Nguyên Lý Quy Trình Xử Lý Nước Thải - Nhiều Tác Giả, 120 Trang

1 Mục lục A Thành phần nước thải …………………………………………………3 B Các chất ô nhiễm nước thải 1) Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD) …………………………………… 2) Nhu cầu oxi hóa học (COD) …………………………………… 3) pH dung dịch ……………………………………………….9 4) Các loại muối ………………………………………………… 10 5) Chất rắn nước thải…………………………………………10 6) Các kim loại độc hợp chất hữu độc nước thải…… 12 7) Sự tiêu thụ oxi………………………………………………… 12 8) Nhiệt …………………………………………………………….13 9) Màu …………………………………………………………… 14 10) Các chất tạo bọt………………………………………………….14 11) Các chất gây trở ngại…………………………………………….14 12) Vi khuẩn VSV khác nước thải…………………………15 C Ước lượng tải lượng ô nhiễm nước thải Tải lượng chất gây ô nhiễm …………………………………21 Nồng độ chất gây ô nhiễm ………………………………….22 Dân số tương đương …………………………………………… 23 D Các yếu tố cần thiết để lựa chon thông số xử lý……………………… 23 E Sơ đồ quy trình xử lý……………………………………………………25 F Các phương pháp xử lý I Song chắn rác…………………………………………………… 28 Chức cấu tạo…………………………………………28 Mở rộng kênh nơi đặt song chắn…………………………… 29 Kích thước song chắn…………………………………………29 II Bể lắng cát……………………………………………………… 31 Chức vị trí……………………………………………31 Các cơng thức tính…………………………………………….34 Bể lắng cát có sục khí ……………………………………… 38 Bể lắng cát đứng có dịng chảy xốy………………………… 38 III Bể điều lưu……………………………………………………….38 Thành phần nước thải sinh hoạt biến động………………38 Các loại nước thải khác…………………………………………40 Các bước tiến hành…………………………………………… 40 IV Lưu lượng kế……………………………………………………….44 V Khuấy trộn………………………………………………………… 44 VI Bể lắng sơ cấp………………………………………………………48 Ảnh hưởng nhiệt độ………………………………………….50 Ảnh hưởng cặn lắng…………………………………………51 VII Bể lọc hạt lọc…………………………………………….51 VIII Bể tuyển nổi……………………………………………………….54 IX Bể lọc sinh học nhỏ giọt…………………………………………… 55 Phương pháp hấp phụ………………………………… 59 X Keo tụ tạo bông………………………………………………… 60 XI Sơ lược trình xử lý nước VSV……………………… 61 Q trình hiếu khí, tùy nghi…………………………………… 61 Q trình yếm khí……………………………………………….64 • Q trình hiếu khí, yếm khí…………………………… 68 • Các thiết bị xử lý hiếu khí……………………………… 69 • Bể bùn hoạt tính………………………………………….70 • Đĩa tiếp xúc sinh học…………………………………… 79 XII Phương pháp kết tủa……………………………………………… 82 XIII Phương pháp quang xúc tác……………………………………….87 XIV Phương pháp oxi hóa …………………………………………… 89 XV Q trình nitrat, nitric hóa………………………………………….92 Quá trình nitrát………………………………………………… 92 Quá trình khử nitrát…………………………………………… 93 XVI Phương pháp khử trùng… ……………………………………….93 G Tái sử dụng………………………………………………………… 98 Sản xuất nông nghiệp……………………………………………98 Sản xuất biogas………………………………………………… 98 Sản xuất thủy sản……………………………………………… 99 Tái sử dụng gián tiếp…………………………………………….99 H Quản lý nguồn nước………………………………………………….99 QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỰ NHIÊN…………………… 105 I Quá trình tự làm nguồn nước… ……………………… 105 Quá trình tự làm nguồn nước………………………… 105 Quá trình xáo trộn nước thải…………………………………106 II Quá trình xử lý nước thải thủy sinh vật………………….106 Xử lý tảo……………………………………………… 106 Quy trình thiết kế…………………………………………… 108 Xử lý sinh vật có kích thước lớn……………………109 Các lồi sinh vật chính……………………………………… 109 III Cánh đồng chảy tràn… ……………………………………… 112 IV Cánh đồng lọc………………………………………………… 115 Xử lý nước thải cánh đồng lọc……….