A. Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước (cấp và thải) cho một khu đô thị, khu công nghiệp I. Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải cho một khu đô thị, khu công nghiệp Nước thải đô thị bao gồm: Nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải sản xuất Nước thải đô thị được xử lý theo ba bước: Xử lý sơ bộ và xử lý bậc một + Nước thải sinh hoạt: Tách rác, cát, cặn lắng trong nước thải (các biện pháp cơ học) + Nước thải bệnh viện: Khử trùng diệt vi khuẩn gây bệnh (các biện pháp hóa lý và vật lý) + Nước thải sản xuất: Khử các chất độc hại và đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của các công trình xử lý sinh học của nước thải (các biện pháp cơ học, hóa học hoặc hóa lý) Xử lý bậc hai: Tách các chất hữu cơ trong nước thải (biện pháp sinh học) Xử lý bậc ba: Khử các chất dinh dưỡng (N P) và khử trùng nước thải (các biện pháp hóa học, sinh học hoặc hóa lý) Tự làm sạch của nguồn nước: Xả nước thải ra nguồn tiếp nhận Thuyết minh tóm tắt các bước xử lý nước thải đô thị Bước thứ nhất ( xử lý bậc một): Xử lý bậc một bao gồm các quá trình xử lý sơ bộ để tách các chất rắn lớn như rác, lá cây, xỉ, cát, … có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các công trình xử lý tiếp theo và làm trong nước thải đến mức độ yêu cầu bằng các phương pháp cơ học như chắn rác, lắng cát, lắng, lọc, … Đây là bước bắt buộc đối với tất cả các dây chuyền công nghệ xử lý nước thải.
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC Đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước (cấp thải) cho khu đô thị, khu công nghiệp I Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải cho khu đô thị, khu công nghiệp A Nước thải đô thị bao gồm: Nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải sản xuất Nước thải đô thị xử lý theo ba bước: - Xử lý sơ xử lý bậc + Nước thải sinh hoạt: Tách rác, cát, cặn lắng nước thải (các biện pháp học) + Nước thải bệnh viện: Khử trùng diệt vi khuẩn gây bệnh (các biện pháp hóa lý vật lý) + Nước thải sản xuất: Khử chất độc hại đảm bảo điều kiện làm việc bình thường công trình xử lý sinh học nước thải (các biện pháp học, hóa học hóa lý) Xử lý bậc hai: Tách chất hữu nước thải (biện pháp sinh học) - Xử lý bậc ba: Khử chất dinh dưỡng (N- P) khử trùng nước thải (các biện pháp hóa học, sinh học hóa lý) - Tự làm nguồn nước: Xả nước thải nguồn tiếp nhận - Thuyết minh tóm tắt bước xử lý nước thải đô thị - Bước thứ ( xử lý bậc một): Xử lý bậc bao gồm trình xử lý sơ để tách chất rắn lớn rác, cây, xỉ, cát, … ảnh hưởng đến hoạt động công trình xử lý làm nước thải đến mức độ yêu cầu phương pháp học chắn rác, lắng cát, lắng, lọc, … Đây bước bắt buộc tất dây chuyền công nghệ xử lý nước thải Bước hai (xử lý bậc hai hay xử lý sinh học): Giai đoạn xử lý xác định dựa sở tình trạng sử dụng trình tự làm nguồn tiếp nhận nước thải Trong bước chủ yếu xử lý chất hữu dễ oxi hóa sinh hóa (làm giảm BOD) để xả nguồn thải không gây thiếu hụt oxi mùi hôi thối - Bước ba (xử lý bậc ba hay xử lý triệt để): Loại bỏ hợp chất nito photpho khỏi nước thải khử trùng nước thải Giai đoạn khử trùng sau trình làm yêu cầu bắt buộc số loại nước thải số dây chuyền công nghệ xử lý điều kiện nhân tạo - Ngoài xử lý nước thải cần xử lý bùn cặn nước thải Các loại cát (chủ yếu thành phần vô có tỷ trọng lớn) phơi khô đổ san Rác nghiền nhỏ vận chuyển bãi chôn lấp Cặn lắng giữ lại bể lắng đợt (cặn sơ cấp) có hàm lượng chất hữu lớn kết hợp với cặn thứ cấp hình thành trình xử lý sinh học nước thải, xử lý theo bước tách nước sơ bộ, ổn định sinh học điều kiện khí hiếu khí làm khô Bùn cặn sau xử lý dùng làm phân bón - Xử lý nước thải phương pháp học Mục đích: + Xử lý sơ nước thải thường dùng để loại bỏ khỏi nước thải chất hòa tan phần hỗn hợp keo có kích thước lớn + Phương pháp học thường xử lý không triệt để nên thường giai đoạn đầu trình làm trước xử lý nước thải phương pháp sinh học hóa học - Cơ sở, nguyên lý trình: Cơ sở phương pháp dựa vào kích thước hạt, tỷ trọng môi