CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG I.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Các thơng số đánh giá chất lượng nước ðể ñánh giá chất lượng nước, người ta ñưa tiêu chất lượng nước sau: - Các tiêu vật lý như: ñộ ñục, độ màu, độ pH, độ nhớt, tính phóng xạ, độ cứng, nhiệt độ… - Các tiêu hóa học nước như: tiêu nhu cầu ơxy hóa học COD (Chemical Oxygen Demand), lượng ơxy hòa tan DO, hàm lượng H2S, Cl-, SO42-, PO43-, F -, I-, Fe2+, Mn2+, hợp chất nitơ, hợp chất axít cacbonic… - Các tiêu vi sinh: số vi trùng gây bệnh E.coli, loại rong tảo, virut… 1.1.1 Các Chỉ Tiêu Vật Lý ðộ ðục Nước nguyên chất mơi trường suốt có khả truyền ánh sáng tốt, nước có tạp chất huyền phù, cặn rắn lơ lửng, vi sinh vật hóa chất hòa tan khả truyền ánh sáng nước giảm ñi Dựa nguyên tắc ñó mà người ta xác ñịnh ñộ ñục nước Nước có độ đục cao tức nước có nhiều tạp chất chứa khả truyền ánh sáng qua nước giảm Có nhiều phương pháp ñể xác ñịnh ñộ ñục nước kết thường ñược biểu thị ñơn vị khác Theo tiêu chuẩn Việt Nam, ñộ ñục ñược xác ñịnh chiều sâu lớp nước thấy ñược, gọi độ trong, độ sâu người ta ñọc ñược hàng chữ tiêu chuẩn ðối với nước sinh hoạt, ñộ ñục phải lớn 30 cm ðộ Màu Nước ngun chất khơng màu, nước có màu chất bẩn hòa tan nước tạo nên Nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp thường tạo màu xám ñen cho nguồn nước ðộ Cứng ðộ cứng nước ñại lượng biểu thị hàm lượng ion canxi, magiê có nước Trong xử lý nước thường phân biệt ba loại ñộ cứng: ñộ cứng toàn phần, ñộ cứng tạm thời ñộ cứng vĩnh cửu Hàm Lượng Chất Rắn Trong Nước Hàm lượng chất rắn nước gồm có chất rắn vơ cơ, chất rắn hữu Trong xử lý nước nói đến hàm lượng chất rắn, người ta đưa khái niệm sau: - Tổng hàm lượng cặn lơ lửng TSS (Total Suspended Solid) trọng lượng khơ tính miligam phần lại sau bay lít mẫu nước nồi cách thủy say khơ 1030C tới trọng lượng khơng đổi, đơn vị mg/l - Cặn lơ lửng SS (Supended Solid), phần trọng lượng khơ tính mg phần lại giấy lọc lọc lít mẫu nước qua phễu say khơ 103oC – 1050C có trọng lượng khơng đổi, đơn vị mg/l - Chất rắn hòa tan DS (Dissolved Solid) hiệu tổng lượng cặn lơ lửng TSS cặn lơ lửng SS: DS = TSS – SS - Chất rắn bay VS (Volatile Solid) phần ñi nung 550oC thời gian ñịnh Phần ñi chất rắn bay hơi, phần lại chất rắn khơng bay 1-1 Mùi, Vị Các chất khí chất hòa tan nước làm cho nước có mùi vị Các chất gây mùi nước chia thành ba nhóm: • Các chất gây mùi vị có nguồn gốc vơ vơ NaCl, MgSO4, gây vị mặn, muối đồng gây mùi tanh, chất gây tính kiềm, tính axít nước, mùi clo Cl2, ClO2 mùi trứng thối H2S • Các chất gây mùi có nguồn gốc hữu chất thải cơng nghiệp, chất thải mạ, dầu mỡ, phenol… • Các chất gây mùi từ q trình sinh hóa, hoạt ñộng vi khuẩn, rong tảo ðộ Phóng Xạ Trong Nước Nước nhiễm phóng xạ phân hủy phóng xạ nước thường có nguồn gốc từ nguồn nước thải Phóng xạ gây nguy hại cho sống nên độ phóng xạ nước thường