Bài giảng được biên soạn kỹ lưỡng những vấn đề cơ bản gồm có 3 chương Chương 1: Công nghệ xử lý khí. Chương này xử lý bụi và khí độc Chương 2. Công nghệ xử lý nước Chương 3. Công nghệ xử lý chất thải rắn
Trang 1Chương 1 Công nghệ xử lý khí thải
(Tổng số tiết: 15, lý thuyết: 13, thảo luận/bài tập: 2)
1.1 Một số vấn đề liên quan đến khí thải và xử lý khí thải
1.1.1 Khái niệm ô nhiễm không khí
Ô nhiễm không khí là sự có mặt của chất lạ hoặc sự biến đổi quan trọng trong thành phần không khí, làm cho nó không sạch, bụi, có mùi khó chịu, làm giảm tầm nhìn,…
1.1.2 Các nguồn tạo ra khí thải và bụi
Trong thực tế có hai nguồn tạo ra khí thải và bụi, đó là nguồn ô nhiễm tự nhiên và nguồn ô nhiễm nhân tạo gắn liền với các hoạt động của con người
- Nguồn ô nhiễm tự nhiên
Các hoạt động tự nhiên có thể làm tăng hàm lượng bụi tại một thời điểm và ở một không gian nào đó như gió lốc, bão sa mạc mang theo bụi đất cát trên mặt đất tung vào bầu không khí Núi lửa hoạt động có thể phun vào bầu khí quyển một lượng bụi và khí khổng lồ Những hiện tượng như trên không xảy ra liên tục và phát tán nhanh ra một vùng rộng lớn làm giảm hàm lượng bụi và khí
Các hiện tượng phân hủy, thối rữa động thực vật xảy ra thường xuyên cũng thải vào không khí một lượng khí độc hại
Các hiện tượng sấm chớp, mây, mưa, bức xạ trong hệ mặt trời và vũ trụ, thông qua các phản ứng phân hủy hoặc kết hợp các chất tồn tại cân bằng trong không khí tạo ra các chất có hại
Nhìn chung ô nhiễm không khí do thiên nhiên tạo ra về khối lượng là rất lớn song thường phân bố trong một không gian rộng và khá đồng đều nên ít gây nguy hại
Mặt khác các sinh vật trên mặt đất, qua hàng ngàn vạn năm đã quen và đã thích ứng được với những thay đổi nói trên
- Nguồn ô nhiễm nhân tạo
Các nguồn ô nhiễm nhân tạo nguy hiểm ở chỗ rất dễ xảy ra hiện tượng cục bộ với nồng độ cao gây tác hại đến người và các sinh vật
1.1.3 Các dạng thải vào không khí
- Các chất ở dạng khí: là những chất ở điều kiện thông thường tồn tại ở thể khí như:
Trang 2- Các chất dạng sol: là tập hợp các phân tử chất lỏng hoặc chất rắn tạo thành các hạt nhỏ li ti phân tán trong không khí
Các chất thải là khí, hơi, bụi hay sol có tác hại ít hay nhiều sẽ phụ thuộc vào bản thân
tính chất của chúng.
Bảng 1 1 Các nguồn và các vật chất gây ô nhiễm chủ yếu
Oxit các bon (CO,
CO2)
- Các nhà máy nhiệt điện
- Các ngành công nghiệp sử dụng năng lượng là đốt nhiên liệu
- Giao thông vận tải
- Các lò đốt rác và dân dụng
- Phân hủy yếm khí
Hợp chất chứa kim
loại có độc tính cao
- Các cơ sở luyện kim
- Các cơ sở sản xuất hóa chất
- Các cơ sở sản xuất thuốc trừ dịch hại
- Sử dụng các sản phẩm thuốc trừ dịch hạiCác hợp chất chứa
clo
- Các cơ sở sản xuất hóa chất
- Các cơ sở sản xuất phân lân từ apatit và photphorit
- Các cơ sở luyện kim
- Công nghiệp sơn và trang trí bằng sơn
- Các cơ sở sản xuất linh kiện cần làm sạch bằng dung môi hữu cơ
- Các cơ sở sản xuất hóa chất hữu cơ
- Luyện kim
- Các nhà máy hóa chất
- Các cơ sở sản xuất phân đạm, phân tổng hợp NPK
- Các nhà máy nhiệt điện
- Luyện kim
- Các công đoạn đốt nhiên liệu khác
Trang 3Các hợp chất có
chứa phốt pho
- Các cơ sở sản xuất thuốc trừ dịch hại
- Sử dụng thuốc trừ dịch hại
- Công nghiệp khai khoáng
- Giao thông vận tải
- Xây dựng
- Sự rò rỉ của các cơ sở năng lượng hạt nhân
- Các cơ sở sử dụng axit và kiềm trong sản xuất
- Giao thông vận tải
- Khai thác, trích chiết vàng, bạc và các kim loại
Có nhiều cách phân loại bụi, hơi và khí độc Dưới góc độ thu gom và tách lọc, ta có thể phân loại theo dải kích thước (bảng 1.2)
Bảng 1.2 Phân loại bụi và hơi khí độc theo dải kích thước
(µm)
Đặc tính
chất rắn như đá, quặng, than, kim loại Một số bụi có dạng sợi có nguồn gốc hoá học, thực vật hoặc khoáng Các bụi lớn có lắng do lực trọng trường Các bụi nhỏ
có khuynh hướng bay lơ lửng trong không khí
trình làm nóng chảy kim loại hoặc các phản ứng hoá học
lỏng hoặc rắn
suất thông thường chúng không tồn tại ở thể lỏng hoặc rắn
Trang 41.1.4 Tác hại của các chất gây ô nhiễm không khí
a) Các chất ô nhiễm gây ra tác hại cấp tính và mãn tính đối với con người
Bảng 1.3 Tác hại của một số chất ô nhiễm
Mãn tính: Gây căng thẳng hệ tim mạnh, giảm sức chịu đựng của tim, đau tim
Mãn tính: Viêm phế quản
Mãn tính: Viêm phế quản
Làm tấy rát cổ họng, mũi, mắt, ung thư phổib) Tác hại với động thực vật
c) Tác hại tới công trình xây dựng
d) Hạn chế tầm nhìn
e) Ảnh hưởng tới thẩm mĩ
f) Gây ra những vấn đề thách thức cho môi trường
- Sự suy giảm tầng ozon
- Mưa axit
- Hiệu ứng nhà kính
1.1.5 Các biện pháp kỹ thuật cơ bản làm sạch không khí
1.1.5.1 Các biện pháp mang tính vĩ mô
- Hạn chế tác động của con người vào thiên nhiên như: Hạn chế đốt rừng, hạn chế khai thác rừng, khoáng sản nhằm giảm ảnh hưởng đến sự cân bằng vốn có của khí quyển
- Chống sa mạc hóa, hoang hóa
- Trồng cây xanh, trồng rừng, trồng rừng cây đệm ven bờ biển chung sự xâm lấn của cát, hơi muối biển
Trang 51.2 Xử lý bụi
1.2.1 Khái quát về bụi và phân loại bụi
Khái niệm: Bụi là những hạt chất rắn có kích thước và tỷ trọng khác nhau phân tán
trong không khí
Bụi được hình thành từ nhiều nguồn khác nhau và luôn luôn có mặt trong không khí, chúng là các hạt có kích thước nằm trong từ kích thước nguyên tử đến kích thước nhìn thấy được bằng mắt thường, dưới tác dụng của các dòng khí, chúng chuyển sang trạng thái lơ lửng và tồn tại ở trạng thái này trong thời gian dài ngắn khác nhau Như vậy, có thể coi bụi
là một hệ thống gồm hai pha: pha khí và pha rắn rời rạc
Ngoài ra, một khác niệm khác thường được hay nhắc tời là Sol khí (aerozon) Sol khí
là hệ thống vật chất rời rạc gồm các hạt rắn và thể lỏng bám dính ở trạng thái lơ lửng trong thời gian dài không hạn định Tốc độ lắng chìm của các hạt aerozon rất bé Kích thước nhỏ nhất của hạt aerozon có thể đạt tới kích thước nguyên tử, kích thước lớn nhất nằm trong khoảng 0,1-1µm
Kích thước của hạt bụi δ được hiểu là đường kính, độ dài cạnh của hạt hoặc lỗ rây, kích thước lớn nhất của hình chiếu hạt
Bảng 1.4 Phân loại bụi
Để lắng có hiệu quả hơn, người ta còn đưa vào buồng lắng các tấm chắn lửng Các hạt bụi chuyển động theo quán tính sẽ đập vào vật chắn và rơi nhanh xuống đáy
b Cấu tạo, nguyên lý hoạt động
- Cấu tạo: Buồng lắng là một không gian hình hộp có tiết diện lớn hơn nhiều lần so với tiết diện của đường ống dẫn khí vào và ra
Một buồng lắng đơn, kép được cấu tạo như hình 1.1
Trang 6Hình 1.1 Cấu tạo buồng lắng đơn và kép