…………………115 • Cánh đồng lọc chậm……………………………………117 • Cánh đồng lọc nhanh………………………………… 120 A THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI Trên b́nh diện toàn cầu, nước tài nguyên vô phong phú nước hữu dụng với người nơi, chỗ, dạng đạt chất lượng theo yêu cầu Hơn 99% trữ lượng nước giới nằm dạng không hữu dụng đa số mục đích người độ mặn (nước biển), địa điểm, dạng (băng hà) Phân bố dạng nước Trái đất Địa điểm Diện tích (km2) Tổng thể tích nước (km3) % tổng lượng nước Các đại dương biển (nước mặn) 361.000.000 1.230.000.000 97.2000 Khí (hơi nước) 510.000.000 12.700 0,0010 - 1.200 0,0001 130.000.000 4.000.000 0,3100 855.000 123.000 0,0090 28.200.000 28.600.000 2.1500 Sông, rạch Nước ngầm (đến độ sâu 0,8 km) Hồ nước Tảng băng băng hà Nguồn: US Geological Survey Con người khai thác nguồn nước tự nhiên để cung cấp nước cho nhu cầu sinh hoạt sản xuất Sau sử dụng nước bị nhiễm bẩn chứa nhiều vi trùng chất thải khác Nếu không xử lư trước thải vào nguồn nước công cộng, chúng làm ô nhiễm môi trường V́ nước thải trước thải vào sông, hồ (nguồn nước) cần phải xử lư thích đáng Mức độ xử lư phụ thuộc vào nồng độ bẩn nước thải; khả pha loăng nước thải với nước nguồn yêu cầu mặt vệ sinh, khả "tự làm nguồn nước" Theo qui định bảo vệ môi trường Việt Nam, ô nhiễm nước việc đưa vào nguồn nước tác nhân lư, hóa, sinh học nhiệt không đặc trưng thành phần hàm lượng môi trường ban đầu đến mức có khả gây ảnh hưởng xấu đến phát triển b́nh thường loại sinh vật thay đổi tính chất lành mơi trường ban đầu Theo định nghĩa khác "Ô nhiễm nước mặt diễn đưa nhiều tạp chất, chất không mong đợi, tác nhân gây nguy hại vào nguồn nước, vượt khỏi khả tự làm nguồn nước này" Để thiết kế công tŕnh xử lư nước thải, trước tiên phải biết đặc điểm, thành phần chất gây nhiễm Các đặc điểm lý học, hóa học sinh học nước thải nguồn sinh Đặc điểm Nguồn Lý học • Màu Nước thải sinh hoạt hay công nghiệp, thường phân hủy chất thải hữu • Mùi Nước thải công nghiệp, phân hủy nước thải • Chất rắn Nước cấp, nước thải sinh hoạt cơng nghiệp, xói ṃịn đất • Nhiệt Nước thải sinh hoạt, cơng nghiệp Hóa học • Carbohydrate Nước thải sinh hoạt, thương mại, cơng nghiệp • Dầu, mỡ Nước thải sinh hoạt, thương mại, cơng nghiệp • Thuốc trừ sâu Nước thải nơng nghiệp • Phenols Nước thải cơng nghiệp • Protein Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp • Chất hữu bay Nước thải sinh hoạt, thương mại, cơng nghiệp • Các chất nguy Nước thải sinh hoạt, thương mại, cơng nghiệp hiểm • Các chất khác Do phân hủy chất hữu nước thải tự nhiên • Tính kiềm Chất thải sinh hoạt, nước cấp, nước ngầm • Chlorides Nước cấp, nước ngầm • Kim loại nặng Nước thải cơng nghiệp • Nitrogen Nước thải sinh hoạt, cơng nghiệp • pH Nước thải sinh hoạt, thương mại, cơng nghiệp • Phosphorus Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp; rửa trơi • Sulfur Nước thải sinh hoạt, thương mại, cơng nghiệp; nước cấp • Hydrogen sulfide Sự phân hủy