trường nước.Dựa nguyên lý trình lắng, lọc, bay hơi, pha loãng + Phương pháp lắng: Những chất lơ lửng (huyền phù) chất có kích thước hạt lớn 10-4 mm Những chất lơ lửng nước thải gòm hạt tập hợp hạt khác hình dạng, kích thước, trọng lượng riêng chất xuất xứ Tính chất chất dạng huyền phù lơ lửng khả giữ nguyên chỗ trạng thái lơ lửng Thời gian tồn chúng tùy thuộc vào kích thước hạt Các hạt lớn lắng lên mặt nước tác dụng trọng lực + Phương pháp lọc: Lọc trình tách hạt rắn khỏi pha lỏng hay pha khí cách cho dòng khí lỏng có chứa hạt chất rắn chảy qua lớp vật ngăn xốp Các hạt rắn bị giữ lại bề mặt lớp vật ngăn khí chất lỏng thấm qua vật ngăn + Phương pháp pha loãng: Khi lưu lượng dòng chảy sông lớn, khả tự làm sông cao Trong trường hợp này, lưu lượng nước thải không lớn xa khu dân cư xả trực tiếp nước thải vào sông Trong trường hợp nồng độ chất ô nhiễm pha loãng, trình tự làm nước diễn thuận lợi gây tổn thất đến hệ sinh thái thủy sinh - Các biện pháp kỹ thuật + Người ta dùng công trình học song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng cát, loại bể lắng, bể lọc loại để thực trình loại bỏ chất không tan chất lơ lửng + Để giữ tạp chất không hòa tan lớn phần chất rắn lơ lửng: Dùng song chắn rác, lưới lọc + Để tách chất lơ lửng có tỷ trọng lớn bé nước dùng bể lắng Các chất lơ lửng có nguồn gốc khoáng (chủ yếu cát) lắng bể lắng cát • Các hạt cặn đặc tính hữu tách bể lắng • Các chất cặn nhẹ nước dầu, mỡ, … tách bể thu dầu, mỡ ( áp dụng cho nước thải công nghiệp) • Để giải phóng chất thải khỏi chất huyền phù, phân tán nhỏ,… dùng lưới lọc, vải lọc hay lọc qua lớp vật liệu lọc ( thường dùng cho nước thải công nghiệp) Xử lý nước thải phương pháp sinh học • Người ta sử dụng phương pháp sinh học để làm nước thải sinh hoạt nước thải sản xuất khỏi nhiều chất bẩn hữu hòa tan, phân tán số chất vô H2S, sunfit, amoniac, nitơ, … - Cơ sở nguyên lý trình: Phương pháp dựa sở sử dụng hoạt động vi sinh vật để phân hủy chất hữu gây nhiễm bẩn nước thải Các vi sinh vật sử dụng chất hữu số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng tạo lượng Trong trình trao đổi chất, chúng nhận chất để xây dựng tế bào,sinh trưởng sinh sản nên sinh khối chúng tăng lên, chất hữu giảm xuống Nguyên lý chung trình oxi hóa sinh hóa: Để thực trình oxi hóa sinh hóa, chất hữu hòa tan, chất keo phân tán nhỏ nước thải cần di chuyển vào bên tế bào vi sinh vật Việc thu hồi chất bẩn từ nước thải việc vi sinh vật hấp thụ chất bẩn trình gồm ba giai đoạn sau: + Giai đoạn 1: Khuếch tán, chuyển dịch hấp thụ chất bẩn từ môi trường lên bề mặt tế bào vi khuẩn + Giai đoạn 2: Oxi hóa ngoại bào vận chuyển chất hấp thụ qua màng tế bào vi khuẩn + Giai đoạn 3: Chuyển hóa chất hữu thành lượng, tổng hợp sinh khối từ chất hữu yếu tố dinh dưỡng khác bên tế bào vi khuẩn Tùy theo điều kiện sinh trưởng vi sinh vật hệ thống xử lý mà xảy trình sinh hóa sau: + Quá trình hiếu khí (Aerobic process) Chất hữu + O2 CO2 + H2O + Quá trình kỵ khí (Aerobic process) Chất hữu (sau thủy phân sơ bộ) thành chất hữu đơn giản (thủy phân hoàn toàn) thành muối khoáng, CO2, CH4 + Quá trình tùy tiện (Facultativev process): Là trình sinh hóa vi sinh vật sử dụng oxi hợp chất hóa học nitrit, nitrat, photphat, … Trong điều kiện thiếu oxy hòa tan việc khử nitrc hóa diễn Oxy giải phóng từ nitrat oxi hóa chất hữu cơ, nito khí CO2 tạo thành NO3- NO2- + O2 Chất hữu + O2 N2 + CO2 + H2O Quá trình loại bỏ chất hữu nước thải VSV phụ thuộc vào yếu tố sau đây: + Nồng độ chất (cơ chất, chất hữu cơ) + Nồng độ bùn hoạt tính + Thời gian tiếp xúc Đây ba yếu tố điều khiển tốc độ, hiệu suất trình xử lý nước thải phương pháp sinh học - Các biện pháp kỹ thuật: Các công trình xử lý nước thải phương pháp sinh học thực điều kiện tự nhiên cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, hồ ổn định,… công trình nhân tạo bể thổi khí, bể lọc sinh học, hồ sinh học thổi khí, mương oxi hóa, aeroten, biophin, … - Xử lý nước thải phương pháp hóa học hóa lý Mục đích: Xử lý nước thải phương pháp