Giao trinh cong nghe moi truongDHQGHN

Kỹ thuật phân tích hệ thống thu gom chất thải rắn Sự quan tâm về phân tích hệ thống thu dọn rác nảy sinh từ thực tế là phải nâng cao chất lượng hoạt động của hệ thống hiện có và mở rộng [r]

TRỊNH THỊ THANH - TRẦN YÊM - ĐỒNG KIM LOAN GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG (ln lần thứ hai) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI 16 Hàng Chuối - Hai Bà Trưng - Hà Nội Điện thoại: (04) 9715012; (04) 7685236 Fax: (04) 9714899 E-mail: nxb@vnu.edu.vn ÌÌÌ Chịu trách nhiệm xuất bản: Giám đốc: PHÙNG QUỐC BẢO Tổng biên tập: PHẠM THÀNH HƯNG Chịu trách nhiệm nội dung Hội đồng nghiệm thu giáo trình Trường ĐHKHTN - Đại học Quốc gia Hà Nội Người nhận xét: PGS TS TRẦN HỒNG CÔN TS NGUYỄN THỊ LOAN Biên tập: LAN HƯƠNG Biên tập tái bản: NGUYÊN THẾ HIỆN Trình bày bìa: NGỌC ANH GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG Mã số: 1K - 05040 - 02304 In 1000 cuốn, khổ 14,5 x 20,5 Nhà in Khoa học và Công nghệ Số xuất : 183/113/XB - QLXB, ngày 10/2/2004 Số trích ngang:129KH/XB In xong và nộp lưu chiểu quý III năm 2004 LỜI NÓI ĐẦU Môn học "Công nghệ môi trường" đã đưa vào chương trình giảng dạy cho sinh viên ngành Khoa học Môi trường từ thành lập Khoa Môi trường (năm 1995) Cuốn sách đã tích lũy kinh nghiệm gần chục năm thử nghiệm trên các bài giảng, kết hợp với việc học hỏi và tham khảo tài liệu giảng dạy môn học này Viện Kỹ thuật Châu Á (AIT) - Thái Lan, các tài liệu khoa học công nghệ xử lý chất thải số nước trên giới và khu vực Trong sách này, nhóm tác giả mong muốn truyền đạt kiến thức bản, kỹ tiến hành nghiên cứu xử lý chất thải phát sinh sản xuất công, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt Bố cục sách gồm phần: xử lý các chất gây ô nhiễm không khí, xử lý nước và nước thải, xử lý chất thải rắn Phần "Công nghệ xử lý khí thải" ThS Đồng Kìm Loan biên soạn bao gồm chương đầu Trong phần này tác giả đã đề cập đến nguyên nhân và các nguồn gây ô nhiễm không khí, dạng các chất thải vào bầu khí quyển, các biện pháp cải thiện bầu không khí nơi sinh sống và làm việc Đặc biệt tác giả thống kê toàn các phương pháp đã áp dụng thực tế để xử lý bụi và khí thải độc hại, mà điển hình là các công nghệ Nhật Bản Phần "Công nghệ xử lý nước thải" gồm từ chương đến chương 10 PGS TS Trịnh Thị Thanh biên soạn đã trình bày các phương pháp để xử lý nước và nước thải Tác giả đã tập trung phần lý thuyết các quá trình xử lý sinh học và minh họa các ví dụ tiêu biểu cho số ngành sản xuất công nghiệp Phần "Công nghệ xử lý chất thải rắn" TS Trần Yêm biên soạn gồm chương cuối giáo trình Phần này bao gồm các biện pháp (hệ thống) thu gom chất thải rắn đô thị, nông thôn; công nghệ xử lý chất thải (sử dụng lại, tái chế, làm phân compost, sản xuất khí sinh học) và công nghệ chôn lấp chất thải Các tác giả xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp đồng nghiệp và sinh viên khiếm khuyết nội dung hình thức giúp chúng tôi hoàn thiện giáo trình tái lần sau Các tác giả MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC CÁC BẢNG Phần I CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 CÁC NGUỒN TẠO RA KHÍ THẢI VÀ BỤI .4 1.2 CÁC DẠNG THẢI VÀO KHÔNG KHÍ .4 Chương CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT LÀM SẠCH KHÔNG KHÍ 2.1 CÁC BIỆN PHÁP MANG TÍNH VĨ MÔ 2.2 CÁC BIỆN PHÁP MANG TÍNH CỤC BỘ .7 2.3 CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN KHÔNG KHÍ NƠI LÀM VIỆC .7 2.4 BIỆN PHÁP QUẢN LÝ VÀ VẬN HÀNH SẢN XUẤT Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI 11 3.1 KHÁI QUÁT VỀ BỤI VÀ XỬ LÝ BỤI 11 3.2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI BẰNG BUỒNG LẮNG 12 3.3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI DỰA VÀO LỰC LY TÂM (CYCLON) 14 3.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI BẰNG LỌC MÀNG, LỌC TÚI 19 3.5 THU BỤI BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ƯỚT 21 3.6 KHỬ BỤI TĨNH ĐIỆN 28 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC 33 4.1 KHÁI QUÁT VỀ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC .33 4.2 XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP THIÊU HỦY 33 4.3 PHƯƠNG PHÁP NGƯNG TỤ 35 4.4 XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ 36 4.5 XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ 44 Phần II CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI Chương MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 53 5.1 NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA Ô NHIỄM NƯỚC GÂY RA ĐỐI VỚI NGUỒN NƯỚC TIẾP NHẬN 53 5.2 CÁC ĐIỀU KIỆN VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 54 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CẤP 56 6.1 KHỬ SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM THOÁNG .56 6.2 TRIỆT KHUẨN 56 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 58 7.1 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CƠ HỌC .58 7.2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HOÁ VÀ HOÁ - LÍ .61 Chương CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÍ SINH HỌC 75 8.1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÍ SINH HỌC 75 8.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ 80 8.3 CÁC QUÁ TRÌNH LỌC SINH HỌC 84 8.4 XỬ LÍ THẤM QUA ĐẤT 89 Chương MỘT SỐ QUÁ TRÌNH XỬ LÍ NƯỚC THẢI 92 9.1 XỬ LÍ CÁC CHẤT VÔ CƠ HOÀ TAN 92 9.2 XỬ LÍ CÁC CHẤT HỮU CƠ 93 9.3 XỬ LÍ VÀ THẢI BÙN .94 Chương 10 CÁC VÍ DỤ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỤ THỂ 102 10.1 XỬ LÍ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN 102 10.2 XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHỨA CRÔM 104 10.3 XỬ LÍ CÁC HỢP CHẤT CYANIDES 105 10.4 XỬ LÍ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA 106 10.5 XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHỨA DẦU 107 10.6 XỬ LÍ CHẤT THẢI NGUY HẠI 110 Phần III CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN Chương 11 THU DỌN CHẤT THẢI RẮN 113 11.1 CÔNG CỤ VÀ PHƯƠNG TIỆN THU GOM CHẤT THẢI RẮN 114 11.2 HỆ THỐNG, CÁC PHƯƠNG THỨC THU DỌN RÁC .115 Chương 12 PHÂN LOẠI VÀ GIẢM KÍCH THƯỚC CHẤT THẢI RẮN 126 12.1 PHÂN LOẠI CHẤT THẢI RẮN 126 12.2 GIẢM KÍCH THƯỚC CHẤT THẢI RẮN 128 Chương 13 CHẾ BIẾN CHẤT THẢI RẮN VÀ BÃI THẢI 132 13.1 CÁC MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG CHẤT THẢI RẮN 132 13.2 CHẾ BIẾN PHÂN VI SINH (COMPOST) 132 13.3 SẢN XUẤT KHÍ SINH VẬT (BIOGAS) 137 13.4 BÃI CHỨA CHẤT THẢI RẮN (BÃI THẢI) 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO 147 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 Các nguồn và các vật chất gây ô nhiễm chủ yếu Bảng 1.2 Phân loại bụi và khí độc theo dải kích thước Bảng Các phương pháp xử lý bụi 11 Bảng Vùng lọc và hiệu xử lý các phương pháp 11 Bảng 3.3 Năng suất lọc bụi cyclon đơn và cyclon tổ hợp 18 Bảng 5.1 Các phương pháp xử lý nước thải 54 Bảng 5.2 Xử lý nước thải bậc 55 Bảng 9.1 Các thông số làm việc thiết bị làm đặc bùn tuyển 97 Báng 10 Tiêu chuẩn thiết kê các thiết bị khác đê xử lý nước thải nhà máy bia 107 Bảng 13 Quá trình phân huy sinh học chất thải rắn 133 Phần I CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI Chương NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 CÁC NGUỒN TẠO RA KHÍ THẢI VÀ BỤI Trong thực tế có hai nguồn tạo khí thải và bụi, đó là nguồn ô nhiễm tự nhiên và nguồn ô nhiễm nhân tạo gắn liền với các hoạt động người 1.1.1 Nguồn ô nhiễm tự nhiên Các hoạt động tự nhiên có thể làm tăng hàm lượng bụi thời điểm và không gian nào đó gió lốc, bão sa mạc mang theo bụi đất cát trên mặt đất tung vào bầu không khí Núi lửa hoạt động có thể phun vào bầu khí lượng bụi và khí khổng lồ Những tượng trên không xảy liên tục và phát tán nhanh vùng rộng lớn làm giảm hàm lượng bụi và khí Các tượng phân hủy, thối rữa động thực vật xảy thường xuyên thải vào không khí