nước thải sinh hoạt • Methane Sự phân hủy nước thải sinh hoạt • Oxygen Nước cấp, trao đổi qua bề mặt tiếp xúc khơng khí - nước Sinh học • Động vật Các ḍạng chảy hở hệ thống xử lý • Thực vật Các ḍạng chảy hở hệ thống xử lý • Eubacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý • Archaebacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý • Viruses Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991 Các chất ô nhiễm quan trọng cần ý đến tŕnh xử lý nước thải Chất gây ô nhiễm Các chất rắn lơ lửng Nguyên nhân xem quan trọng Tạo nên bùn lắng mơi trường yếm khí nước thải chưa xử lý thải vào môi trường Biểu thị đơn vị mg/L Các chất hữu Bao gồm chủ yếu carbohydrate, protein chất béo Thường phân hủy đo tiêu BOD COD Nếu thải thẳng vào nguồn nước, đường sinh học tŕnh phân hủy sinh học làm suy kiệt oxy ḥòa tan nguồn nước Các mầm bệnh Các bệnh truyền nhiễm lây nhiễm từ vi sinh vật gây bệnh nước thải Thông số quản lư MPN (Most Probable Number) Các dưỡng chất N P cần thiết cho phát triển sinh vật Khi thải vào nguồn nước làm gia tăng phát triển lồi khơng mong đợi Khi thải với số lượng lớn mặt đất gây nhiễm nước ngầm Các chất ô nhiễm nguy Các hợp chất hữu hay vơ có khả gây ung thư, biến dị, thai hại dị dạng gây độc cấp tính Các chất hữu khó phân hủy Không thể xử lý biện pháp thơng thường Ví dụ nơng dược, phenols Kim loại nặng Có nước thải thương mại cơng nghiệp cần loại bỏ tái sử dụng nước thải Một số ion kim loại ức chế tŕnh xử lý sinh học Chất vô ḥa tan Hạn chế việc sử dụng nước cho mục đích nơng, cơng nghiệp Nhiệt Làm giảm khả băo ḥòa oxy nước thúc đẩy phát triển thủy sinh vật Ion hydrogen Có khả gây nguy hại cho TSV Nguồn: Wastewater Engineering: Treatment, Diposal, Reuse, 1989 Low-maintenance Mechanically Simple Wastewater Treatment systems, 1980 Ở thành phố có nhiều nhà máy, khu cơng nghiệp, nước thải công nghiệp ảnh hưởng lớn đến thành phần nước thải chung thành phố, thị trấn chứa nhiều chất gây nhiễm nồng độ cao tùy theo nhà máy thành phần chất gây nhiễm phức tạp Do để giảm thiểu chi phí cho việc quản lý xử lý, nhà máy cần phải có hệ thống xử lý riêng để nước thải thải vào nguồn nước công cộng phải đạt đến tiêu chuẩn cho phép Các loại chất thải nguồn thải Loại chất thải Từ cống rănh, kênh nước Từ nguồn chảy tràn Nước thải sinh hoạt Nước thải công nghiệp Chảy tràn từ khu sx nông nghiệp Chảy tràn khu vực thành thị Các chất thải cần oxy để phân hủy ´ ´ ´ ´ Dưỡng chất ´ ´ ´ ´ Các mầm bệnh ´ ´ ´ ´ Chất rắn lơ lửng/cặn lắng ´ ´ ´ ´ Muối ´ ´ ´ Kim loại độc ´ Chất hữu độc ´ Nhiệt ´ ´ ´ B CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI 1.Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD) Nhu cầu oxy sinh hóa lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa chất hữu khoảng thời gian xác định ký hiệu BOD tính mg/L Chỉ tiêu BOD phản ánh mức độ ô nhiễm hữu nước thải BOD lớn nước thải (hoặc nước nguồn) bị ô nhiễm cao ngược lại Thời gian cần thiết để vi sinh vật oxy hóa hồn tồn chất hữu kéo dài đến vài chục ngày tùy thuộc vào tính chất nước thải, nhiệt độ khả phân hủy chất hữu hệ vi sinh vật nước thải Để chuẩn hóa số liệu người