xem tiêu quan trọng chất lượng nước 1.1.2 Các Chỉ Tiêu Hoá Học Hàm Lượng Oxy Hoà Tan DO (Dissolved Oxygen) Oxy hoà tan nước phụ thuộc vào yếu tố áp suất, nhiệt độ, đặc tính nguồn nước bao gồm thành phần hoá học, vi sinh, thuỷ sinh Các nguồn nước mặt có bề mặt thống tiếp xúc trực tiếp với khơng khí nên thường có hàm lượng oxy hồ tan cao Ngồi qúa trình quang hợp hơ hấp sinh vật nước làm thay ñổi oxy hồ tan nước mặt Nước ngầm thường có hàm lượng oxy hoà tan thấp phản ứng oxy hố khử xảy lòng đất tiêu thụ phần oxy Oxy hồ tan nước khơng tác dụng với nước mặt hoá học Khi nhiệt ñộ tăng, khả hoà tan oxy nước giảm, áp suất tăng khả oxy hoà tan vào nước tăng Hàm lượng oxy hoà tan nước tuân theo ñịnh luật Henry, nước ngọt, ñiều kiện 1at 0oC , lượng oxy hoà tan nước ñạt tới 14,6 mg/l, 35oC at, giá trị oxy hồ tan nước 7mg/l Thơng thường nồng độ oxy bão hồ nước ñiều kiện tới hạn 8mg/l Khi nhiệt ñộ tăng lượng oxy hồ tan nước giảm đi, đồng thời lượng oxy tiêu tốn cho q trình oxy hố sinh học lại tăng lên, DO nguồn nước thường giảm ñi ñáng kể vào mùa hè Nhu Cầu Oxy Hoá Học COD (Chemical Oxygen Demand) COD lượng oxy cần thiết để oxy hố hết hợp chất hữu nước, tạo thành CO2 H2O COD ñại lượng dùng ñể ñánh giá sơ mức ñộ nhiễm bẩn nguồn nước COD biểu thị lượng chất hữu bị oxy hoá vi khuẩn Chất oxy hoá thường dùng ñây kali permanganat kali bicromat Nhu Cầu Oxy Sinh Học BOD (Biological Oxygen Demand) BOD lượng oxy cần thiết ñể vi khuẩn phân huỷ chất hữu điều kiện khí Trong mơi trường nước, q trình oxy hố sinh học xảy vi khuẩn sử dụng oxy hồ tan Phản ứng xảy sau: Chất hữu + O2 → CO2 + H2O Vận tốc trình oxy hố nói phụ thuộc vào số vi khuẩn có nước nhiệt ñộ nước BOD tiêu ñể xác ñịnh mức ñộ nhiễm bẩn nước BOD xác định phương pháp hố học sử dụng kali permanganat, xanh metylen, xác ñịnh từ COD Hoặc dùng phương pháp sinh học, dùng chai BOD hay phương pháp hơ hấp Nhược điểm phương pháp xác ñịnh tốn nhiều thời gian 1-2 Sau ngày khoảng 70 ñến 80% chất hữu bị oxy hố, BOD5 biểu thị phần tổng BOD Theo lý thuyết ñể oxy hố gần hết hồn tồn chất hữu (98 đến 99%) đòi hỏi sau 20 ngày Thơng thường BOD5 / COD = 0,5 – 0,7 Khí Hydrosunfua H2S Khí hydrosunfua H2S sản phẩm trình phân huỷ hợp chất hữu cơ, phân rác có nước thải Khí hydrosunfua làm cho nước có mùi trứng thối khó chịu Với nồng độ cao, khí hydrodunfua mang tính ăn mòn vật liệu Các Hợp Chất Của Nitơ Các hợp chất nitơ nước kết trình phân huỷ hợp chất hữu tự nhiên, chất thải nguồn phân bón mà người trực tiếp gián tiếp đưa vào nguồn nước Các hợp chất thường tồn dạng amo6nia8c, nitrit, nitrat dạng nguyên tố nitơ (N2) Các Hợp Chất Của Axít Cacbonic ðộ ổn ñịnh nước phụ thuộc vào trạng thái cân dạng hợp chất axit cacbonic Axit cacbonic axit yếu, nước hợp chất phân ly sau: H2CO3 → H+ + HCO32HCO3- → CO32- + CO2 + H2O Các Hợp Chất Của Axít Silic Trong nước thiên nhiên thường có hợp chất axít silic, mức độ tồn chúng phụ thuộc vào độ pH nước Các hợp chất tồn dạng keo hay ion hoà tan Sự tồn hợp chất gây lắng ñọng cặn silicat thành ống, nồi hơi, làm giảm khả vận chuyển khả truyền nhiệt Các Hợp Chất Clorua Clo tồn nước dạng ion Cl- Ở nồng độ cho phép khơng gây độc hại, nồng độ cao (250mg/l) cho làm nước có vị mặn Các nguồn nước ngầm có hàm lượng clo lên tới 500÷1000 mg/l Sử dụng nước có hàm lượng clo cao gây bệnh thận Nước chứa nhiều ion Cl- có tính xâm thực bê tơng Ion Cl- có nước hồ tan muối khống q trình phân huỷ hợp chất hữu Các Hợp Chất Sunfua Ion SO42- có nước khống chất có nguồn gốc hữu cơ, với hàm lượng sunfat lớn 250 mg/l, nước gây tổn hại ñến sức khoẻ người Hàm lượng SO42- lớn 300 mg/l, nước gây tính xâm thực mạnh bêtơng Ở điều kiệm yếm khí, SO42- phản ứng với chất hữu tạo thành khí H2S khí mang tính độc hại Các Hợp Chất Photphat Khi nguồn nước bị nhiễm bẩn phân rác hợp chất hữu cơ, trình phân huỷ giải phóng ion PO42- Sản phẩm q trình tồn dạng H2PO4-, HPO42-, PO43-, Na3(PO3), hợp chất hữu photpho…Khi nước có hàm lượng photphat cao thúc đẩy q trình phì dưỡng Các Hợp Chất Florua Nước ngầm giếng sâu vùng đất có chứa quặng apatit thường có hàm lượng hợp chất florua cao (2,0 ñến 2,5 mg/l), tồn dạng canxi forua magiê florua 1-3 Các hợp chất florua bền vững, khó bị phân huỷ q trình tự làm Hàm lượng florua nước cấp ảnh hưởng ñến việc bảo vệ Nếu thường xuyên dùng nước có hàm lượng florua lớn 1,3 mg/l nhỏ 0,7 mg/l ñều dễ mắc bệnh loại men Các Hợp Chất Iua Các hợp iua có nguồn nước thiên nhiên với hàm lượng nhỏ, ioñua cần thiết cho phát triển bình thường người Ở vùng nước thiếu iot thường xuất bệnh bướu cổ Mặc dù vậy, sử dụng thường xuyên nước có hàm lượng iua cao có hại cho sức khoẻ 1.1.3 Các Chỉ Tiêu Vi Sinh Trong nước thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong, tảo loại thuỷ sinh khác Tuỳ theo tính chất, loại vi sinh nước chia thành hai nhóm: nhóm vi sinh có hại nhóm vi sinh vơ hại Nhóm vi sinh có hại bao gồm vi trùng gây bệnh, loại rong rêu, tảo, nhóm cần loại bỏ khỏi nước trước sử dụng Vi Trùng Gây Bệnh ðó vi trùng nước gây bệnh lỵ thương hàn, dịch tả, bại liệt…Việc xác ñịnh có mặt của loại vi trùng gây bệnh thường khó nhiều thời gian đa dạng chủng loại Vì vậy, thực tế thường áp dụng phương pháp xác ñịnh số vi trùng ñặc trưng Nguồn gốc vi trùng gây bệnh nước nguồn nhiễm bẩn phân rác, chất thải người ñộng vật Trong chất thải người động vật ln có loại vi khuẩn Ecoli sinh sống phát triển Sự có mặt E.coli nước chứng tỏ nguồn nước ñã bị ô nhiễm phân rác, chất thải nhười ñộng vật ó khả tồn loại vi trùng gây bệnh Số lượng E.coli nhiều hay tuỳ thuộc vào mức nhiễm bẩn nguồn nước ðặc tính E.coli nhiều hay tuỳ thuộc vào mức nhiễm bẩn nguồn nước ðặc tính vi khuẩn E.coli khả tồn cao loài vi trùng gây bệnh khác, sau xử lý nước khơng vòn phát thấy vi khuẩn E.coli chứng tỏ loài vi trùng gây bệnh khác ñã bị tiêu