Hoá kỹ thuật môi trường Phòng Dự án và Môi trường Công nghiệp

Hoá kỹ thuật môi trường Phòng Dự án và Môi trường Công nghiệp Hoá kỹ thuật môi trường Phòng Dự án và Môi trường Công nghiệp Hoá kỹ thuật môi trường Phòng Dự án và Môi trường Công nghiệp Hoá kỹ thuật môi trường Phòng Dự án và Môi trường Công nghiệp Hoá kỹ thuật môi trường Phòng Dự án và Môi trường Công nghiệp Hoá kỹ thuật môi trường Phòng Dự án và Môi trường Công nghiệp Hoá kỹ thuật môi trường Phòng Dự án và Môi trường Công nghiệp Hoá kỹ thuật môi trường Phòng Dự án và Môi trường Công nghiệp Hoá kỹ thuật môi trường Phòng Dự án và Môi trường Công nghiệp Hoá kỹ thuật môi trường Phòng Dự án và Môi trường Công nghiệp Hoá kỹ thuật môi trường Phòng Dự án và Môi trường Công nghiệp

HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1 MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA 1.1 Hóa học môi trường: 1.2 Ô nhiễm môi trường: 1.3 Chất ô nhiễm: 1.4 Quá trình vận chuyển chất ô nhiễm 1.5 Hình thái hóa học: CÁC THÀNH PHẦN MÔI TRƯỜNG CỦA TRÁI ĐẤT 2.1 Khí 2.2 Thủy 2.3 Đòa 2.4 Sinh MỘT SỐ ĐƠN VỊ BIỂU DIỄN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT TRONG MÔI TRƯỜNG 3.1 Nồng độ dung dòch 3.2 Nồng độ chất môi trường không khí 3.3 Nồng độ chất môi trường nước 3.4 Các khái niệm khác thường gặp kỹ thuật môi trường CÁC PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ CHUYỂN ĐỔI VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG TRONG HỆ THỐNG MÔI TRƯỜNG 5.1 Sự cân vật chất 5.1.1 Hệ thống bảo toàn vật chất ổn đònh .5 5.1.2 Hệ thống ổn đònh chất ô nhiễm không bảo toàn 5.1.3 Phương trình đáp ứng bước CHƯƠNG II: HỆ PHÂN TÁN 12 CÁC HỆ PHÂN TÁN 12 DUNG DỊCH 13 ĐỘ HÒA TAN CỦA CHẤT KHÍ TRONG CHẤT LỎNG 13 8.2 Độ hòa tan chất rắn chất lỏng 19 8.3 Sự điện ly nước – số hydro pH 20 8.3.1 Sự điện ly nước – số hydro pH 20 Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 8.3.2 http://www.ebook.edu.vn Các cách xác đònh pH 21 DUNG DỊCH KEO 21 9.1 Các tính chất dung dòch keo 21 9.1.1 Tính chất quang học – Hiệu ứng Tyndall 21 9.1.2 Tính chất hấp phụ 21 9.1.3 Tính chất động học hệ keo 22 9.1.4 Tính chất điện học 22 9.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến ξ 25 9.2.1 Chất điện ly 25 9.2.2 Ảnh hưởng pH 26 9.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ .26 9.2.4 Ảnh hưởng nồng độ chất keo 27 9.3 Cấu tạo mixen keo 27 9.4 Các phương pháp điều chế dung dòch keo 27 9.4.1 Phương pháp phân tán 27 9.4.2 Phương pháp ngưng tụ 28 9.4.3 Phương pháp pepti hóa 30 10 HỆ VI DỊ THỂ 30 10.1.1 Nhũ tương .32 10.1.2 Bọt 33 10.1.3 3.3 THÀNH PHẦN KHÔNG KHÍ SẠCH - KHÔ 37 10.1.4 b Đặc tính số nhiên liệu 66 10.1.5 (kg/tấn nhiên liệu) 68 10.2 11 11.1 Khí thải công nghiệp – Tiêu chuẩn thải theo thải lượng 77 NHIỆT ĐỘ 84 4.3.4 Hóa học nước biển 97 12 BẢNG 4.5 ĐẶC ĐIỂM MỘT SỐ ION HOÀ TAN TRONG NƯỚC 99 13 TÊN ION 99 14 CHẤT RẮN DẠNG KEO 100 14.1 4.4.5 Thành phần sinh học nước tự nhiên 101 14.1.1 Sơ đồ phân hũy chất hữu loại vi khuẩn dò dưỡng sau 101 14.2 104 14.3 4.5 CHẤT LƯNG NƯỚC VÀ SỰ Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC 104 14.3.1 Thành phần, tính chất nước thải sinh hoạt 107 14.4 5.2 CÁC TÁC NHÂN GÂY Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC VÀ TÁC HẠI111 14.4.1 Một số chất hữu có độc tính cao môi trường nước 112 14.4.2 5.2.2 Các tác nhân vô 116 14.4.3 Các kim loại nặng 116 14.4.4 Các chất rắn lơ lửng 116 Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 14.4.5 14.4.6 14.4.7 14.4.8 http://www.ebook.edu.vn 5.2.3 Màu 119 5.2.4 Mùi 119 5.2.5 Các vi trùng nước 120 5.12.6 Phương pháp thu mẫu, phân tích chất lượng nước (có tài liệu riêng) 120 Bảng 5.13 Phân loại hoá chất qua độc tính theo WHO 121 14.4.9 Bảng 5.14 Một số hoá chất BVTV có độc tính động vật sống nước ĐBSCL 122 14.5 Các tiêu vi sinh 127 Quá trình nitrat hoá 128 Quá trình khử nitrat 129 Nhu cầu oxy cho trình sinh hóa 129 Nhu cầu oxy cho trình hóa học 129 Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn CHƯƠNG 1: MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VÀ KHÁI NIỆM CƠ BẢN MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA 1.1 Hóa học môi trường: Đònh Nghóa: Hóa học môi trường người ta ý nghiên cứu từ năm 1960 có vấn đề ô nhiễm môi trường xảy giới Kể từ tới môn khoa học không ngừng phát triển trở thành môn khoa học cần thiết cho người làm công tác nghiên cứu lónh vực môi trường Vậy hóa học môi trường ? vai trò nhiệm vụ hóa học môi trường ? Hóa học môi trường môn khoa học tổng hợp, nghiên cứu trình biến đổi chất môi trường nghóa tập trung nghiên cứu nguồn gốc, chất phản ứng, tác động, trình vận chuyển tương tác chất môi trường: đất, nước, không khí Hóa học môi trường cung cấp cho sinh viên kiến thức trình nghiên cứu, giúp hiểu rõ chất tượng hóa học xảy môi trường nói chung từ đưa biện pháp tích cực ngăn ngừa ô nhiễm, bảo vệ môi trường Hóa học môi trường mô tả trình hóa học có liên hệ chặt chẽ với lónh vực khác hóa sinh, đòa hóa, hóa phân tích, hóa vô cơ, hữu cơ, độc chất học Nhiệm vụ hóa học môi trường nghiên cứu, mô tả mô hình hóa phản ứng hóa học môi trường nghiên cứu động học, nhiệt động học chế phản ứng - Hoá nước (aquatic chemistry): nghiên cứu tượng hóa học môi trường nước (nước sông, suối, ao, hồ, biển, nước ngầm, nước không khí, đất, đá…) - Hóa không khí (atmospheric chemistry): nghiên cứu tượng hóa học môi trường không khí (thành phần cầu trúc khí quyển, phản ứng quang hóa, trình biến đổi chất khí quyển) - Đòa hóa đất (geosphere and geochemistry): nghiên cứu tính chất đất trình chuyển hóa chất đất Để học tốt môn hóa học môi trường sinh viên phải trang bò kiến thức hóa học đại cương, sở hóa học vô cơ, hữu cơ, hóa lý, hóa sinh bản… 1.2 Ô nhiễm môi trường: tác động thay đổi thành phần môi trường làm cân sinh thái, gây ảnh hưởng xâu tới môi trường có ảnh hưởng tới người, vật, động vật, vật liệu … Theo đònh nghóa Tổ Chức Y Tế Thế Giới (WHO): ô nhiễm hay nhiễm bẩn việc chuyển chất thải lượng vào môi trường đến mức có khả gây tác hại đến