lượng khí độc hại Các tượng sấm chớp, mây, mưa, xạ hệ mặt trời và vũ trụ, thông qua các phản ứng phân hủy kết hợp các chất tồn cân không khí tạo các chất có hại Nhìn chung ô nhiễm không khí thiên nhiên tạo khối lượng là lớn song thường phân bố không gian rộng và khá đồng nên ít gây nguy hại Mặt khác các sinh vật trên mặt đất, qua hàng ngàn vạn năm đã quen và đã thích ứng với thay đổi nói trên 1.1.2 Nguồn ô nhiễm nhân tạo Các nguồn ô nhiễm nhận tạo nguy hiểm chỗ dễ xảy tượng cục với nồng độ cao gây tác hại đến người và các sinh vật Các nguồn và các chất ô nhiễm nhân tạo khái quát trên bảng 1.1 1.2 CÁC DẠNG THẢI VÀO KHÔNG KHÍ *Các chất dạng khí: là chất điều kiện thông thường tồn thể khí như: CO, CO2,NOx,SOx,Cl2… *Các chất thải dạng bụi: là các hạt chất rắn phân tán không khí có kích thước khác (từ 1/10 đến hàng nghìn micromet) *Các chất dạng hơi: thể khí các chất điều kiện bình thường là chất lỏng rắn Ví dụ: benzen, iod, tetraetyl chì *Các chất dạng soi: là tập hợp các phân tử chất lỏng chất rắn tạo thành các hạt nhỏ li ti phân tán không khí Các chất thải là khí, hơi, bụi hay sol có tác hại ít hay nhiều phụ thuộc vào thân tính chất chúng Bảng 1 Các nguồn và các vật chất gây ô nhiễm chủ yếu Chất ô nhiễm Nguồn ô nhiễm Oxit các bon (CO, - Các nhà máy nhiệt điện CO2) - Các ngành công nghiệp sử dụng lượng là đốt nhiên liệu - Giao thông vận tải - Các lò đốt rác và dân dụng - Phân hủy yếm khí Bụi than, tro Các nguồn đốt nhiên liệu thải cùng với khí cacbon oxit Bụi berili Chế hóa quặng và luyện kim Bụi uranium Chế hóa quặng Hợp chất chứa - Các sở luyện kim kim loại có độc - Các sở sản xuất hóa chất tính cao - Các sở sản xuất thuốc trừ dịch hại - Sử dụng các sản phẩm thuốc trừ dịch hại Các hợp chất - Thuốc trừ sâu chứa clo - Các sở sản xuất hóa chất - Các sở sản xuất giấy và bột giấy - Khử trùng clo và các hợp chất chứa clo hoạt động Flo và các hợp - Các sở sản xuất hóa chất chất chứa flo - Các sở sản xuất phân lân từ apatit và photphorit - Các sở luyện kim Hydrocacbon - Đốt nhiên liệu - Công nghiệp sơn và trang trí sơn - Các sở sản xuất linh kiện cần làm dung môi hữu - Các sở sản xuất hóa chất hữu - Luyện kim Nitơ oxit - Đốt nhiên liệu - Các nhà máy hóa chất - Các sở sản xuất phân đạm, phân tổng hợp NPK Lưu huỳnh oxit - Các sở sản xuất hóa chất - Các nhà máy nhiệt điện - Luyện kim - Các công đoạn đốt nhiên liệu khác Chất ô nhiễm Nguồn ô nhiễm Các hợp chất có - Các sở sản xuất thuốc trừ dịch hại chứa phối - Sử dụng thuốc trừ dịch hại Bụi khoáng vô - Công nghiệp sản xuất xi măng - Công nghiệp khai khoáng - Giao thông vận tải - Xây dựng Bụi phóng xạ - Các vụ thử hạt nhân - Sự rò rỉ các sở lượng hạt nhân Hơi kiềm, - Các sở sản xuất hóa chất axit - Các sở sử dụng axit và kiềm sản xuất Bụi chì - Các sở sản xuất acquy - Giao thông vận tải Dicyan và HCN - Các sở mạ kim loại - Khai thác, trích chiết vàng, bạc và các kim loại Có nhiều cách phân loại bụi, và khí độc Dưới góc độ thu gom và tách lọc, ta có thể phân loại theo dải kích thước (bảng 1.2) Bảng 1.2 Phân loại bụi và khí độc theo dải kích thước Loại Bụi Khói I Khói II Sương Hơi Khí Dải kích thước Đặc tính (μm) 0,1 ÷ 1000-2000 Phát sinh quá trình đập, phá, nổ, mài khoan các chất rắn đá, quặng, than, kim loại Một số bụi có dạng sợi có nguồn gốc hoá học, thực vật khoáng Các bụi lớn có lắng lực trọng trường Các bụi nhỏ có khuynh hướng bay lơ lửng không khí 0,001 – 0,1 Được tạo ngưng tụ các hạt chất rắn quá trình làm nóng chảy kim loại các phản ứng hoá học 0,1 – 0,1 Được tạo quá trình đốt cháy nhiên liệu 0,01 – 10,0 Là sản phẩm quá trình ngưng tụ các hạt chất lỏng 0,005 Là thể khí mà điều kiện bình thường chúng thể lỏng rắn 0,0005 Là dạng vật chất mà điều kiện nhiệt độ và áp suất thông thường chúng không tồn thể lỏng rắn Chương CÁC BIỆN PHÁP KỸ THUẬT LÀM SẠCH KHÔNG KHÍ Giữa thiên nhiên và người trên hành tinh chúng ta luôn có mối quan hệ mật thiết Những tác động đến thiên nhiên gây ô nhiễm không khí có quan hệ nhân hoạt động sống người Đó là sa mạc hoá, nóng lên trái đất, xói mòn, bão, lốc Để giảm thiểu ô nhiễm không khí, có thể có biện pháp sau: 2.1 CÁC BIỆN PHÁP MANG TÍNH VĨ MÔ - Hạn chế tác động người vào thiên nhiên như: Hạn chế đốt rừng, hạn chế khai thác rừng, khoáng sản nhằm giảm ảnh hưởng đến cân vốn có khí - Chống sa mạc hóa, hoang hóa - Trồng cây xanh, trồng rừng, trồng rừng cây đệm ven bờ biển chung xâm lấn cát, muối biển 2.2 CÁC BIỆN PHÁP MANG TÍNH CỤC BỘ - Cải tiến công nghệ sản xuất và khai thác: Biện pháp này nhằm giảm các chất thải và các chất thải độc gây ô nhiễm môi trường không khí - Thay đổi nguyên, nhiên liệu cho sản xuất để tránh giảm thiểu thải các chất có hại vào không khí 2.3 CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN KHÔNG KHÍ NƠI LÀM VIỆC 2.3.1 Thông gió Nhiệm vụ thông gió là đảm bảo trạng thái không khí cho người sống và hoạt động phù hợp với tiêu chuẩn vệ sinh quy định Thông gió chung Mục đích thông gió chung là đưa không khí từ ngoài vào với lưu lượng cần thiết nhằm pha loãng cường độ ô nhiễm (bởi nóng, bụi, khí độc) toàn không gian nhà xưởng, sau đó thải ngoài Nhược điểm biện pháp này là tạo mức độ không đồng điều kiện vệ sinh điểm khác không gian nhà xưởng; đồng thời dễ đưa độc hại từ vùng này sang vùng khác Vì vậy, yêu cầu cần thiết áp dụng biện pháp này là phải ổn định các nguồn phát thải độc hại Hiện tồn số sơ đồ hệ thống trao đổi không khí phòng sau: + Thổi trên hút + Thổi trên hút trên + Thổi hút trên + Thổi hút Tùy trường hợp mà áp dụng sơ đồ này hay sơ đồ khác, phải tuân thủ theo nguyên tắc là dòng không khí phải theo trình tự: Không khí Æ Vùng thở Æ Vùng toả độc Æ Miệng Hút Æ Thải Thông gió cục Mục đích thông gió cục là thu giữ các khí, độc nguồn phát sinh Đây là biện pháp hiệu việc đảm bảo không khí cho vùng làm việc Việc tổ chức, xử lý hợp lý các chất gây ô nhiễm phải thoả mãn các yêu cầu sau: + Không cản trở thao tác công nghệ + Không cho không khí chứa chất ô nhiễm qua vùng thở + Vận tốc thu khí đủ lớn Thông gió chống nóng * Khái niệm cân nhiệt Trong quá trình hoạt động, người luôn có trao đổi nhiệt với môi trường Mức độ trao đổi nhiệt tiêu chuẩn người điều kiện nghỉ ngơi là 100 Kcal/giờ Về mùa hè, thời tiết nóng nên có đường để cân nhiệt là thoát mồ hôi Để thu hiệu làm mát bốc mồ hôi thì phải có các điều kiện sau: + Độ ẩm không khí thấp + Có gió với vận tốc phù hợp Tại nước ta, độ ẩm trung bình tương đối cao Do để tăng hiệu bốc mồ hôi phải dùng gió có tốc độ đủ lớn, ví dụ: + Đối với hệ điều hoà không khí: v = 0,25 - 0,38 m/giây + Đối với lao động: v = 5,00 - 10,00 m/giây * Các giải pháp chống nóng Tùy theo mức độ, yêu cầu khác vệ sinh công nghiệp mà áp dụng các giải pháp thông gió chống nóng khác Có thể chia làm hai loại: + Giải pháp thông gió tự nhiên và cách nhiệt + Giải pháp thông gió cưỡng Thông gió tự nhiên là lợi dụng các yếu tố tự nhiên vận tốc gió trời, chênh lệch tỷ trọng không khí để tạo các dòng khí vào cách hợp lý Tại nước ta, thông gió tự nhiên chủ yếu là dùng gió trời Do việc mở các cửa đón gió, thoát gió với tỷ lệ đủ lớn là việc làm quan trọng Các nghiên cứu gần đây cho thấy tỷ lệ mở cửa phải từ 40 đến 60% diện tích tường đảm bảo thông gió tự nhiên theo phương nằm ngang có hiệu Một vấn đề quan trọng khác là việc hạn chế xạ nhiệt mặt trời truyền qua mái nhà Về mùa hè, lượng nhiệt truyền qua mái có thể lên tới 110 - 120 Kcal/m2 Một biện pháp có thể áp dụng là phun nước lên mái Thông gió cưỡng sử dụng thông gió tự nhiên không còn khả đáp ứng vấn đề cân nhiệt Thông gió cưỡng nhằm tạo vận tốc gió thổi thích hợp, kết hợp với các thông số nhiệt độ, độ ẩm để đưa vi khí hậu trạng thái tự nhiên dễ chịu Trong giải pháp thông gió cưỡng thì điều hòa không khí là hình thức cao kỹ thuật thông gió nhằm đáp ứng chủ động các thông số vi khí hậu nhà mà không phụ thuộc vào khí hậu ngoài trời Trong công nghiệp, ngoài yếu tố vận tốc gió thổi còn có thể hạ nhiệt độ không khí để làm tăng hiệu làm mát Một biện pháp đơn giản có thể áp dụng là làm mát bốc đoạn nhiệt Nguyên lý chung biện pháp này là cho dòng không khí qua buồng phun nước lớp màng ướt Nhiệt không khí làm nước bay và tự nó hạ nhiệt độ xuống độ ẩm tương đối tăng lên Biện pháp này áp dụng cho vùng có khí hậu nóng, khô miền Trung và miền Nam nước ta 2.3.2 Sử dụng cây xanh Cây xanh có tác dụng lớn việc hạn chế ô nhiễm không khí thu hút bụi, lọc không khí, giảm và che chắn tiếng ồn, giảm nhiệt độ không khí Một số loại cây xanh nhạy cảm với ô nhiễm không khí, cho nên có thể dùng cây xanh làm vật thị để phát ô nhiễm Vì nên trồng nhiều cây xanh khuôn viên và xung quanh các nhà máy, dọc các đường giao thông, khu đệm các khu công nghiệp, thương mại và dân cư Tỷ lệ diện tích cây xanh trên diện tích khu công nghiệp cần đạt từ 15 đến 20% 2.3.3 Giải pháp công nghệ Đây là biện pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm không khí coi là bản, vì nó cho phép hạ thấp loại trừ chất ô nhiễm không khí có hiệu Nội dung chủ yếu biện pháp này là hoàn thiện công nghệ sản xuất và áp dụng chu trình kín Biện pháp công nghệ bao gồm việc sử dụng công nghệ sản xuất không có có ít chất thải Nó bao gồm việc thay các nguyên liệu, nhiên liệu thải nhiều chất độc hại nguyên, nhiên liệu không ít thải độc Ví dụ thay than đá khí đốt Nó còn bao gồm việc sử dụng các phương pháp sản xuất, gia công ít sản sinh chất độc gia công khô nhiều bụi gia công ướt ít bụi hay thay vì đốt than thì đốt điện Tạo chu trình sản xuất kín có tác dụng loại trừ các chất ô nhiễm không khí quá trình sản xuất Bằng cách sử dụng tuần hoàn phần hay toàn các khí thải quy trình sản xuất, tái sử dụng chúng cho việc sản xuất sản phẩm khác giảm bớt triệt tiêu hoàn toàn khí thải 2.4 BIỆN PHÁP QUẢN LÝ VÀ VẬN HÀNH SẢN XUẤT Việc vận hành và quản lý thiết bị máy móc quy trình công nghệ là biện pháp để khống chế ô nhiễm không khí Nghiêm túc thực chế độ vận hành, định mức chính xác nguyên vật liệu, chấp hành đúng quy trình công nghệ làm cho lượng chất thải giảm xuống và có điều kiện quản lý chặt chẽ nguồn thải và lượng chất thải 10 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI 3.1 KHÁI QUÁT VỀ BỤI VÀ XỬ LÝ BỤI Như đã nói đến phần trên, bụi là hạt chất rắn có kích thước tỷ trọng khác phân tán không khí Để xử lý lọc bụi trước thải môi trưởng người ta đã nghiên cứu và sử đụng nhiều cách khác Mỗi cách (phương pháp) phù hợp với các loại bụi, kích thước bụi khác và có ưu nhược điểm riêng Chính vì mà tùy thuộc vào đối tượng bụi, người ta chọn phương pháp xử lý phù hợp Các phương pháp xử lý bụi có thể chìa thành các nhóm sau trên bảng 3.1 Bảng Các phương pháp xử lý bụi Dập Dập nước tĩnh điện - Thùng lọc gốm - Dàn mưa Lọc tĩnh điện - Sục khí - Lọc có vật đệm - Đĩa quay - Lọc túi (màng) - Lọc tầng kiểu Venturi Lọc Khử bụi dựa vào Khử bụi dựa lực ly tâm vào trọng lựa - Thiết bị sử dụng Buồng lắng bụi lực quán tính - Thiết bị sử dụng lực ly tâm (cyclon) Thiết bị quay Trên sở phân loại các phương pháp xử lý, ta có thể chia các thiết bị xử lý bụi làm động chính sau: Lọc khí Thiết bị lọc tĩnh điện Thiết bị màng lọc Thiết bị lọc ướt Thiết bị hấp thụ Thiết bị buồng đốt Hai loại đầu dùng để xử lý bụi Thiết bị lọc tĩnh điện và lọc ướt có thể dùng để xử lý bụi khí độc Hai thiết bị sau hay dùng để xử lý khí Đặc trưng và hiệu xử lý bụi các kiểu thiết bị khái quát trên bảng 3.2 Bảng Vùng lọc và hiệu xử lý các phương pháp STT Thiết bị xử lý Thùng lắng bụi Cyclon hình nón Cyclon tổ hợp Lọc có vật điệm Tháp lọc ướt Lọc túi (màng lọc) Lọc tĩnh điện Kích thước hạt phù hợp 2000 – 100 100 – 100 – 100 – 10 100 – 0,1 10 – 10 – 0,005 Hiệu xử lý (%) 40 – 70 % 45 – 85 65 – 95 đến 99 85 – 99 85 – 99,5 85 - 99 Cụ thể hóa bảng 3.2 ta có thể tham khảo minh họa trên hình 3.1 11 Bảng 3.2 và hình 3.1 cho thấy các thiết bị xử lý lực quán tính và các cyclon tiện để tách các hạt bụi tương đối lớn Loại cyclon tổ hợp có hiệu suất lớn Dùng các thiết bị lọc điện, thiết bị lọc hình ống tay áo và các thiết bị lọc bụi loại ướt có thể đạt độ tinh lọc khá cao Thiết bị lọc bụi loại ướt dùng chất khí cần xử lý chịu nhiệt độ thấp và ẩm Trong trường hợp này các thiết bị lọc bụi loại ướt có nhiều ưu điểm so với thiết bị lọc điện chỗ thiết bị giản đơn và rẻ tiền Ngoài ra, người ta còn dùng các thiết bị lọc ướt để lọc khí khỏi bụi, khói và mù (tới 90%) Ứng dụng thiết bị lọc bụi loại ướt nhà máy có nhiều khó khăn vì đây quá trình tinh lọc có liên quan tới việc thu gom và thải lượng lớn nước có tính axit Thiết bị lọc điện là loại thiết bị lọc bụi có hiệu suất cao; đó muốn lọc các loại khí khô ta dùng loại thiết bị lọc điện bản, còn để lọc các loại bụi và mù khó hấp thụ, để lọc tốt hơn, ta dùng loại thiết bị lọc điện kiểu ống và cần lọc thể tích khí lớn thì dùng thiết bị lọc điện tổ hợp, rẻ Tóm lại, muốn chọn thiết bị để tách bụi và lọc khí có hiệu quả, phải xuất phát từ các yêu cầu chính sau: Thành phần hạt bụi và kích thước hạt nó Trạng thái và thành phần khí Độ tinh lọc khí cần thiết 3.2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI BẰNG BUỒNG LẮNG 3.2.1 Nguyên tắc Sự lắng bụi buồng lắng là tạo điều kiện để trọng lực tác dụng lên hạt bụi thắng lực đẩy ngang dòng khí Trên sở đó người ta tạo giảm đột ngột lực đẩy dòng khí cách tăng đột ngột mặt cắt dòng khí chuyển động Trong thời điểm ấy, các hạt bụi lắng xuống Để lắng có hiệu hơn, người ta còn đưa vào buồng lắng các chắn lửng Các hạt bụi chuyển động theo quán tính đập vào vật chắn và rơi nhanh xuống đáy 12 3.2.2 Cấu tạo buồng lắng Một buồng lắng đơn, kép cấu tạo hình 3.2 Bề mặt cắt ngang buồng lắng tính theo công thức: đó: a là chiều rộng buồng lắng h là chiều cao buồng lắng V là lưu lượng khí qua buồng lắng w là vận tốc dòng khí qua buồng lắng Như vậy, thiết diện buồng lắng càng tăng thì vận tốc dòng khí buồng lắng càng giảm Bề mặt cần thiết (F) tính theo công thức: Ở đây: w1 là vận tốc lắng bụi V là lưu lượng dòng khí và bụi Thời gian lắng hạt bụi tính theo công thức: t = h /w1 (s) Thể tích làm việc buồng lắng (VLV): VLV = V.t (m3) Chiều dài cần thiết buồng lắng (l): l = F / a = VLV /h a (m) 3.2.3 Cấu tạo buồng lắng nhiều tầng Buồng lắng nhiều tầng là dãy các buồng lắng đơn lẻ nối tiếp Từng tầng đơn lẻ hoạt động giống buồng lắng đơn Như chiều dầy tổng cộng: đó: ni là tầng thứ i 13 hi là chiều cao tầng thứ i Tóm lại, buồng lắng bụi là loại thiết bị thu bụi đưa vào lực trọng lực và lực quán tính để thu giữ bụi Với thiết bị loại này người ta có thể thu gom các hạt bụi có kích thước lớn 10 μm Để làm khí các lò đốt ta có thể sử dụng thiết bị buồng lắng nhiều tầng Mặc dù buồng lắng bụi là biện pháp rẻ tiền thiết bị nó cồng kềnh và hiệu xử lý thường là thấp so với các phương pháp khác Nó hay sử dụng để làm sơ Dưới đây là số mô hình thiết bị thu bụi trọng lực (hình 3.3a, 3.3b) 3.3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI DỰA VÀO LỰC LY TÂM (CYCLON) 3.3.1 Nguyên lý Khi dòng khí và bụi chuyển động theo quỹ đạo tròn (dòng xoáy) thì các hạt bụi có khối lượng lớn nhiều so với các phân tử khí chịu tác dụng lực ly tâm văng phía xa trục hơn, phần gần trục xoáy lượng bụi nhỏ Nếu ta giới hạn dòng xoáy vỏ hình trụ thì bụi va vào thành vỏ và rơi xuống đáy Khi ta đặt tâm dòng xoáy ống dẫn khí ra, ta thu khí không 14 có bụi lượng bụi đã giảm khá nhiều Hình 3.4.a Đường và các lực tác dụng cyclo dòng bụi khí 3.3.2 Cyclon đơn Một eyclon đơn có thể mô theo hình 3.4.b Hình 3.4.b Mặt cắt đứng và mặt cắt ngang cyclon đơn Tốc độ lắng hạt bụi cycton tính theo công thức: đó: d: Đường kính hạt bụi (m) Pl: Khối lượng riêng hạt (kg/m3) P2 Khối lượng riêng khí mang (kg/m3) v2 : Hệ số độ nhớt động học khí (m2/s) U: Tốc độ Vòng dòng khí cyclon (m2/s) D: Đường kính phần vỏ hình trụ cyclon (m) 15 Đường kính phần hình trụ cyclon tính theo công thức: D = 2.