diệt hết Mặc khác, việc xác ñịnh số lượng vi khuẩn E.coli thường ñơn giản nhanh chóng loại vi khuẩn chọn làm vi khuẩn ñặc trưng việc xác ñịnh mức nhiễm bẩn vi trùng gây bệnh nước Người ta phân biệt trị số E.coli số E.coli Trị số E.coli đơn vị thể tích nước có chứa vi khuẩn E.coli, số E.coli số lượng vi khuẩn E.coli có lít nước Tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt nước tiên tiến qui định trị số E.coli khơng nhỏ 100 ml nước, nghĩa cho phép có vi khuẩn E.coli 100 ml nước, số E.coli tương ứng 10 Tiêu chuẩn vệ sinh Việt Nam qui ñịnh số E.coli nước sinh hoạt phải nhỏ 20 Ngoài ra, số trường hợp, số lượng vi khuẩn khí kỵ khí ñược xác ñịnh Các Loại Rong Tảo Các loại rong tảo nước làm cho nước nhiễm bẩn chất hữu làm cho nước có màu xanh Trong nước có nhiều loại rong tảo sinh sống Các loại gây hại chủ yếu khó laoi5 trừ nhóm taỏ diệp lục tảo ñơn bào Trong kỹ thuật xử lý nước cấp, hai loại tảo thường qua bể lắng ñọng lại bề mặt lọc làm cho tổn thất áp lực bể tăng nhanh thời gian hai lần rửa lọc ngắn ñi Khi phát triển ñường ống dẫn nước, rong tảo làm tắc ống, đồng thời làm cho nước có tính ăn mòn q trình quang hợp hơ hấp thải khí cacbonic Vì để tránh tác hại rong tải cần có biện pháp phòng ngừa phát triển chúng nguồn nước Tảo rong tồn nước mặt có bốn nhóm phát triển nước sơng, hồ, hồ chứa: tảo lục giống vi khuẩn giống loại tảo khác; tảo lam, tảo hai nhân tảo có 1-4 Ngun nhân phát triển tảo nguồn nước mặt có tồn chất dinh dưỡng NH4+, NH3, N2, PO43-…trong nước nhờ ánh sáng mặt trời chiếu vào nguồn nước Các tác hại tảo có nước việc làm tắt bể lọc ống dẫn, hệ thống, gây tình trạng thừa, thiếu oxy nước, tạo chất gây mùi nước, tăng nồng ñộ chất hữu nước, tạo chất ñộc hại nước… 1.1.4 Nước Cấp Các nguồn nước thiên nhiên (nước ngầm, nước mặt) sau qua xử lý ñể loại bỏ thành phần tạp chất theo yêu cầu phục vụ ñối tượng sử dụng (cho sinh hoạt, cơng nghiệp) gọi nước cấp 1.1.5 Nước Thải Sau qua sử dụng, nước bị nhiễm bẩn trở thành nước thải Nước thải từ khu dân cư phát sinh từ sinh hoạt hàng ngày người dân tắm giặt, nấu nướng,… ñược gọi nước thải sinh hoạt Nước thải phát sinh từ hoạt động sản xuất cơng nghiệp (từ quy trình cơng nghệ sản xuất, rửa thiết bị, nhà xưởng nhà máy khu cơng nghiệp) gọi nước thải cơng nghiệp 1.1.6 Khí thải Các loại khí phát sinh từ phương tiện giao thơng, từ hoạt động sản xuất cơng nghiệp gây nhiễm mơi trường khơng khí xung quanh, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng mơi trường gọi khí thải 1.1.7 Chất thải rắn Có nhiều khái niệm ñịnh nghĩa khác chất thải rắn, ñịnh nghĩa theo Tchobanoglous et al (1993) tổng quát Chất thải rắn tất chất thải, phát sinh từ hoạt ñộng người ñộng vật, thường dạng dạng rắn bị ñổ bỏ khơng sử dụng khơng mong muốn (Tchobanoglous et.al., 1993) Chất Thải Rắn Sinh Hoạt Chất thải rắn sinh hoạt chất thải rắn sinh từ hộ gia đình, chung cư, khu cơng cộng, công