sưc khoẻ người, đến phát triển sinh vật làm suy giảm chất lượng môi trường 1.3 Chất ô nhiễm: Đònh Nghóa: chất tồn sẵn tự nhiên nhân tạo làm thay đổi thành phần môi trường tự nhiên nồng độ cao có tác hại tới sức khỏe người sinh vật nói chung Gồm chất ô nhiễm tự nhiên nhân tạo 1.4 Quá trình vận chuyển chất ô nhiễm Nguồn phát sinh > phát thải > môi trường vận chuyển (đất, nước, không khí) > nguồn tiếp nhận ( người, vật, động vật, cối) Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1.5 http://www.ebook.edu.vn Hình thái hóa học: Đònh Nghóa: dạng khác chất hóa học có môi trường Ví dụ: crom có dạng hợp chất khác crom (3) crom(6) từ có động tính khác CÁC THÀNH PHẦN MÔI TRƯỜNG CỦA TRÁI ĐẤT 2.1 Khí Là lớp khí bao phủ xung quanh bề mặt trái đất, có khối lượng 5,2x1018kg , tới 99% khí nằm 30km so với bề mặt trái đất Khí có vai trò: - Cung cấp O2 CO2 cần thiết trì sống trái đất, ngăn chặn tia tử ngoại gần (λ = 300 nm), cho tia vùng khả kiến –tia trông thấy (λ = 400-800 nm), tia hồng ngoại gần (λ = 2500 nm), sóng radio (λ = 0,1 - 40 μm) vào trái đất - Giữ cân nhiệt lượng trái đất (thông qua trình hấp thụ tia tử ngoại phát xạ từ mặt trời phản xạ tia nhiệt từ trái đất) - Là môi trường để vận chuyển nước từ đại dương vào đất liền, tham gia vào trình tuần hoàn nước Không khí cấu tạo từ nhiều khí khác nhau, thành phần khí N2 chiếm khoảng 78% thể tích, khí O2 chiếm khoảng 21% thể tích, Argon, khí cacbonic, số khí khác dạng vết Trong không khí tồn lượng nước không cố đònh Nồng độ khí khí thay đổi liên tục theo thời gian, không gian, vò trí đòa lý ( điều kiện phát thải, phát tán, trình sa lắng, biến đổi hóa học ) 2.2 Thủy Thủy bao gồm dạng nguồn nước trái đất như: biển , hồ, sông , suối, nước đóng băng hai cực trái đất, nước ngầm Khối lượng thủy ước tính vào khoảng 1,38x1021kg Trong nước mặn chiếm tới 97%, 2% nước băng đá, 1% nước phục vụ sinh hoạt cho người Nhu cầu sử dụng nước giới 3.900 triệu km3 Nước đóng vai trò quan trọng nhiều trình, diễn tự nhiên sống người Trong công nghiệp, người ta sử dụng nước làm nguyên liệu nguồn lượng, làm dung môi, làm chất tải nhiệt dùng để vận chuyển nguyên vật liệu Nước tự nhiên nước mà chất lượng số lượng hình thành ảnh hưởng trình tự nhiên tác động người 2.3 Đòa Đòa lớp vỏ rắn trái đất có bề sâu từ – 100km Thành phần đòa gồm đất khoáng chất xuất lớp phong hoá trái đất hay nói cách khác đòa tổ hợp phức tạp chất khoáng, chất hữu cơ, không khí nước đất thành phần quan trọng Việc người khai thác tài nguyên lòng đất (than, dầu, mỏ kim loại, đất, đá…) thải bỏ nhiều chất thải (rắn, lỏng) làm ô nhiễm đất 2.4 Sinh Sinh gồm tất thành phần ba môi trường kể có tồn sống có liên quan tác động tương hỗ thành phần môi trường khí quyển, thuỷ quyển, đòa Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn Khác với khí quyển, thuỷ quyển, đòa quyển, sinh giới hạn rõ rệt nằm ba thành phần môi trường kể không hoàn toàn liên tục sống tồn điều kiện đònh MỘT SỐ ĐƠN VỊ BIỂU DIỄN NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT TRONG MÔI TRƯỜNG 3.1 Nồng độ dung dòch Nồng độ dung dòch thường biểu diễn cách sau đây: - Nồng độ phần trăm khối lượng (%) tỷ lệ khối lượng chất tan so với 100 phần khối lượng dung dòch - Nồng độ phân tử gam nồng độ mol số mol chất tan lít dung dòch - Nồng độ đương lượng gam (N) số đương lượng chất tan lít dung dòch NA.VA = NB.VB (1.1) NA VB Hoặc = (1.2) NB VA Đương lượng gam nguyên tố phụ thuộc vào trạng thái hóa trò nguyên tố Ví dụ đương lượng cacbon CO CO2 cacbon có hóa trò Tương tự , hợp chất hóa hóa học có nhiều đương lượng khác tùy thuộc vào cách phản ứng Vì xét đương lượng hợp chất cần phải xét phản ứng cụ thể Ví dụ: H3PO4 + NaOH > H2NaPO4 + H2O H3PO4 + NaOH > HNa2PO4 + H2O H3PO4 + NaOH > Na3PO4 + H2O Như axít phosphoric có đương lượng M/1; M/2; M/3 (do số nguyên tử gam hydro bò trao đổi phản ứng trên) Vậy đương lượng gam: Đ = M/n đó: n số ion hóa trò mà phân tử hợp chất trao đổi M khối lượng phân tử hợp chất Đối với phản ứng oxi hóa khử n số electron trao đổi phân tử chất ôxi hóa hay chất khử + Cách tính đương lượng axít – bazơ: Đ = M/n M khối lượng phân tử axít bazơ; n số ion H+ OH- bò thay phân tử axit bazơ + Cách tính đương lượng muối: Đ = M/nz n số ion thay z điện tích ion thay Ví dụ phản ứng: Al2(SO4)3 + 6NaOH = Al(OH)3 + 3Na2SO4 242 Đương lượng nhôm sunfat là: Đ = = 57 x3 + Cách tính đương lượng chất ô xi hóa khử: Đ = M/n - Nồng độ molan: số mol chất tan 1000 gam dung môi - Nồng độ mol phần hay nồng độ phân tử phần Ni cấu tử i tỉ số mol ni cấu tử số mol ∑ ni dung dòch Ta có ∑ Ni = (1.3) 3.2 Nồng độ chất môi trường không khí - Nồng độ chất ô nhiễm không khí biểu thò đơn vò: Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn 3 μg/m ; mg/l; mg/m , g/m ; ppm(phần triệu thể tích); ppb - Quan hệ ppm mg/m3 Ở 25 C atm (1,0133 bars) mg/m3 = ppm x (M /24.45) Ở 0 C atm (1,0133 bars) mg/m3 = ppm x (M /22.4) M trọng lượng phân tử chất khí Hiệu chỉnh nồng độ chất khí thải - Nồng độ chuẩn theo ôxy Pn = Pm x (21 – n)/(21 – y) : Pn = nồng độ hiệu chuẩn theo n% O2 (n = 3,7,9,11) Pm = nồng độ đo y = nồng độ O2 đo khí thải - Nồng độ chuẩn theo 12% CO2 p12 = pm x 12/[CO2]m P12 = nồng độ chất ô nhiễm 12% CO2 Pm = nồng độ đo điều kiện lấy mẫu [CO2]m = CO2 đo thu mẫu 3.3 Nồng độ chất môi trường nước mg/l, ppm 3.4 Các khái niệm khác thường gặp kỹ thuật môi trường - Lưu lượng: nước thải, khí thải - Tải lượng chất ô nhiễm - Hệ số phát thải (hệ số ô nhiễm) CÁC PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ - Phương trình trạng thái khí lý tưởng có dạng sau: + PT Clapayrôn-Mendeleep: PV = nRT hay PV = (m/M)RT (1.4) Trong đó: P áp suất chất khí tích V, khối lượng m, nhiệt độ tuyệt đối T, n số mol khí, R số khí Phương trình rút từ đònh luật Bôi-Mariôt Gay-Luytxắc + Đònh luật Bôi-Mariôt: nhiệt độ không đổi thể tích chất khí tỉ lệ nghòch với áp suất, nghóa là: P0V0 = PV (1.5) + Phương trình Gay-Luytxắc: thể tích khối khí cho áp suất không đổi tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối, nghóa