- Nguyên lý hoạt động: Cho luồng khí chứa bụi đi qua buồng lắng Vận tốc dòng khí bụi giảm xuống rất nhỏ khi đi trong buồng lắng (vận tốc khí thường được chọn là 0,3m/s) Nhờ thế mà hạt bụi có đủ thời gian để rơi xuống đáy dưới tác dụng của trọng lực và được giữ ở đó
g Ưu - nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Cấu tạo đơn giản
+ Đầu tư thấp, có thể xây dựng bằng vật liệu sẵn có ở địa phương như gạch, xi măng, thép
+ Chi phí vận hành, sửa chữa và quản lý thấp
+ Tổn thất áp suất thấp
+ Có thể làm việc ở nhiệt độ cao
- Nhược điểm:
+ Cồng kềnh
+ Chỉ tách được bụi kích thước lớn, cỡ trên 50µm
+ Hiệu suất tách bụi không cao
h Phạm vi áp dụng: tách bụi thô, thành phần cỡ hạt trên 50µm Ngoài ra buồng lắng còn
được sử dụng như là cấp lọc thô trước khi sử dụng các cấp lọc tinh khác
1.2.3 Thiết bị lọc bụi ly tâm (xyclon)
a Nguyên lý
- Lọc bụi chủ yếu dựa vào lực ly tâm, kết hợp với lực quán tính
Khi dòng khí mang bụi chuyển động theo một quỹ đạo tròn (dòng xoáy), các hạt bụi
có kích thước và khối lượng lớn hơn nhiều so với các phân tử khí sẽ chịu tác dụng của lực
ly tâm, văng ra phía xa trục hơn, do đó, gần trục xoáy lượng bụi nhỏ
Trang 7Nếu ta giới hạn dòng khí trong một vỏ hình trụ thì các hạt bụi sẽ va vào thành vỏ, mất động năng và rơi xuống đáy.
Khi đặt ở tâm dòng xoáy một ống dẫn khí ta thì ta sẽ thu được khí không có bụi hoặc lượng bụi giảm thiểu
b Cấu tạo – Cơ chế hoạt động
+ Không gian tách bụi trong thiết bị được giới hạn bởi: Thành trong của thân hình trụ xyclon và thành ngoài của ống thoát khí sạch
c Phân loại xyclon
Có nhiều loại Xyclon khác nhau :
- Xyclon kiểu nằm ngang
(4)
Trang 8- Xylon kiểu thẳng đứng
- Xyclon kiểu guồng xoắn
d Ưu – nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Giá thành đầu tư thấp
+ Cấu tạo đơn giản
+ Chi phí sửa chữa thấp
+ Làm việc liên tục
- Nhược điểm:
+ Hiệu suất tách bụi thấp đối với bụi có kích thước d<5µm
+ Dễ mài mòn nếu bụi có độ cứng cao
+ Hiệu suất giảm nếu bụi có độ kết dính cao
e Phạm vi áp dụng
- Thích hợp với bụi có kích thước > 5µm
- Thường dùng trong các lĩnh vực sản xuất như xi măng, mỏ, bột giặt, giấy
1.2.4 Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải hoặc ống tay áo
Thiết bị lọc bụi kiểu túi vải được xem là loại thiết bị lọc bụi cấp II với hiệu suất lọc đạt 10-90% với bụi có đường kính dưới đơn vị µm
Được sử dụng rất phổ biến cho các loại bụi mịn, khô khó tách khỏi không khí nhờ lực quán tính và ly tâm
a Vải lọc
Vải lọc thường dùng là: vải bông, vải len,vải sợi thủy tinh, vải sợi tổng hợp
Vải lọc phải thỏa mãn các yêu cầu:
1 Khả năng chứa bụi cao và sau khi phục hồi đảm bảo hiệu quả lọc cao
2 Giữ được khả năng cho khí xuyên qua tối ưu
3 Có độ bền cơ học cao khi nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn
4 Có khả năng phục hồi cao
Trang 9Hình 1.3 Thiết bị lọc bụi tay áo
Hình 1.4 Vải lọc
c Cơ chế hoạt động
+ Khí thải/khí chứa bụi được đưa vào thiết bị qua một ống dẫn nối với phễu chứa bụi (phía dưới thiết bị), sau đó dòng khí đi qua các túi vải theo hướng từ ngoài vào trong để đi vào ống thoát khí sạch và thoát ra ngoài môi trường (hoặc tiếp tục đi xử lý ở các bước tiếp theo)
+ Khi bụi bám nhiều trên mặt ngoài của ống tay áo/túi vải làm cho sức cản dòng khí tăng lên, ảnh hưởng đến năng suất lọc, người ta tiến hành hoàn nguyên bằng cách: rung để giũ bụi kết hợp với phụt không khí nén kiểu xung lực để không khí từ trong ra ngoài ống tay áo
d Ưu - nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Có khả năng tách bụi có kích thước nhỏ;
Trang 10+ Có thể làm việc với nhiều loại bụi khác nhau;
+ Hiệu suất tách bụi cao;
+ Thiết bị gọn nhẹ;
+ Dễ dàng vận hành và tương đối an toàn
- Nhược điểm:
+ Không thích hợp với bụi có độ ẩm cao, nhiệt độ cao;
+ Hiệu suất tách bụi phụ thuộc vào rất nhiều vật liệu lọc;
+ Khả năng tái sinh vật liệu lọc thấp;
+ Đầu tư vật liệu lọc với giá thành cao
e Phạm vi áp dụng
Sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và lọc không khí bụi xung quanh
1.2.5 Thiết bị lọc bụi kiểu ướt
Là phương pháp được xem là đơn giản nhưng hiệu quả cao
a Nguyên lý
- Dựa vào sự tiếp xúc giữa dòng khí mang bụi với chất lỏng, bụi trong dòng khí bị chất lỏng giữ lại và thải ra ngoài dưới dạng dung dịch bùn cặn
Quá trình thu giữ bụi chủ yếu do: tiếp xúc, va đập quán tính, khuếch tán…
- Chất lỏng được sử dụng phổ biến trong thiết bị lọc kiểu ướt là nước
- Một số thiết bị tách bụi kiểu ướt như:
+ Buồng phun (buồng rửa khí rỗng)
+ Thiết bị lọc có lớp đệm bằng vật liệu rỗng và được tưới ướt
+ Thiết bị có sục khí hoặc tháp sủi bọt
+ Thiết bị có lớp vật liệu hạt di động
+ Thiết bị theo nguyên lý va đập quán tính
+ Xyclon ướt
+ Thiết bị lọc Ventury
b Cấu tạo – Cơ chế hoạt động của một số loại thiết bị
b1 Buồng phun (thùng rửa khí rỗng)
- Cấu tạo:
Trang 11Hình 1.5 Buồng phun hoặc thùng rửa khí rỗng
- Cơ chế hoạt động:
+ Dòng khí chứa bụi được đưa vào thiết bị nhờ ống dẫn khí đặt ở phía dưới thân thiết
bị, nước được phun từ trên xuống dưới thông qua hệ thống vòi phun
+ Hạt bụi kết dính với giọt nước, sau đó rơi xuống đáy thiết bị
+ Dòng khí sạch trước khi thoát ra ngoài thiết bị để đi vào môi trường hoặc đi vào thiết bị xử lý tiếp theo phải qua bộ phận khử sương để tách các hạt nước bị cuốn theo dòng khí
+ Vận tốc của dòng khí trong thiết bị được duy trì trong khoảng 0.6-1.3m/s, nếu vận tốc dòng khí lớn hơn thì dòng khí có thể mang theo nhiều hạt nước mà bộ phận khử sương không có khả năng giữ lại
- Hiệu suất tách bụi của thiết bị:
Trang 12Hình 1.6 Xyclon ướt Piso – Antonny
1- Cánh tản khí; 2 – đĩa ở trung tâm; 3 – hệ thống phun nước, 4 – miệng dẫn khí; 6 – cần van, 7 – cặn, 8 - ống nước cấp vào vòi phun
+ Bụi đặt trong dòng khí bị các tia nước bắt và rơi xuống đáy thiết bị;
+ Khí sạch qua bộ phận khử sương rồi thoát ra ngoài Tuy nhiên, trong một số trường hợp, nếu thân của thiết bị đủ cao thì người ta không cần thiết kế bộ phận khử sương
b3 Thiết bị lọc bụi phun nước bằng ống Ventury (thiết bị lọc bụi Ventury)
- Cấu tạo:
+ Ống thắt eo Ventury 1 nối theo phương tiếp tuyến với hình trụ 2;
+ Tại chỗ thắt eo của ống Ventury có lắp vòi phun nước 3
Trang 13Hình 1.7 Thiết bị lọc bụi ướt Ventury nằm ngang
+ Các giọt nước mang theo bụi bị dòng khí chuyển động xoắn ốc trong thân hình trụ
ép vào thành và theo ống xả 4 ra ngoài
+ Khí sạch thoát ra ngoài theo miệng ống 5
- Quá trình quan trọng nhất trong thiết bị lọc bụi Ventury là sự va đập quán tính giữa hạt bụi
và các giọt nước Quá trình này quyết định hiệu quả lọc của thiết bị
Trang 14- Quá trình xảy ra tiếp theo trong thân hình trụ chủ yếu là quá trình tách nước – bụi ra khỏi dòng khí nhờ lực ly tâm do dòng khí chuyển động xoắn ốc gây ra.