(R1 +δ1 +∆R) (m) đó: R1 là bán kính ống dẫn khí (ống hình trụ); δ1 là độ dày vỏ ống dẫn khí ra; ∆R là khoảng cách tính theo bán kính ống dẫn khí và thân cyclon đó: V là lưu lượng khí qua hay suất cyclon wr là vận tốc dòng khí khỏi cyclon (trong công nghiệp wr thường lấy từ - 8m/s) Kích thước ống vào Ống vào thường là hình chữ nhật có chiều cao h và chiều rộng b Thông thường tỷ lệ h/b k và từ đến đó: wv là vận tốc dòng khí vào ống cyclon (thường 18 - 20 m/s) Thể tích làm việc cyclon VLV = V t (m3) đó t là thời gian lưu dòng khí cyclon đó w là tốc độ góc dòng khí cyclon, w = wrtb/ Rtb wrtb là vận tốc trung bình dòng khí khỏi cyclon pK là tỷ trọng khí và φb là góc vào dòng khí R2 là bán kính vỏ phần hình trụ, Rtb là bán kính trung bình phần hình trụ cyclon Chiều cao phần hình trụ Ht đó Vh: Thể tích hiệu dụng phần hình trụ Vlv : Thể tích làm việc cyclon δ1: Độ dày vỏ ống dẫn khí wtb: Vận tốc trung bình dòng bụi và khí thải cyclon R1, R2: Bán kính ống dẫn khí và bán kính vỏ phần hình trụ cyclon k: Hệ số phụ thuộc đặc tính dòng khí bụi thải 16 Hình 3.5.a và 3.5.b Thiết bị dòng tiếp tuyến (a) và thiết bị dòng trục (b) Chiều cao phần hình nón Hn = (R2 – R0) tg α0 đó: R0 là bán kính lỗ thoát bụi (thường là 0,2 đến 0,5 m), α0 là góc nghiêng bán kính và đường sinh (thường là 50 – 600) Có hai cách để đưa dòng khí vào cyclon tạo chuyển động xoáy là dạng dòng tiếp tuyến và dạng dòng trục trên hình vẽ 3.5.a và 3.5.b Trong thực tế người ta thường lắp thành tổ hợp nhiều cyclon đơn lại để tăng cường hiệu qua xử lý khí thải (xem hình 3.6) Tổ hợp cyclon thường gồm các cyclon đơn có đường kính tử 40- 250 mm, ghép thành cụm song song với Thiết bị kiểu cyclon có thể sử dụng để xử lý dòng khí bụi có nhiệt độ đến 4000 C nồng độ bụi không cao Nhược điểm chung cyclon là không thể lọc khí khỏi các hạt bụi nhỏ, nâng lượng tiêu thụ để lọc lớn và thành thiết bị bị mài mòn nhanh đó nhạy tải trọng giảm xuống Ta có thể tham khảo suất lọc cyclon (m3/h) bảng 3.3 17 Bảng 3.3 Năng suất lọc bụi cyclon đơn và cyclon tổ hợp Loại Cyclon Năng suất làm việc theo đường kính Cyclon (mm) 400 500 600 700 800 Đơn 1450-1690 2270-2640 3260-3810 4400-5180 5800-6760 Kép 4540-5290 6520-7620 8800-10400 11600-13500 Ba 13200- 17400-20300 15500 Bốn 5800-6760 9080-10600 13000-15200 17600- 23200-27000 20700 Hiệu suất làm bụi cyclon Hiệu suất làm riêng phần: đó: Φi là thành phần các loại (kích thước) bụi G, Gd, Gc là khối lượng bụi xử lý, khối lượng bụi ban đầu và khối lượng bụi còn sau xử lý GRP, GRPd, GRPc là khối lượng bụi riêng phần đã xử lý, khối lượng bụi riêng phần ban đầu và khối lượng bụi riêng phần còn lại sau xử lý Giản đồ hiệu phương pháp thu bụi cyclon thể trên hình 3.6 18 Hình 3.6 Giản đô hiệu thiết bị thu bụi cyclon Ngoài thiết bị cyclon kiểu khô người ta còn có thể sử dụng thiết bị cyclon ướt để làm bụi hình 3.7 3.4 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI BẰNG LỌC MÀNG, LỌC TÚI 3.4.1 Nguyên lý Dòng khí và bụi chặn lại màng túi lọc; túi (màng) này có các khe (lỗ) nhỏ cho các phân tử khí qua dễ dàng giữ lại các hạt bụi Khi lớp bụi đủ dày ngăn cản lượng khí qua thì người ta tiến hành rung thổi ngược đê thu hồi bụi và làm màng 3.4.2 Cấu tạo và vận hành Màng lọc là vải (nỉ) đặt trên giá đỡ là cứng đan cứng liền có đục lỗ Túi lọc vải, nỉ có dạng ống đầu hở để khí vào còn đầu khâu kín Để túi bền người ta thường đặt khung cứng lưới kim loại nhựa Năng suất lọc thiết bị phụ thuộc vào bề mặt lọc, loại bụi và chất, tính vật liệu làm túi (màng) Một thiết bị tổ hợp cyclon có dạng hình 3.8: 19 Diện tích lọc tính theo công thức - Đối với túi lọc: - Đối với màng lọc: S = a.b đó: V là lưu lượng khí (năng suất lọc) qua túi (màng) (m3/s) v là cường độ lọc m2 bề mặt (m3/m2.h) Thông thường v chọn từ 15 đến 200 m3/ m2.h η là hiệu suất làm việc bề mặt lọc, thông thường lấy khoảng 85 % D là đường kính ống lọc l là chiều dài ống lọc a là chiều rộng túi b là chiều dài túi Lực cản túi (màng) tính theo công thức ∆P = A (N/m2) đó A là hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào nguyên liệu làm túi (màng), có kể đến độ bào mòn và cặn bẩn A thường dao động từ 0,25 đến 25,00 n là hệ số thực nghiệm thông thường 1,25 đến 1,30 20 Tốc độ dòng cao, xp > mm : quán tính Tốc độ dòng nhỏ xp > mm : khuếch tán Hình 3.9 Mô hình đường hạt bụi và thiết bị lọc bụi dạng ống lọc và túi lọc Bộ phận chuyển động khí Hình 10 Thiết bị lọc túi sử dụng phổ biến Sử dụng lọc màng túi có thể cho hiệu lọc đến 98-99% Với hạt bụi có kích thước ≥ μm, hiệu lọc tới gần 100% Phương pháp này loại các hạt bụi nhỏ đến hàng 0,01 μm 3.5 THU BỤI BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP ƯỚT Các phương pháp ướt thường sử dụng cho nơi bụi mang độ ẩm cao không khí nơi làm việc không đồng nhiệt độ và độ ẩm Nguyên tắc phương pháp này là dòng không khí chứa bụi phải qua môi trường lỏng màng nước để tăng khả lắng xuống hạt bụi Có nhiều cách để áp dụng nguyên tắc này, đây chúng ta xem xét vài phương pháp hay sử dụng công nghiệp 3.5.1 Phương pháp dập bụi màng chất lỏng Nguyên lý 21 Dòng khí có chứa bụi qua màng chất lỏng (thường là nước) Các hạt bụi gặp nước bị dìm xuống bám theo màng nước, còn dòng khí qua Nước thường từ trên xuống, còn dòng khí từ lên Cấu tạo và vận hành thiết bị * Dàn mưa: Đây là thiết bị đơn giản để dập bụi lại có hiệu cao Lượng nước phun vào có thể quay vòng trở lại sau lắng bùn bụi Thiết bị này thường dùng các nhà máy xi măng hay các xí nghiệp nghiền quặng * Tháp đĩa chồng: Đây là kiểu tháp dập bụi khác có hiệu Trong công nghiệp, thiết bị lọc bụi qua màng chất lỏng thường đặt sau hệ thống buồng lắng bụi nhằm mục đích thu gom hạt bụi quá nhỏ không bị giữ lại buồng lắng Kích thước thiết bị thường có bề rộng > 1m; sâu và cao > 1,5 m; đường kính ống thải > 600 mm; chiều cao ống thải nên hạn chế < m để thuận tiện làm vệ sinh Cấu tạo dàn mưa và tháp đĩa chồng mô tả trên hình 1 Hình 3.11 Kiểu dàn mưa (a) và kiểu thác đĩa chồng (b) Trên sở dập bụi màng chất lỏng người ta đã chế số thiết bị loại này có dạng sau (hình 3.12) 22 Hình 12 Sơ đồ thiết bị dập bụi màng chất lỏng 3.5.2 Phương pháp sục khí qua chất lỏng (nước) - Phương pháp sủi bọt Đây là các kiểu tách bụi khỏi khí thải phương pháp ướt có hiệu cao (với bụi có đường kính lớn μm, hiệu suất làm khí đạt tới 99%) Nguyên lý Khí chứa bụi qua màng đục lỗ qua lớp chất lỏng dạng các bọt khí Bụi các bọt khí bị thấm ướt và bị kéo vào pha nước tạo thành các huyền phù thải ngoài Khí sau làm thải môi trường Thiết bị làm khí kiểu này phù hợp với nồng độ bụi khoảng 200 đến 300 mg/m3; công suất có thể lên tới 50.000 m3/h Cấu tạo và hoạt động Cấu tạo đơn giản thiết bị sủi bọt mô tả hình 3.13 23 Hình 13 Cấu tạo thiết bị sủi bọt Khí từ lên thông qua màng phân phối, lội qua nước, qua màng (lưới) rửa ngoài Nước cấp liên tục vào cửa nước và lấy đáy cùng với huyền phù bụi * Diện tích màng (lưới) tính theo công thức: S=V/w đó: V là lưu lượng khí qua thiết bị w là vận tốc khí Vận tốc khí thường từ 0,7 đến 3,5 m/s Nếu w quá nhỏ không tạo bọt sủi lên; Khi w lớn quá phá vỡ lớp bọt (thành phun) Vận tốc w qua bề mặt tự màng (lưới) tương đối ổn định khoảng 2m/s *Đường kính lỗ lưới khoảng từ đến mm * Chiều cao lớp bọt trên lưới (màng) tính theo công thức: H = k1.w(H0+ k2) + 2H0 đó: w là vận tốc khí qua lưới k1 và k2 là hệ số thực nghiệm (k1 = 0,35 và k2 = 0,075 diện tích tự lỗ lưới nhỏ 18%; k1 = 0,65 và k2 = 0,015 diện tích lỗ lưới lớn 18% và nhỏ 30%) H0 là chiều cao lớp chất lỏng ban đầu * Hiệu suất làm tính theo công thức: đó: G0 là hàm lượng bụi ban đầu G là hàm lượng bụi còn lại dòng khí sau qua thiết bị Trong thực tế, tháp lọc thường