cát thông thường, đổ loại bỏ chất hữu lại nước sau bề lọc cát Thời gian sử dụng cột lọc GAC phụ thuộc vào loại lượng chất ô nhiễm nước Thông thường, tuổi thọ GAC dùng để xử lý sản phẩm phụ Clo hóa (THMs HAAs) khoảng - tháng, đê xử lý thuốc trừ sâu, chất hừu tổng hợp khoảng - năm, để xử lý mùi vị (từ gốc aldehytes, phenols, ) khoảng 2-5 năm Công nghệ xử lý nước thải ngày sâu vào áp dụng công nghệ sinh học biện pháp sinh học chứng minh hiệu xử lý triệt dể, hẳn biện pháp xử lý hóa lý khác Xử lý nước thải bàng công nghệ sinh học đáp ứng mục đích đưa dòng thải vào vòng tuần hoàn tự nhiên vật chất, chất thải xử lý phân Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 26 Xử lý chất hữu nước thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuân Nủi hủy theo chu trình sinh học tự nhiên Kết trình xử lý chất thải chuyến hóa hoàn toàn thành dòng thải (đủ tiêu chuẩn) Trong trình xử lý này, người không tác động trực tiếp biện pháp lý hóa vào quy trình khép kín, lượng nước thải sau xử lý đưa vào tự nhiên mà không bị biến đôi thành phần tính chất ■=> Từ phương pháp màng vỉ sính ý tới biện pháp sinh học để xử lý nước thải, có nhiều nguyên cứu cấu trúc màng vi sinh vật Theo thời gian phát triển công cụ nghiên cúu, cấu trúc màng vi sinh vật ngày sáng tỏ sở để mô hình hóa trình sinh học xảy bên màng Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 27 M Màng vi sinh Cliắt lò 11 ổ Khí ► Xử lý chất hữu nước thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuân Nủi VI Công nghệ màng xử lý chất hữu nước thải: Màng sinh học tập họp vi sinh vật ( hiếu khí, kỵ khí hiếu khí tùy tiện) phát triên gắn với chất mang Cấu tạo màng vi sinh vật Màng vi sinh vật có cấu trúc phức tạp, cấu trúc vật lý vi sinh Cấu trúc màng vi sinh vật gồm: + Vật liệu đệm (đá, sỏi, chất dẻo, than với nhiều kích cỡ khác nhau) có bề mặt rắn làm môi truờng dính bám cho vi sinh vật +Lớp màng vi sinh vật phát triển dính bám bề mặt vật liệu đệm Lóp màng vi sinh (microbial films) chia thành hai lớp: lóp màng vât Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 28 Xử lý chất hữu nước thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuân Nủi Lớp màng vsv có thê chia thành hai lớp: lớp màng kị khí bên lớp màng hiếu khí bên Nguyên lỷ ỉ Các vi sinh vật chịu trách nhiệm phân hủy chất hữu phát triển thành màng (biotĩlm) dính bám hay gắn kết vào vật liệu trơ nhu đá, xỉ, sành, sứ, nhựa o> -mICliiiêcli tán Vùnỉ kỵ khí Vùng hiếu khí tùy tiện Vùng hiêu khí NH3 PƠ4 H2S -+- 202 —> H2SO4 Tế bào 111 sinh khối vi khuẩn + sản phẩm cuối + Màng kỵ khí: Chất hữu + nguyên tố vết —> sinh khối vi khuẩn + sản phẩm cuối Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 30 Xử lý chất hữu CO' nưóc thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuân Núi _• _ Các phương trình miêu tả chung trình tiêu thụ chất vi sinh vật, không riêng trình màng vi sinh Khi thành phần cần thiết cho vi sinh vật tiêu thụ bị thiếu, phản ứng sinh học xảy không Neu chất bị hết chiều sâu màng vi sinh vật, nhũng phản ứng sinh học có liên quan đến chất sê không xảy ra, chất gọi Cơ chất giới hạn trình, đồng thời chiều sâu hiệu màng vi sinh vật xác định từ Các nguyên tố vết nitơ, photpho kim loại vi lượng đủ nước thải theo tỉ lệ phản úng sinh học trở thành yếu tố giới hạn phản ứng Khi lớp màng bị tróc tạo điều kiện hình thành lóp màng Quá trình sinh trưởng, phát trỉên suy thoái màng vỉ sình vật Quy luật chung phát