- Hiệu suất tách bụi: cao
+ Hạt bụi có d < 1µm thì H = 99%
+ Hạt bụi có d ~ 5µm thì H = 99.5%
- Về vị trí: có thể đặt ống Ventury theo phương nằm ngang hoặc thẳng đứng
Hình 1.8 Thiết bị lọc bụi ướt Ventury thẳng đứng
c Ưu – nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Dễ chế tạo, giá thành thấp nhưng hiệu quả lọc bụi cao;
+ Có thể lọc bụi có kích thước dưới 0.1µm;
+ Có thể làm việc với khí có độ ẩm và nhiệt độ cao;
+ Ngoài lọc bụi, thiết bị lọc bụi kiểu ướt có thể lọc được cả khí độc hại bằng quá trình hấp thụ, đồng thời nó còn được sử dụng như thiết bị làm nguội và làm ẩm khí
Trang 151.2.6 Thiết bị lọc tĩnh điện
Thiết bị lọc bụi tĩnh điện là hệ thống loại bỏ các loại bụi có kích thước nhỏ khỏi dòng không khí
a Cấu tạo của buồng lọc tĩnh điện:
Hình tháp tròn hay hình hộp chữ nhật bên trong có các tấm cực song song hoặc các dây thép gai
Trong các thiết bị lọc bụi tĩnh điện, khí được xử lý nhờ tác dụng của lực điện
Trường lực được tạo ra bởi hai điện cực:
- Cực âm (50.000 V) quầng sáng để tích điện cho các hạt Đó là các dây dẫn mảnh được bố trí ở khoảng cách nhất định
- Cực lắng (cực dương), có bề mặt rộng hơn HÌnh dạng của chúng rất đa dạng: dạng phẳng, dạng lưới tấm, dạng gợn sóng, dạng trụ, dạng lòng máng
Các yêu cầu cơ bản đối với các điện cực lắng là bền cơ học, cứng và có khả năng tách bụi khi rung, lắc
Các hạt bụi được tích điện và dưới tác dụng của trường điện chúng chuyển động đến gần và lắng trên các bảng điện cực
Hình 1.9 Sự di chuyển của các hạt bụi trong buồng tĩnh điện
b Nguyên lý làm việc:
Dòng khí được đưa vào lọc bụi qua các tấm phân khí Khí được phân đều ra và đi vào khoảng không gian giữa hai bản cực Hệ thống bản cực này được cấp điện áp một chiều để tạo ra từ trường mạnh làm ion hóa mãnh liệt khí Các ion có xu hướng di chuyển về các điện cực trái dấu Dòng khí mang những hạt bụi đi vào không gian giữa hai bản cực bị các ion bám dính lên mặt các hạt bụi (các hạt bụi nhiễm điện) tích điện cho các hạt bụi, các hạt bụi tích điện sẽ di chuyển về các điện cực trái dấu
Lượng bụi bám chủ yếu vào bảng cực dương (bảng cực lắng) Trên cực âm cũng có bụi bám vào nhưng không nhiều Sau một thời gian (được cài đặt trước) hệ thống búa gõ sẽ hoạt động gõ vào các điện cực làm rơi bụi Bụi được lắng xuống các phễu hứng ở đáy lọc và được tháo ra ngoài
Trang 16c Hiệu suất tách bụi
Hiệu suất tách bụi phụ thuộc vào một số yếu tố sau:
- Đường kính hạt: đường kính hạt tăng thì hiệu suất tách bụi tăng
- Diện tích bề mặt điện cực lắng: tăng thì hiệu suất tăng
- Lưu lượng dòng khí tăng thì hiệu suất giảm
- Tốc độ di chuyển của hạt bụi trong điện trường tăng thì hiệu suất tăng
- Tính chất của hạt bụi: điện trở suất của hạt bụi, độ phân tán của hạt bụi trong dòng khí
- Tính chất của dòng khí: không cháy nổ, không có thành phần cản trở quá trình tích điện của hạt bụi…
Công thức chung tính hiệu suất tách bụi của thiết bị:
ω: Tốc độ chuyển động của hạt bụi về phía điện cực lắng (m/s)Q: lưu lượng dòng khí (m3/s)
d Phân loại
- Dựa vào hình dáng: Kiểu tấm và kiểu ống
- Dựa vào việc thực hiện ion hóa: Kiểu ion hóa một vùng (là kiểu ESP mà ion hóa và lắng bụi cùng trong một không gian) và kiểu ion hóa hai vùng (là kiểu ion hóa xong sau đó luồng khí được đưa tới vùng lắng Hai vùng riêng biệt)
- Dựa vào cách làm sạch bụi: Kiểu khô (tách bánh bụi bằng cơ học như rung, lắc) và kiểu ướt (tách bụi bằng cách xả nước vào cực lắng)
- Dựa vào chiều dòng khí đi vào thiết bị: thiết bị tĩnh điện ngang và thiết bị tĩnh điện thẳng đứng
e Ưu – nhược điểm
-Ưu điểm:
+ Hiệu suất tách bụi cao, thể đạt tới 99.5%;
+ Có thể tách được bụi có kích thước nhỏ (d≥0.1µm);
+ Có thể tách được cả bụi ướt và bụi khô;
+ Có khả năng làm việc trong dải nhiệt độ và áp suất rộng;
+ Tổn thất áp suất nhỏ;
+ Có thể làm việc trong điều kiện lưu lượng khí lớn, hàm lượng bụi nhỏ
Trang 17- Nhược điểm:
+ Không thích hợp cho xử lý khí dễ cháy nổ
+ Cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích
+ Chi phí đầu tư ban đầu cao
+ Độ nhạy tách bụi cao, khi thông số công nghệ thay đổi sẽ làm hiệu quả thu bụi giảm, kể cả những sự cố cơ học
+ Không thích hợp cho các xí nghiệp, cơ sở sản xuất nhỏ (lưu lượng khí nhỏ)
f Ứng dụng
- Cho bụi có đường kính d≥0.1µm
- Dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là trong ngành luyện kim, dầu
mỏ, gốm, sứ…
1.3 Xử lý hơi và khí độc
1.3.1 Khái quát về hơi và khí độc
Hơi là thể khí của các chất mà trong điều kiện bình thường chúng tồn tại ở thể lỏng hoặc rắn (đường kính ≤ 0.005µm)