làm nhiều tầng để lọc bụi Các tháp lọc nhiều tầng thường áp dụng để xử lý khí và bụi đồng thời, đặc biệt trường hợp hàm lượng khí nhỏ Dưới đãi là sơ đồ tháp lọc sủi bọt 24 Hình 14 Sơ đồ tháp lọc sủi bọt 3.5.3 Phương pháp rửa khí ly tâm Thực tế đây là thiết bị kết hợp lực ly tâm cyclon với gập bụi nước Nước phun từ trên xuống theo thành hình trụ thiết bị, đồng thời khí thổi theo dòng xoáy từ lên Bụi văng phía thành bị nước theo xuống cửa thoát đáy (mô hình thiết bị cyclon ướt đã minh hoạ mục 3.3) (hình 3.8) 3.5.4 Phương pháp rửa khí kiểu Venturi Nguyên lý Dòng khí dẫn qua ống thắt, đây tốc độ dòng khí tăng lên cao (50 150 m/s) Khi vượt qua đầu cấp chất lỏng để ngỏ kéo theo dòng sol Những hạt chất lỏng nhỏ bé đó làm ướt bụi theo và ngưng hại thành dạng bùn theo cửa và dòng khí là khí Cấu tạo và vận hành Thiết bị tách bụi khỏi dòng khí thải kiểu Venturi mô tả trên hình 3.15 Khí dẫn vào cửa qua cổ thắt 2, đây có đặt cửa cấp nước Sau dẫn qua cửa khí vào buồng lọc sol 4; đây có trang bị hệ thống tách sol là lưới đặt xiên so với thành buồng Sol nước lẫn bụi ướt tích tụ lại phần đáy và thải ngoài theo cửa Khí sau tách sol và bụi thoát ngoài theo cửa 25 Hình 15 Thiết bị tách bụi khỏi dòng khí thải dạng Venturi Ngược lại với kiểu Venturi người ta còn dùng dòng nước thay vì dòng khí thiết bị rửa khí Dòng chất lỏng có vận tốc lớn qua cửa thắt tạo áp suất âm khoảng không gian dòng nước và thành cửa thắt; khí thải bị vào qua cửa thắt, tiếp xúc với dòng phun chất lỏng và quá trình tách bụi xảy giống nguyên lý thiết bị Venturi Nước (chất lỏng) sau tách phần lớn huyền phù bụi các ngăn bể phần đáy thiết bị sử dụng tuần hoàn trở lại Khí là khí Đối với thiết bị kiểu này, vận tốc chất lỏng thường vào khoảng từ 20 đến 30 m/s; tốc độ dòng khí vào từ 10 đến 20 m/s Hình 3.16 đây mô tả cách chất lỏng rửa và dòng khí thải qua cửa thắt Hình 16 Cách chất lỏng Các thiết bị tách bụi khỏi khí kiểu này có thể lắp liên tiếp qua nhiều bậc tuỳ theo yêu cầu độ khí Trong các loại thiết bị rửa khí ướt, thiết bị kiểu Venturi đạt hiệu thu bụi cao và sử dụng rộng rãi kỹ nghệ Dưới đây là số thiết bị tách bụi kiểu ướt khác hay sử dụng: 26 Hình 3.17 Một số thiết bị rửa khí 3.5.5 Rửa khí kiểu dòng xoáy Nguyên 1ý Dòng khí có tốc độ lớn thổi trực tiếp vào bề mặt chất lỏng theo góc xiên; áp lực dòng khí, chất lỏng bị tung lên, khí và chất lỏng tiếp xúc với nhau; bụi bị thấm ướt giữ lại chất lỏng và khí ngoài Cấu tạo và vận hành Các kiểu thiết bị rửa khí dòng xoáy mô tả trên hình 3.18 Đối với kiểu và cấu tạo có khác quá trình vận hành tương tự Dòng khí và bụi dẫn qua cửa vào buồng rửa (với vận tốc thường từ 10 đến 15 m/s) Do cấu tạo có chắn định hướng nên dòng khí tiếp xúc với bề mặt chất lỏng góc xiên Dòng khí và chất lỏng tiếp xúc với vùng tiếp xúc Hầu hết bụi giữ lại lòng chất lỏng; dòng khí chứa sol qua màng tách sol và ngoài theo cửa Huyền phù bụi thường xuyên lấy theo cửa thải Hình 3.18 Các kiểu thiết bị rửa xoáy Kiểu thứ có trang bị cánh hướng dòng hình xoắn ốc nên đã làm tăng thời gian tiếp xúc dòng khí bẩn và sol nước dẫn đến hiệu làm tăng lên Mặt khác thời gian dòng khí và sol cánh định hướng dài nên hầu hết các sol đã lắng lại nên không cần trang bị thêm màng tách sol Khí bẩn vào thiết bị theo ống lắp xiên với thành thiết bị; sau tiếp xúc với bề mặt chất lỏng vào cánh hướng dòng Khí theo cửa Huyền phù bụi định kỳ lấy theo cửa 27 tháo bụi Ưu điểm các thiết bị rửa xoáy là bụi kéo vào phần nước rửa tuần hoàn, vì ta cần bổ sung lượng nước thất thoát nên tiết kiệm nước rửa và phần nước phải xử lý ít 3.5.6 Rửa khí kiểu đĩa quay Nguyên lý Bụi dòng khí qua hệ thống khử bụi gồm nhiều đục lỗ hay lưới kim loại Những lưới này luôn luôn thấm ướt chất lỏng thích hợp và quay tròn không gian hình trụ Những hạt bụi dòng khí gặp bề mặt chất lỏng bị làm ướt và bị giữ lại trôi theo giọt nước rơi xuống đáy Cấu tạo và vận hành Khí thải dẫn vào thiết bị theo cửa "khí vào" phía dưới; sau qua hệ thống đĩa quay ngoài theo cửa "khí thoát" Chất lỏng phun vào đĩa trên cùng hệ thống phun và chảy xuống các đĩa phía Bụi bị thấm ướt chảy theo dòng chất lỏng xuống phía và thường xuyên tháo theo cửa thoát (hình 3.19) Hình 19 Thiết bị rửa khí kiểu đĩa quay 3.6 KHỬ BỤI TĨNH ĐIỆN 3.6.1 Nguyên lý Trong điện trường đều, có phóng điện các điện tử từ cực âm sang cực dương Trên đường đi, nó có thể va phải các phân tử khí và ion hóa chúng có thể gặp phải các hạt bụi làm cho chúng tích điện âm và chúng chuyển động phía cực dương Tại đây chúng trung hòa điện tích và nằm lại đó Lợi dụng nguyên lý này người ta thu bụi từ các điện cực dương và khí là khí bụi Dưới đây chúng ta xem xét cách di chuyển hạt bụi điện trường (hình 3.20) và quá trình hoạt động hệ thống lắng bụi tĩnh điện (hình 3.21) 28 Hình 3.20 Mô đường hạt bụi điện trường Hình 3.21 Quá trình lắng bụi tĩnh điện 3.6.2 Cấu tạo và hoạt động Thông thường để dập bụi điện trường, người ta làm nhiều tầng điện cực liên tiếp Điện cực âm thường là dây dẫn trần, hoạt động xung quanh dây dẫn thường có quầng sáng điện tử ion hoá các phân tử khí nó chuyển động qua điện cực dương nên còn gọi là điện cực quầng sáng Mô hình cấu tạo đơn giản thiết bị lọc bụi tĩnh điện mô tả hình 3.22 Hình 3.22 Mô hình thiết bị lọc điện ống và lọc điện 29 Dưới đây là số mô hình thiết bị lọc bụi tĩnh điện hay sử dụng xử lý khí thải công nghiệp Bộ lọc tĩnh điện dạng ống Bộ lọc từ điện dạng Hình 3.23 Các loại thiết bị lọc tĩnh điện Khoảng cách hai điện cực khác dấu thường từ 10, 15 đến 20 cm; nó phụ thuộc vào điện thế, độ cách điện và cường độ dòng điện Đối với thiết bị lọc điện (lưới) * Số điện cực dương (điện cực lắng) có hình lưới là đó: 2.l là khoảng cách hai điện cực cùng dấu a là chiều cao các tầng điện cực 30 * Số điện cực âm (dây hay điện cực quầng) là đó b là chiều rộng nhóm điện cực * Thể tích làm việc thiết bị đó: V là suất làm việc thiết bị t là thời gian lắng bụi * Tốc độ dòng khí: đó h là chiều cao làm việc thiết bị Đối với kiều thiết bị lọc điện hình ống * Thể tích ống đó l là chiều dài ống; D là đường kính ống * Số ống tính theo biểu thức: n = Vl /Vô đó Vl là thể tích làm việc Tĩnh điện và cường độ dòng các điện cực U = E l đó: E là gradien điện (kw/cm) và chọn sau: - Đối với khí lạnh: E từ 4:3 đến 4,5 kv/cm - Đối với khí nóng: E từ 3,8 đến 4,0 kv/cm I = i.l đó: i là mật độ dòng theo chiều dài (A/m) l là chiều dài hoạt động điện cực âm (m) I: cường độ dòng điện Để tránh tượng đoản mạch các điện cực thiết bị lọc tĩnh điện, người ta tạo điện trường không đồng mà hiệu nó giảm dần càng xa điện cực âm Sự phụ thuộc mật độ dòng vào khoảng cách các điện cực có thể tham khảo bảng sau: 31 Công suất tiêu tốn cho toàn hệ tộc tính theo biểu thức đó: U và I: là điện áp và dòng cần cho quá trình lọc K: là hệ số chỉnh lưu đòng η: là hệ số hữu ích (= 0,8) Cosφ: từ 0,7 đến 0.75 P1: là công suất tiêu tốn cho các hoạt động phụ rung bụi l/1,41: là hệ số biên độ điện áp hiệu dụng Nhìn chung, so với các thiết bị lọc điện thì thiết bị lọc điện ống có ưu điểm là điện trường có hiệu suất cao và phân phối khí tốt đó làm tăng hiệu suất lọc Tuy nhiên thiết bị lọc ống lắp ráp phức tạp, khó làm chấn động các điện cực âm phải đảm bảo cố định tâm chúng cách chính xác tốn nhiều lượng trên đơn vị chiều dài dây dẫn Thiết bị lọc điện thì ngược lại dễ lắp ráp và dễ dàng làm chấn động các điện cực âm Do vậy, để làm khí khô, làm bụi khó thấm ướt người ta hay dùng thiết bị lọc điện (tấm) Còn để loại các hạt lỏng khỏi mù (không cần làm chấn động điện cực quầng sáng) và để đảm bảo độ làm khí cao, người ta dùng thiết bị lọc điện ống 32 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC 4.1 KHÁI QUÁT VỀ HƠI VÀ KHÍ ĐỘC Khác với bụi và sol, khí và ổn dạng các phân tử riêng biệt lẫn vào không khí theo các chuyển động chaose