Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí và hóa lý

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí và hóa lý

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC  BÀI BÁO CÁO MÔN: KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỴ KHÍ VÀ HÓA LÝ GVHD: LÊ TẤN THANH LÂM Nhóm Tp Hồ Chí Minh – Tháng 11/2015 Nhóm Page MỤC LỤC CHƯƠNG I: XỬ LÍ NƯỚC THẢI BẰNG SINH HỌC KỴ KHÍ Nhóm Page I.MỞ ĐẦU Vi sinh vật giới sinh vật vô nhỏ bé mà ta quan sát mắt thường Nó phân bố khắp nơi, đất, nước, không khí Vi sinh vật đóng vai trò vô quan trọng tự nhiên sống người Nó biến đá mẹ thành đất trồng, làm giàu chất hữu đất, tham gia vào tất vòng tuần hoàn bật chất tự nhiên Nó khâu quan trọng chuỗi thức ăn hệ sinh thái Nó đóng vai trò định trình tự làm môi trường tự nhiên Từ xa xưa, người biết sử dụng VSV đời sống ngày Các trình làm rượu, làm dấm, muối chua ứng dụng đặc tính sinh học nhóm VSV Khi khoa học phát triển, biết rõ vai trò VSV việc ứng dụng sản xuất đời sống ngày rộng rãi có hiệu lớn Trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, người sử dụng VSV làm môi trường, xử lý chất độc hại, sử dụng VSV việc chế tạo phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật không gây độc đến môi trường bảo vệ cân sinh thái Các hợp chất hữu tồn dạng hòa tan, keo, không tan, bay hơi, không bay hơi, dễ phân hủy, khó phân hủy, Phần lớn chất hữu nước đóng vai trò chất vi sinh vật Nó tham gia vào trình dinh dưỡng tạo lượng cho vi sinh vật Vì thế, công nghệ xử lý nước thải sinh học thường áp dụng dựa sở hoạt động vi sinh vật để phân hủy chất hữu gây nhiễm bẩn nước thải, vi sinh vật sử dụng chất hữu số chất khoáng làm chất dinh dưỡng tạo lượng Chúng nhận chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng, sinh sản nên sinh khối chúng tăng lên Quá trình phân hủy chất hữu nhờ vi sinh vật gọi trình oxy hóa sinh hóa, môi trường có vi khuẩn giúp cho trình chuyển hóa, phân hủy chất hữu nên xử lý nước thải cần xem xét nước thải có vi sinh vật hay không để lợi dụng có mặt có tạo điều kiện tốt cho vi sinh vật phát triển Phương pháp xử lý sinh học chia làm loại: Phương pháp kỵ khí: sử dụng vi sinh vật kỵ khí , hoạt động môi trường Oxy Phương pháp hiếu khí: sử dụng vi sinh vật hiếu khí hoạt động điều kiện cung cấp Oxy liên tục Quá trình phân hủy chất hữu nhờ vi sinh vật gọi trình oxy hóa sinh hóa Để thực trình này, chất hữu hòa tan, chất keo chất phân tán nhỏ Nhóm Page nước thải cần di chuyển vào bên tế bào vi sinh vật theo giai đoạn sau: Chuyển chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm chênh lệch nồng độ bên bên tế bào Chuyển hóa chất tế bào vi sinh vật, sản sinh lượng tổng hợp tế bào Tốc độ trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng tạp chất mức độ ổn định lưu lượng nước thải vào hệ thống nước xử lý.Ở điều kiện xử lý định, yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa chế độ thủy động, hàm lượng oxy nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng nguyên tố vi lượng II.QUÁ TRÌNH XỬ LÍ SINH HỌC KỴ KHÍ II.1 CƠ SỞ LÍ THUYẾT Quá trình phân hủy chất hữu điều kiện kị khí quần thể vi sinh vật (chủ yếu vi khuẩn) hoạt động không cần có mặt oxy không khí, sản phẩm cuối hỗn hợp khí có CH4, CO2, N2, H2….trong có tới 65% CH4 (khí metan) Vì trình gọi trình lên men metan quần thể sinh vật gọi tên chung vi sinh vật metan Các vi sinh vật kỵ khí sử dụng phần chất hữu nước thải môi trường để xây dựng tế bào, tang sinh khối Người ta tính toán lượng chất hữu dùng cho mục đích khoảng 10% so với tổng chất hữu (đối với vi sinh vật hiếu khí số 40%) Do vậy, lượng bùn hoạt tính hình thành phân