Hơi độc là các loại hơi gây hại cho sức khỏe của con người và sinh vật ở một liều lượng nhất định Ví dụ: hơi thủy ngân, hơi dung môi, hơi axit…
Khí là dạng vật chất mà ở điều kiện bình thường chúng không tồn tại ở thể rắn hoặc lòng (đường kính phân tử 0.0005µm)
Khí độc là các loại khí có khả năng gây hại cho sức khỏe của con người và sinh vật ở một liều lượng và trong một khoảng thời gian nhất định
1.3.2 Phương pháp hấp thụ
a Nguyên lý
Cơ sở của phương pháp là dựa trên sự tương tác giữa chất cần hấp thụ (thường là khí hoặc hơi) với chất hấp thụ (thường là chất lỏng) hoặc dựa vào khả năng hòa tan khác nhau của các chất khác trong chất lỏng để tách chất
Cơ chế:
Bước 1: Các phân tử khí khuếch tán tới bề mặt chất lỏng;
Trang 18Bước 2: Các phân tử khí hòa tan vào bề mặt chất lỏng;
Bước 3: Khuếch tán các phân tử khí vào sâu trong lòng chất lỏng
(2) Hấp thụ hóa học
Hấp thụ hóa học là một quá trình luôn đi kèm với một hay nhiều phản ứng hóa học Một quá trình hấp thụ hoá học bao giờ cũng bao gồm 2 giai đoạn: giai đoạn khuếch tán và giai đoạn xảy ra các phản ứng hóa học Như vậy sự hấp thụ hóa học không những phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của chất khí vào trong chất lỏng mà còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển hóa các chất - tốc độ phản ứng của các chất
Cơ chế:
+ Bước 1,2,3: như các bước của hấp thụ vật lý;
+ Bước 4: xảy ra các phản ứng hóa học giữa các chất được hấp thụ với các phần tử chính của chất hấp thụ
c Các dung dịch hấp thụ phổ biến
thích hợp để xử lý khí nóng vì bay hơi nhiều và tạo mùi
tốt khí có tính oxit axit cao như SO2, NO2, HCl, HF…
xylen…, các hơi kiềm như alcolhol, ankan, anken, ankin…
- Dung dịch có tính axit: H2SO4, HCl, HNO3,…
d Thiết bị hấp thụ
(1) Tháp đệm
Hình 1.10 Tháp đệm
Trang 19Hình 1.11 Vật liệu đệm
- Cấu tạo: Tháp đệm hình trụ, trong đổ đầy đệm Cấu tạo của đệm: đệm vòng (d=100mm), đệm hạt (d=20-100mm), đệm xoắn, đệm lưới bằng gỗ
- Nguyên lý hoạt động: Chất lỏng chảy từ trên xuống phân bố đều bề mặt đệm Khí
từ dưới đi lên phân tán trong dòng lỏng, ở đây xảy ra quá trình hấp thụ
(2) Tháp đĩa
- Cấu tạo: tháp hình trụ, có nhiều đĩa Trên đĩa có các lỗ hoặc rãnh Tiết diện lỗ chiếm 8-15% tiết diện đĩa Đường kính lỗ từ 3-8mm
Hình 1.12.Tháp đĩa có ống chảy chuyền
- Nguyên lý hoạt động: Chất lỏng chảy từ trên xuống qua các ống chảy chuyền Khí đi từ dưới lên qua các lỗ gặp chất lỏng trên bề mặt đĩa, khi đó xảy ra quá trình hấp thụ khí vào lỏng
e Ưu – nhược điểm
Dòng lỏng vào
Dòng khí ra
Dòng lỏng raDòng khí vào
Trang 20- Ưu điểm:
+ Có hiệu suất cao, đặc biệt là dòng khí có khả năng hòa tan tốt
+ Có thể xử lý ở nhiệt độ thấp, lưu lượng lớn
+Vận hành đơn giản dễ bảo quản sửa chữa
+ Dung dịch hấp thụ phổ biến
+ Một số sản phẩm của quá trình hấp thụ có thể sử dụng lại
+ Có thể kết hợp xử lý khí và tách bụi
- Nhược điểm:
+ Chi phí hoàn nguyên dung dịch hấp thụ cao
+ Nếu không hoàn nguyên thì sinh ra nước thải
+ Thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích
+ Tốn năng lượng
f Phạm vi ứng dụng
- Dùng để xử lý các khí ô nhiễm có khả năng hòa tan và phản ứng tốt với dung dịch,
phương pháp này được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp để xử lý khí như công nghiệp hóa chất, công nghiệp luyện kim, công nghiệp giấy, công nghiệp dệt nhuộm, công nghiệp thực phẩm, sản xuất phân lân nung chảy và trong các thiết bị sản sinh nhiều nhiệt như nồi hơi, lò hơi
cao (tạo H2SO4) CO2 (làm tuyết CO2), Na2CO3, CaSO4 …
1.3.3 Phương pháp hấp phụ
a Khái niệm
Hấp phụ là quá trình tích lũy chất trên bề mặt phân cách pha (Khí/Rắn, Khí/Lỏng) Chất có bề mặt xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất hấp phụ Chất được tích lũy trên bề mặt chất hấp phụ được gọi là chất bị hấp phụ
Trang 21+ Có tính chất thuận nghịch: bằng cách hạ thấp áp suất riêng của chất khi cần hấp phụ hoặc thay đổi nhiệt độ thì khí bị hấp phụ nhanh chóng được nhả ra mà bản chất hóa học của nó không hề bị thay đổi Quá trình này do đó còn được gọi là quá trình giải hấp.
+ Quá trình hấp phụ diễn ra với tốc độ nhanh
c Cơ chế của quá trình hấp phụ
Gồm các bước như sau:
+ Vận chuyển chất bị hấp phụ qua bề mặt phân cách pha tới bề mặt của chất hấp phụ;+ Vận chuyển chất bị hấp phụ từ bề mặt ngoài vào bên trong các lỗ rỗng của chất hấp phụ;
+ Do có chứa nhiều mao quản nên bề mặt tiếp xúc của chất hấp phụ rất lớn (là một trong những tiêu chí để lựa chọn chất hấp phụ);
+ Cần có một số tính chất hóa học cần thiết phụ thuộc vào thành phần hóa học và cấu trúc của chúng
Trang 22+ Chịu được nhiệt.