là: V = [(V0/T0)].T (1.6) + Phương trình Bôi-Mariôt - Gay-Luytxắc: PV = [(P0V0)/T0].T (1.7) P0, V0 áp suất thể tích khí nhiệt độ 273 K (T0) , P,V áp suất thể tích khí nhiệt độ T Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn Đối với lượng khí xác đònh P0, V0 T0 đại lượng không đổi (P0V0)/T0 số Nếu lượng khí mol ký hiệu số R biểu thức viết thành: PV = RT (1.8) Còn với n mol khí phương trình trạng thái có dạng PV = nRT (1.9) - Đối với khí thực: Van dec Van tìm 1879 [ p + a/V2) ( V – b) = n RT (1.10) Trong a, b số khí đònh CHUYỂN ĐỔI VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG TRONG HỆ THỐNG MÔI TRƯỜNG 5.1 Sự cân vật chất Theo đònh luật Bảo toàn vật chất, ta thiết lập phương trình cân vật chất sau: Lượng chất vào = Lượng chất + Lượng chất tích tụ + + Lượng chất bò biến đổi (1.11 ) Vào Tích tụ ↑ Suy giảm ↓ Hình 1.1 Sơ đồ cân chất 5.1.1 Hệ thống bảo toàn vật chất ổn đònh Hệ thống bảo toàn vật chất ổn đònh có công thức đơn giản sau: Lượng chất vào = Lượng chất (1.12) Ví dụ hồ nước có suối nước chảy vào hồ với lưu lượng chảy Qs nồng độ chất ô nhiễm Cs Nhánh nước thứ hai chảy vào hồ kênh dẫn nước thải với lưu lượng Qw nồng độ chất ô nhiễm Cw Dòng nước chảy khỏi hồ dòng nước hỗn hợp với lưu lượng bảo toàn thừa nhận điều kiện bảo toàn ổn đònh (h.1.2) từ phương trình cân vật chất (1.12) có dạng sau đây: CsQs + CwQw = CmQm (1.13) Hệ số suy giảm = , Hệ số tích tụ = Suối Qw Qs Cs Cw Nguồn thải Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II Qm Cm Q = Lưu lượng C = nguồn thải HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn Hình 1.2 hệ thống bảo toàn ổn đònh 5.1.2 Hệ thống ổn đònh chất ô nhiễm không bảo toàn Thực tế môi trường thường xảy phản ứng hóa học, sinh học điều kiện ổn đònh lượng chất ô nhiễm bò hấp thụ, tích tụ khu vực nghiên cứu 0, chất ô nhiễm không bảo toàn phương trình (1.11) có dạng: Lượng vào = Lượng + Lượng tiêu hủy (1.14) Phần tiêu hủy chất ô nhiễm không bảo toàn tính đến với phản ứng tiêu hủy đầu tiên, tức cho phần chất ô nhiễm tỷ lệ với lượng chất ô nhiễm, tức là: dC = - KC (15) dt K – hệ số tiêu hủy với thứ nguyên 1/đơn vò thời gian, dấu (-) biểu thò chất ô nhiễm đơn vò thời gian; C – nồng độ chất ô nhiễm; t – thời gian Để giải phương trình vi phân (15), biến đổi đôi chút lấy tích phân ta được: C ∞ dC = ∫ C t∫ (− K )dt C0 C Ln(C) – Ln(C0) = Ln _ = - Kt C0 Do nồng độ chất ô nhiễm khu vực nghiên cứu biến thiên theo thời gian, theo công thức C = C0.e-Kt (16) C0 – nồng độ chất ô nhiễm thời điểm ban đầu (t = 0) Công thức (15) thể hệ số suy giảm nồng độ chất ô nhiễm Nếu thừa nhận chất ô nhiễm phân bố đồng thể tích khu vực nghiên cứu, tổng chất ô nhiễm C.V Tổng lượng suy giảm chất ô nhiễm không bảo toàn là: Lượng bò tiêu hủy = K.C.V (17) Thay công thức (17) vào công thức (14) ta công thức cuối đơn giản cân vật chất trường hợp chất ô nhiễm không bảo toàn hệ thống ổn đònh là: Lượng ô nhiễm vào = Lượng ô nhiễm + K.C.V (18a) Trong công thức (18a) thừa nhận nồng độ chất ô nhiễm phân bố thể tích V Ví dụ Một hồ nước bò ô nhiễm cho biết thể tích nước hồ 10,0.106 m3 Có dòng suối chảy vào hồ với lưu lượng m3/s nồng độ chất ô nhiễm (COD) suối 10 mg/l (h.1.4) miệng xả nước thải vào hồ với lưu lượng 0,5 m3/s, mang theo chất ô nhiễm chất ô nhiễm dòng suối Nồng độ COD nước thải 100 mg/l hệ số phản ứng tiêu hủy hồ 0,2 /ngày Thừa nhận chất ô nhiễm hòa trộn thể tích hồ, không xét đến tượng nước bốc hơi, nước thấm qua thành hồ (thấm vào thấm ra) Xác đònh nồng độ chất ô nhiễm hệ thống hồ ổn đònh Giải: Từ hình 1.4 ta có: Lưu lượng chất vào = Qs Cs + Qw Cw = (5 m3/s 10 mg/l + 0,5 m3/s 100 mg/l) 103 l/m3 Hay Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn = 1,0.105 mg/s Lưu lượng chất = Qm Cm = (Qs + Qw) C = (5 + 0,5) m3/s C mg/l 103 l/m3 = 5,5 103 C mg/s Lượng bò tiêu hủy = KCV = 0,2/ng C mg/l 10.106 m3 10 l/m3 = 23,1.103 C mg/s Thải vào Qw = 0,5 m3/s Cw = 100,0 mg/l Dòng suối vào Hồ Qs = m3/s Cs = 10,0 mg/l V = 10,0.106 m3 K = 0,2/ngày C=? Chảy Qm = ? Cm = ? Hình 1.4 Sơ đồ hồ với chất ô nhiễm không bảo toàn Thay trò số vào công thức (1.8a) ta có: 1,0.105 = 5,5.103 C + 103 C = 28,6.103 C Vậy nồng độ chất ô nhiễm hồ là: 1,0.105 C = = 3,5 mg/l 28,6.103 Mô hình tính toán mô hình lý tưởng hỗn hợp chất ô nhiễm không bảo toàn hệ thống ổn đònh, thường ứng dụng để giải toán tổng quát ví dụ ô nhiễm môi trường nước mặt Ví dụ Trong cửa hàng giải khát (h.1.5), tích phòng 500 m3 Trong phòng có 50 người hút thuốc, người hút điếu Tính trung bình cho loại thuốc, điếu thuốc hút nhả 1,4 mg khí formaldehyde (HCHO) Một phần khí formaldehyde chuyển đổi thành cacbon dioxit với hệ số phản ứng tiêu hủy K = 0,4/h Lưu lượng không khí từ vào phòng 1000 m3/h, lưu lượng không khí thoát khỏi phòng 1000 m3/h Hãy xác đònh nồng độ khí formaldehyde ổn đònh không khí phòng, giả thiết khí formaldehyde phân bố đồng phòng Kiểm tra nồng độ có gây tượng cay mắt không Giới hạn nồng độ gây cay mắt nhiệt độ t = 25 0C áp suất khí atm 0,05 ppm Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn ống dẫn nước rong tảo làm tắc ống, đồng thời làm cho nước có tính ăn mòn trình hô hấp thải khí cacbonic Vì để tránh tác hại rong tảo, cần có biện pháp phòng ngừa phát triển chúng nguồn nước 6.1.4 Quá trình hiếu khí, trình yếm khí Các chất bẩn hữu môi trường thích nghi để phát triển vi khuẩn nói chung vi khuẩn gây bệnh nói riêng Vì vậy, nhiệm vụ xử lý nước thải loại bỏ khử độc chất bẩn chứa nước thải đặc biệt chất hữu gây nguy hiểm mặt vệ sinh Nhờ có trình sinh hoá mà liên kết hữu phức tạp bò phân giải thành CO2 H2O Quá trình gọi trình khoáng hoá liên kết hữu Quá trình khoáng hoá xảy tác dụng vi khuẩn Chúng sử dụng chất hữu chất tạo hình trình dinh dưỡng để xây dựng thân thể vi khuẩn (nguyên sinh chất, màng vỏ) Ngoài chúng sử dụng chất hữu chất tạo lượng để hoàn thành chức sống chúng Trong lónh vực cấp thoát nước, vi khuẩn chia làm hai nhóm: vi khuẩn hiếu khí vi khuẩn yếm khí Vi khuẩn hiếu khí cần oxy trình hoạt động vi