triển màng vi sinh vật trình tiêu thụ chất có nước thải làm nước thải sau: trình sinh trưởng dính bám bề mặt đệm chia thành giai đoạn + Giai đoạn thứ nhất: có dạng logarit, màng vi sinh vật mỏng chưa bao phủ hết bề mặt rắn Trong điều kiện này, tất vi sinh phát triển nhau, điều kiện, phát triên giống trình vi sinh vật lơ lửng + Giai đoạn thứ hai: độ dày màng trở nên lớn bề dày lớp màng hiệu Trong giai đoạn thứ tốc độ phát triển hàng số, bề dày lớp màng hiệu không thay đổi bất chấp thay đổi toàn lóp màng suốt trình Lượng chất tiêu thụ dùng đe trì thay đổi chất vi sinh vật gia tăng sinh khối Lượng chất đưa vào phải đủ cho trình trao đổi chất, không có thay sinh khối lớp màng bị móng dần nhằm đạt tới cân chất sinh khối + Giai doạn thứ ba: bề dày lớp màng trở nên ổn dịnh, dó tốc dộ phát triên màng cân với tốc độ suy giảm bới phân hủy nội bào, phân hủy theo dây chuyền thực phẩm, bị rửa trôi lực cắt dòng chảy Trong Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 31 Xử lý chất hữu nước thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuân Nủi trình phát triên màng vi sinh vật, vi sinh vật thay đôi chủng loại số lượng Lúc đầu hầu hết sinh khối vi khuẩn, sau protozoas, tiếp đến metazoas phát triên hình thành nên hệ sinh thái Protozoas metazoas ăn màng vi sinh vật làm giảm lượng bùn dư Tuy nhiên, điều kiện môi trường đó, hạn nhiệt độ nước hay chất lượng nước thuận lợi cho metazoas phát triển mạnh ăn nhiều màng vi sinh làm ảnh hưởng đến khả làm nước Nghiên cún Inamori cho thấy có hai loài thực dưỡng sống màng vi sinh Một loài ăn vi khuẩn lo lửng thải chất kết dính Ket làm tăng tốc độ làm nước sổ lượng vi sinli Loài ăn vi khuẩn màng vi sinh thúc đẩy phân tán sinh khối Neu hai loài có cân hợp lí hiệu khoáng hoá chất hữu làm nước thải cao Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 32 Xử lý chất hữu CO' nưóc thải công nghệ màng GVHDĩ TS Phạm Xuan Nui _ • Những đặc tính ưu nhược điêm màng: a Ưu điểm: + Dễ dàng vận hành hệ thống xử lý Việc vận hành hệ thống bùn hoạt tính đòi hỏi trì ổn thông số nồng độ vào ổn định, khả lắng bùn, tuần hoàn bùn loại bỏ bùn dư + Khỏi động nhanh Trong trình bùn hoạt tính, thời gian khởi động tối thiều tháng để đạt hiệu ổn định thông thường tháng So với màng vi sinh vật thòi gian khởi động khoảng tuần thiết bị lọc sinh học ngập nước thiết bị tiếp xúc quay cần thời gian dài hon thiết bị lọc nhỏ giọt + Khả loại bỏ chất CO' chất phân hủy chậm Những chất có chứa loại chất hữu Polyvinyl Alcohol (PCA) , Linear Alkylbenzen Sulíbnate (LAS), lignin, hợp chất hữu có gốc clo hay chất vô nitrate, cyanide Những hợp chất có khả phân hủy sinh học nhiên tốc độ phân hủy chậm tốc độ sinh trưỏng loài vi sinh sử dụng hợp chất làm chất thấp + Khả chịu biến động nhiệt độ tải lượng ô nhiễm Tốc độ khuếch tán phản ứng sinh học giảm nhiệt độ giảm mức độ phụ thuộc phản ứng sinh học quan trọng khuếch tán + Sự đa dạng thiết bị xử lý Trong thiết bị lọc ngập nước, tiếp xúc quay hay lọc nhỏ giọt hình dạng, kích thước, loại vật liệu, phương pháp bố trí vật liệu đệm làm giá thể đa dạng Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 33 Xử lý chất hữu CO' nưóc thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuân Núi _• b Nhưọc điểm + Không có điều khiến sinh khối Thông thường không dễ dàng điều khiên sinh khối màng vi sinh vật Hơn nữa, tăng bề dày màng vượt giá trị bề dày hiệu không đóng góp vào việc xử lý ô nhiễm mà làm giảm diện tích hiệu màng vi sinh vật thời gian lưu nước thiết bị xử lý +Tốc độ làm bị hạn chế bỏi trình khuếch tán Trong trình màng vi sinh vật, yếu tố điều khiển trình làm nước vận chuyền chất oxy vào màng vi sinh vật VII Kết luân phương diện khoa học, môi trường lĩnh vực liên ngành, đa ngành , phạm vi ảnh hưởng đối tượng mang tính toàn cầu rõ rệt Neu ô nhiễm môi trường tai họa “tai họa riêng ai”, mà chung tất quốc gia , toàn nhân loại.