Ở điều kiện bình thường có thể ngưng tụ được, còn khí thì ngưng tụ tạo áp suất nhiệt độ phù hợp (áp suất cao, nhiệt độ thấp) Xử lý khí thải độc hại có thể tiến hành các phương pháp tiêu hủy, ngưng tụ, hấp phụ hấp thụ 4.2 XỬ LÝ KHÍ VÀ HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP THIÊU HỦY Để phân hủy chất dạng khí có hại cho môi trường thành hay nhiều chất khác ít không độc hại có thể thực nguồn nhiệt - phân hủy nhiệt phân hủy thông qua các phản ứng hóa học, kết hợp hai phương pháp đốt 4.2.1 Thiêu hủy nhiệt Phương pháp này phù hợp với khí thải chứa các hợp chất hữu các dung môi, lò cốc hoá than, đốt Trong điều kiện nhiệt độ cao các chất hữu bị phân huỷ thành than: khí và nước Muốn phân hủy thành than, khí và hòi nước nhiệt độ phân hủy đòi hỏi phải cao và tốc độ phân hủy thường chậm Vì người ta thường tiến hành phân huỷ nhiệt với chó mặt các chất xúc tác 4.2.2 Thiêu hủy phương pháp hóa học Đây là phương pháp sử dụng khá phổ biến các khí độc hại Thí dụ: SO2 (SO3) + NaOH Æ Na2SO3 (Na2SO4) NOx + NH1OH Æ NH1NOx Đối với các chất hữu độc hại thuốc trừ dịch hại, người ta thường sử dụng các phản ứng oxy hóa khử thủy phân môi trường thích hợp để thay đổi cấu trúc phân tử hay dạng tồn chúng trở thành các sản phẩm ít không có hại người và động thực vật Thí dụ * Phản với ôzôn có tia cực tím Ôzôn hóa kết hợp với chiếu tia cực tím là phương pháp có hiệu chất thải hữu dung môi UV ⎯→ CO2 + H2O + các chất không độc Chất trừ dịch hại + O3 ⎯⎯ 33 * Ô hóa các chất ôxy hóa mạnh khác Chất hữu + KmnO4 ÆMn2+ + CO2 + H2O + Æ MnO2 + các sản phẩm không độc 4.2.3 Thiêu hủy phương pháp đốt Đất là phương pháp hay dược dùng mà sản phẩm đó không thể tái sinh thu hồi Quá trình đốt thực chất là quá trình tiêu huỷ nhiệt luôn phải có mặt không khí San phẩm quá trình đốt này thường là CO2., nước và các khí không ít độc hại Nhiệt độ đòi hỏi cho việc đốt khí và thải thường phải từ 800-1000oC Có cách để đốt: Đốt không có chất xúc tác Nhiệt độ quá trình thiêu đốt này không đòi hỏi quá cao để phân huỷ hoàn toàn chất và thường dùng nồng độ các chất độc hại cao (vượt quá giới hạn bốc cháy) Ví dụ đốt khí đồng hành khai thác dầu mỏ Sơ đồ quá trình đốt không xúc tác sau: Hình Sơ đồ đốt không xúc tác Đốt có xúc tác Trong phương pháp này người ta sử dụng các kim loại có bề mặt phát triển bạch kim, đồng, niken làm chất xúc tác Nhiệt độ thiêu đốt thấp (từ 50-300oC) Hình 4.2: Sơ đồ quá trình đốt có xúc tác Phương pháp này thích hợp với các khí thải độc hại có nồng độ thấp, gần với giới hạn bắt lửa So với đốt không xúc tác thì nó rẻ tiền và sản phẩm thường an toàn Dưới đây là mô hình số thiết bị xử lý khí phương pháp dốt dạng phun 34 Hình 4.3 Đốt dạng phun 4.3 PHƯƠNG PHÁP NGƯNG TỤ Nguyên tắc phương pháp là dựa trên hạ thấp nhiệt độ môi trường xuống giá vị định thì hầu nhú các chất thể ngưng tụ lại và sau đó thu hồi xử lý tiêu hủy Ở diều kiện làm lạnh bình thường, xử lý ngưng tụ thường thu hồi các dung môi hữu cơ, axít nhân phương phát này phù hợp với trường hợp khí thải có nồng độ tương đối cao (>>20 g/m3) Trong trường hợp nồng độ nhỏ, người ta thường dùng các phương pháp hấp phụ hay hấp thụ Hiệu suất ngưng tụ (giá trị tương đối) tính theo công thức: đó: CR: là nồng độ đầu Co: là nồng độ ban dầu Giá bị tuyệt đối hiệu suất ngưng tụ tính theo công thức: đó: mi: là khối lượng chất i ngưng tụ Mi: là phân tử lượng chất VR: là lưu lượng khí đầu Vo: là lưu lượng khí đầu vào Một số các thiết bị ngưng tụ có dạng mô tả đây (hình 4.4a và 4.4b): 35 Hình 4.4a Thiết bị ngưng tụ bề mặt Hình 4.4b Thiết bị ngưng tụ dạng tiếp xúc 4.4 XỬ LÝ HƠI VÀ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ 4.4.1 khái quát tượng hấp phụ Hấp phụ là tượng (quá trình) gây tăng nồng độ chất hỗn hợp chất trên bề mặt tiếp xúc hai pha (rắn - khí, rắn - lỏng, lỏng - khí) Như chúng ta đã biết, các phần tử cùng chất nằm bề mặt và bên khối chất đó thường chịu mức độ tương tác khác dẫn đến hành vi chúng khác Chăng hạn trường lực, các phần tử bên khối chất chịu lực tác dụng phía đồng và nhau; còn các phần tử trên bề mặt thì chịu lực tác dụng không mà luôn luôn có xu bị kẻo vào bên khối chất làm cho bề mặt khối chất có xu hướng bị co lại tạo sức căng bề mặt (năng lượng bề mặt 36 tự do) để hình thành mặt phân cách minh họa hình trên Nói chung các phần tử bề mặt ngăn cách luôn có lượng tự cao các phần tử nằm bên lòng chất nó Khi bề mặt khối chất tiếp xúc với các phần tử chất khác, các phần tử trên bề mặt khối chất đó tác dụng lên các phần tử pha khác lực hướng phía mình nhằm cân lực theo hướng Đây chính là nguyên nhân hấp phụ chất trên bề mặt chất khác Chất giữ chất khác trên bề mặt nó thì gọi là chất hấp phụ Ngược lại chất giữ lại trên bề mặt chất nào đó thì gọi là chất bị hấp phụ Trong trường hợp tương tác bề mặt chất rắn với các phân tử khí lỏng chúng tiếp xúc với mà mạnh, tương tự tương tác phản ứng hóa học, chúng tạo nên hợp chất trên bề mặt tiếp xúc - hợp chất bề mặt Như thực chất có thể chia hấp phụ làm hai loại: Hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý Là loại hấp phụ gây tương tác yếu các phân tử; nó giống tương tác tượng ngưng tụ Lực tương tác là lực van der Waals Trong nhiều quá trình hấp phụ khí, hấp phụ có thể xảy tác động các lực phân tử gây vi phạm các định luật khí lý tưởng và tượng ngưng tụ Dạng hấp phụ này còn gọi là hấp phụ phân tử hay hấp phụ van der Waals Hấp phụ hóa học Là loại hấp phụ gây tương tác mạnh các phân tử và tạo hợp chất bề mặt bề mặt chất hấp phụ và các phần tử bị hấp phụ Hấp phụ hoá học tạo áp lực hoá học Thông thường nhiệt độ thấp, tộc độ hấp phụ hoá học chậm Khi tăng nhiệt độ, tốc độ hấp phụ hoá học tăng lại làm giảm quá trình hấp phụ vật lý Sự hình thành các hợp chất bề mặt liên quan nhiều đến hàng rào hoạt hoá đặc trưng cho quá trình tương tác các phân tử khí và các nguyên tử bề mặt chất rắn Vì hấp phụ hoá học còn gọi là hấp phụ hoạt hoá (tuy nhiên không phải lúc nào vậy) Nhiệt hấp phụ chất khí lên chất hấp phụ rắn mang dấu dương, vì để đáp ứng yêu cầu nhiệt động học thì giá trị cân lượng chất hấp phụ giam nhiệt độ tăng Đối với chất bị hấp phụ là chất khí, quá trình phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất Lượng khí bị hấp phụ (thường gọi tắt là lượng khí hấp phụ, ký hiệu chữ a) là hàm phụ thuộc vào hai biến T và P a = f(T,P) Nếu giữ nhiệt độ không đổi ta đường đẳng nhiệt: a = f ’(P) Nếu giữ áp suất không đổi ta có đường đẳng áp: a = f ”(T) 37 Hình 4.5.a Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt và đẳng áp Từ các phương trình hấp phụ và thực nghiệm, người ta đã tính nhiệt độ tăng làm giảm quá trình hấp phụ Ngược lại áp suất tăng thì lại xúc tiến cho quá trình hấp phụ xảy mạnh Tóm lại hạ nhiệt độ tăng áp suất có lợi cho quá trình hấp phụ 4.4.2 Xử lý và khí thải phương pháp hấp phụ Nguyên lý phương pháp Hơi và khí độc qua lớp chất hấp phụ bị giữ lại nhờ tượng hấp phụ Nếu ta chọn các chất hấp phụ chọn lọc thì có thể loại bỏ các chất độc hại mà không ảnh hưởng đến thành phần các khí không có hại khác Hình 4.5.b: Sơ đồ tháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính Một thiết bị hấp phụ có hình dạng trên hình 4.5 Thông thường, có hai cách để áp dụng phương pháp hấp phụ xử lý chất thải công nghiệp *Cách thứ là sử dụng thiết bị hấp phụ định kỳ, tức là trên tháp hấp phụ, người ta nhồi chất hấp phụ vào và cho chất bị hấp phụ qua đó Sau thời gian định chất hấp phụ đã " no" (đã bão hoà chất bị hấp phụ) thì quá trình hấp phụ dừng lại để tháo bỏ chất hấp phụ đã "no" và đưa lượng chất hấp phụ vào Trong thực tế, người ta thường dùng biện pháp tái sinh lại chất hấp phụ để sử dụng lại và thu chất bị hấp phụ Việc tái sinh thường thực với có mặt nước khí nóng 38 *Cách thứ hai là sử dụng thiết bị hấp phụ liên tục, đó chất hấp phụ chuyển động ngược