hủy kị khí thấp (trong kĩ thuật xử lí nước thải cần lượng bùn hoạt tính hồi lưu cho mẻ lên men tiếp theo) Quá trình phân hủy kị khí mô tả sơ đồ tổng quát: (CHO)n NS → CO2 + H2O + CH4 + NH4 + H2 + H2S + Tế bào vi sinh vật Trong 10 năm trở lại đây, phương pháp sinh học phát triển, trình xử lí kỵ khí điều kiện nhân tạo áp dụng để xử lí loại bã cặn chất thải công nghiệp, sinh hoạt loại nước thải đậm đặc có hàm lượng chất bẩn hữu cao: BOD đến 10-30 (g/l) Nhóm Page Hiện nay, nhà khoa học tích cực thực nghiên cứu ứng dụng từ phòng thí nghiệm đến quy mô pilot, với mô hình từ thể tích nhỏ đến quy mô lớn công trình sinh học kỵ khí Đã có hàng trăm nhà máy xử lý sinh học kỵ khí nước thải nước Hà Lan, Hoa Kì, Thụy Sĩ, Đức, Việt Nam… vào hoạt động, phương pháp có ưu điểm: thiết kế đơn giản, thể tích công trình nhỏ, chiếm diện tích mặt , công trình có cấu tạo đơn giản giá thành không cao, chi phí vận hành lượng thấp, khả thu hồi lượng –Biogas cao, không đòi hỏi cung cấp nhiều dinh dưỡng, lượng bùn sinh 10- 20 lần so với phương pháp hiếu khí có tính ổn định tương đối cao, tồn trữ thời gian dài nguồn phân bón có giá trị, tải trọng phân hủy chất bẩn hữu cao, đồng thời chịu thay đổi đột ngột lưu lượng Ngoài ưu điểm công nghệ có hạn chế nhạy cảm với chất độc hại với thay đổi bất thường tải trọng công trình, xử lý nước thải chưa triệt để, hiểu biết vi sinh vật kỵ khí hạn chế, thiếu kinh nghiệm vận hành công trình II.2 QUÁ TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ Quá trình phân hủy kỵ khí chất bẩn trình diễn hàng loạt phản ứng sinh hóa phức tạp mô tả hình sau: Chất hữu phức tạp (gluxit, protein, lipid) Chất hữu đơn giản (đường đơn, peptit, axit amin, glixerin, axit béo) Các axit béo dễ bay (propionic, butyric, lactic…),etanol… axetat H2, CO2 CH4, CO2, H2O Sơ đồ trình phân hủy chất hữu điều kiện kỵ khí Nhóm Page Quá trình phân hủy kỵ khí trình phân hủy sinh học chất hữu điều kiện oxy Phương trình phản ứng sinh hóa điều kiện kỵ khí biểu diễn đơn giản sau Chất hữu Lên men CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào Yếm khí Quá trình kỵ khí sử dụng CO2 làm chất nhận điện tử, không cần oxy Đây trở nên yếu tố làm giảm chi phí xử lý nước thải Quá trình kỵ khí sản xuất lượng bùn từ – 20 lần so với trình hiếu khí, sản sinh lượng từ trình kỵ khí tương đối thấp Hầu hết lượng có từ phá hủy chất tìm thấy sản phẩm cuối trình, CH4 Nói sản lượng tế bào, 50% cacbon hữu chuyển thành sinh khối điều kiện kỵ khi, với trình hiếu khí tỷ lệ 5% Cứ từ khối lượng COD bị phân hủy có 20 – 150 kg khối lượng thô tế bào sinh ra, so sánh với trình hiếu khí số 400 – 600 kg (Speece, 1983, Switzenbaun, 1983) Quá trình xử lý kỵ khí thích hợp cho loại nước thải ô nhiễm nặng Bể phản ứng kỵ khí hoạt động chế độ tải trọng cao Hệ thống kỵ khí phân hủy sinh học hợp chất tổng hợp hydrocacbon béo có chlor trichloroethylene, trihalomethan) số hợp chất khó phân hủy lignin Hỗn hợp khí sinh gọi khí sinh học hay biogas, thành phần biogas sau: Methane (CH4) 55,65 % Carbon dioxite (CO2) 35,45 % Nitrogen (N2) 0,3 % Hydrogen (H2) 0,1 % Hydrogen Sulphide (H2S) 0,1 % Biogas có trị nhiệt cao 4500 – 6000 kcal/m3 tùy vào thành phần % methan có biogas Methane có trị nhiệt cao 9000 kcal/m3) Nhóm Page Metan dùng để đốt, tạo nhiệt cung cấp cho lò phản ứng tạo điện Một lượng nhỏ lượng (khoảng – % ) bị nhiệt trình kỵ khí Sự tạo thành metan giúp giảm thiểu BOD bùn phân hủy Phân hủy kị khí làm sáu trình: − − − Phân hủy polimer: Thủy phân protein Thủy phân polysaccharide Thủy phân chất béo Lên men amino axit đường Phân hủy kị khí axit béo mạch dài rượu (alcohols) Phân hủy kị khí