khuẩn yếm khí không cần oxy (kò oxy) Quá trình khoáng hoá chất hữu tác dụng vi khuẩn hiếu khí gọi trình sinh hoá hiếu khí Trong trình sinh hoá hiếu khí diễn oxy hoá chất hữu chứa cacbon, nitơ, phot pho, lưu huỳnh thành muối khoáng tương ứng axit cacbonic Quá trình khoáng hoá chất hữu tác dụng vi khuẩn yếm khí gọi trình sinh hoá yếm khí Sản phẩm trình loại khí metan CH4, khí cacbonic CO2, hydro sunfua H2S, amoniac NH3, hydro H2 số sản phẩm trung gian trình phân giải nhiều chất hữu khác Trong kỹ thuật xử lý nước thải, trình sinh hoá hiếu khí ứng dụng để làm nước thải chứa chất bẩn hữu dạng hoà tan dạng keo Quá trình sinh hoá yếm khí ứng dụng để chế biến khử độc cặn nước thải, trình yếm khí ứng dụng để xử lý nước thải công nghiệp chứa chất hữu với hàm lượng lớn 6.1.5 Quá trình nitrát hoá khử nitrát Quá trình nitrat hoá Quá trình nitrát hoá trình oxy hoá sinh nitơ muối amôn thành nitrit sau thành nitrat điều kiện thích ứng (có oxy 4oC)) Vi khuẩn tham gia trình gồm có nhóm: - Vi khuẩn nitrít oxy hoá amoniac thành nitrit hoàn thành giai đoạn thứ nhất; - Vi khuẩn nitrat oxy hoá nitrit thành nitrat, hoàn thành giai đoạn thứ hai; Các phản ứng biểu diễn qua phương trình sau: 2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O 2HNO2 + O2 = 2HNO3 hoặc: (NH4)2CO3 + 3O2 = HNO2 + CO2 + 3H2O 2HNO2 + O2 = 2HNO3 Tốc độ gia đoạn thứ xảy nhanh gấp lần so với tốc độ giai đoạn Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II 128 HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn Bằng thực nghiệm người ta chứng minh lượng oxy tiêu hao để oxy hoá 1mg nitơ muối amôn giai đoạn tạo nitrít 3,43mg O2, giai đoạn tạo nitrát 4,5mg O2 Sự có mặt nitrat nước thải phản ánh mức độ khoáng hoá hoàn toàn chất bẩn hữu Quá trình nitrat hoá có ý nghóa quan trọng kỹ thuật xử lý nước thải Trước tiên, phản ánh mức độ khoáng hoá chất hữu trình bày Nhưng quan trọng trình nitrat hoá tích luỹ lượng O2 dự trữ ứng dụng để oxy hoá chất hữu không chứa nitơ lượng oxy tự (oxy hoà tan) tiêu hao hoà toàn cho trình Quá trình khử nitrat Quá trình khử nitrát trình tách oxy khỏi nitrit, nitrat tác dụng vi khuẩn yếm khí (vi khuẩn khử nitrat) Oxy tách từ nitrit nitrat dùng lại để oxy hoá chất hữu Lượng oxy giải phóng trình khử nitrít N2O3 1,71 mg O2/1mg nitơ; trình khử nitrat N2O5 2,85 mg O2/1mg nitơ Nitơ tách dạng khí bay vào khí 6.1.6 Nhu cầu oxy cho trình sinh hoá trình hoá học Nhu cầu oxy cho trình sinh hóa Nhu cầu oxy cho trình sinh hoá lượng oxy tiêu hao để oxy hoá hiếu khí chất hữu khoảng thời gian xác đònh kí hiệu chữ BOD số tài liệu kí hiệu NOS BOD tính mg/l g/m3 Căn vào đại lượng BOD đánh giá mức độ nhiễm bẩn nước thải nguồn nước chất hữu (ở dạng keo hoà tan lơ lửng không lắng BOD lớn nước thải (hoặc nước nguồn) bò nhiễm bẩn cao ngược lại Thời gian cần thiết để thực trình oxy hoá sinh hoá phụ thuộc vào nồng độ bẩn nước thải Thời gian 1, 2, 3, 5…, 20 ngày đêm lâu (và kí hiệu BOD1, BOD2, BOD3, BOD5,… BOD20…) Tuy nhiên, mức độ oxy hoá chất hữu không điều hoà theo thời gian Thời gian đầu, trình oxy hoá xảy với cường độ mạnh sau giảm dần Thí dụ với nước thải sinh hoạt nước thải số ngành công nghiệp có thành phần giống với nước thải sinh hoạt, lượng oxy tiêu hao để oxy hoá chất hữu vài ngày đầu chiếm 21%, qua ngày đêm chiếm 87% qua 20 ngày đêm 99% Trong thực tế, trình oxy hoá đạt 100% phải có thời gian dài khoảng 100 ngày đêm vậy, người ta quy ước BOD hoàn toàn BODht BOD20 Để kiểm tra làm việc công trình xử lý nước thải thường dùng BOD5 qua ngày đêm Khi biết BOD5, tính BOD20 cách chia cho hệ số biến đổi BOD20 = BOD5 : 0,68 Khi thiết kế công trình xử lý việc xác đònh BOD cần thiết Đối với nước thải sau lắng: BOD20 40g O2 tính cho người ngày đêm BOD20 nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tiêu chuẩn thoát nước Tiêu chuẩn thoát nước cao BOD20 nước thải nhỏ Nhu cầu oxy cho trình hóa học Theo nghiên cứu Baziakina N.A BOD20 không đặc trưng cách đầy đủ lượng tổng quát chất hữu nước thải, chưa tính đến chất hữu bền vững không bò oxy hoá phương pháp sinh hoá chưa tính đến phần chất hữu tiêu hao để phát triển vi khuẩn Do để đánh giá cách đầy đủ lượng oxy 129 Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn cần thiết để oxy hoá tất chất bẩn hữu nước thải, người ta ứng dụng phương pháp oxy hoá bicromat (hoặc độ oxy hoá iôdot) Lượng oxy cần thiết để oxy hoá hoá học chất hữu nêu gọi nhu cầu oxy hoá trình hoá học, COD Theo Baziakina N.A, BOD20 nước thải sinh hoạt 86% COD Đối với nước thải công nghiệp tỷ lệ khác Thí dụ nước thải vài loại công nghiệp hoá chất có BOD20 20% COD,… Khi thiết kế công trình xử lý nước thải công nghiệp hỗn hợp nước thải sinh hoạt công nghiệp cần thiết phải xác đònh BOD20 COD 6.1.7 Độ phản ứng nước thải Độ phản ứng nước thải có ý nghóa quan trọng trình xử lý Độ phản ứng nước thải biểu diễn qua đại lượng pH (kỹ xem giáo trình “cơ sở hoá học trình xử lý nước thiên nhiên nước thải”) Nước thải sinh hoạt có pH= 7,2 – 7,6 Nước thải công nghiệp có pH khác phụ thuộc loại công nghiệp Môi trường thuận lợi để vi khuẩn phát triển môi trường có pH từ đến Vi khuẩn nitrít phát triển thuận lợi với pH = 4,8 – 8,8, vi khuẩn nitrat với pH = 6,5 – 9,3 Vi khuẩn lưu huỳnh tồn môi trường có pH = – Các công trình xử lý nước thải làm việc bình thường với pH giới hạn từ đến 7,6 Rõ ràng giá trò pH có ý nghóa quan trọng nhiều khâu công nghệ xử lý nước thải mà khâu quản lý công trình 6.1.8 Độ ổn đònh tương đối nước thải Trong nước thải có chứa lượng oxy hoà tan không khí từ bên vào có chứa lượng oxy liên kết kết trình nitrát hoá khử nitrát Những lượng oxy vừa nêu ứng dụng trình sinh hoá Tỷ lệ lượng oxy có nước thải với lượng oxy cần thiết để oxy hoá chất hữu gọi độ ổn đònh tương đối nước thải Độ ổn đònh có liên quan mật thiết với thời gian thối rữa chất lỏng tính theo công thức: S = 100 − 10 − K1t (6.3a) Trong đó: S – Độ ổn đònh tương đối nước thải T – Thời gian thối rữa chất lỏng Sau thay giá trò K1 = 0,1 phương trình (6.3a) có dạng: S = 100.