ta thường báo cáo kết dạng BOD5 (BOD ngày 20oC) Mức độ oxy hóa chất hữu khơng theo thời gian Thời gian đầu, q trình oxy hóa xảy với cường độ mạnh sau giảm dần Ví dụ: nước thải sinh hoạt nước thải số ngành cơng nghiệp có thành phần gần giống với nước thải sinh hoạt lượng oxy tiêu hao để oxy hóa chất hữu vài ngày đầu chiếm 21%, qua ngày đêm chiếm 87% qua 20 ngày đêm chiếm 99% Để kiểm tra khả làm việc cơng trình xử lý nước thải người ta thường dùng tiêu BOD5 Khi biết BOD5 tính gần BOD20 cách chia cho hệ số biến đổi 0,68 BOD20 = BOD5 : 0,68 Hoặc tính BOD cuối biết BOD thời điểm người ta dùng công thức: BODt = Lo (1 - e-kt) hay BODt = Lo (1 - 10-Kt) BODt: BOD thời điểm t (3 ngày, ngày ) Lo: BOD cuối k: tốc độ phản ứng (d-1) tính theo hệ số e K: tốc độ phản ứng (d-1) tính theo hệ số 10, k = 2,303(K) Giá trị K k tiêu biểu cho số loại nước thải K (20oC) (day-1) k (20oC) (day-1) Nước thải thô 0,15 ¸ 0,30 0,35 ¸ 0,70 Nước thải xử lý tốt 0,05 ¸ 0,10 0,12 ¸ 0,23 Nước sơng bị nhiễm 0,05 ¸ 0,10 0,12 ¸ 0,23 Loại nước thải Để tính giá trị k nhiệt độ T ta có cơng thức Giải: • Xác định BOD cuối BODt = Lo (1 - e-kt) 200 mg/L = Lo (1 - e-0,23 × ) Lo = 293 mg/L • Xác định BOD ngày thứ BODt = Lo (1 - e-kt) BODt = 60 mg/L Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand, COD) Chỉ tiêu BOD không phản ánh đầy đủ lượng tổng chất hữu nước thải, chưa tính đến chất hữu khơng bị oxy hóa phương pháp sinh hóa chưa tính đến phần chất hữu tiêu hao để tạo nên tế bào vi khuẩn Do để đánh giá cách đầy đủ lượng oxy cần thiết để oxy hóa tất chất hữu nước thải người ta sử dụng tiêu nhu cầu oxy hóa học Để xác định tiêu này, người ta thường dùng potassium dichromate (K2Cr2O7) để oxy hóa hồn tồn chất hữu cơ, sau dùng phương pháp phân tích định lượng cơng thức để xác định hàm lượng COD Khi thiết kế cơng trình xử lý nước thải công nghiệp hỗn hợp nước thải sinh hoạt công nghiệp cần thiết phải xác định BOD COD pH nước thải pH nước thải có ý nghĩa quan trọng trình xử lý Các cơng trình xử lý nước thải áp dụng trình sinh học làm việc tốt pH nằm giới hạn từ ÷ 7,6 Như biết môi trường thuận lợi để vi khuẩn phát triển mơi trường có pH từ ÷ Các nhóm vi khuẩn khác có giới hạn pH hoạt động khác Ví dụ vi khuẩn nitrit phát triển thuận lợi với pH từ 4,8 ÷ 8,8, cịn vi khuẩn nitrat với pH từ 6,5 ÷ 9,3 Vi khuẩn lưu huỳnh tồn mơi trường có pH từ ÷ Ngồi pH cịn ảnh hưởng đến q trình tạo cặn bể lắng cách tạo cặn phèn nhôm ... cơng trình xử lý nước thải công nghiệp hỗn hợp nước thải sinh hoạt công nghiệp cần thiết phải xác định BOD COD pH nước thải pH nước thải có ý nghĩa quan trọng q trình xử lý Các cơng trình xử lý nước. .. ḍạng chảy hở hệ thống xử lý • Eubacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý • Archaebacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý • Viruses Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý Nguồn: Wastewater... Quản lý nguồn nước? ??……………………………………………….99 QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỰ NHIÊN…………………… 105 I Quá trình tự làm nguồn nước? ?? ……………………… 105 Quá trình tự làm nguồn nước? ??……………………… 105 Quá trình xáo trộn nước