hóa lý đạt hiệu cao xử lý nước thải công nghiệp có chứa chất vô độc hại (kim loại nặng, axit, bazo) chất hữu bền vững, khử màu, khử mùi khử trùng, … - Cơ sở, nguyên lý trình: Xử lý nước thải phương pháp hóa học hóa lý dựa phản ứng hóa học, trình hóa lý Các phương pháp hóa lý thường dùng xử lý nước thải: + Phương pháp keo tụ lắng: Sử dụng phèn nhôm, phèn sắt, natri aluminat, … để loại bỉ chất lơ lửng nước thải + Phương pháp trung hòa: Trung hòa loại nước thải có tính axit kiềm để đảm bảo pH theo yêu cầu + Phương pháp hấp thụ: Sử dụng than hoạt tính, than bùn để khử màu hấp phụ kim loại nặng, chất độc hại hòa tan nước thải + Phương pháp oxi hóa: Oxi hóa muối kim loại nặng chuyển chúng từ dạng độc thành không độc lắng cặn + Phương pháp tuyển nổi: Tách chất lơ lửng, chất hoạt động bề mặt, dầu mỡ,… nước thải bọt khí + Phương pháp clo hóa: Clo sử dụng để diệt trùng tảo khử mùi nước sau xử lý nước thải phương pháp học sinh học trước thải vào sông hồ Có thể dùng clo lỏng, clorua vôi với độ clo hoạt động 25- 35% + Phương pháp trích ly: phương pháp phổ biến để xử lý nước thải chứa phenol loại axit béo Thực chất trình sử dụng dung môi cho vào nước thải, dung môi lôi kéo chất bẩn từ nước thải sau tách dung môi nước thải khỏi nước - Các biện pháp kỹ thuật: Các công trình khuấy trộn, phản ứng, bể lắng có kết hợp đông tụ, tháp hấp phụ, thiết bị kỹ thuật dùng kỹ thuật tuyển - Phạm vi ứng dụng + Phương pháp hóa học hóa lý thường sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp Nó khâu xử lý cuối (nếu mức độ xử lý đạt được, nước thải sử dụng lại) khâu xử lý sơ (đối với nước thải có chứa hợp chất độc hại trước đem xử lý phương pháp sinh học) + Phương pháp thường dùng xử lý nước thải đô thị trường hợp khử trùng nước trước đổ vào nguồn tiếp nhận Tách nguyên tố dinh dưỡng khỏi nước thải Chủ yếu trình tách nitơ photpho Với nồng độ lớn, nguyên tố tạo điều kiện cho thủy thực vật phát triển, gây phú dưỡng tái nhiễm bẩn sông hồ Các nguyên tố dinh dưỡng N, P có nước thải xử lý phương pháp sinh học Các muối nitrat, nitrit tạo thành trình phân hủy hếu khí dược khử điều kiện thiếu khí sở phản ứng khử nitrat Nito Phot tách phương pháp hóa lý phương pháp hóa học: + Vôi hóa nước thải đến pH = 10 – 11 để tạo thành NH4OH thổi bay tháp làm lạnh + Phot lắng xuống nhờ muối sắt, nhôm, vôi, … - Các phương pháp xử lý cặn Mục đích: + Làm giảm thể tích đọ ảm cặn + Ổn định cặn + Khử trùng sử dụng lại cặn cho mục đích Cặn tách từ bể lắng đợt bùn hoạt tính dư (phần bùn hình thành trình xử lý sinh học mà không dung tuần hoàn lại) tách bể lắng đợt hai Bùn cặn gồm nhiều phẩn tử rắn pha nước Ở trạng thái tươi chúng có mùi chứa nhiều vi khuẩn trứng giun Để giảm chất hữu cặn người ta sử dụng phương pháp: + Lên men bùn nhờ vi sinh vật kỵ khí ( bể meetan) + Ôn định bùn hiếu khí Giảm độ ẩm bùn cặn cách lưu giữ sân phơi bùn hố phơi bùn phương pháp học lọc chân không, ép lọc, lắng ly tâm, … Đối với trạm xử lý nước thải công suất nhỏ, việc xử lý cặn tiến hành đơn giản hơn: nén sau làm nước sân phơi cặn cát Bùn cặn thu hồi làm phân bón cho nông nghiệp Bảng tóm tắt giai đoạn, phương pháp công trình xử lý nước thải Giai đoạn XLNT Xử lý sơ Phương pháp XLNT Hóa lý Hóa học Xử lý tập trung Cơ học Sinh học Xử lý bùn cặn Các công trình XLNT Tuyển nổi, hấp phụ, keo tụ , … Oxy hóa, trung hòa Song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng I, … Hồ sinh học, cánh đồng tưới, cánh dồng lọc, kênh oxy hóa, aeroten, biophin Bể metan, sân phơi bùn, trạm Hiệu XLNT Tách chất lơ lửng khử màu Trung hòa khử độc Tách tạp chất rắn, cặn lơ lửng Tách chất hữu dạng lơ lửng hòa tan Ổn định làm khô bùn cặn Xử lý triệt để Cơ học Sinh học Hóa học Khử trùng xử lý học bùn cặn Bể lọc cát Tách chất lơ lửng Aeroten bậc 2, Khử nito, bể lọc sinh học photpho đợt 2, hồ sinh học, … Các bể oxy hóa, Khử nito, bể trộn, bể phản photpho ứng, … chất khác Máng trộn, bể Khử trùng nước tiếp xúc, trạm thải trước xả hóa chất, … thải II Nguyên tắc làm việc, ưu nhược điểm phạm