axit béo dễ bay (ngoại trừ axit acetic) Hình thành khí mêtan từ axit acetic Hình thành khí mêtan từ hydrogen CO2 Các trình họp thành bốn giai đoạn, xảy đồng thời trình phân hủy kị khí chất hữu cơ: II.2.1GIAI ĐOẠN THỦY PHÂN Trong giai đoạn này, chất hữu phức tạp thủy phân thành chất đơn giản (để thâm nhập vào tế bào vi khuẩn) với tham gia enzyme Nhóm Page ngoại bào vi khuẩn (vi khuẩn lên men) Dưới tác dụng loại men khác nhiều loại vi sinh vật tiết ra, chất hữu phức tạp hydratcacbon, protein, lipit dễ dàng bị phân hủy thành chất hữu có đơn giản, dễ bay etanol, axit béo axit axetic, axit butyric, axit propionic, axit lactic khí CO2, H2 NH3 II.2.2.GIAI ĐOẠN AXIT HÓA Những hợp chất tạo giai đoạn thủy phân lớn để vi sinh vật hấp thụ nên cần phân giải tiếp Giai đoạn bắt đầu vận chuyển chất qua màng tế bào xuyên qua thành đến màng đến tế bào chất với tham gia protein vận chuyển Ở axit amin, đường đơn axit béo mạch dài biến đổi axit hữu mạch ngắn hơn, khí hydro khí CO2, Giai đoạn có tên giai đoạn lên men Cơ chế axit hóa axit béo glycerin (sản phẩm thủy phân chất béo) tương đối phức tạp, tóm tắt sau: − Glycerin bị phân giải thành số sản phẩm trung gian để tạo sản phẩm cuối Sản phẩm trung gian song song tồn sản phẩm cuối − Axit béo mạch dài LCFA chủ yếu bị phân giải phức tạp sau: Axit béo + CoA ↔ Acyl-CoA Phản ứng hoạt hóa thực nhờ enzyme Acyl-CoA synthetaza nằm màng tế bào vi khuẩn Acyl-CoA → Acyl-CoA mạch ngắn + Acetyl-CoA Acyl-CoA + H2 + lượng tích lũy (ATP) Axit axetic + CoA (Acyl ký hiệu cho nhóm RCO-) Đối với chất béo, sản phẩm tạo thành chủ yếu axit acetic Đối với axit béo chứa số C lẻ, sản phẩm axit axetic chủ yếu chứa axit propionic Các axit béo chưa bão hòa no hóa (ngay sau liên kết este phân cắt) trước trải qua trình oxy hóa β Một số sản phẩm phụ trình rượu, peronic, axit trung gian cung thể tạo thành từ đường khác (oxy hóa α, oxy hóa ω, ) số nhóm vi khuẩn nấm Sản phẩm lên men tạo mùi khó chịu hôi thối H2S, indol, scatol, sinh pH môi trường tăng dần lên II.2.3.GIAI ĐOẠN AXETAT HÓA Các vi khuẩn tạo metan trực tiếp sử dụng sản phẩm trình axit hóa nêu trên, ngoại trừ axit acetic, chất cần phân giải tiếp thành Nhóm Page phân tử đơn giản Sản phẩm phân giải axit acetic, khí H 2, CO2 tạo thành vi khuẩn axetat hóa: CH3CH2OH (ethanol) + H2O → CH3COO- + H+ + 2H2 CH3CH2COO- (propionic) + 3H2O → CH3COO- + HCO3- + H+ + 3H2 CH3(CH2)2COO- (butyric) +H2O → 2CH3COO- + H+ + 2H2 Đặc điểm bật giai đoạn acetat hóa tạo thành nhiều khí hydro, mà khí vi sinh vật metan giai đoạn sau sử dụng chất với CO2 Mức độ phân giải chất giai đoạn phụ thuộc nhiều vào áp suất riêng phần khí hydro bể kỵ khí Nếu lý mà tiêu thụ hydro bị ức chế hay chậm lại, hydro tích lũy làm áp suất riêng phần tăng lên tạo thành (bởi vi khuẩn axetat hóa) giảm mạnh Trong axetat (sản phẩm giai đoạn axetat hóa) chất mà vi khuẩn sinh metan sử dụng trực tiếp tích tụ gây ức chế phân giải axit béo bay khác Khoảng pH nhiệt độ tối ưu giai đoạn 6.8 – 7.8 35 – 42oC II.2.4.GIAI ĐOẠN TẠO METAN Đây bước cuối trình phân giải kỵ khí tạo sản phẩm mong muốn khí sinh học với thành phần có ích khí metan tổ hợp đường sau: − Con đường 1: CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O Loại VSV hydrogenotrophic methanogen sử dụng chất hydro CO Dưới 30% lượng metan sinh đường − Con đường 2: CH3COOH → CO2 + CH4 4CO + 2H2O → CH4 + 3CO2 Loại VSV acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành metan CO Khoảng 70% lượng metan sinh đường Tuy nhiên, lượng giải phóng từ đường nhỏ CO2 giải phóng lại khử thành metan đường Chỉ có số loài VSV metan sử dụng chất CO − Con đường 3: CH3OH + H2 → CH4 + 2H2O 4(CH3)3-N + 6H2O → 9CH4 + 3CO2 + 4NH3 Loài VSV methylotrophic methanogen phân giải chất chứa nhóm metyl Chỉ lượng không đáng kể metan sinh từ đường Nhiều nghiên chất hòa tan khác trước cho thấy giai đoạn diễn tiến chậm chạp Trong giai đoạn đầu (thủy phân, acid hóa acetic hóa) lượng COD không giảm COD giảm giai đoạn methane hóa Ngược với trình hiếu khí, xử lý nước thải phân hủy kị khí, tải trọng tối đa không bị hạn chế chất phản ứng oxy Nhưng công nghệ xử lý kỵ khí, cần lưu ý đến yếu tố quan trọng Nhóm Page 10 I.1.2.CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THỦY PHÂN: • Độ pH nước ảnh hưởng trực tiếp đến trình thuỷ phân: o o o pH > 4.5 : không xảy trình thuỷ phân pH = 5.5 –7.5 : đạt tốt pH > 7.5 : hiệu keo tụ không tốt • Nhiệt độ nước thích hợp vào khoảng 20-40oC, tốt 35-40oC • Ngoài yếu ảnh hưởng khác : thành phần Ion, chất hữu cơ, liều lượng… I.1.3.CHẤT TRỢ KEO TỤ Để tăng hiệu trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng chất trợ keo tụ (flocculant) Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian trình keo tụ tăng tốc độ lắng keo Các chất trợ keo tụ nguồn gốc thiên nhiên thường dùng tinh bột, dextrin (C 6H10O5)n, ete, cellulose,dioxit silic hoạt tính (xSiO2.yH2O).Các chất trợ keo tụ tổng hợp thường dùng polyacrylamit (CH2CHCONH2)n Tùy thuộc vào nhóm ion sau phân ly mà chất trợ đông tụ có điện tích âm dương polyacrylic acid (CH 2CHCOO)n polydiallydimetylamon Việc lựa chọn hóa chất, liều lượng tối ưu chúng, trình tự cho vào nước…cũng phải xác định thực nghiệm Thông thường liều lượng chất trợ keo tụ cho vào khoảng từ – mg/L I.1.4.QUY TRÌNH XỬ LÝ CÔNG NGHIỆP: Nhóm Page 29 I.1.5 ỨNG DỤNG: • Các hạt chất rắn khó lắng hay cải thiện hiệu suất lắng bể lắng • Khử màu • Giảm lượng cặn lơ lửng • Hiệu cao ổn định • Có thể thu hồi chất có giá trị Một số ứng dụng keo tụ nước thải công nghiệp  Nước thải sản xuất giấy carton giấy vệ sinh Phèn nhôm hiệu việc keo tụ nước thải sản xuất giấy carton giấy vệ sinh Trong trình keo tụ tạo nước thải sản xuất giấy, silicat polyelectrolyte thêm vào để giúp cho cặn lắng nhanh  Sản xuất bột giấy  Nước thải chứa dầu dạng nhũ tương II.PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Phương pháp dùng để loại bỏ hết chất bẩn hồ tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học phương pháp khác không loại bỏ với hàm lượng nhỏ Thông thường hợp chất khó tan có độc tính cao chất có mùi vị màu khó chịu Các chất hấp thụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét silicagel, keo Nhóm Page 30 nhôm, số chất tổng hợp chất thải sản xuất xỉ mạ sắt,… Trong số này, than hoạt tính dùng phổ biến Các chất hữu kim loại nặng chất màu dễ bị than hấp thụ Lượng chất hấp thụ tuỳ thuộc vào khả hấp thụ chất hàm lượng chất bẩn nước thải Các chất hữu bị hấp thụ: phenol, allcyllbenzen, sunfonicacid, thuốc nhuộm, hợp chất thơm Sử dụng phương pháp hấp thụ hấp thụ đến 58 – 95% chất hữu màu Ngòai ra, để loại kim loại năng, chất hữu cơ, vơ độc hại người ta dùng than bùn để hấp thụ nuôi bèo tẩy mặt hồ III PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ: Phương pháp hấp phụ sử dụng rộng rãi đểxử lý nước thải chứa kim loại bẩn khác Có thể dùng để xử lý cục nước hàm lượng chất nhiễm bẩn nhỏvà xử lý triệt để nước thải qua xử lý sinh học qua biện pháp xử lý hoá học Hiện tượng tăng nồng độ chất tan bề mặt phân chia hai pha gọi tượng hấp phụ Hấp phụ diễn bề mặt biên giới hai pha lỏng khí, pha lỏng pha rắn III.1 CƠ SỞ QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ Hấp phụ chất bẩn hoà tan kết di chuyển phân tử chất từ nước vào bề mặt chất hấp phụ tác dụng trường