(1 − 0,794 t ) (6.3b) o Như vậy, đo ổn đònh 50% nhiệt độ 20 C thối rữa ngày thứ ba Khi độ ổn đònh 80% ngày thứ bảy Khi độ ổn đònh 99% ngày thứ hai mươi Ở nhiệt độ 20oC độ ổn đònh có giá trò lớn Độ ổn đònh lớn tác hại thối rữa Đối với nước thải sinh hoạt dẫn đến trạm làm sạch, độ ổn đònh nhỏ 11%, nước thải sau qua xử lý sinh học, độ ổn đònh tăng đến 99% 6.1.8 Xác đònh nồng độ bẩn nước thải Trong trình tính toán công trình xử lý, trình bày cần phải biết thành phần nước thải qua phân tích hoá học Tuy nhiên nhiều trường hợp, ( ) Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II 130 HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn thiết kế trạm xử lý nước thải cho thành phố, thò trấn tiểu khu… nơi lại chưa có hệ thống thoát nước có để lấy mẫu nước phân tích thành phần chúng Thông thường, thiết kế hay quy hoạch khu dân cư, xí nghiệp công nghiệp đồng thời phải thiết kế hệ thống thoát nước (gồm mạng lưới thoát nước trạm xử lý) Trong trường hợp thiết kế công trình xử lý cho xí nghiệp công nghiệp tham khảo số liệu thành phần nước thải loại xí nghiệp công nghiệp tương tự Khi thiết kế khôi phục cải tạo thành phố thành phần nước thải phải xác đònh tính toán Để tính toán cần phải biết đặc tính chất bẩn số lượng chúng ngày đêm tính cho người sử dụng hệ thống thoát nước Lượng chất bẩn lấy theo bảng 6.1 (hoặc bảng 15 quy phạm tạm thời HC 10-9-72) Bảng 6.1 Hàm lượng bẩn nước thải sinh hoạt tính cho người ngày đêm Lượng bẩn Thành phần chất bẩn tính g/ng.ngđ 65 Chất lơ lửng 35 BOD5 nước lắng 40 BOD20 nước lắng Nitơ muối amôn 1,7 Phốt phát (P2O5) Clorua (Cl) Ngoài cần thiết phải biết tiêu chuẩn thoát nước (l/ng.nđ) Đối với vùng dân cư hệ thống thoát nước, tính toán hàm lượngbẩn nước thải cần lấy 33% hàm lượng bẩn nêu bảng 1.1 Tiêu chuẩn thoát nước trường hợp lấy khoảng 20 – 30l/ng.ngđ Hàm lượng chất bẩn nước thải từ công trìnyh công cộng (nhà tắm, nhà giặt, nhà ăn, trường học, bệnh viện, nhà trẻ, câu lạc bộ…) lấy theo bảng 6.1 Xác đònh nồng độ bẩn nước thải Nồng độ bẩn nước thải xác đònh theo chất lơ lửng theo NOS Nồng độ bẩn nước thải sinh hoạt theo chất lơ lửng tính theo công thức: a 1000 C sh = o mg/l g/m3 (6.4) q Trong đó: ao – Hàm lượng bẩn chất lơ lửng, g/ng.ngđ q – Tiêu chuẩn thoát nước, l/ng.ngđ Nồng độ bẩn nước thải sinh hoạt theo BOD tính theo công thức: a 1000 Lsh = mg/l g/m3 (6.5) q Trong đó: a1 – Hàm lượng BOD, g/ng.ngđ Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II 131 HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn Nhiều trường hợp, nước thải sinh hoạt trộn lẫn với nước thải công nghiệp có ảnh hưởng đến thành phần nước thải Trong trường hợp đó, cần xác đònh nồng độ bẩn hỗn hợp nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp Nồng độ bẩn hỗn hợp nước thải sinh hoạt công nghiệp theo chất lơ lửng tính theo công thức: C Q + C CN QCN C hh = sh sh mg/l g/m3 (6.6) Qsh + QCN Trong đó: Csh, CCN – Nồng độ bẩn theo chất lơ lửng nước thải sinh hoạt công nghiệp, mg/l; Qsh, QCN – Lưu lượng trung bình nước thải sinh hoạt công nghiệp, l/ngđ m3/ng.đ Nồng độ bẩn hỗn hợp nước thải sinh hoạt công nghiệp theo BOD tính theo công thức: L Q + LCN QCN mg/l g/m3 (6.7) Lhh = sh sh Qsh + QCN Trong đó: Lsh, LCN – BOD nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp, mg/l; Dân số tương đương nh hưởng nước thải công nghiệp thể qua việc xác đònh dân số tương đương Dân số tương đương dân số gây lượng bẩn tương đương với lượng chất bẩn nước thải công nghiệp tạo nên Dân số tương đương xác đònh theo chấtlơ lửng theo BOD tính sau: - Dân số tương đương theo chất lơ lửng: C Q (6.8) N tđ = CN CN a0 - Dân số tương đương theo BOD: L Q N tđ = CN CN a1 (6.9) Dân số tính toán để thiết kế trạm xử lý tính tổng dân số thành phố dân số tương đương 6.1.9 Sử dụng nước thải Nước thải thường xem loại nước bẩn, nguy hiểm mặt vệ sinh Tuy nhiên, nghiên cứu kỹ thành phần hoá học thấy nước thải có chứa sản phẩm quý có ích cho nông nghiệp Trong nước thải sinh hoạt có chứa lượng lớn nitơ, kali, phốtpho, canxi… chất phân bón có giá trò nông nghiệp Một phần lớn kali nitơ tồn nước thải dạng hoà tan, phốt dạng cặn lắng Thành phần phân bón nước thải lớn Bằng thực nghiệm người ta tính 1000m3 nước thải có chứa lượng nitơ tương đương với lượng nitơ 17,5 phân bón, lượng kali ứng với lượng kali phân bón lượng phốt phát lượng phốt 5,6 phân bón Trong điều kiện nước ta, sử dụng nước thải có thành phần cho nông nghiệp có ý nghóa quan trọng Khó khăn chỗ nghiên cứu cách Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II 132 HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn tận dụng nước thải cho phù hợp với điều kiện canh tác điều kiện vệ sinh cho nhân dân Khó khăn đòi hỏingười làm công tác cấp thoát nước nghiên tìm biện pháp tốt nhằm giải hai vấn đề là: suất canh tác vấn đề tự làm nước thải Cặn lắng nước thải sau lên men dùng phân bón Trong thành phần cặn lên men có lượng đáng kể nitơ, phốt pho, kali, natri, vôi… Nước thải công nghiệp chứa nhiều chất hoá học khác nhau, có chất gây tác hại thực vật Trong trường hợp đó, dùng nước thải công nghiệp để tưới ruộng cần có biện pháp để hạ nồng độ chất độc hại đến giới hạn cho phép Bên cạnh chất có hại đó, nước thải có chứa chất có lợi Thí dụ: nước thải vài xí nghiệp dệt có chứa nitơ nước tảhi nhiều loại công nghiệp khác có chứa nguyên tố vi lượntg, chúng góp phần vào việc làm tăng suất trồng Nước thải sinh hoạt nêu trên, có chứa vi khuẩn gây bệnh, trước sử dụng tưới ruộng, theo nguyên tắc cần tiến hành lắng vòng 1,5 – 2h để trứng giun sán nước thải bò loại hoà toàn Nói cách khác, nước thải sinh hoạt sau xử lý sơ để loại trừ nguy hiểm vi khuẩn gây bệnh, việc sử dụng nước thải để tưới bón ruộng có hiệu đáng kể Nước thải sinh hoạt sử dụng vào mục đích nuôi cá 6.1.10 Quá trình tự làm nguồn nước Khả khử chất bẩn nguồn nước gọi khả tự làm nguồn nước Nó thể qua hai trình: - Quá trình xáo trộn (pha loãng) túy lý học nước thải với nguồn nước - Quá trình khoáng hóa chất hữu nhiễm bẩn nguồn nước Kết hai trình nồng độ chất bẩn nguồn nước bò giảm xuống Đối với nguồn nước có dòng chảy (sông, suối) nước thải pha loãng với nguồn nước trôi theo đến khoảng cách Trên khoảng dài người ta thường chia thành vùng sau: - Vùng cống xả nước thải - Vùng xáo trộn hoàn toàn nước thải nước sông - Vùng nhiễm bẩn nặng Hàm lượng ôxy hòa tan nguồn đạt giá trò nhỏ - Vùng phục hồi lại trình bình thường Quá trình làm coi kết thúc Cường độ trình tự làm phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tốc độ dòng chảy, điều kiện làm thoáng, độ sâu nguồn nước, nhiệt độ thủy sinh, thành phần hóa lý nước nguồn 6.