dòng với chất bị hấp phụ Các kiểu tiến hành hấp phụ Trong thực tế tiến hành hấp phụ, người ta có thể tiến hành theo hai phương pháp: phương pháp hấp phụ tĩnh và phương pháp hấp phụ động *Hấp phụ tĩnh Khả hấp phụ chất hay dung lượng hấp phụ chất phụ thuộc vào tính chất, trạng thái hoá học bề mặt, cấu trúc lỗ xốp chất hấp phụ phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất quá trình hấp phụ Tuỳ thuộc vào đặc trưng tương tác chất bị hấp phụ với bề mặt chất hấp phụ ta có hấp phụ vật lý hấp phụ hoá học Trong trường hợp chung, ta có phương trình cho lượng chất bị hấp phụ sau: đó: a: là lượng chất bị hấp phụ trên đơn vị khối lượng chất hấp phụ (mol/gam) am: là lượng chất bị hấp phụ ứng với lấp đầy lớp đơn phân tử (mol/gam) h = P/Ps với P là áp suất riêng phần khí bị hấp phụ, Ps là áp suất bão hoà nó k: là hệ số biểu tương tác chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Đối với chất hấp phụ thông thường có bề mặt phẳng, ngưng tụ chất xảy h > Tuy nhiên, các chất hấp phụ xốp (đường kính lỗ xốp khoảng 10-15 Ao) thì xuất ngưng tụ mao quản Ở các vùng mao quản chất hấp phụ có thể xảy quá trình hấp phụ nghĩa là các chất khí bị giữ lại (“được ngưng tụ”) mặc dù áp suất riêng phần nhỏ áp suất bão hoà (khi đó tỷ lệ P/Ps nhỏ 1) Hiện tượng này xảy là đây tồn trường lực hấp dẫn đặc biệt có thể ngưng tụ chất bị hấp phụ nồng độ (áp suất riêng phần) chúng bé, tạo điều kiện thu giữ tốt các chất, là các chất hữu cơ, tạo nên cột chất lỏng các lỗ xốp chất hấp phụ *Hấp phụ động Thực tế quá trình làm khí thải phương pháp hấp phụ là quá trình động Quá trình hấp phụ thông thường tiến hành các buồng hấp phụ có chứa các chất có khả hấp phụ Khí thải chứa các chất cần hấp phụ dẫn qua lớp chất hấp phụ Các chất cần hấp phụ giữ lại còn khí thải ngoài Nếu chất hấp phụ có hoạt độ cân là a, chiều dầy lớp hấp phụ là L, diện tích thiết diện ngang thiết bị hấp phụ là S, khí thải có nồng độ chất cần hấp phụ là 39 Co và tốc độ dòng thiết bị hấp phụ là w thì lượng chất hấp phụ tính theo biểu thức: M = a S L hay mt = w S Co.τ (a ≈ C) đó: τ là thời gian dòng khí tiếp xúc với lớp chất hấp phụ để có lượng chất hấp phụ là mt thời điểm t Ta giả thiết: tốc độ hấp phụ là vô cùng lớn và chất nhiễm bẩn đạt tới cân tiếp xúc với chất hấp phụ Từ đó ta rút ra: Điều đó có nghĩa là ứng với loại chất hấp phụ (thiết bị hấp phụ tương ứng) nào đó có chiều dày lớp chất hấp phụ L, nồng độ dòng khí đưa vào thiết bị Co với tốc độ w thì sau thời gian T bắt đầu xuất lọt chất bẩn khỏi thiết bị hấp phụ Điều đó có nghĩa là việc sử dụng chất hấp phụ cần tái sinh định kỳ Đường biểu diễn quá trình hấp phụ tháp có dạng hình 4.6 Hình 4.6 Đường cong hấp phụ trên tháp Phương pháp hấp phụ động có hiệu suất cao và phù hợp thực tiễn sản xuất nên thường sử dụng xử lý khí thải công nghiệp Một số loại thiết bị hấp phụ mô tả hình 4.7 40 Hình 4.7a Thiết bị hấp phụ dạng quay Hình 7b Thiết bị hấp phụ dạng khay hỗn hợp Một hệ thống thiết bị xử lý khí thải phương pháp hấp phụ thường có dạng sau: Hình 4.8: Sơ đồ hệ thống thiết bị xử lý khí thải than hoạt tính 4.3 Các chất hấp phụ sử dụng công nghệ xử lý khí thải Như vậy, tùy thuộc vào chất chất hấp phụ và chất bị hấp phụ; tuỳ thuộc vào lượng tương tác chất hấp phụ và chất bị hấp phụ mà ta có thể lựa chọn chất hấp phụ có dung lượng lớn và khả hấp phụ chọn lọc chất bẩn nào đó Mặt khác chất hấp phụ cần phải là hệ có bề mặt riêng phát triển để tạo tương tác lớn với chất bị hấp phụ Điều đó cho phép trường hợp cụ thể có thể chọn lựa chất hấp phụ có độ chọn lọc cao, đảm bảo lọc khí với tiêu tốn ít Trong công nghệ xử lý môi trường, để làm các và khí thải người ta thường sử dụng các chất hấp phụ xốp than hoạt tính, sihcagen, zeolit có hoạt độ cao và khá dễ dàng tái sinh 41 Than hoạt tính Than hoạt tính là chất hấp phụ rắn, xốp, không phân cực và có bề mặt riêng lớn Về chất nguyên tố, nó thuộc nhóm graphit - dạng thù hình cacbongồm các tinh thể nhỏ có cấu trúc bất trật tự; khác vôi graphit là tinh thể than hoạt tính các vòng sáu nguyên tử cacbon xếp kém trật tự Vì than hoạt tính có cấu tạo xốp và tạo nên nhiều lỗ hổng nhỏ không đồng và phức tạp Cấu trúc lỗ xốp phức tạp và bề mặt riêng khác làm cho các loại than hoạt tính này trở nên có khả hấp phụ khác Việc tạo các loại than khác phụ thuộc chủ yếu vào cách chế tạo Nhìn chung, các lỗ xốp than hoạt tính có bán kính hiệu dụng từ vài chục đến hàng chục nghìn anstron Về mặt cấu tạo, nó có cấu tạo kiểu tổ ong gồm hệ lỗ xốp mao quản thông và thông với môi trường bên ngoài với cấu trúc không gian ba chiều Có thể chia kích thước lỗ xốp thành ba loại sau: * Dạng vi mao quản, bán kính hiệu dụng cỡ 10 Ao, có bề mặt riêng lớn (350 1000 m2/gam và chiếm phần chủ yếu than hoạt tính *Dạng mao quản trung gian có bán kính hiệu dụng khoảng 100 đến 250 Ao, bề mặt riêng không lớn lắm, khoảng 100 m2/gam *Dạng mao quản lớn có bán kính hiệu dụng khoảng 1.000 đến 10.000 Ao; dạng này có bề mặt riêng nhỏ, không quá m2/gam Than hoạt tính có tác dụng hấp phụ tốt các chất không phân cực dạng khí và dạng lỏng Từ lâu than hoạt tính đã sử dụng để làm mặt nạ phòng độc, làm mùi và khử màu các sản phẩm dầu mỡ Ngày trên giới than hoạt tính coi là chất hấp phụ chủ yếu công nghệ xử lý làm môi trường bao gồm các lĩnh vực: - Làm nước để uống, xử lý nước sinh hoạt xử lý nước thải các công trình có độ nhiễm bẩn thấp Trong trường hợp này, than hoạt tính giữ lại các hợp chất hữu hoà tan, là các chất gây mùi, gây màu và vết kim loại nặng Than hoạt tính đặc biệt có hiệu xử lý cao nước bị nhiễm nhẹ các chất diệt trừ dịch hại - Xử lý nước thải công nghiệp Người ta sử dụng than hoạt tính trường hợp hấp phụ các chất kém không bị vi sinh vật phân hủy, các chất gây độc hại các vi sinh vật Trong trường hợp này xử lý chọn lọc bảng than hoạt tính đóng vai trò là quá trình tiền xử lý cho các bước xử lý sinh học - Xử lý "cấp ba" nước thải công nghiệp và đô thị Khi than đã hấp phụ "no" (bão hòa), nó không còn khả hấp phụ tiếp tục Đối với than hoạt tính, trường hợp này không phải bỏ mà có thể tái sinh và sử dụng lại Đại đa số các chất hấp phụ trên than hoạt tính có thể giải hấp 42 nhiệt Khi môi trường có nhiệt độ cao, các chất hữu các phân tử axit dễ bay đã tách khỏi bề mặt than Đối với chất có nhiệt độ xử lý phù hợp Với các hợp chất kim loại thì thông thường phải giải hấp axit sau đó rửa nước và sấy để tái sinh Silicagel Silicagel là gel anhydrit axit silisic có cấu trúc lỗ xốp phát triển Mạng lưới gel bao gồm các nguyên tử Si nằm khối tứ diện nối với thông qua các nguyên tử O phân bố các đỉnh Bề mặt gel thay vì các nguyên tử oxy là các nhóm hydroxyl (OH); điều đó định tính chất hấp phụ silicagel Silicagel dễ dàng hấp phụ các chất phân cực các chất có thể tạo với nhóm hydroxyl các liên kết kiểu cầu hydro Đối với các chất không phân cực, hấp phụ trên silicagel chủ yếu tác dụng lực mao dẫn các lỗ xốp nhỏ Cũng các chất hấp phụ có thể tái sinh khác, chế độ tái sinh silicagel có ý nghĩa quan trọng Đối với silicagel, trạng thái hóa học bề mặt gel định tính hấp phụ mạnh các chất phân cực Trạng thái này bảo toàn nhiệt độ 200oC, giải hấp tiến hành khí khô Nếu tái sinh silicagel nhiệt độ cao dẫn đến thay đổi bất thuận nghịch cấu trúc và bề mặt làm khả hoạt động silicagel Do cấu tạo silicagel, đặc biệt là có mặt nhóm OH, tiến hành giải hấp khí nóng ẩm hay nước với thời gian kéo dài làm giảm hoạt tính hấp phụ chúng mà nguyên nhân chủ yếu là bị giảm bề mặt riêng Vì việc giải hấp silicagel cần phải lưu ý so với việc giải hấp than hoạt tính Zeolit Zeolit là các hợp chất alumosihcat có cấu trúc tinh thể So với silicagel, mạng lưới tinh thể zeolit phần lớn ion Si4+ thay các ion Al3+ dẫn đến thiếu hụt điện tích dương Vì zeolit có thể tiếp nhận các cation định các kim loại khác Mặt khác thiếu hụt