lực bề mặt Trường lực bề mặt gồm có hai dạng : • Hyđrat hoá phân tử chất tan, tức tác dụng tương hỗ phân tử chất rắn hoà tan với phân tử nước • Tác dụng tương hỗ phân tửchất bẩn bị hấp phụvới phân tử bề mặt chất rắn Khi xử lý nước thải phương pháp hấp phụ loại phân tử chất không phân ly thành ion sau loại chất phân ly Khả hấp phụ chất bẩn nước thải phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ Nhiệt độ thấp trình hấp phụ xãy mạnh cao diễn trình khứ hấp phụ Nhóm Page 31 Chính người ta dùng nhiệt độ để phục hồi khả hấp phụ hạt rắn cần thiết III.2.CHẤT HẤP PHỤ: Những chất hấp phụ : than hoạt tính, silicagel, nhựa tổng hợp có khả trao đổi ion, cacbon sunfua, than nâu, than bùn, than cốc, đôlômit, cao lanh, tro dung dịch hấp phụlỏng Bông cặn chất keo tụ(hydroxit kim loại) bùn hoạt tính từ bể aeroten có khả hấp phụ Than hoạt tính loại than xử lý từ nhiều nguồn vật liệu tro vỏ lạc (đậu phộng), gáo dừa than đá Những nguyên liệu nung nóng từ từ môi trường chân không, sau hoạt tính hóa khí có tính ô xi hóa nhiệt độ cực cao Quá trình tạo nên lỗ nhỏ li ti có tác dụng hấp thụ giữ tạp chất Than hoạt tính lọc nước qua hai trình song song: - Quá trình 1: Lọc học, giữ lại hạt cặn lỗ nhỏ, - Quá trình 2: Hấp thụ tạp chất hòa tan nước chế hấp thụ bề mặt trao đổi ion Than hoạt tính chất liệu xốp, có nhiều lỗ lớn nhỏ Dưới kính hiển vi điện tử, hạt than trông giống tổ kiến Vì thế, diện tích tiếp xúc bề mặt rộng để hấp thụ tạp chất (Tùy theo nguyên liệu gốc, tổng diện tích bề mặt 1/2kg than hoạt tính rộng sân bóng đá) Hình 10.Cấu trúc than hoạt tính Nhóm Page 32 Hiệu suất lọc phụ thuộc yếu tố:  Tính chất vật lý chất hấp thụ như: kết cấu, kích thước, mật độ lỗ, diện tích tiếp xúc  Tính chất lý hóa loại tạp chất cần loại bỏ  Thời gian tiếp xúc nước với chất hấp thụ lâu, việc hấp thụ tốt III.3.PHÂN LOẠI HẤP PHỤ Người ta phân biệt hai kiểu hấp phụ: hấp phụ điều kiện tĩnh hấp phụ điều kiện động − Hấp phụ điều kiện tĩnh: Là không cho chuyển dịch tương đối phân tử nước so với phân tử chất hấp phụ mà chúng chuyển động với − Hấp phụ điều kiện động Là chuyển động tương đối phân tử nước so với phân tử chất hấp phụ Hấp phụ điều kiện động trình diễn cho nước thải lọc qua lớp vật liệu lọc hấp phụ III.4.ỨNG DỤNG: •Hấp phụ sử dụng để làm triệt đểcác chất thải hữu cơhòa tan sau xử lý sinhhọc,thường chất khôngthể phân hủy đường sinh học có tính độc Nhóm Page 33 •Khử thuốc diệt cỏ,phenol,thuốc sát trùng, hợp chất hữu cơcó vòngthơm, cácchất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm,các kim loại nặng, màu hoạt tính khỏi nước thải công nghiệp IV.XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION: Phương pháp trao đổi ion ứng dụng để xử lý nứơc thải khỏi kim loại Zn, Cu, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn,… hợp chất Asen, Photpho, Xyanua chất phóng xạ Phương pháp cho phép thu hồi kim loại có giá trị đạt mức độxử lý cao Vì phương pháp để ứng dụng rộng rãi để tách muối xử lý nước cấp nứơc thải IV.1.MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI ION Trao đổi ion: trao đổi ion trình ứng dụng nguyên tắc trao đổi ion thuận nghịch chất rắn chất lỏng mà không làm thay đổi cấu trúc chất rắn Quá trình ứng dụng để loại bỏ cation anion nước thải Các cation trao đổi với ion hydrogen hay sodium, anion trao đổi với ion hydroxyl nhựa trao đổi ion Các chất gọi ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan nước Các chất có khả hút ion dương từ dung dịch điện ly gọi cationit Những chất mang tính axit Những chất có khả hút ion âm gọi anionit chúng mang tính kiềm Nếu nhưcác ion trao đổi cation anion người ta gọi chúng