vi ứng dụng công trình xử lý khác ♦ Phương pháp học Song chắn rác Vị trí: Song chắn rác đặt mương dẫn nước thải, trước trạm bơm công trình dây chuyền xử lý nước thải Song chắn đặt cố định, tổ hợp với máy nghiền nhỏ Thông dụng song chắn cố định Các song chắn làm kim loại, đặt cửa vào kênh dẫn Ưu nhược điểm: Ngăn tách giữ lại tạp chất thô giẻ, rác, cây, mảnh vụn hữu cơ, …nhằm đảm bảo tránh tắc đường ống bảo vệ bơm Nguyên tắc hoạt động: Dựa nguyên lý trình lọc Nước chuyển động qua khe hở, rác bị đọng lại khe song chắn Sau thời gian người ta tiến hành cào vớt rác bám song chắn để đưa xử lý Điều hòa lưu lượng Điều hòa lưu lượng dùng để trì dòng thải vào gần không đổi, khắc phục vấn đề vận hành dao động lưu lượng nước thải gây nâng cao hiệu suất trình cuối dây chuyền xử lý Các kỹ thuật điều hòa ứng dụng cho trường hợp phụ thuộc vào đặc tính hệ thống thu gom nước thải Các phương án bố trí bể điều hòa lưu lượng điều hòa dòng thải hay dòng thải xử lý Phương án điều hòa dòng thải làm giảm đáng kể dao độngthành phần nước thải vào công đoạn phía sau, phương án điều hòa dòng thải giảm phần dao động nhỏ Vị trí tốt để bố trí bể điều hòa cần xác định cụ thể cho hệ thống xử lý Vì tính tối ưu phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính hệ thống thu gom đặc tính nước thải Bể lắng cát Bể lắng cát thường thiết kế để tách cát hạt vô có kích thước tỷ trọng lớn khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm, tránh tắc đường ống công trình phía sau Theo nguyên lý làm việc, người ta chia bể lắng làm hai loại: Bể lắng ngang bể lắng đứng Thực tế bể lắng cát thường thiết kế hai ngăn để luân phiên làm việc cạo cặn Việc cạo cặn tiến hành thủ công giới tùy thuộc vào quy mô bể Nguyên tắc hoạt động: Dưới tác dụng lực trọng trường, phần tử cát có tỷ trọng lớn tỷ trọng nước nên lắng xuống đáy bể Vận tốc dòng chảy bể lắng cát yêu cầu nằm khoảng 0,15- 0,3 m/s Lọc 10 Lọc ứng dụng để tách tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải mà bể lắng loại chúng Người ta tiến hành trình tách nhờ vách ngăn xốp, cho phép chất lỏng qua giữ pha phân tán lại Quá trình lọc xảy tác dụng áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng áp suất cao trước vách ngăn hay áp suất chân không sau vách ngăn a Lọc qua vách lọc Việc lựa chọn vách lọc phụ thuộc vào tính chất nước thải, nhiệt độ, áp suất lọc kết cấu thiết bị lọc Vách lọc thường làm thép có đục lỗ thép không gỉ: Ni, Cu, đồng thau, … loại vải khác (thủy tinh, amiang, bông, len, sợi tổng hợp, …) Vách lọc giữ hạt cần có kích thước sau: trở lực nhỏ, đủ bền dẻo học, đủ bền hóa học, không bị trương nở bị phá hủy điều kiện cho trước b Bể lọc với lớp vật liệu lọc dạng hạt Trong trình làm sach nước thải thường phải xử lý lượng lớn nước, người ta không cần sử dụng thiết bị lọc với áp suất cao mà dùng bể lọc với lớp vật liệu lọc dạng hạt Vật liệu lọc sử dụng cát thạch anh,than cốc, sỏi nghiền, chí than nâu, than bùn, … Lựa chọn loại vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải điểu kiện địa phương c Thiết bị lọc chậm Người ta dùng bể lọc chậm để lọc nước thải không đông tụ Tốc độ lọc thiết bị phụ thuộc vào nồng độ chất rắn lơ lửng Khi nồng độ hạt rắn nhỏ 25mg/l lấy tốc độ lọc 0,2 – 0,3 m/h; nồng độ hạt rắn lơ lửng 25- 30 mg/l tốc độ lọc chọn khoảng 0,1 – 0,2 m/h Bể lọc loại làm việc sau 30 ngày trở lực tăng lên đến 1m cột nước; nên phải dừng để cạo 1,5 – cm lớp cát Khi lớp vật liệu lọc 40 cm cần bổ sung cát vào 11 Ưu điểm bể lọc chậm có khả làm cao Nhược điểm loại bể lọc kích thước lớn, giá thành cao, làm bùn khó phức tạp d Thiết bị lọc nhanh Trong bể lọc nhanh, lớp vật liệu lọc thường gồm loại vật liệu khác dạng hạt cát, than antraxit Lớp lớp có kích thước hạt lớn lớp Bể lọc nhanh làm việc với kích thước hữu hiệu lớn hệ số đồng nhỏ bể lọc chậm Quá trình lọc se dừng lại hàm lượng chất rắn lơ lửng dòng tăng lên mức cho phép trở lực (tổn thất áp suất) bể lọc tăng vượt giới hạn cuối cho phép e Tách hạt chất rắn lơ lửng tác dụng lực ly tâm