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH NƯỚC THẢI Mục đích trình xử lý nước thải loại bớt chất ô nhiễm có nước thải đến mức độ chấp nhận theo tiêu chuẩn quy đònh Mức độ yêu cầu xử lý nước thải tùy thuộc vào yếu tố sau: - Xử lý để tái sử dụng - Xử lý quay vòng - Xử lý để xả môi trường Để xác đònh mức độ yêu cầu xử lý nước thải, công việc quan trọng Bởi xác đònh sai nảy sinh hai vấn đề sau: - Gây ô nhiễm nguồn nước cách từ từ Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II 133 HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn - Chi phí xử lý nước thải tốn gây phương hại kinh tế Mức độ cần thiết xử lý nước thải phụ thuộc vào: - Nồng độ bẩn nước thải - Khả tự làm nguồn nước tiếp nhận - Yêu cầu mặt vệ sinh môi trường Điều quan trọng trước hết phải nắm thành phần tính chất nước thải Vấn đề xử lý nước vấn đề mang tính thời mặt công nghệ Vấn đề cần quan tâm phải đảm bảo tính khả thi mặt kỹ thuật mặt kinh tế Tổng quan biện pháp xử lý nước thải chia làm ba nhóm sau : Xử lý phương pháp học Xử lý phương pháp hóa -lý Xử lý phương pháp vi sinh 6.2.1 Xử lý phương pháp học Nhiệm vụ - Là để loại tạp chất học khỏi nước thải, gồm công trình sau đây: a Sàng rác song chắn rác Phương pháp sàng rác nhằm loại mảnh lớn cây, que khỏi nước thải trước công đoạn xử lý với mục đích bảo vệ thiết bò bơm Thiết bò sàng rác chia thành hai loại: - Sàng rác: chắn, chắn tự động, quay - Sàng kết hợp với cắt rác, thiết bò loại rác lớn đồng thời cắt mảnh rác nhỏ thành mảnh nhỏ - Tùy thuộc vào mục đích tính chất rác kích thước (độ mở) khe hở chọn khoảng - mm Song chắn rác nhằm để loại rác thô b Bể lắng cát Tách tạp chất vô chủ yếu cát bố trí trước bể lắng Sử dụng bể lắng cát để tránh ảnh hưởng xấu tới công trình xử lý nước thải : Khó xả cặn từ bể lắng, tránh khó khăn công trình xử lý cặn bể mêtan, tự hoại , - Gồm bể lắng cát ngang - Bể lắng cát đứng - Bể lắng cát thổi khí c Bể lắng Nhiệm vụ giữ lại chất không tan nước thải chủ yếu dạng hữu ( 80%) sau qua bể lắng cát Sau bể lắng hàm lượng cặn lơ lửng cần < 150 mg/l Bản chất phương pháp lắng dựa lực trọng lực hạt để tách chúng khỏi nước thải Vận tốc lắng hạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác : - Độ nhớt nước thải - Kích thước khối lượng riêng hạt - Mật độ hạt (hay nồng độ) - Chế độ dòng chảy (v) - Bể lắng nước thải thường thiết kế dạng hình chữ nhật, hình tròn Phân loại theo chức vò trí công nghệ xử lý: - Bể lắng đợt : Đặt trước công trình xử lý sinh học 134 Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn - Bể lắng đợt : Để lắng bùn hoạt tính, màmg vi sinh vật - Bể lắng đợt có xử lý sinh học bậc Theo hướng chuyển động nước ta có : - Bể lắng ngang - Bể lắng đứng - Bể lắng li tâm d Lọc nước thải Phương pháp lọc nước thải thường áp dụng rộng rãi giá thành xử lý cao Tuy nhiên số trường hợp kết hợp xử lý với thu hồi tái sử dụng số thành phần q nước thải cần thiết phải tái sử dụng nước phương pháp áp dụng 6.2.2 Các phương pháp xử lý hóa lý Bản chất trình xử lý nước thải phương pháp hóa lý áp dụng trình vật lý hóa học để loại bớt chất ô nhiễm khỏi nước thải Chủ yếu để xử lý nước thải công nghiệp Giai đoạn xử lý hóa lý giai đoạn xử lý độc lập xử lý với phương pháp học, hóa học, sinh học công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh Xử lý hóa lý gồm : - Phương pháp kết tủa tạo cặn - Tuyển - Hấp phụ - Trung hòa - Ôxy hóa a Kết tủa, tạo cặn Phương pháp áp dụng số chất phèn nhôm, phèn sắt, polymer có tác dụng kết dính chất khuếch tán dung dòch thành hạt có kích cỡ tỷ trọng lớn lắng để loại bớt chất ô nhiễm khỏi nước thải Việc lựa chọn chất tạo hay keo tụ phụ thuộc vào thành phần tính chất nước thải chất khuếch tán cần loại Trong số trường hợp chất phụ trợ nhằm chỉnh cho giá trò pH nước thải tối ưu cho trình tạo keo tụ Trong số trường hợp phương pháp cho phép loại bớt màu nước thải kết hợp áp dụng số chất phụ trợ khác b Tuyển Đây phương pháp áp dụng tương đối rộng rãi nhằm loại chất rắn lơ lửng mòn , dầu mỡ khỏi nước thải Phương pháp tuyển thường áp dụng xử lý nước thải chứa dầu, nước thải công nghiệp thuộc da, dược phẩm v.v Bản chất trình tuyển ngược lại với trình lắng áp dụng trường hợp trình lắng xảy chậm khó thực Các chất lơ lửng, dầu, mỡ lên bề mặt nước thải tác dụng nâng bọt khí Các phương pháp tuyển thường áp dụng : - Tuyển chân không - Tuyển áp lực (tuyển khí tan ) - Tuyển giới - Tuyển với cung cấp không khí qua vật liệu xốp - Tuyển điện - Tuyển sinh học - Tuyển hóa học 135 Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn Trong phương pháp tuyển khí tan thường áp dụng nhiều c Quá trình hấp phụ hấp thụ Quá trình hấp phụ hấp thụ: trình thu hút chất từ môi trường vật thể rắn lỏng Chất có khả thu hút gọi chất hấp phụ hay hấp thụ chất bò thu hút gọi chất bò hấp phụ chất bò hấp thụ Phương pháp hấp phụ ứng dụng rộng rãi để làm triệt để chất hữu nước thải, nồng độ chất không cao chúng không bò phân hủy vi sinh chúng độc thuốc diệt cỏ, phenol, thuốc sát trùng, hợp chất nitơ vòng thơm, chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm Chất hấp phụ: thường than hoạt tính, chất tổng hợp chất thải số ngành sản xuất (tro, xỉ, mạt cưa ) chất hấp phụ vô đất sét, silicagen, keo nhôm d Trung hòa Nước thải chứa axit kiềm vô trước thải vào hệ thống nước trước sử dụng trình công nghệ cần trung hòa Nước cho trung tính có độ pH = 6,5 - 8,5 Trung hòa tiến hành nhiều