Ô nhiễm môi trường nói chung ô nhiễm nguồn nước nói riêng vấn đề đáng quan tâm Ngày nay, với phát triển công nghiệp, đô thị bùng nổ dân số làm cho nguồn nước tự nhiên bị hao kiệt ô nhiễm dần Vì thế, người phải biết sử lý nguồn nước cấp để có đủ số lượng đảm bảo chất lượng cho nhu cầu sản xuất công nghiệp sinh hoạt, cho giải hậu mình, vấn đề xử lý nước nói chung trở thành vấn đề cấp bách mang tính chất xã hội trị cộng đồng Đe có nguồn nước để sinh hoạt sản xuất, nguồn nước thải nói chung cần xử lý qua công đoạn khác đảm bảo không bị ô nhiễm nước trước đổ vào nguồn Hiện có nhiều phương pháp xử lý khác Mỗi phương pháp có ưu điếm nó, tùy theo ưu điểm nó, tùy theo nguồn nước thải mà ta sử dụng phương pháp thích họp Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 34 Xử lý chất hữu CO' nưóc thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuan Nui Tài liêu tham khảo [1] : Bài giảng môn “Xử lý nước thải”, Giảng viên : Nguyễn Thị Hường [2] : Giáo trình “Hứa học môi trường”, ThS Hoàng Thái Long,Trường đại học khoa học huế [3] Đồ án chuyên ngành “Xử /ỷ nước Thúy,GVHD: ThS Mai Thanh Phong : //?#/”, SVTH: Ngô Thị phưong [4] :Giáo Trình “Phân tích môi trường”, ThS.Nguyễn Tuấn Anh, ThS.Đỗ Thị Lan, ThS.Nguyễn Thế Hùng; Truông đại học nông lâm [5] : Bài giảng “Kỹ thuật xử lý nước thải”, ThS Lâm Vĩnh Son [6] : “Công nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học”, PGS.ThS Lưong Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 35 [...]... BO Trong nước thải đô thị và một số loại nước thải công nghiệp, các chất hữu cơ chủ yếu là cacbon hydrat (CHO) Việc xác định riêng biệt các thành phần hữu cơ riêng biệt là khó LópLóp LọcLọc HoáHoá DầuDầu A-K53 A-K53 18 19 chất hữu trong nưóc thải bằng công nghệ màng X Xử lý lý chất hữu cơCO' trong nước thải bằng công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuan Nui GVHD: TS Phạm Xuân Nủi VLCác phương pháp xử. .. biện pháp xử lý hóa lý khác Xử lý nước thải bàng công nghệ sinh học đáp ứng mục đích đưa dòng thải vào vòng tuần hoàn tự nhiên của vật chất, chất thải được xử lý và phân Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 26 Xử lý chất hữu cơ trong nước thải bằng công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuân Nủi hủy theo chu trình sinh học tự nhiên Kết quả của quá trình xử lý là các chất thải được chuyến hóa hoàn toàn thành dòng thải sạch... thời gian và sự phát triển của công cụ nghiên cúu, cấu trúc của màng vi sinh vật ngày càng được sáng tỏ và là cơ sở để mô hình hóa những quá trình sinh học xảy ra bên trong màng Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 27 M Màng vi sinh Cliắt lò 11 ổ Khí ► Xử lý chất hữu cơ trong nước thải bằng công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuân Nủi VI Công nghệ màng xử lý chất hữu cơ trong nước thải: Màng sinh học là tập họp vi sinh... với môi trường nước 2.4 Các chất có màu: Nước nguyên chất không có màu, nhưng nước trong tự nhiên thường có màu do các chất có mặt