ionit lưỡng tính Hình 11:Cơ chế làm mềm nước cứng Nhóm Page 34 IV.2.CÁC CHẤT TRAO ĐỔI ION Các chất trao đổi ion chất vô vơ hay hữu có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo Nhóm chất trao đổi ion vô tự nhiên gồm có zeolit, kim loại khoáng chất, đất sét, fenspat, chất mica khác nhau,… − Các chất chứa nhôm silicat loại : Na20.Al2O3.nSiO2.mH2O − Các chất florua apatit [Ca5(PO4)3]F hydroxyt apatit [Ca5(PO4)3]OH − Các chất có nguồn gốc từ chất vô tổng hợp gồm silicagel, permutit (chất làm mềm nước) , − Các chất trao đổi ion hữu cơcó nguồn gốc tựnhiên gồm axut humic đất (chất mùn) than đá, chúng mang tính axit yếu − Các chất trao đổi ion hữu tổng hợp nhựa có bề mặt riêng lớn, chúng hợp chất cao phân tử Ví dụ, chất trao đổi cation sunfua RSO3H, H – ion trái dấu SO3– ion nhận điện tử; cation cacboxylic : R-COOH ; cation phenolic : R-OH ; cation photpho : R – PO3 - H IV.3.CƠ SỞ QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI ION: Trao đổi ion trình gồm phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng ) ion pha lỏng ion pha rắn (là nhựa trao đổi) Sự ưu tiên hấp thu nhựa trao đổi dành cho ion pha lỏng nhờ ion pha lỏng dễ dàng chổ ion có khung mang nhựa trao đổi Quá trình phụ thuộc vào loại nhựa trao đổi loại ion khác Có hai phương pháp sử dụng trao đổi ion: − Trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động , vận hành tái sinh liên tục − Trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên ,vận hành tái sinh gián đoạn Trong trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh phổ biến IV.4.CƠ CHẾ TRAO ĐỔI ION CÓ THỂ GỒM NHỮNG GIAI ĐOẠN SAU : − Di chuyển ion A từ nhân dòng chất thải lỏng tới bề mặt lớp biên giới màng chất lỏng bao quanh hạt trao đổi ion − Khuếch tán lớp ion qua lớp biên giới − Chuyển ion qua biên giới phân pha hạt nhựa trao đổi − Khuếch tán ion A bên hạt nhựa trao đổi tới nhóm chức trao đổi ion − Phản ứng hoá học trao đổi ion A B − Khuếch tán ion B bên hạt trao đổi ion tới biên giới phân pha − Chuyển ion B qua biên giới phân pha bề mặt màng chất lỏng − Khuếch tán ion B qua màng − Khuếch tán ion B vào nhân dòng chất lỏng Nhóm Page 35 Hình 12: chế trao đổi ion Nhựa sử dụng để trao đổi ion không dùng để lọc huyền phù ,chất keo nhũ màu Sự có mặt chất rút ngắn tuổi thọ nhựa • Loại bỏ chất hữu nhựa phức tạp ,cần có nghiên cứu đặc biệt • Sự có mặt khí hoà tan nước với lượng lớn gây nhiễu loạn hoạt động nhựa • Các chất oxy hoá mạnh Cl2,O3,….có thể tác dụng xấu lên nhựa IV.5.ỨNG DỤNG: Trong xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion sử dụng để loại khỏi nước kim loại (kẽm, đồng, crom, anikel, chì, thuỷ ngân, cadimi, vanadi, mangan,…),các hợp chất asen, photpho, xianua chất phóng xạ Phương pháp cho phép thu hồi chất có giá trị với độ làm nước cao Ưu điểm phương pháp triệt đểvà xử lý có chọn lựa đối tượng Nhược điểm phương pháp chi phí đầu tư vàvận hành khácao nên sử dụng cho công trình lớn thường sử dụng cho trường hợp đòi hỏi chất lượng xử lý cao V.XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀNG Các kỹ thuật điện thẩm tích, thẩm thấu ngược, siêu lọc trình tương tự khác ngày đóng vai trò quan trọng xử lý nước thải Nhóm Page 36 Màng định nghĩa pha đóng vai trò ngăn cách pha khác Nó chất rắn, gel (chất keo) trương nởdo dung môi chí cảmột chất lỏng Việc ứng dụng màng đểtách chất, phụ thuộc vào độthấm hợp chất qua màng Màng lọc chia loại: Vi lọc (microfiltration) Siêu lọc (ultrafitration) Lọc nano (nanofiltration) Lọc thẩm thấu ngược (reversed osmosis) V.1.THẨM THẤU NGƯỢC Thẩm thấu di chuyển tự phát dung môi từ dung dịch loãng vào dung dịch đậm đặc