cách khác nhau: trộn nước thải axit kiềm với nhau, cho thêm tác chất, lọc nước axit qua vật kiệu trung hòa, hấp thụ khí axit nước kiềm hấp thụ amoniac nước axit Chọn phương pháp trung hòa phụ thuộc vào thể tích nồng độ nước thải - Trung hòa cách trộn Phương pháp ứng dụng nhà máy nhà máy lân cận có nước thải axit kiềm không bò ô nhiễm cấu tử khác Người ta trộn nước axit kiềm vào để trung hòa - Trung hóa cách cho thêm tác chất: kiềm tác nhân có tính axít tương ứng - Trung hòa lọc nước axit qua vật liệu trung hòa Trong trường hợp để trung hòa nước axit người ta cho lọc nước qua lớp magezit (MgCO3), đolomit (CaCO3 MgCO3), CaCO3, chất thải rắn (xỉ, tro) Người ta sử dụng thiết bò lọc đứng có lớp hạt CaCO3 đolomit kích thước 30 - 80 mm, với chiều cao lớp lọc 0,85 - 1,2 m vận tốc không lớn m/s thời gian tiếp xúc không nhỏ 10 phút Vận tốc thiết bò nằm ngang - m/s e xy hóa khử Để làm nước người ta sử dụng chất ô xy hóa sau: clo khí lỏng, diô xyt clo, clorat canxi, hypoclorua canxi natri, pemanganat kali, bicromat kali, ô xy già, ô xy không khí, ozôn, piroluzit MnO2 Trong trình ô xy hóa, chất ô nhiễm độc hại, chứa nước thải, phản ứng hóa học, chuyển thành chất độc loại khỏi nước Phương pháp yêu cầu chi phí lớn, ứng dụng chất ô nhiễm loại phương pháp khác Ví dụ, xử lí xianua, hợp chất tan asen - xy hóa clo Clo chất chứa clo hoạt tính chất ô xy hóa phổ biến Chúng ứng dụng để làm nước khỏi H2S, hydrosunfua, hợp chất metyl, lưu huỳnh, phenol, xianua Khi cho clo vào nước hình thành hypoclorit axit clohydric Cl2 + H2O = HOCl + HCl Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II 136 HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn Sau diễn phân li hypoclorit, pH = phân tử clo gần không có: HOCl -> H+ + OClCác nguồn clo hoạt tính clorat canxi, hypoclorit, clorat, diô xyt clo - xy hóa H2O2 H2O2 chất lỏng không màu, ứng dụng để ô xy hóa nitric, andehyt, phenol, xianua, chất thải chứa lưu huỳnh, thuốc nhuộm hoạt hóa xy già độc, nồng độ giới hạn cho phép nước 0,1mg/l - xy hóa ô xy không khí Người ta sử dụng ô xy không khí để ô xy hóa hợp chất sắt (II) thành sắt (III) với tạo thành hidrô xyt sắt kết tủa Phản ứng ô xy hóa sau: 4Fe2+ + O2 + 2H2O = 4Fe3+ + 4OHFe3+ + 3H2O = Fe(OH) + 3H+ Quá trình ô xy hóa diễn sục không khí qua nước thải Có thể đơn giản hóa việc sục khí cách cho nước dạng giọt rơi không khí xuống bề mặt vật liệu lọc Khi giọt lỏng tiếp xúc với không khí xảy trình ô xy hóa sắt xy hóa không khí dùng để ô xy hóa nước thải sunfit nhà máy xenlulô, chế biến dầu mỏ hóa dầu - Ozôn hóa xy hóa ozôn cho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng vò lạ nước Bằng ozôn hóa xử lí phenol, sản phẩm dầu mỏ, sunfuahydric, hợp chất asen, chất hoạt hóa bề mặt, xianua, thuốc nhuộm, hydrocacbon thơm gây ung thư, thuốc sát trùng Ozôn - khí màu tím nhạt Trong tự nhiên ûthượng tầng khí Ở nhiệt độ = 111,9 C ozôn hóa lỏng có màu xanh đậm Ozôn độc, nồng độ tối đa cho phép khu vực làm việc 0,0001mg/m3 Ozôn ô xy hóa tất kim loại, ngoại trừ vàng, chuyển chúng thành ô xyt 14.5.1.2 6.2.3 Xử lý phương pháp vi sinh 12.2.3.1 Các phương pháp chung * Nguyên tắc chung Bản chất trình xử lý chất ô nhiễm nước thải phương pháp sinh học sử dụng khả sống – hoạt động vi sinh vật để phân hủy hợp chất hưũ có nước thải Chúng sử dụng chất hữu số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng tạo lượng Căn vào tính chất hoạt động vi sinh vật chia phương pháp sinh học thành nhóm sau : - Các phương pháp hiếu khí (aerobic) - Các phương pháp kò khí (anaerobic) - Các phương pháp thiếu khí (anô xyc) * Các phương pháp hiếu khí Các phương pháp hiếu khí dựa nguyên tắc vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất hữu điều kiện có oxy hòa tan dưỡng vi sinh vật Chất hữu + O2 H2O + CO2 + NH3 + Năng lượng Các chất dinh dưỡng Ở điều kiện hiếu khí, NH4+ bò loại nhờ trình nitrat hóa vi sinh vật tự Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II 137 HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NH4+ + O2 vi sinh vật http://www.ebook.edu.vn NO3- + H+ + H2O + lượng Các phương pháp xử lý thường hay sử dụng : - Phương pháp bùn hoạt tính (activated sludge) - Phương pháp phân hủy sinh học đệm cố đònh (fixed bed bioreactor) - Phương pháp lọc sinh học (trickling filter) - Phương pháp ao ổn đònh (ao hiếu khí, ao tùy nghi) * Các phương pháp xử lý kỵ khí Thường sử dụng để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu đậm đặc (BOD từ 10.000 – 20.000 mg/l) loại bỏ chất hữu có phần cặn nước thải vi sinh vật tùy nghi vi sinh kỵ khí ưu vi sinh vật kỵ khí Quá trình phân hủy kò khí hợp chất hữu thường xảy theo hai trình : - Quá trình lên men acid : Thủy phân chuyển hóa sản phẩm thủy phân (như acid béo, đường ) thành acid rượu mạch ngắn cuối thành khí cacbonic (CO2) - Quá trình lên men methan : Phân hủy chất hữu thành khí methan (CH4) cacbonic (CO2) vi sinh vật Chất hữu + H2O CO2 + CH4 sản phẩm khác ( trình phân hủy kỵ khí thường kéo theo sản phẩm như: N2, H2, H2S, NH3, indol, mecaptan) Hiện xu hướng áp dụng phương pháp phân hủy kò khí có thu hồi lượng (biogas) áp dụng rộng rãi số nguyên nhân sau : + Thể tích công trình nhỏ, chiếm mặt + Chi phí vận hành thấp + Có khả thu hồi lượng Các phương pháp kò khí thường hay sử dụng : - Kỵ khí kiểu tiếp xúc (Anaerobic Contact) - Bể phản ứng kò khí có đệm dãn (Fluidized Bed) - Kỵ khí kiểu đệm bùn dòng chảy ngược (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) * Các phương pháp thiếu khí (anô xyc) Các phương pháp xử lý thiếu khí thường áp dụng để loại chất dinh dưỡng N&P, yếu tố gây tượng bùng nổ tảo nước bề mặt, khỏi nước thải Nguyên tắc điều kiện thiếu oxy hòa tan (hàm lượng ô xy hòa tan hệ thống xử lý giữ mức xấp xỉ mg/L), việc khử nitrat hóa xảy : NO3Visinh NO2NO2- + chất hữu Visinh N2 + CO2 + H2O Trong thực tế, tùy thuộc vào đặc trưng nước thải, điều kiện mặt bằng, kinh phí, tiêu chuẩn thải, chọn nhiều phương pháp kết hợp để xây dựng công trình xử lý nước thải thích hợp có hiệu cao 6.2.3.2 