trong nước như: Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 14 Xử lý chất hữu CO' trong nưóc thải bằng công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuan Nui Màu thực của nước tạo ra do các chất hòa tan hoặc chất keo có trong nước Màu biểukiến của nước (apparent color) do các chất rắn lơ lửng trong nước gây ra... hữu CO 'cơ trong thải bằng công nghệ màng lý chất hữu trongnưóc nước thải bằng công nghệ màng GVHD: TS TS Phạm Xuan Nui Nủi GVHD: Phạm Xuân Khái quát về chất hữu cơ trong nước thải: coliíòrms), fecal coliforms, fecal strcptococci, và clostridium períringens, thường là các sinh vật chỉ thị được dùng để phát hiện sự ô nhiễm phân của nước Trongcủa số nước đó, nhóm Đặc (liêm thải tổng... 29 Xử lý chất hữu CO' trong nưóc thải bằng công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuân Núi _• _ 3 Hoạt động của lớp màng: - Quá trình tiêu thụ cơ chất làm sạch nước: Lớp màng vi sinh vật phát triển trên bề mặt vật liệu tiêu thụ cơ chất như chất hữu cơ, oxy, nguyên tố vết (các chất vi lượng) từ nước thải tiếp xúc với màng cho hoạt động của mình Quá trình tiêu thụ cơ chất. .. tố vết (các chất vi lượng) từ nước thải tiếp xúc với màng cho hoạt động của mình Quá trình tiêu thụ cơ chất được mô tả theo công thức sau: + Màng hiếu khí: Chất hữu cơ + oxy + nguyên tố vết —> sinh khối của vi khuẩn + sản phẩm cuối + Màng kỵ khí: Chất hữu cơ + nguyên tố vết —> sinh khối của vi khuẩn + sản phẩm cuối Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 30 Xử lý chất hữu CO' trong nưóc thải bằng công nghệ màng ... chất hữu cơ hòa tan cao Hoạt động trong môi trường không có oxy Trong quá trình xử lý kỵ khí, hai nhóm vi khuẩn kỵ khí dị dường tham gia vào 2 giai đoạn phân hủy để phân hủy trên 90% chất hữu cơ trong Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 22 Xử lý chất hữu cơ trong nước thải bằng công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuân Nủi nước thải thành các sản phâm trung gian (thường là các axít hữu cơ và rượu), sau đó thành mêtan... dường chất cũng như môi trường sống tốt nhất ( không có chất độc ) Chất thải ( các chất hữu cơ) được tách ra khỏi nước bằng các phản ứng enzyme trong tế bào vi sinh vật Phương pháp này về cơ bản chia làm 2 loại như sau: o Phương pháp xử lý kỵ khí: o Phương pháp xử lý hiếu khí: a Phương pháp xử lý kỵ khí: Sử dụng vi sinh vật kỵ khí , thường được áp dụng đối với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ hòa... các nhà máy nước với nguồn nước mặt áp dụng công nghệ xử lý truyền thống: keo tụ - lắng - lọc - khử trùng Để tránh việc đầu tư xây mới một nhà máy nước với công nghệ hiện đại, giải pháp cải tạo, nâng cao chất lượng xử lý của các nhà máy nước, sử dụng chất hấp phụ là than hoạt tính trên cơ sở dây chuyền công nghệ và các công trình xử lý nước hiện có là một hướng đi khả thi Than hoạt tính là chất hấp phụ ... nâng cao chất lượng sống người dân Lóp Lọc Hoá Dầu A-K53 Ngành công nghiệp Tính cho Lưu lượng nước chất hữu màng X Xử lý lý chất hữu cơCO' nướcnưóc thảithải bằngbằng côngcông ngh nghệ màng ... 17 X Xử lý chất hữu CO 'cơ thải công nghệ màng lý chất hữu trongnưóc nước thải công nghệ màng GVHD: TS TS Phạm Xuan Nui Nủi GVHD: Phạm Xuân Khái quát chất hữu nước thải: ... Lọc Hoá Dầu A-K53 27 M Màng vi sinh Cliắt lò 11 ổ Khí ► Xử lý chất hữu nước thải công nghệ màng GVHD: TS Phạm Xuân Nủi VI Công nghệ màng xử lý chất hữu nước thải: Màng sinh học tập họp