- Độ hấp phụ của vật liệu hấp phụ:
Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất không đổi thì độ hấp phụ của vật liệu được tính bằng công thức:
α = Số gam của chất bị hấp phụ/Số gam của chất hấp phụ
αmax = Số gam lớn nhất của chất bị hấp phụ/Số gam của chất hấp phụ
một hoặc một số chất ô nhiễm
Khi nồng độ khí vào bằng nồng độ khí ra thì có nghĩa là khả năng làm việc của vật liệu lọc đã đạt đến mức độ bão hòa
- Các yếu tố ảnh hướng tới quá trình hấp phụ:
+ Nhiệt độ tăng: quá trình hấp phụ giảm;
+ Áp suất tăng: quá trình hấp phụ tăng;
+ Độ ẩm tăng: quá trình hấp phụ giảm;
+ Khi có mặt của các chất lạ trong dòng khí thì quá trình hấp phụ giảm do có sự cạnh tranh giữa các loại khí
- Một số chất hấp phụ phổ biến: Than hoạt tính, Silicagel,…
e Thiết bị hấp phụ
(1) Hấp phụ không hoàn nguyên
- Thường làm thiết bị hình khung, được đồ đầy chất hấp phụ với độ dày với độ dày khoảng 1-10cm, tốc độ khí đi qua 16-18m/s, tuổi thọ là 6 tháng nếu nồng độ chất bị hấp phụ lớn, 2 năm nếu nồng độ chất bị hấp phụ nhỏ
- Ứng dụng :
+ Thường áp dụng để hấp phụ khí trong phòng thí nghiệm, khí và mùi ở khách sạn, nhà hàng, kho chứa hóa chất, kho chứa chất bảo vệ thực vật…
+ Thiết bị này thường nhỏ, không làm việc với lưu lượng lớn ở quy mô công nghiệp
- Chất hấp phụ sau khi bão hòa phải bỏ đi vì mỏng và ít
- Một số ví dụ: máy hút mùi ở nhà bếp, máy lọc mùi ở phòng thí nghiệm…
(2) Hấp phụ có hoàn nguyên
- Được sử dụng phổ biến trong sản xuất công nghiệp
+ Thiết bị hấp phụ kiểu đứng làm việc gián đoạn:
Trang 23Hình 1.1.3 Thiết bị hấp phụ kiểu đứng làm việc gián đoạn
- Cấu tạo : Thiết bị gồm thân hình trụ đứng (D = 2-3m, H = 2.2m, lớp vật liệu hấp phụ = 0.5-2m) Lớp vật liệu hấp phụ đặt trên một giá đỡ bằng gang Trên và dưới lớp vật liệu hấp phụ cần phủ một lớp lưới để cố định lớp vật liệu và phân phối đều khí
- Nguyên lý làm việc: Khí đi từ dưới lên, nhờ lưới phân phối đều trước khí vào lớp vật liệu hấp phụ Khi đi qua lớp vật liệu hấp phụ, ở đây xảy ra quá trình hấp phụ Kết quả là khí thải được hấp phụ, khí sạch được đưa ra ngoài
+ Hệ thống làm việc liên tục: Gồm hai tháp như nhau, để đảm bảo quá trình làm việc liên tục thì khi tháp 1 xảy ra quá trình hấp phụ thì tháp 2 xảy ra quá trình giải hấp phụ
Trang 24+ Tuổi thọ chất hấp phụ ngắn khi phải xử lý khí có nồng độ chất ô nhiễm lớn;
+ Thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích
- Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, khí ô nhiễm sẽ bị phân hủy thành chất không hoặc
ít ô nhiễm, sau đó khí thải tiếp tục được xử lý bằng phương pháp khác
- Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, xảy ra quá trình oxy hóa hoặc khử:
+ Quá trình oxy hóa:
+ Sau phản ứng, nếu có nhiệt tỏa ra thì cần phải rút nhiệt khỏi hỗn hợp khí trước khi
xả vào môi trường;
+ Luôn tồn tại giới hạn cháy nổ trên (UEL – Upper Explosive Limit): là nồng độ tối
đa của chất khi ô nhiễm trong hỗn hợp khí cháy để đảm bảo an toàn trong quá trình cháy
hỗn hợp khí cháy phải ≤15.5% thể tích khối khí
+ Đồng thời cũng luôn tồn tại giợi hạn cháy nổ dưới (LEL – Lower Explosive Limit):
là nồng độ tối thiểu của chất cháy trong hỗn hợp khí để đảm bảo quá trình cháy diễn ra bình thường
Trang 25Ví dụ : LEL của CH4 =4.2, nghĩa là nồng độ của khí CH4 trong hỗn hợp khí cháy phải ≥4.2% thể tích khối khí.
+ Khí ô nhiễm xử lý bằng phương pháp này phải có khả năng tham gia phản ứng oxy hóa – khử và có khả năng phân hủy bởi nhiệt (đa số khí ô nhiễm có nguồn gốc hữu cơ – có nguyên tố cacbon)
2 Phương pháp nhiệt không có xúc tác
a Nguyên tắc
- Khi hỗn hợp khí ở nhiệt độ cao thì có thể tham gia phản ứng phân hủy chất ô nhiễm thành chất không hoặc ít ô nhiễm mà không cần sự có mặt của chất xúc tác
b Đặc điểm
phụ bổ sung để đảm bảo quá trình cháy luôn ở nhiệt độ cao cần thiết
- Quá trình này có thể tiến hành trong các lò đốt, nếu cần phải xử lý tiếp sản phẩm cháy hay cần phải rút nhiệt trong hỗn hợp khí sau xử lý
- Quá trình này có thể tiến hành trên giàn lửa nếu không cần xử lý tiếp sản phẩm khí hoặc không phải rút nhiệt
c Một số phương phương pháp điển hình
c1 Phương pháp nhiệt phân hủy khí ô nhiễm trong các lò đốt
- Nguyên tắc: Khí được đưa vào trong lò đốt và được cung cấp nhiệt để tăng dần đến nhiệt độ cháy và tiếp xúc với oxy trong lò
- Lò đốt thường được chia thành 2 phần (buồng đốt và buồng cháy), có bảo ôn để giữ nhiệt
- Nhiệt độ của quá trình cháy phải đủ lớn để có thể cháy hoàn toàn hỗn hợp khí mà không để lại mùi Khí sau khi cháy được thu gom và đem đi xử lý tiếp tục
Hình 1.15 Buồng đốt khí thải
- Ưu điểm:
Trang 26+ Có thể phân hủy hoàn toàn khí ô nhiễm thành CO2, H2O, các sản phẩm khác tiếp tục được xử lý ở giai đoạn sau.
+ Xử lý khí có nồng độ chất ô nhiễm cao (nhưng vẫn phải đảm bảo UEL)
+ Tận dụng được nhiệt tỏa ra do quá trình cháy
- Nhược điểm:
+ Tốn năng lượng để tăng hỗn hợp khí lên nhiệt độ phản ứng;
+ Vật liệu chế tạo lò đốt phải chịu được nhiệt độ cao và chống ăn mòn;
+ Không thích hợp trong xử lý khí ô nhiễm có nồng độ thấp
- Ứng dụng: Xử lý các khí ô nhiễm sinh ra từ các nhà máy có khí thải chứa nhiều chất hữu
cơ với nồng độ cao như thực phẩm, hóa dầu…
c2 Phương pháp nhiệt phân hủy khí ô nhiễm trên giàn lửa
- Nguyên tắc: Khí ô nhiễm được bố trí trên giàn lửa
- Giàn lửa là tập hợp của rất nhiều đầu phun chứa khí ô nhiễm và được đốt trực tiếp ngoài trời trong một không gian rộng
Hình 1.16 Giàn đốt khí ô nhiễm
- Yêu cầu:
+ Tại mỗi vòi phun mà tạo nên ngọn lửa phải có bộ phận an toàn để kiểm tra nồng độ khí ô nhiễm không được vượt quá UEL hay dưới LEL;
+ Phải có bộ phận cấp nhiên liệu ban đầu và bộ phận gây cháy ban đầu
+ Ngọn lửa phải ổn định để đảm bảo quá trình cháy ngay cả khi có mưa bão
+ Đảm bảo luồng khí cháy không được quay hướng và dòng khí ô nhiễm ban đầu.+ Hệ thống giàn lửa phải ở vị trí cao để đảm bảo phát tán nhanh sản phẩm cháy trong một không gian lớn mà không cần phải xử lý tiếp theo
- Ưu điểm:
Trang 27+ Rất đơn giản, bởi chỉ cần bộ vòi phun hỗn hợp khí và có thể đốt khí ô nhiễm ở nồng độ thấp;
+ Có khả năng xử lý lượng lớn khí thải;
+ Không cần thiết bị xử lý sản phẩm cháy, không cần thiết bị thu nhiệt
- Nhược điểm:
+ Không xử lý được sản phẩm khí sinh ra mà thải trực tiếp vào môi trường gây ô nhiễm môi trường không khí;
+ Vẫn phải bổ sung nhiên liệu ban đầu để đảm bảo quá trình cháy;
+ Không thích hợp khi lượng khí cần xử lý quá lớn;
+ Chỉ có thể áp dụng đối với khí ô nhiễm có khả năng oxy hóa bằng oxy không khí
- Ứng dụng:
+ Để xử lý khí đồng hành trong khai thác dầu mỏ ngoài biển;
+ Để xử lý khí thái của nhà máy rang, xay cà phê; nhà máy chế biến rác…
3 Phương pháp nhiệt có xúc tác
a Nguyên lý chung
- Nguyên tắc: Có sử dụng xúc tác trong quá trình phân hủy nhiệt đối với khí ô nhiễm
- Mục đích: để giảm nhiệt độ hoạt tính của quá trình phân hủy, đồng thời tiết kiệm nhiên liệu cần bổ sung
- Đặc điểm :
+ Xúc tác thường dùng là: Kim loại (Cu, Zn, Pb, Sn, Ni…), oxit kim loại (hóa tính) với các chất mang là á kim (SiO2, Al2O3, gốm, sứ,…)
+ Xúc tác thường được cấu tạo thành dạng hạt hoặc tấm lưới
b Yêu cầu
- Hỗn hợp khí thải phải được tách bụi trước khi đi vào xử lý;
- Xúc tác phải bền, có tính lựa chọn cao, thời gian làm việc lâu, ít bị ngộ độc bởi những khí khác có trong dòng khí thải;
- Hỗn hợp khí thải không chứa chất gây ngộ độc xúc tác;
- Cần nhiệt để tăng nhiệt độ hỗn hợp khí tới nhiệt độ xúc tác
c Hệ thống thiết bị xúc tác
Trang 28- Xử lý NO trong khói thải nhà máy nhiệt điện, luyện kim, hóa chất.