Các công trình xử lý nước thải phương pháp sinh học Các trình xử lí sinh học diễn điều kiện tự nhiên công trình nhân tạo Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II 138 HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn Trong điều kiện tự nhiên việc xử lí xảy cánh đồng tưới, cánh đồng lọc ao sinh học Các công trình nhân tạo bể thông khí (aerotank) thiết bò lọc sinh học Kiểu công trình xử lí chọn phụ thuộc vò trí nhà máy, điều kiện khí hậu, nguồn cấp nước, thể tích nước thải công nghiệp sinh hoạt, thành phần nồng độ chất ô nhiễm Trong công trình nhân tạo, trình xử lí xảy với tốc độ lớn điều kiện tự nhiên a Xử lí nước thải điều kiện tự nhiên Cánh đồng tưới Đó khu đất chuẩn bò riêng biệt để sử dụng đồng thời cho hai mục đích: xử lí nước thải gieo trồng Xử lí nước thải điều kiện tự nhiên diễn tác dụng hệ vi thực vật đất, mặt trời, không khí ảnh hưởng thực vật Trong đất cánh đồng tưới có vi khuẩn, men, nấm, rêu tảo, động vật nguyên sinh động vật không xương sống Nước thải chứa chủ yếu vi khuẩn Trong lớp đất tích cực xuất tương tác phức tạp vi sinh vật có bậc cạnh tranh Số lượng vi sinh vật đất cánh đồng tưới phụ thuộc vào thời tiết năm Vào mùa Đông, số lượng vi sinh vật nhỏ nhiều so với mùa hè Nếu cánh đồng không gieo trồng nông nghiệp chúng dùng để xử lí sinh học nước thải chúng gọi cánh đồng lọc nước Các cánh đồng tưới sau xử lí sinh học nước thải, làm ẩm bón phân sử dụng để gieo trồng có hạt ăn tươi, cỏ, rau để trồng lớn nhỏ (cây dạng bụi, khóm) Các cánh đồng tưới có ưu điểm sau so với aerotank: Giảm chi phí đầu tư vận hành Không thải nước phạm vi diện tích tưới Bảo đảm mùa nông nghiệp lớn bền Phục hồi đất bạc màu Ao sinh học Ao sinh học dãy ao gồm nhiều bậc, qua nước thải chảy với vận tốc nhỏ, lắng xử lí sinh học Các ao ứng dụng để xử lí sinh học xử lí bổ sung tổ hợp với công trình xử lí khác Ao chia làm ao với thông khí tự nhiên nhân tạo Ao với thông khí tự nhiên không sâu (0,5 -1m), đun nóng mặt trời gieo vi sinh vật nước Vi khuẩn sử dụng ô xy sinh từ rêu, rong, tảo trình quang hợp ô xy từ không khí để ô xy hóa chất ô nhiễm Rêu tảo đến lượt tiêu thụ CO2 , photphat nitrat amon, sinh từ phân hủy sinh học chất hữu Để hoạt động bình thường cần phải đạt giá trò pH nhiệt độ tối ưu b Xử lí nước thải công trình nhân tạo Xử lí aerotank Việc xử lí nước thải phương pháp sinh hóa điều kiện nhân tạo tiến hành bể thông khí (aerotank) Aerotank tên gọi bể chứa nước bê tông cốt sắt thông khí Quá trình xử lí aerotank diễn theo dòng nước thải sục khí trộn với bùn hoạt tính (quần thể vi sinh vật) Trong thực tế sục khí có hai nhiệm vụ: khuấy trộn bùn hoạt tính với nước thải cung cấp ô xy để vi sinh vật khoáng hóa sống hoạt động Bể lọc sinh học Bể lọc sinh học công trình nước thải lọc qua lớp vật liệu có kích thước hạt lớn Lớp vật liệu bao phủ màng vi sinh vật Vi sinh màng sinh học ô xy Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II 139 HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn hóa chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng lượng Như vậy, chất hữu tách khỏi nước khối lượng màng sinh học tăng lên Màng sinh vật chết trôi theo nước đưa khỏi thiết bò lọc sinh học Vật liệu đệm vật liệu có độ xốp cao, khối lượng riêng nhỏ bề mặt riêng phần lớn Màng sinh học đóng vai trò bùn hoạt tính Nó hấp thụ phân hủy chất hữu nước thải Cường độ ô xy hóa thiết bò lọc sinh học thấp aerotank - Bể lọc sinh học nhỏ giọt: loại có suất thấp bào đảm xứ liù tuần hoàn Tải trọng thủy lực chúng 0,5 đến 3m3/ (m2 ngày đêm) Chúng áp dụng để xử lí nước với suất đến 100m3/ngày.đêm BOD không lớn 200 mg/l - Bể lọc sinh học cao tải hoạt động với tải trọng thủy lực 10-30m3/(m2.ngày đêm), lớn thiết bò lọc sinh học nhỏ giọt 10-15 lần Nhưng không bảo đảm xử lí sinh học tuần hoàn Để hòa tan ô xy tốt người ta tiến hành thông khí Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II 140 HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn 6.3 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP, NƯỚC THẢI - CHỨC NĂNG NHIỆM VỤ CÁC CÔNG TRÌNH ĐƠN VỊ 6.3.1 Sơ đồ khối công nghệ xử lý nước mặt Cl2 1 Các công trình hệ thống: 123456789- Công trình thu nước trạm bơm cấp I Bể trộn hóa chất Bể phản ứng Bể lắng (lắng chất keo tụ) Bể lọc (lọc lại chất keo tụ sót) Bể chứa Trạm bơm cấp II Đài nước Vào mạng lưới cấp nước Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II 141 HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn 6.3.2 Sơ đồ tổng quát trạm xử lý nước thải đô thò & khu dân cư Khí nén Nguồn Thải ’ ’ 10 7’ Cặn tươi 4’ Nguồn tiếp nhận Bùn hoạt tính 5’ ” từ bể Methane Khử trùng Bùn dư Nước Bùn cặn Làm phân bón Chức công trình đơn vò: 1- Song chắn rác 1’Máy nghiền rác 2- Bể lắng cát 2’Thiết bò làm nước 3- Bể lắng đợt I 4- Bể Aeroten or Biophine (oxy chất hữu cơ) 4’Bể xử lý sinh học bậc II (nếu cần) 5- Bể lắng đợt II 5’Bể lắng sinh học đợt III (nếu cần) 6- Bể tiếp xúc (diệt khuẩn với thời gian tiếp xúc > 30 phút) 7- Bể Methane 7’ – Hệ thống chứa khí đốt 7” – Nồi cung cấp nhiệt cho bể Methane 8- Làm nước bùn (sân phơi bùn máy nén bùn) để làm phân bón 9- Hệ thống nén bùn (làm giảm trọng bùn đến độ ẩm thích hợp, đưa chung với cặn tươi cho phân hủy bể Methane) 10- Bể làm thoáng sơ khí nén Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II 142 ... kỹ thuật xử lý môi trường dựa vào tính chất để tách hòa tan chất khí dung môi Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II 14 HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn Trong kỹ thuật môi. .. C(7ngày) = 2,1 mg/l Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II 11 HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn CHƯƠNG II: HỆ PHÂN TÁN CÁC HỆ PHÂN TÁN Hệ phân tán hệ bao gồm môi trường liên tục... thành phần ba môi trường kể có tồn sống có liên quan tác động tương hỗ thành phần môi trường khí quyển, thuỷ quyển, đòa Phòng dự án môi trường công nghiệp – Sites II HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG http://www.ebook.edu.vn