sở, trường học, viện nghiện cứu, khu thương mại chợ, Chất Thải Rắn ðô Thị Chất thải rắn thị bao gồm tất loại chất thải cộng ñồng trừ chất thải sản xuất công nghiệp chất thải chế biến nông nghiệp (Tchobanoglous et.al., 1993) Chất thải rắn thị phát sinh từ nguồn (1) khu dân cư, (2) khu thương mại, (3) viện nghiên cứu, trường học công sở, (4) khu xây dựng đập phá, (5) khu cơng cộng dịch vụ thị, (6) nhà máy xử lý nước, (7) khu công nghiệp, (8) khu nông nghiệp Chất Thải Rắn Công Nghiệp Chất thải rắn công nghiệp chất thải rắn đổ từ khu cơng nghiệp, nhà máy, xí nghiệp, sở sản xuất vừa nhỏ Chất thải rắn cơng nghiệp chia làm hai loại (1) chất thải rắn không nguy hại, (2) chất thải rắn nguy hại (Gagrega et al., 2001) 1-5 Chất Thải Nguy Hại Theo Chương Trình Mơi Trường Liên Hợp Quốc (United Nations Environment Program): Chất thải nguy hại loại chất thải (rắn, bùn, lỏng loại khí đóng bình) trừ chất thải phóng xạ (và lây nhiễm), hoạt tính hóa học chúng tính chất độc hại, cháy nổ, ăn mòn, tính chất khác, gây nên mối nguy hiểm tương tự đến sức khỏe mơi trường, dù ñơn ñộc hay tiếp xúc với chất thải khác Như vậy, chất thải nguy hại chất thải có bốn tính chất sau (LaGrega et al., 2001): - Tính ăn mòn: chất lỏng có pH < >12,5 có khả ăn mòn thép lớn 0,25 inches/năm - Tính cháy nổ: chất có nhiệt độ chớp cháy nhỏ 60oC hay cháy điều kiện bình thường - Tính phản ứng: chất phản ứng gây nổ - Tính độc hại: chất thải có khả với khối lượng đáng kể nước nồng ñộ ñáng kể Chất Thải Rắn Y Tế Chất thải rắn y tế chất thải rắn sinh từ sở y tế (bệnh viện, trung tâm y tế, phòng khám, nhà thuốc, Chất thải y tế chia làm loại sau: Chất thải lâm sàng Chất thải phóng xạ Chất thải hóa học Các bình chứa khí có áp suất Chất thải sinh hoạt I.2 CƠNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG 1.2.1 Cơng Nghệ Xử Lý Nước Cấp Nước thiên nhiên ñược dùng làm nguồn cung cấp nước cho sinh hoạt, ăn uống hoạt ñộng sản xuất cơng nghiệp thường có chất lượng khác Các nguồn nước mặt sông, suối, ao, hồ,… thường có độ đục, độ màu hàm lượng vi trùng cao Trong đó, nguồn nước ngầm thường có hàm lượng sắt mangan vượt giới hạn cho phép Có thể nói, hầu hết nguồn nước thiên nhiên sẵn có khơng đáp ứng u cầu chất lượng cho ñối tượng dùng nước Do đó, trước đưa vào sử dụng cần tiến hành xử lý nước Các phương pháp thường ñược sử dụng công nghệ xử lý nước cấp bao gồm: - Phương pháp lý học áp dụng trình lắng, lọc,… Phương pháp hóa học áp dụng q trình oxy hóa khử, trung hòa,… Phương pháp hóa lý áp dụng q trình keo tụ tạo bơng, trao đổi ion,… 1.2.2 Cơng Nghệ Xử Lý Nước Thải Nước thải có nguồn gốc nước cấp, nước thiên nhiên sau phục vụ ñời sống người (ăn uống, tắm giặt, vệ sinh, giải trí, sản xuất hàng hóa, chăn ni,…) nước mưa bị nhiễm bẩn chất hữu vô thải hệ thống thu gom nguồn tiếp nhận Một cách tổng quát, phân loại nước thải thành: nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất (nước thải công nghiệp) nước mưa nhiễm bẩn 1-6 Trong đó, nước thải cơng nghiệp có đặc tính khác tùy thuộc vào loại hình cơng nghiệp, cơng nghệ sản xuất, trang thiết bị, phương thực vận hành,… Tất loại nước thải chứa chất gây nhiễm mơi trường, đó, cần xử lý hợp lý trước thải vào nguồn tiếp nhận Các phương pháp thường ñược sử dụng công nghệ xử lý nước thải bao gồm: - Phương pháp xử lý lý học áp dụng trình lắng, tuyển nổi, lọc, ly tâm,… Phương pháp xử lý hóa học hóa lý áp dụng trình oxy hóa khử, keo tụ tạo bơng, trao đổi ion, hấp phụ, hấp thụ,… Phương pháp xử lý sinh học áp dụng q trình sinh học kỵ khí, hiếu khí, tự nhiên 1.2.3 Cơng Nghệ Xử Lý Khí Thải Khí thải phát sinh chủ yếu từ hoạt động giao thông, sản xuất công nghiệp sinh hoạt hàng ngày người, sản phẩm phụ sinh từ q trình đốt cháy (ngun) nhiên liệu phản ứng hóa học nguyên liệu sử dụng cơng nghiệp Các khí gây nhiễm mơi trường kể ñến bao gồm CO, CO2, SOx, NOx, CxHy, NH3, HFCs, PFCs, SF6, dung môi, acid, chì, bụi, Các thành phần tồn khí vượt giới hạn cho phép gây ảnh hưởng nghiêm trọng ñến sức khỏe người hủy hoại mơi trường Do đó, tất nguồn phát thải khí nhiễm, đặc biệt từ nhà máy, ñều phải ñược xử lý hợp lý trước thải vào mơi trường khơng khí xung quanh Các phương pháp xử lý khí thường gặp bao gồm: - Phương pháp lý học áp dụng trình lọc, ly tâm (lọc bụi); Phương pháp hóa lý áp dụng q trình hấp phụ, hấp thụ, Phương pháp hóa học áp dụng trình oxy hóa (đốt trực tiếp, xúc tác nhiệt) 1.2.4 Công Nghệ Xử Lý Chất Thải Rắn Chất thải rắn phát sinh từ (1) hộ gia đình, (2) trung tâm thương mại, (3) công sở, trường học, cơng trình cơng cộng, (4) dịch vụ thị, sân bay, (5) hoạt động cơng nghiệp, (6) hoạt ñộng xây dựng ñô thị, (7) trạm xử lý nước thải từ hệ thống thoát nước thành phố Thành phần chất thải rắn ña dạng Tùy nguồn phát sinh khác chứa thành phần khác mức ñộ tác hại ñến mơi trường đất, nước khơng khí khác Một số loại chất thải rắn công nghiệp chất thải nguy hại cần ñược xử lý phương pháp ñặc biệt Các phương pháp thường ñược áp dụng ñể xử lý chất thải rắn bao gồm: - Phương pháp lý học phân loại, ép, nghiền, cắt,… Phương pháp sinh học áp dụng q trình kỵ khí (sản xuất biogas), hiếu khí (sản xuất compost); Phương pháp hóa học đốt, nhiệt phân, khí hóa 1-7 ... sinh hoạt nước tiên tiến qui ñịnh trị số E.coli không nhỏ 10 0 ml nước, nghĩa cho phép có vi khuẩn E.coli 10 0 ml nước, số E.coli tương ứng 10 Tiêu chuẩn vệ sinh Việt Nam qui ñịnh số E.coli nước sinh... 1. 1.4 Nước Cấp Các nguồn nước thiên nhiên (nước ngầm, nước mặt) sau qua xử lý ñể loại bỏ thành phần tạp chất theo yêu cầu phục vụ ñối tượng sử dụng (cho sinh hoạt, cơng nghiệp) gọi nước cấp 1. 1.5... sức khỏe cộng ñồng mơi trường gọi khí thải 1. 1.7 Chất thải rắn Có nhiều khái niệm định nghĩa khác chất thải rắn, ñịnh nghĩa theo Tchobanoglous et al (19 93) tổng quát Chất thải rắn tất chất thải,