qua màng bán thấm Ơ áp suất định, cân thiết lập áp suất gọi áp suất thẩm thấu Nguyên tắc: RO dựa nguyên tắc cân Hai dung dịch chứa hai nồng độ chất hòa tan khác trao đổi chất hòa tan đến đạt trạng thái cân bằng.khi hai dung dịch phân cách màng lọc, dung dịch chứa chất hòa tan nồng độ thấp qua màng vào dung dịch có nồng đọ cao Sau thời gian, mực nước bên màng cao hơn, chênh lệch độ cao gọi áp suất thẩm thấu Bằng cách sử dung áp lực lên cột chất lỏng mà vượt áp suất thẩm thấu ta tạo thẩm thấu ngược.nước đẩy ngược phía bên màng chất rắn hòa tan giữ lại ống Nhóm Page 37 Hình 13.Thiết bị RO Ứng dụng: Làm mềm nước Dùng sản xuất nước uống tinh khiết Điều chỉnh nồng độ dung môi phân tử công nghệ thực phẩm sữa V.2.SIÊU LỌC (0,01-0,1 microns) Giống thẩm thấu ngược, trình siêu lọc phụ thuộc vào áp suất động lực đòi hỏi màng cho phép số cấu tử thấm qua giữ lại số cấu tử khác Điều khác biệt chỗ siêu lọc thường sử dụng để tách dung dịch có khối lượng phân tử bột có áp suất thẩm thấu nhỏ(ví dụcác vi khuẩn, tinh bột, đất sét,…) Còn thẩm thấu ngược thường sử dụng để khử chất có khối lượng phân tử thấp áp suất thẩm thấu cao Nhóm Page 38 Hình 14: Sơ đồ kết hợp siêu lọc thẩm thấu ngược Khi sử dụng kết hợp thẩm thấu ngược siêu lọc làm đậm đặc phân tách chất hoà tan hữu vô nước thải Sau trình siêu lọc nhận phần đậm đặc chứa chất hữu cơ, trình thẩm thấu ngược nhận phần đậm đặc chất vô Ứng dụng: Thu hồi dầu/ mỡ xử lý nước thải Lọc nước ép trái cây, nước trà xanh Lọc nước biển, nước muối (thủy sản, hóa chất) V.3.THẨM TÁCH VÀ ĐIỆN THẨM TÁCH Phép thẩm tách trình phân tách chất rắn sử dụng khuếch tán không qua màng Tốc độ khuếch tán có liên quan đến gradien nồng độ qua màng Nhóm Page 39 Hình 15: nguyên lí thẩm điện thẩm tách V.4.VI LỌC (MICROFILTRATION) Màng với kích thước lỗ màng 0.1 - 10 µm Thực loại vi sinh.loại hầu hết vi khuẩn mà không loại virut Nguyên tắc: lọc với áp suất thấp qua màng tế bào dòng chảy trình để tách hạt keo bị đình khoảng 0,05-10 micron Ứng dụng: Khử trung đồ uống dược phẩm Lọc nước hoa quả, rượu ,bia Tách vi khuẩn từ nước( sinh học xử lý nước thải) Tách dầu/nước nhũ tương (tách chất béo sữa) Nhóm Page 40 Hình16 Màng vi lọc V.5.LỌC NANO (NANOFILTRATION) Màng nano sử dụng năm gần đây,được sử dung trình lọc nước uống làm mềm nước,khử màu vi chất gây ô nhiễm Kỹ thuật sử dụng việc loại bỏ chất hữu nhũng ion đa hóa trị hay vi chất ô nhiễm Nguyên tắc: Lọc nano lọc với áp lực vừa phải từ thấp lên cao(thường 40-450 psi) trình mà ion đa hóa trị vượt qua cách tự vi chất ô nhiễm, chất có trọng lượng phân tử thấp bị giữ lại Nhóm Page 41 Hình 17.Thiết bị lọc nano Ứng dụng Dùng công nghệ sản xuất nước uống tinh khiết Làm mềm nước cứng Loại bỏ thuốc trừ sâu từ nước ngầm Loại bỏ kim lọa nặng từ nước thải Nhóm Page 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO  Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Thạc sỹ Lâm Vĩnh Sơn- Giảng viên Đại học Hutech  Giáo trình: Kỹ thuật xử lý nước thải – Đại học Dân lập Lạc Hồng  Giáo trình: xử lý nước thải sinh hoạt công nghiệp phương pháp sinh học- PGS.TS Nguyễn Văn Phước Nhóm Page 43 [...]