- Dùng để khử mùi trong công nghiệp thực phẩm, công nghiệp hóa chất, xử lý các aldehit và các hợp chất hữu cơ sinh ra trong quá trình sản xuất
- Xử lý khí thải sinh ra trong hoạt động giao thông
- Xử lý H2S, SO2 và các khí thải của quá trình tinh chế dầu mỏ
Trang 29Chương 2 Công nghệ xử lý nước
(Tổng số tiết: 19, lý thuyết: 17, thảo luận/bài tập: 2)
2.1 Một số vấn đề cơ bản liên quan đến nước thải và xử lý nước thải
2.1.1 Nước thải và nguồn phát sinh
Khái niệm: Nước thải là nước được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và
đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng (nước sạch)
Các nguồn phát sinh nước thải:
- Do sinh hoạt: nước thải sinh hoạt nói chung bao gồm nước thải ra từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan, khu vui chơi giải trí Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là chứa nhiều tạp chất khác nhau, trong đó, chất hữu cơ chiếm 58%, chất vô
cơ chiếm 42% và một lượng lớn các vi sinh vật thông thường (bao gồm cả vi sinh vật gây bệnh) Hiện tại, nước thải từ sinh hoạt chiếm một tỷ phần lớn và góp phần không nhỏ vào việc làm ô nhiễm môi trường sinh thái;
- Do hoạt động sản xuất công nghiệp: nước thải công nghiệp là nước thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, giao thông vận tải Nước thải công nghiệp không có đặc điểm chung mà phụ thuộc vào đặc điểm của từng nghành sản xuất, ví dụ: nước thải từ các cơ sở chế biến nông sản, thực phẩm và thuỷ sản (đường, sữa, bột, tôm, cá ) có chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân huỷ, nước thải nhà máy thuộc da chứa nhiều kim loại nặng, sulphua ;
- Do nông nghiệp: nước thải từ các hoạt động nông nghiệp có những đặc thù riêng và cũng có những tác động không nhỏ đến các thuỷ vực nước mặt Cần quan tâm đến các dạng sau:
Nước tiêu: là phần nước tưới cho cây trồng còn lại không bị bay hơi, thấm xuống đất
hoặc được cây trồng sử dụng, do đó sẽ theo các rãnh, kênh dẫn đổ vào các thuỷ vực nước mặt (hồ, sông, suối ) Nước tiêu cùng với nước chảy tràn trên mặt đất (chủ yếu do mưa) cuốn theo phân bón, thuốc trừ sâu, rơm rạ, bao bì nên gây ô nhiễm các thuỷ vực nước mặt Những ion chủ yếu có trong hai loại nước này do đó bao gồm: Ca2+, Mg2+, Na2+, HCO3-, SO4-
2, Cl- và NO3-
Chất thải động vật: phân và nước tiểu động vật nuôi (lợn, bò ) thường theo nước
rửa chuồng trại đi vào ao, hồ, sông, suối gây ô nhiễm đáng kể do có chứa hàm lượng lớn chất hữu cơ dễ phân huỷ và mang nhiều loại vi sinh vật gây bệnh
2.1.2 Ảnh hưởng của nước thải gây ra đối với nguồn nước tiếp nhận
Nước thải từ các nguồn khác nhau (sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp) đổ vào nguồn nước tiếp nhận gây ra các ảnh hưởng sau:
- Thay đổi tính chất, thành phần nước ban đầu (của nguồn tiếp nhận) như: nước sẽ bị đục, có màu, có mùi do nước thải đưa vào hoặc do phát triển của rong, rêu, tảo, sinh vật phù du tạo nên Nước thải từ các nhà máy hoá chất làm cho nước mang tính kiềm hoặc axit,
Trang 30nước thải từ nhà máy luyện kim, thuộc da làm gia tăng hàm lượng kim loại nặng trong nước;
- Làm giảm hàm lượng oxy hoà tan (DO - Dissolved Oxygen)
Nguyên nhân làm giảm hàm lượng oxy hòa tan đó là:
chất nước thay đổi (độ đục tăng, hình thành lớp màng chất rắn nổi trên bề mặt, màng dầu mỡ );
cơ có trong nước
Hàm lượng oxy hoà tan trong nước giảm gây ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động sống của hệ thuỷ sinh vật
- Xuất hiện hoặc làm tăng các loại vi khuẩn gây bệnh trong nguồn nước tiếp nhận, gia tăng nguy cơ gây bệnh cho con người
2.1.3 Các điều kiện và các phương án công nghệ xử lý nước thải
Việc lựa chọn các phương pháp xử lý nước thải phụ thuộc vào các điều kiện sau:
1 Loại nước thải
Nước thải được phân loại dựa vào các chỉ tiêu sau:
- Tỉ lệ BOD/COD
+ Nếu BOD/COD > 0,5 : Nước thải dễ phân huỷ sinh học
+ Nếu BOD/COD < 0,5 : Nước thải khó phân huỷ sinh học
- Tỉ lệ BOD : N : P = 100 : 5 : 1
Đây là tỉ lệ chất dinh dưỡng thích hợp đảm bảo cho vi sinh vật hoạt động tốt (đặc biệt cần thiết khi xử lý nước thải bằng cách sử dụng vi sinh vật) Trong trường hợp tỉ lệ này không được đảm bảo thì cần được bổ sung các nguồn N, P vào nước thải bằng nhiều cách khác nhau: bổ sung phân lân, urê, hoặc nước thải từ khu vực lân cận (nước thải lò mổ, nước thải nhà máy bia ) Nếu muốn sử dụng nước thải sinh hoạt làm nguồn bổ sung thì cần chú ý các điểm sau: nước thải giặt có độ kiềm cao nên không tốt cho vi sinh vật, nước thải sau bể phốt có tính axit nên gây chết vi sinh vật, do đó, tốt nhất là đi theo đường cống và lấy bùn ở miệng cống sau đó đổ trực tiếp vào bể xử lý hoặc được kích hoạt trong phòng thí nghiệm sau đó mới đổ vào bể xử lý;
2 Lượng nước thải: Lượng nước thải được coi là chìa khoá trong công nghệ xử lý nước thải Phải dự đoán được khả năng gia tăng lượng nước thải trong tương lai để lựa chọn quy mô công trình xử lý;