lực nén Người ta tách hạt lơ lủng cách tiến hành trình lắng chúng tác dụng lực ly tâm xyclon thủy lực máy ly tâm Xyclon thủy lực Khi chất lỏng chuyển động quay tròn xyclon thủy lực, lực ly tâm tác dụng lên hạt rắn làm chúng văng thành Ngoài có lực sau tác dụng lên chúng lực cản dòng chuyển động, trọng lực lực quán tính Khi tốc độ quay lớn lực quán tính nhỏ bỏ qua, lực ly tâm lớn trọng lực nhiều Hiệu suất làm việc xyclon thủy lực tính chất vật lý chất lỏng chịu ảnh hưởng thông số kết cấu đường kính, ống dẫn nước thải vào khỏi xyclon Ưu điểm xyclon thủy lực cấu tạo đơn giản, tiện lợi, dễ vận hành, có suất cao chi phí thấp Xyclon thủy lực áp suất 12 dùng để lắng tạp chất rắn, xyclon thủy lực áp suất thấp (hở) thường dùng để tách tạp chất lắng Máy ly tâm Để tách hạt rắn khỏi nước thải sử dụng máy lọc ly tâm máy lắng ly tâm Lọc ly tâm thực nhờ quay tròn huyền phù thùng quay, chất lỏng chui qua lưới lọc vải lọc lỗ thân thùng ngoài, hạt rắn giữ lại lưới vải lọc thành thùng, chúng lấy tay dao cạo Lọc ly tâm ứng dụng để tách huyền phù đòi hỏi bã có độ ẩm không cao cần rửa triệt để Lắng ly tâm trình phân riêng huyền phù nhờ lực thể tích pha phân tán (các hạt rắn) Cấu tạo thùng ly tâm trường hợp thùng liền Quá trình gồm trình vật lý lắng hạt rắn (theo nguyên lý thủy động lực) nén bã ♦ Phương pháp hóa lý Đông tụ keo tụ Quá trình lắng tách hạt rắn huyền phù tách chất gây nhiễm bẩn dạng keo hòa tan chúng hạt rắn có kích thước nhỏ Để tách hạt rắn cách có hiệu phương pháp lắng, cần tăng kích thước chúng nhờ tác động tương hỗ hạt phân tán liên kết thành tập hợp hạt, nhằm làm tăng vận tốc lắng chúng Việc khử hạt keo lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích cảu chúng, thứ đến liên kết chúng với Quá trình trung hòa điện tích thường gọi trình đông tụ, trình tạo thành lớn từ hạt nhỏ gọi trình keo tụ Cơ chế trình đông tụ: Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm nước hút iom trái dấu Một số ion trái dấu bị hút chặ vào hạt rắn đến mức chúng chuyển động hạt rắn, chúng tạo 13 thành mặt tượt Xung quanh lớp ion trái dấu bên lớp ion bên mà hầu hết ion trái dấu, chúng bị hút bám vào cách lỏng lẻo dễ dàng bị trượt Khi hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua chất lỏng điện tích âm bị giảm ion mang điện tích dương lớp bên Các chất đông tụ thường dùng: Là muối nhôm, sắt hỗn hợp chúng Việc lựa chọn chất đông tụ phụ thuộc vào tính chất hóa lý, chi phí, nồng độ tạp chất nước, pH thành phần muối nước Trong thực tế người ta thường sử dụng chất đông tụ sau: Al2(SO4)3.18 H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, … Trong dùng rộng rãi Al2(SO4)3 Al2(SO4)3 hòa tan tốt nước, chi phí thấp hoạt động có hiệu cao khoảng pH = – 7,5 Tuyển Phương pháp tuyển thường sử dụng để tách tạp chất (ở dạng hạt rắn lỏng) phân tán không tan, tự lắng khỏi pha lỏng Trong số trường hợp, trình dùng để tách chất hòa tan chất hoạt động bề mặt Quá trình gọi trình tách bọt hay làm đặc bọt Trong xử lý nước thải, nguyên tắc, tuyển thường sử dụng để khử chất lơ lửng làm đạc bùn sinh học Ưu điểm phương pháp so với phương pháp lắng khử hoàn toàn hạt nhỏ nhẹ, lắng chậm, thời gian ngắn Khi hạt lên bề mặt, chúng thu gom phận vớt bọt Quá trình tuyển thực cách sục bọt khí nhỏ (thường không khí) vào pha lỏng Các khí kết dính với hạt lực tập hợp bóng khí hạt đủ lớn kéo theo hạt lên bề mặt, sau chúng tập hợp lại với thành bọt chứa hàm lượng hạt cao chất lỏng ban đầu Hiệu suất trình tuyển phụ thuộc vào số lượng bọt khí Kích thước tối ưu chúng nằm khoảng 15 – 30 µm Ở điều kiện 14 nước cần đạt độ bão hòa không khí thật lớn, hay nói cách khác, nước cần chứa lượng lớn không khí Trong trình tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt khí có ý nghĩa quan trọng Để đạt mục đích người ta bổ sung thêm vào nước chất tạo bọt có tác dụng làm giảm lượng bề mặt phân pha dầu bạch dương, cresol, natrialkyl silicat, phenol, … Tác nhân thông dụng phương pháp tuyển xử lý nước thải không khí Không khí cấp vào nước tạo