... khó chịu ở các hồ xử lý CHƯƠNG 2: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý tức là sử dụng các phương pháp dựa trên tính chất vật lý … 7 phương pháp chính thường được sử dụng: • Keo tụ tạo bông • Hấp thụ • Phương pháp hấp phụ • Phương pháp trích • Trao đổi Ion • Xử lý màng • Phương pháp trung hòa I PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ TẠO BÔNG Trong nước và nước thải, một phần các... mới Việc áp dụng các hồ kỵ khí để xử lý nước thải sẽ đạt hiệu quả cao Các vi khuẩn kỵ khí phá vỡ các hợp chất hữu cơ trong dòng chảy, giải phóng khí CH 4 và CO2 Có khả năng xử lý nước thải chứa hàm lượng hữu cơ cao Hồ kỵ khí làm giảm lượng N, P, K và các vi sinh vật gây bệnh bằng cách tạo ra bùn và giải phóng NH3 vào không khí Hồ kị khí thường sâu từ 2 –5m và xử lý được nước thải có chất hữu cơ cao... cơ độc hại người ta cũng dùng than bùn để hấp thụ và nuôi bèo tẩy trên mặt hồ III PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ: Phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi đ xử lý nước thải chứa kim loại bẩn khác nhau Có thể dùng để xử lý cục bộ khi trong nước hàm lượng chất nhiễm bẩn nh và có thể xử lý triệt để nước thải đã qua xử lý sinh học hoặc qua các biện pháp xử lý hoá học Hiện tượng tăng nồng độ chất tan trên bề mặt phân... dùng để xử lý những nguồn thải thứ cấp với cơ chế phân hủy các chất hữu cơ xảy ra một cách tự nhiên Các hồ sinh học có thể là các hồ đơn hoặc thường được kết hợp với các phương pháp xử lý khác Các hoạt động diễn ra trong hồ sinh học là kết quả của sự cộng sinh phức tạp giữa nấm và tảo, giúp ổn định dòng nước và làm giảm các vi sinh vật gây bệnh Hồ sinh học có thể dùng để xử lý nhiều loại nước thải khác... photpho, xianua và các chất phóng xạ Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị với độ làm sạch nước cao Ưu điểm của phương pháp là rất triệt đ và xử lý có chọn lựa đối tượng Nhược điểm chính của phương pháp này là chi phí đầu tư vàvận hành khácao nên ít được sử dụng cho các công trình lớn và thường sử dụng cho các trường hợp đòi hỏi chất lượng xử lý cao V.XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀNG... thuộc vào nhiệt độ, độ PH của nước thải, lượng vi sinh vật trong cặn, nhiệt độ càng cao thì tốc độ lên men càng nhanh Hình 8: bể tự hoại IV.3 HỒ SINH HỌC KỊ KHÍ IV.3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hồ là một khối nước nằm trong nội địa có kích thước từ nhỏ, trung bình đến lớn, bề mặt của hồ tiếp xúc với không khí Hồ là một trong những hình thức lâu đời nhất để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Hồ sinh học. .. hoạt động của vi sinh vật kỵ khí Dùng các hồ kỵ khí để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ và hàm lượng cặn cao Độ sâu của các hồ kỵ khí phải đủ lớn và đạt độ ổn định để quá trình phân hủy xảy ra nhanh và đạt hiệu quả cao Nhóm 8 Page 24 Quá trình ổn định nước thải trong hồ kỵ khí xảy ra từ quá trình kết tủa và. chuyển hoá chất hữu cơ thành CO2, CH4, các khí khác, các axit hữu cơ và tế bào mới Việc... khác nhau: nước thải công nghiệp hay sinh hoạt phức tạp, trong những điều kiện thời tiết khác nhau Các quá trình diễn ra trong ao, hồ sinh học cũng tương tự như quá trình tự làm sạch ở các sông hồ tự nhiên Vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý chất thải hữu cơ IV.3.2.HỒ KỊ KHÍ Hồ kỵ khí dùng để lắng và phân hủy cặn lắng và phương pháp sinh hóa tự nhiên dựa trên cơ sở sống và hoạt động... keo tụ nước thải công nghiệp  Nước thải sản xuất giấy carton và giấy vệ sinh Phèn nhôm rất hiệu quả trong việc keo tụ nước thải sản xuất giấy carton và giấy vệ sinh Trong quá trình keo tụ tạo bông nước thải sản xuất giấy, silicat hoặc polyelectrolyte sẽ được thêm vào để giúp cho bông cặn lắng nhanh hơn  Sản xuất bột giấy  Nước thải chứa dầu ở dạng nhũ tương II.PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Phương pháp này... HOẠT ĐỘNG CỦA BỂ UASB: Nước thải được nạp liệu từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt Khí sinh ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là CH4 và CO2) sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên phía