3 Mục đích sử dụng: Quy trình công nghệ và mức độ xử lý phải căn cứ vào mục đích
sử dụng của nước đầu ra;
4 Mặt bằng khu vực xử lý: Việc lựa chọn công nghệ xử lý phải căn cứ vào diện tích
sử dụng sẵn có;
Trang 315 Khí hậu;
6 Kinh phí;
7 Nhân lực (năng lực vận hành, kiểm soát, quảnlý );
8 Vật liệu và khả năng cung cấp vật liệu;
9 Trang thiết bị điện - nhiên liệu: Trong trường hợp không có điện mà hệ thống cần
sử dụng điện thì phương án đưa ra là: lựa chọn phương án thứ hai cho phù hợp với điều kiện thực tế;
2.1.4 Trình tự xử lý nước thải
Nước thải sau khi ra khỏi nguồn phát sinh được xử lý theo trình tự sau:
Xử lý tại cơ sở (tại chỗ): Nước thải các loại được xử lý sơ bộ tại nguồn nhằm loại bỏ các nhân tố độc hại trước khi vào hệ thống xử lý chung, đặc biệt là nước thải bệnh viện
Xử lý tập trung:Tại khu xử lý tập trung, tiến hành qua ba bước:
Xử lý bậc 1 (chủ yếu là xử lý cơ học): Các công trình xử lý cơ học thường là: song chắn rác, bể lắng, bể điều hoà Mục đích chính của bước xử lý này là: tách các chất không tan trong nước có kích thước lớn Bước xử lý này cũng nhằm loại bỏ các chất độc hại ảnh hưởng đến hoạt động của các công trình xử lý sinh học tiếp theo (các chất độc hại như: kim loại nặng, dầu mỡ, nước thải có độ axit hay kiềm cao ) Các biện pháp xử lý trong bước này chủ yếu là các biện pháp lý - hoá:
Kết tủa hoặc sục khíĐiều hoà nồng độ, lưu lượng
Xử lý bậc 2: Thông thường các công trình xử lý bậc hai là các công trình xử lý sinh học Mục đích là oxy hóa chất hữu cơ ở dạng tan, keo, không tan (không lắng được) tạo sinh khối vi sinh vật và năng lượng Đi kèm bước này thường là bước xử lý bùn cặn
Xử lý bậc 3: Là bước xử lý triệt để, được thực hiện khi nước đầu ra đổ vào nguồn sử dụng cho mục đích sinh hoạt, đó là các quá trình khử N, P, khử trùng
Xử lý tại nguồn nước: Đây là quá trình xử lý dựa vào khả năng tự làm sạch của nguồn nước
Trang 322.2 Các phương pháp xử lý nước thải
2.2.1 Các phương pháp xử lý cơ học
a Song chắn rác
Song chắn rác là phương pháp được sử dụng ở hầu hết các công trình xử lý nước thải, nhằm giữ lại các vật thô có kích thước lớn như: cành cây, giẻ, giấy, rác, vỏ hộp, đất,
đá, gỗ… trước khi chúng đi vào các công trình xử lý nước tiếp theo
Vị trí đặt song chắn rác: song chắn rác thường được đặt trước các công trình xử lý
nước trong phạm vi khu xử lý nước hoặc có thể được đặt ở miếng cống thoát nước của các
cơ sở sản xuất hoặc cống thoát nước chung
Đặc điểm: vật liệu chế tạo song chắn rác phải tính đến giá trị pH của nước thải nhưng
mm), thanh nọ cách thanh kia một khoảng từ 60 – 100mm hoặc 10 – 25mm tuỳ vào kích
Sau song chắn rác có thể đặt thêm lưới chắn rác để loại bỏ các tạp chất có kích thước nhỏ hơn, mịn hơn hoặc có thể ở dạng sợi Lưới lọc được đặt trên các khung đỡ, có hai loại khung: khung hình trụ và khung đĩa tròn Trong đó, khung hình trụ giống như một cái trống quay xung quanh trục nằm ngang, ngoài khung được bọc lưới, kích thước mắt lưới thường
là 0,5 – 1mm Ở khung hình đĩa, chiều đi qua của nước thải song song với trục quay của đĩa Những chất lưu giữ trên bề mặt lưới được xói rửa bằng tia nước mạnh và chảy vào ống xả cặn Lưới lọc thường được áp dụng cho các quy trình công nghệ xử lý nước thải công nghiệp dệt, giấy, da…, vật được giữ lại là sợi gỗ, len, lông… Công suất của lưới lọc phụ thuộc vào đường kính, chiều rộng của khung hình trụ và đặc tính các tạp chất bị giữ lại
Phân loại song chắn rác:
- Dựa vào kích thước lỗ rỗng: Loại thô (20 – 60 mm), Loại trung bình (10 – 20 mm), Loại nhỏ (1 – 10 mm)
- Dựa vào cấu hình: Loại cố định (máng hoặc thanh), Song mắt lưới (kích thước lỗ rỗng: 1 – 25 mm (nếu nhỏ, phía trước có song loại thô))
- Dựa vào loại chuyển động: Trống, Đĩa, Dây curoa nhỏ, Dây curoa trung bình, Lưới siêu lọc
b Bể điều hoà
Mục đích: điều hoà lưu lượng, nồng độ dòng nước cần xử lý trước khi đi vào các công trình xử lý tiếp theo, duy trì tình trạng hoạt động ổn định của toàn bộ dây chuyền xử lý
Lưu lượng, nồng độ các chất của dòng thải luôn thay đổi theo thời gian, trong khi các công trình xử lý chỉ được thiết kế theo những thông số nhất định, do đó, khi các thông số đầu vào cao hơn tính toán gây ra tình trạng quá tải, hiệu suất xử lý không đạt yêu cầu, khi các thông số vào nhỏ hơn so với tính toán dẫn đến tình trạng thừa nguyên liệu xử lý, gây lãng phí, có thể tạo ra nguy cơ ô nhiễm thứ cấp (hàm lượng hoá chất trong nước đầu ra cao
Trang 33hơn so với tiêu chuẩn quy định) Ngoài ra, để đảm bảo hiệu quả xử lý đạt yêu cầu trong suốt thời gian vận hành thì các công trình xử lý cần phải được thiết kế, xây dựng với cá thông số lưu lượng, nồng độ đầu vào là lớn nhất có thể có, do đó, gây tốn kém xây dựng và vận hành.