bọt khí theo phương pháp sau: Sục không khí vào nước áp suất cao, sau giảm áp gọi tuyển không khí hòa tan • Sục khí áp suất khí gọi tuyển không khí • Bão hòa không khí áp suất khí sau thoát khí khỏi nước áp suất chân không gọi tuyển chân không • Phương pháp tuyển có ưu điểm bật sau: Do trình thực liên tục có phạm vi ứng dụng rộng rãi Vốn đàu tư chi phí vận hành không lớn Thiết bị đơn giản Có độ lựa chọn tách tạp chất Tốc độ trình tuyển cao trình lắng có khả cho bùn cặn có độ ẩm thấp (90 – 95%) Hấp phụ • • • • • Phương pháp hấp phụ dùng rộng rãi để làm triệt để nước thải khỏi chất hữu hòa tan sau xử lý sinh học xử lý cục nước thải có chứa hàm lượng nhỏ chất Những chất không phân hủy đường sinh học thường có độc tính cao Nếu chất cần khử bị hấp phụ tốt chi phí riêng lượng chất hấp phụ không lớn việc ứng dụng phương pháp hợp lý Quá trình làm nước thải phương pháp hấp phụ tiến hành diều kiện khuấy trộn mãnh liệt chất hấp phụ với nước, lọc nước 15 thải qua lớp chất hấp phụ hay lớp lỏng giả hệ thống thiết bị làm việc gián đoạn liên tục Khi tiến hành trình có khuấy trộn chất hấp phụ với nước, người ta sử dụng than hoạt tính dạng có kích thước ≤ 0,1mm Quá trình hấp phụ tiến hành bậc nhiều bậc Hấp phụ bậc trạng thái tĩnh ứng dụng trường hợp chất hấp phụ có giá thành thấp chất thải sản xuất Tuy nhiên trình tiến hành hệ thống nhiều bậc có hiệu cao Người ta thường dùng than hoạt tính, chất tổng hợp số chất thải sản xuất xỉ tro, xỉ, mạt sắt chất hấp phụ khoáng chất đất sét, silicagen, keo nhôm làm chất hấp phụ Các hydroxit kim loại sử dụng để hấp phụ chất khác nước thải lượng tác dụng tương hỗ chúng với phân tử nước lớn, cao lượng hấp phụ Quá trình hấp phụ sử dụng để tách chất hữu phenol, alkylbenzen – sulphonic axit, thuốc nhuộm, hợp chất thơm từ nước thải than hoạt tính Trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion ứng dụng để làm nước thải khỏi kim loại Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd,V, Mn, … hợp chất Asen, photpho,xyanua chất phóng xạ Phương pháp cho phép thu hồi chất có giá trị đạt mức độ làm cao Vì phương pháp ứng dụng rộng rãi để tách muối xử lý nước nước thải Trao đổi ion trình ion bề mặt chất rắn trao đổi với ion có điện tích dung dịch tiếp xúc với Các chất gọi ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan nước Các trình tách màng 16 Các kỹ thuật điện thẩm tách, thẩm thấu ngược, siêu lọc trình tương tự khác ngày đóng vai trò quan trọng xử lý nước thải Màng định nghĩa pha đóng vai trò ngăn cách pha khác Đó chất rắn, gel (chất keo) trương nở dung môi chí chất lỏng Việc ứng dụng màng để tách chất phụ thuộc vào độ thấm qua hợp chât qua màng Các trình tách màng gồm: Điện thẩm tách, phép thẩm tách, thẩm thấu ngược, siêu lọc Thẩm thấu ngược định nghĩa di chuyển tự phát sung môi từ dung dịch loãng vào dung dịch đậm đặc qua màng bán thấm Ở áp suất định, cân thiết lập áp suất gọi áp suất thẩm thấu Quá trình thẩm thấu ngược so sánh với trình lọc trình chuyển chất lỏng từ hỗn hợp qua vách lọc Tuy nhiên, điều quan trọng áp suất thẩm thấu đại lượng nhỏ trình lọc lại đóng vai trò quan trọng thẩm thấu ngược Điểm khác thứ hai thẩm thấu ngược thu bã lọc có độ ẩm thấp áp suất thẩm thấu dung dịch tăng với tách dung môi Điểm khác thứ ba trình lọc tách hỗn hợp dựa vào kích thước hạt, ngược lại, màng thẩm thấu ngược làm việc dựa vào yếu tố khác Màng cho phân tử nước qua giữ lại chất hòa tan bề mặt Trong thẩm thấu ngược, hạt tách (phân tử, ion hydrat hóa) hạt có kích thước nhỏ nhỏ kích thước phân tử dung môi Quá trình phân tách màng phụ thuộc vào áp suất, điều kiện thủy động, kết cấu thiết bị, chất nồng độ nước thải, hàm lượng tạp chất nước thải nhiệt độ Sự tăng nồng độ dung dịch dẫn đến tăng áp suất thẩm thấu dung môi, tăng độ nhớt dung dịch tăng phân cực nồng độ, dẫn đến giảm độ thấm qua độ chọn lọc 17 Phương pháp thẩm thấu ngược ứng dụng chất điện ly có nồng độ sau: Đối với muối hóa trị I, nồng độ chất điện ly khoảng 5- 10% Đối với muối hóa trị II, nồng độ chất điện ly khoảng 10- 15% Đối với muối hóa trị cao, nồng độ chất điện ly khoảng 1520% • Đối với chất hữu cơ, giới hạn nồng độ kể cao chút • • • Ưu điểm phương pháp thẩm thấu ngược: Không có pha chuyển tiếp tách tạp chất cho phép tiến hành trình với chi phí lượng thấp • Có thể tiến hành trình nhiệt độ phòng bổ sung bổ sung hóa chất • Đơn giản kết cấu • Nhược điểm phương pháp thẩm thấu ngược: Phát sinh tượng phân cực nồng độ tăng nồng độ bề mặt màng Điều dẫn đến giảm suất, giảm mức độ phân tách cấu tử giảm tuổi thọ màng • Tiến hành trình áp suất cao dẫn đến cần có phận làm kín đặc biệt • Thẩm thấu ngược ứng dụng rộng rãi để tách muối khỏi nước hệ thống cấp nước cho nhà máy nhiệt điện ngành công nghiệp khác (như công nghiệp bán dẫn, đèn hình, dược, …) Những năm gần phương pháp sử dụng để làm số nước thải công nghiệp Siêu lọc thường sử dụng để tách dung dịch có khối lượng phân tử 500 có áp suất thẩm thấu nhỏ (ví dụ vi khuẩn, tinh bột, protein, đất sét, …) Các phương pháp điện hóa 18 Người ta sử dụng trình oxi hóa cực anot khử catot, đông tụ điện, … để làm sach nước thải khỏi tạp chất hòa tan phân tán Các phương pháp điện hóa cho phép lấy từ nước thải sản phẩm có giá trị sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản tự động hóa, không cần sử dụng tác nhân hóa học Nhược điểm trình tiêu hao điện lớn Việc làm nước thải phương pháp điện hóa tiến hành gián đoạn liên tục Hiệu suất phương pháp điện hóa đánh giá loạt yếu tố mật độ dòng điện, điện áp, hệ số sử dụng hữu ích điện áp, hiệu suất theo dòng, hiệu suất theo lượng, … Oxi hóa anot khử catot Trên cực dương (anot) ion cho điện tử nghĩa phản ứng oxi hóa điện hóa xảy ra, cực âm (catot) xảy trình nhận điên tử, nghĩa phản ứng khử xảy Các trình nghiên cứu để làm nước thải khỏi tạp chất xyanua, sunfoxyanua, amin, alcol, aldehit, hợp chất nito, … Trong trình oxi hóa điện hóa, chất nước thải bị phân rã hoàn toàn tạo thành CO 2, NH3 nước hay tạo thành chất không độcvà đơn giản để tách phương pháp khác Anot thường làm từ vật liệu không hòa tan khác có tích chất điện phân như: graphit, macnetit (Fe3O4), dioxit chì, … phủ lên titan Catot làm molipden, hợp kim vonfram với sắt hay niken; từ than chì (graphit), thép không gỉ kim loại khác phủ lớp molipden, vonfram hay hợp chất chúng Quá trình tiến hành bể điện phân với màng màng Ngoài trình oxi hóa điện hóa khử, đồng thời bể điện phân xảy trình khác tuyển điện, tượng điện di đông tụ điện 19 Người ta sử dụng trình khử catot để loại ion kim loại khỏi nước thải với tạo thành cặn, nhằm chuyển cấu tử gây ô nhiễm thành hợp chất độc dạng dễ tách khỏi nước cặn, khí Quá trình sử dụng để làm nước thải khỏi ion kim loại nặng Pb2+, Sn2+, Hg2+, Cu2+, As3+, Cr6+ Các trình oxi hóa anot sử dụng để khử màu số thuốc nhuộm khỏi nước thải làm nước thải nhà máy giấy, chế biến dầu mỏ, … Đông tụ điện Để làm nước thải công nghiệp chứa tạp chất gây ô nhiễm có độ bền cao, người ta tiến hành trình điện phân với việc sử dụng anot hòa tan nhôm thép Dưới tác dụng dòng điện xảy trình hòa tan kim loại, dẫn đến cation sắt nhôm chuyển vào nước gặp nhóm hydroxyl tạo thành hydroxyl kim loại dạng trình đông tụ xảy mãnh liệt Ưu điểm phương pháp đông tụ điện thiết bị gọn điều khiển đơn giản, không sử dụng tác nhân hóa học, nhạy cảm với thay đổi điều kiện tiến hành trình làm (nhiệt độ, pH), chất độc, bùn cặn có tính chất học có cấu trúc tốt Nhưng phương pháp có nhược điểm tiêu tốn kim loại chi phí điện cao Tuyển điện Trong trình làm nước thải phương pháp này, việc tách hạt lơ lửng nhờ bọt khí tạo thành điện phân nước Ở cực anot bóng khí oxi cực catot hydro Khi bóng khí lên gặp kéo theo hạt lơ lửng lên bề mặt nước Khi sử dụng diện cực hòa tan, xảy việc tạo thành đông tụ bọt xảy mãnh liệt ♦ Phương pháp hóa học Phương pháp trung hòa 20 Nước thải chứa axit vô kiềm cần trung hòa đưa pH khoảng 6,5 – 8,5 trước thải vào nguồn nước sử dụng cho công nghệ xử lý Trung hòa nước thải thực nhiều cách khác nhau: • • • • Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm Bổ sung tác nhân hóa học Lọc nước axit qua vật liệu có tác dụng trung hòa Hấp thụ khí axit nước kiềm hấp thụ nước amoniac nước axit Việc lựa chọn phương pháp trung hòa tùy thuộc vào thể tích nồng độ nước thải, chế độ nước thải, khả sẵn có giá thành tác nhân hóa học Phương pháp oxi hóa khử Để làm nước thải người ta sử dụng chất oxi hóa clo dạng khí hóa lỏng, dioxit clo, clorat canxi, … Trong trình oxi hóa, chất độc hại nước thải chuyển thành chất độc tách khỏi nước Quá trình tiêu tốn lượng lớn tác nhân hóa học, trình oxi hóa hóa học dùng trường hợp tạp chất gây nhiễm bẩn nước thải tách phương pháp khác Các phương pháp oxi hóa khử bap gồm: • • • • • ♦ Oxi hóa clo Oxi hóa peoxyt hydro (H2O2) Oxi hóa oxi không khí Oxi hóa pyoluzit Làm sach khử Phương pháp sinh học Người ta sử dụng phương pháp sinh học để làm nước thải sinh hoạt nước thải sản xuất khỏi nhiều chất hữu hòa tan số chất vô H2S, sunfit, amoniac, nito, … 21 Phương pháp dựa sở sử dụng hoạt động vi sinh vật để phân hủy chất hữu gây nhiễm bẩn nước thải Các vi sinh vật sử dụng chất hữu số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng tạo lượng Trong trình dinh dưỡng 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 oxi hóa sinh hóa Tốc độ oxi hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng tạp chất mức độ ổn định dòng thải vào hệ thống xử lý Ở mức độ làm định, yếu tố ảnh hưởng lên tốc độ phản ứng sinh hóa chế độ thủy động, hàm lượng oxi nước thải, nhiệt độ, pH, nguyên tố kim loại nặng muối khoáng Các phương pháp áp dụng: + Phương pháp hiếu khí: • • Bể thông khí sinh học (bể Aeroten) Lọc sinh học đĩa sinh học + Làm nước thải điều kiện tự nhiên: Các trình hiếu khí xử lý sinh học xảy điều kiện tự nhiên công trình nhân tạo Quá trình làm nước thải điều kiện tự nhiên tiến hành cách tưới nước thải dạng phun mưa cánh đồng chuẩn bị riêng cho mục đích đồng thời cho canh tác, hay lọc nước thải qua cánh đồng lọc hồ sinh học • Hồ sinh học: Hồ sinh học hay gọi hồ oxi hóa hồ ổn định Đó chuỗi gồm từ – hồ Nước thải chảy qua hệ thống hồ với vận tốc không lón Trong hồ nước thải làm trình tự nhiên bao gồm tảo vi khuẩn nên tốc độ oxi hóa chậm đòi hỏi thời gian thủy học lớn (30 – 50 ngày) Hồ sinh học phân thành loại sau: 22 Hồ oxi hóa cấp ba hồ làm lần cuối Hồ thông khí nhân tạo hay gọi hồ sục khí Hồ oxi hóa hiếu – yếm khí hay gọi hồ oxi hóa tùy tiện + Phương pháp yếm khí Các phương pháp yếm khí dùng để lên men bùn cặn sinh trình xử lý phương pháp sinh học, nước thải công nghiệp chứa hàm lượng chất hữu cao (BOD = 4- g/l) Đây phương pháp cổ điển dùng để ổn định bùn cặn, vi khuẩn yếm khí phân hủy chất hữu Tùy thuộc vào loại sản phẩm cuối cùng, người ta phân loại trình thành: Lên men rượu, lên men axit lactic, lên men metan, … Để xử lý nước thải người ta sử dụng trình lên men khí metan Đó trình phức tạp, diễn theo nhiều giai đoạn Cơ chế trình chưa biết đến cách đầy đủ xác Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất trình phân hủy yếm khí tạo khí metan bao gồm: Nhiệt độ: Là yếu tố điều tiết cường độ trình Nhiệt độ tối ưu cho trình 35oC Như trình thực điều kiện ấm (30 – 35oC) nóng (50 – 55oC) Khi nhiệt độ 10oC vi khuẩn tạo metan không hoạt động • Liều lượng nạp nguyên liệu (bùn) mức độ khuấy trộn: Nguyên liệu nạp cho trình cần có hàm lượng chất rắn 7- 9% Tác dụng khuấy trộn phân bố dinh dưỡng tạo điều kiện tiếp xúc tốt với vi sinh vật giải phóng sản phẩm khỏi hỗn hợp lỏng – rắn • Tỷ số C- N: Tỷ số C- N tối ưu cho trình (25- 30)/l • pH: pH tối ưu cho trình dao động cho phạm vi hẹp, từ 6,5 – 7,5 Do lượng vi khuẩn tạo bị giảm trước quan sát thấy pH thay đổi, nên pH giảm cần ngừng nạp nguyên liệu, tiếp tục nạp nguyên liệu hàm lượng axit tăng lên dẫn đến kết làm chết vi khuẩn tạo CH4 • 23 Ngoài phải kể đến ảnh hưởng dòng vi khuẩn, thời gian lưu cần đủ để đảm bảo hiệu xuất khử chất gây ô nhiễm điều kiện không chứa hóa chất độc, đặc biệt kim loại nặng (Cu, Ni, Zn), hàm lượng NH sunfua dư số hợp chất hữu khác 24