Phân loại bể điều hoà:
- Theo chức năng: bể điều hoà lưu lượng, bể điều hoà nồng độ, bể điều hoà kết hợp lưu lượng và nồng độ
- Theo chế độ hoạt động: bể điều hoà hoạt động gián đoạn theo chu kỳ (là những bể gồm ít nhất hai bể, trong khi một bể tích luỹ nước thì bể kia xả nước đi), bể điều hòa hoạt động liên tục
- Theo nguyên tắc chuyển động của nước, các bể điều hoà hoạt động liên tục lại được phân ra thành: bể điều hòa hoạt động theo nguyên tắc đẩy (chế độ chảy tầng) và bể điều hoà làm việc theo nguyên tắc xáo trộn (chế độ chảy rối)
- Theo chế độ xáo trộn, các bể điều hoà hoạt động theo chế độ xáo trộn lại được phân
ra thành: xáo trộn cưỡng bức (bằng máy hướng trục, máy cánh quạt, bằng khí nén hoặc bằng bơm ly tâm) và xáo trộn tự nhiên nhờ gió thổi hoặc nhờ khuếch tán do sự khác nhau về nhiệt độ, tỷ trọng, nồng độ của các loại nước chảy tới
Vị trí đặt bể điều hoà:
Bể điều hoà lưu lượng thường được đặt tại ngay nguồn tạo ra nước thải (bể chứa tại nguồn) Bể điều hoà nồng độ được đặt ngay trong phạm vi khu vực xử lý, đặt sau song chắn rác và sau bể lắng thô nếu nước thải chứa lượng lớn các chất vô cơ không tan với kích thước lớn, và được đặt trước bể lắng thô nếu nước thải chứa chủ yếu là các chất hữu cơ không tan
Cấu tạo một số bể điều hoà:
Bể điều hoà hoạt động gián đoạn: là bể hoạt động theo chu kỳ Ưu điểm của bể là đảm bảo điều hoà đạt yêu cầu, nhược điểm là phải xây dựng ít nhất là hai bể nên giá thành xây dựng và quản lý cao
Bể điều hoà có tường ngăn: trong bể hình chữ nhật, các tường ngăn có thể bố trí theo chiều dọc hay chiều ngang bể
Hình 2.1 Bể điều hòa với tường ngăn
Bể điều hoà dẫn nước vào kiểu tiếp tuyến: Nước đã điều hoà được đi qua các lỗ thu nước của ống đứng trung tâm và xả đi nhờ ống đặt ở dưới đáy bể
Trang 34Hình 2.2 Bể dẫn nước vào kiểu tiếp tuyến
Bể điều hoà có cánh khuấy cơ khí: là loại phổ biến, trong các bể lớn thường bố trí với nhiều cánh khuấy để đảm bảo sự đồng đều trong toàn bộ khối nước
Bể điều hoà có sục khí: Không khí nén được dẫn vào hệ thống ống có đục lỗ, đặt ở đáy bể điều hoà Không khí nén qua lỗ tạo thành các bong bóng làm khuấy đảo lớp nước phía trên (lỗ thường được đục ở mặt dưới của ống để tránh tắc)
Hình 2.3 Bể điều hòa có thổi khí nén
c Lắng
Lắng là quá trình làm sạch cơ bản trong công nghệ xử lý nước nhằm loại bỏ phần lớn
này là không có khả năng giữ nguyên tại chỗ ở trạng thái lơ lửng, do đó có thể loại bỏ chúng thông qua lắng
Nguyên lý của quá trình lắng là dựa trên nguyên lý trọng lực
Quá trình lắng chỉ nhờ các quá trình tự nhiên như trọng lực và quá trình liên kết tự nhiên giữa các hạt cặn được gọi là quá trình lắng tự do Quá trình lắng tự do được chia làm hai loại:
- Lắng tự do của các hạt riêng lẻ (các hạt không có khả năng liên kết hoặc khả năng liên kết tự nhiên của các hạt không đáng kể chẳng hạn như đối với các hạt cát), trong quá trình lắng các hạt cặn luôn duy trì tính đồng nhất, kích thước và khối lượng riêng không thay đổi, do đó, vận tốc lắng có thể coi như không thay đổi (trong trường hợp coi môi trường nước là tĩnh);
Trang 35- Lắng tự do của các hạt có khả năng liên kết với nhau (quá trình tạo bông keo), trong quá trình lắng, các hạt va chạm nhau và kết dính tạo thành các hạt lớn hơn có kích thước và trọng lượng thay đổi do đó vận tốc lắng thay đổi (đây chính là quá trình lắng xảy ra trong các bể keo tụ).
ra ngoài cùng với bùn lắng Trong bể chảy ngược, sự thải bỏ bùn chủ yếu là từ phía trên của lớp bùn
Trang 36Hình 2.4 Các loại bể lắng thông thường: (a) bể lắng ngang hình chữ nhật; (b)
Bể lắng tròn dòng chảy đồng tâm; (c) bể lắng dòng chảy ngược có đáy dạng phễu
Hiện tại có nhiều loại bể lắng khác nhau được sử dụng: theo hình dạng thì có bể hình chữ nhật, hình vuông hoặc hình tròn; theo phương thức đưa nước vào thì có loại liên tục hoặc gián đoạn; theo hướng dòng chảy vào thì có loại nằm ngang hoặc thẳng đứng
Một số loại phổ biến gồm có:
Bể lắng đứng:
Trang 37- Vật liệu lọc thường được sử dụng trong phương pháp lọc gồm có: cát, sỏi, than, xỉ, hạt xốp
- Theo cấu trúc sử dụng vật liệu lọc, có hai phương pháp lọc cơ bản đó là: lọc bề mặt
và lọc sâu
Lọc bề mặt: là phương pháp trong đó vật liệu lọc được thiết kế tạo thành lớp bề mặt
có các mao quản nhỏ, phần chất rắn có kích thước lớn hơn kích thước mao quản sẽ được giữ lại ở phía trên bề mặt vật liệu lọc, chỉ có nước và những phần tử chất rắn có kích thước nhỏ hơn lỗ mao quản mới có khả năng đi qua
Trang 38được gọi là Quá trình hoàn nguyên vật liệu.
- Trong công nghệ xử lý nước, người ta thường sử dụng công nghệ lọc sâu Trong công nghệ lọc sâu, tùy thuộc vào tốc độ lọc và thời gian giữa hai lần hoàn nguyên vật liệu
Trang 39lọc, người ta chia lọc sâu thành hai loại hình công nghệ: lọc nhanh và lọc chậm Sự khác biệt giữa hai hai quá trình lọc này được đưa ra trên bảng 2.4.
Bảng 2.4 Sự khác biệt giữa hai quá trình lọc nhanh và lọc chậm
- Giảm DOC;
- Oxy hoá amoniac;
- Tách được các chất gây đục kích thước nhỏ
- Có khả năng hấp phụ khi dùng than hoạt tính;
- Tách được axit (khi
- Các cơ chế của quá trình lọc: quá trình lọc là sự kết hợp của các cơ chế khác nhau
nhằm tách pha rắn ra khỏi pha lỏng Các cơ chế chủ yếu là: cơ chế sàng, cơ chế lắng, cơ chế hấp phụ, cơ chế hoạt hoá và cơ chế sinh học
(1) Cơ chế sàng: Là cơ chế tách các hạt chất rắn lơ lửng có kích thước lớn hơn kích
thước lỗ mao quản và giữ lại trên bề mặt vật liệu lọc
Trang 40Hình 2.9 Các hạt nhỏ đi qua lỗ mao quản
Quá trình chuyển động tự do của các hạt rắn lơ lửng trong các lỗ mao quản nhờ gradien vận tốc làm tăng khả năng tiếp xúc và liên kết với nhau của các hạt có kích thước nhỏ tạo ra các bông keo lớn hơn Các bông keo này được giữ lại sâu trong các lỗ mao quản, làm cho tiết diện tự do của các lỗ mao quản nhỏ dần đi và hiệu suất cơ chế sàng sẽ tăng lên theo thời gian, nhưng đồng thời cũng làm giảm vận tốc quá trình chuyển động xuống của dòng nước, sau một thời gian nhất định gây tắc dòng, hoặc cũng có thể xảy ra hiện tượng
“lột da” trên bề mặt lớp vật liệu lọc do gradien vận tốc dòng nước phá vỡ lớp cặn bám trên
bề mặt vật liệu lọc (nhờ các cơ chế khác) và kéo theo xuống phía dưới
Nhược điểm: chỉ tách được một phần không đáng kể các chất lơ lửng ở trong nước (đối với nước chứa nhiều phần tử chất rắn lơ lửng kích thước lớn thì cơ chế này rất quan trọng) Trong các bể lọc nhanh, để tránh hiện tượng trở lực lọc tăng theo thời gian nên chọn vật liệu lọc có kích thước lớn và thô
(2) Cơ chế lắng: Một phần các phần tử rắn lơ lửng có kích thước nhỏ hơn kích thước
lỗ mao quản được tách ra khỏi nước nhờ cơ chế lắng Các chất lơ lửng lắng trên bề mặt hạt vật liệu lọc theo nguyên lý giống như quá trình lắng trong bể lắng, điểm khác biệt duy nhất
đó là: trong bể lắng, các hạt rắn lắng xuống đáy bể, còn ở đây chúng lắng trên bề mặt hạt vật
d× − (m2/m3) Trong đó, d: là đường kính hạt vật liệu lọc; p: là độ rỗng (không gian tự do của mao quản) Tuy nhiên, việc sử dụng công thức này chỉ mang tính tương đối do không thể biết được chính xác đường kính của tất cả các hạt vật liệu lọc (trừ khi vật liệu lọc là các hạt xốp cùng kích cỡ) và độ lớn mao quản
(3) Cơ chế hấp phụ: Lực hấp phụ sinh ra giữa bề mặt vật liệu lọc và các phần tử rắn
lơ lửng khi khoảng cách giữa chúng là rất nhỏ Các lực khác như: lực trọng trường, lực quán tính, lực khuếch tán, lực thuỷ động và lực xoáy có tác dụng đưa các phần tử rắn lơ lửng đến
bề mặt vật liệu lọc