này đã phá vỡ cấu trúc đặn tinh thể đơn chất, gây khoảng không gian trống và các lực điện trường khác zeolit Tính chất zeolit phụ thuộc vào tỷ lệ Si và Al và mức độ tạo tinh thể sản phẩm cuối cùng; đồng thời nó còn chịu ảnh hưởng các cation kim loại khác nhận thêm vào quá trình hình thành sản phẩm Vì người ta có thể tạo kiểu zeolit khác cách điều chế chúng với các tỷ lệ khác Si và Al Đặc biệt để tăng hoạt tính hấp phụ và xúc tác, zeolit tự nhiên zeolit sau tổng hợp thường biến tính các cation kim loại có hoạt tính xúc tác, hấp phụ Trong công nghiệp phổ biến là các zeolit A và zeolit X Các zeolit này có tính hấp phụ khá tốt và tương đối chọn lọc 43 Hình 4.9 Cấu tạo zeolit Các zeolit thể tính nhạy cảm rõ nhiệt độ Thí dụ zeolit chứa Ca bị tính hấp phụ nhiệt độ lên tới 800oC, chứa Na bị hoạt độ nhiệt độ 700oC còn zeolit chứa Li thì 640oC Sử dụng zeolit để làm chất hấp phụ hay áp dụng kỹ nghệ Ví dụ các hợp chất mercaptan loại bỏ hoàn toàn sử dụng zeolit NaX nhiệt độ thường (dung lượng hấp phụ etylmercaptan 25oC là 0,19 kg/kg) người ta có thể sử dụng zeolit A để xử lý nước biển Các chất hấp phụ khác Trong tự nhiên có nhiều loại khoáng chất có khả hấp phụ sét, bentomt, diatomit Các loại khoáng chất này thường làm tăng khả hấp phụ chúng lên nhiều sau xử lý các biện pháp phù hợp Tính ưu việt các chất hấp phụ tự nhiên là chúng có giá thành thấp so với các chất hấp phụ nhân tạo Các muối vô và các oxit kim loại có thể dùng làm chất hấp phụ ta đưa nó lên trên chất mang nào đó, chẳng hạn silicagen, oxit nhôm Để làm điều đó, người ta trộn dung dịch 20-25% muối yêu cầu với chất mang sấy khô 4.4.4 Những ưu và nhược điểm phương pháp xử lý hấp phụ Phương pháp hấp phụ có khả làm cao Chất hấp phụ sau sử dụng có khả tái sinh; điều này đã làm hạ giá thành xử lý và đây là ưu điểm lớn phương pháp Nhược điểm phương pháp là không thể sử dụng nguồn thải có tải trọng ô nhiễm cao Quá trình xử lý thường phải thực theo phương pháp gián đoạn Chính vì ưu, nhược điểm trên cho nên có ý định sử dụng phương pháp hấp phụ cần phải cân nhắc và phân tích, điều tra tỉ mỉ và thật cụ thể tiến hành 4.5 XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ 4.5.1 Nguyên lý Cơ sở phương pháp là dựa trên tương tác chất cần hấp thụ (thường là khí hơi) với chất hấp thụ (thường là chất lỏng) dựa vào khả hòa tan 44 khác các chất khác chất lỏng để tách chất Tuỳ thuộc vào chất tương tác nói trên mà người ta chia thành hấp thụ vật lý hay hấp thụ hóa học Hấp thụ vật lý Là quá trình dựa trên tương tác vật lý túy; nghĩa là bao gồm khuếch tán, hòa tan các chất cần hấp thụ vào lòng chất lỏng và phân bố chúng các phần tử chất lỏng Ví dụ phân bố khí hoà tan các phân tử chất lỏng: NH3/aceton, CO/benzen, trimetylamin/dầu hoả, hoà tan khí SO3/H2SO4 Độ hòa tan chất cần hấp thụ lòng chất lỏng luôn luôn là hàm nhiều biến số Nếu gọi D là độ tan thì ta có thể biểu diễn nó sau D = f (x1, x2 xj T, S, P, kD…) đó: x: là nồng độ các chất khí chất lỏng T: là nhiệt độ làm việc S: là diện tích tiếp xúc hai pha P: là áp suất riêng phần khí pha khí kD: là hệ số khuếch tán chất hấp thụ pha lỏng Ta có thể biểu diễn quá trình hấp thụ qua sơ đồ sau: Trong trường hợp xj Æ PÆ0 Phương trình Henry ta có phương trình Henry Pi = D.xj (với S=1) Hệ số độ tan D phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình: đó: ∆H là nhiệt hòa tan khí; A là số; R là số khí = 8,31 kj/kmol.độ Thực tế quá trình hấp thụ trên là quá trình động, trên bề mặt tiếp xúc các pha luôn luôn có quá trình cân xảy ta và chuyển dịch cân Do đòi hỏi phải quan tâm đến quá trình chuyển pha (từ pha khí sang pha lỏng, các phản ứng xảy có tiếp xúc pha, quá trình chuyển chất vào sâu lòng chất lỏng các ảnh hưởng nhiều yếu tố đến cân vật chất trên ranh giới phân cách pha) Vì thế, quá trình hấp thụ tăng diện tích tiếp xúc hai pha tăng và nhiệt độ 45 làm việc giảm; riêng hiệu suất xử lý thì còn phụ thuộc nhiều vào áp suất riêng phần khí và nồng độ chúng pha lỏng Để tăng hiệu xử lý, người ta thường dùng các kiểu thiết bị làm tăng diện tích tiếp xúc tối đa, truyền nhiệt tốt và hạn chế tăng chất điện ly pha lỏng (đối với trường hợp chất bị hấp thụ là khí) Có các kiểu thiết bị thông dụng như: tháp hấp thụ có tầng đệm, tháp hấp thụ sủi bọt, tháp phun Hấp thụ hóa học Hấp thụ hóa học là quá trình luôn kèm với hay nhiều phản ứng hóa học Một quá trình hấp thụ hoá học bao gồm giai đoạn: giai đoạn khuếch tán và giai đoạn xảy các phản ứng hóa học Như hấp thụ hóa học không phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán chất khí vào chất lỏng mà còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển hóa các chất - tốc độ phản ứng các chất Trong hấp thụ hóa học, chất hấp thụ có thể phản ứng với các phần tử chính chất hấp thụ Thí dụ: amoniac hay khí sunphurơ hấp thụ vào nước: NH3 + H2O ⇔ NH4OH ⇔ NH4+ + OHSO2 + H2O ⇔ H2SO3 ⇔ H+ + HSO3Chất hấp thụ phản ứng với các thành phần hoạt động chất hấp thụ (thông thường là dung dịch các chất hoạt động) Thí dụ hấp thụ CO2, SO2 dung dịch NaOH: CO2 + 2NaOH ⇔ Na2CO3 + H2O Na2CO3 + H2O + CO2 ⇔ 2NaHCO3 Với SO2 có phản ứng tương tự Trong trường hợp chúng ta có thể biểu diễn phương trình phản ứng cách tổng quát sau: Khi đạt tới cân bằng, số cân bằng, phản ứng có dạng Kcb càng lớn bao nhiêu thì quá trình hấp thụ xảy càng thuận lợi nhiêu Giá trị [A] là nồng độ tự chất A dung dịch chưa tham gia vào phản ứng 4.5.2 Sự chuyển chất quá trình hấp thụ Khi chưa đạt tới cân các pha (chẳng hạn pha hấp thụ là lỏng và pha bị hấp thụ là khí) thì xảy chuyển chất từ pha này sang pha khác - quá trình này gọi là chuyển khối Tương tự truyền nhiệt, chuyển khối là quá trình phức tạp, bao gồm các quá trình chuyển chất tới ranh giới các pha Khi xét quá trình này, người ta 46 dựa vào số giả thuyết mà ta không xét tới tới đây Để đơn giản, người ta dựa vào phương trình chuyển khối: WA = β.F.∆ đó: WA là lượng chất chuyển đơn vị thời gian; F là bề mặt tiếp xúc; β là lực chuyển động-biểu diễn cho khác nồng độ dung dịch thời gian hấp thụ với nồng độ thời điểm cân bằng; ∆ là hệ số tỷ lệ (hệ số chuyển khối)-lượng chất chuyển vào bên pha đơn vị thời gian qua đơn vị bề mặt chuyển động l, chịu ảnh hưởng mật độ, độ nhớt, hệ số khuếch tán, nhiệt độ, áp suất nồng độ của, chất chất hấp thụ và sức bề mặt Tuy nhiên, tuỳ trường hợp cụ thể, người ta phải xem xét xem chế chuyển chất là khuếch tán phân tử hay khuếch tán rối là chính để đưa các mô hình chuyển chất 4.5.3 Các loại thiết bị hấp thụ Thiết bị hấp thụ kiểu màng chất lỏng Màng chất lỏng thiết bị hình tháp tạo thành cho chất lỏng chảy thành màng theo các ống, tĩnh hay đĩa quay bố trí hợp lý tháp Chất lỏng theo màng có thể chuyển động từ trên xuống và khí từ lên trên; ít sử dụng chế độ chuyển động cùng chiều từ lên trên chế độ làm việc này sử dụng tốc độ dòng khí thải cao - trên 15 - 20 m/s) Với thiết bị màng ống và màng tấm, người ta thường áp dụng cho khí thải có tốc độ trung bình từ đến m/s Thiết bị hấp thụ kiểu màng chất lỏng có ưu điểm là tạo diện tích tiếp xúc pha khá lớn và có khả tách, thoát nhiệt tốt đồng thời với quá trình hấp thụ Ngày người ta ít dùng các thiết bị hấp thụ kiểu màng ống và màng Duy còn phổ biến là trường hợp hấp thụ số khí hoà tan tốt, có nồng độ cao từ hỗn hợp khí đậm đặc đồng thời có toả nhiệt mạnh HCl, NH3… Thiết bị màng đĩa quay Có cấu tạo giống thiết bị đĩa quay xử lý bụi và sol Chất lỏng để hấp thụ phân bố trên các tầng đĩa, chuyển động từ trên xuống và quay tròn liên tục suốt quá trình xử lý Thực nghiệm cho thấy tốc độ chuyển khối tăng tăng số vòng quay đĩa Trong thiết bị màng quay, sức cản thủy lực nhỏ và có thể làm việc với mức tiêu hao chất hấp thụ thấp Trong công nghiệp, thiết bị này sử dụng thí dụ để hấp thụ HCl hay SO2 Na2S sản xuất natrithiosunphat (Na2S2O3) Thiết bị có 11 với đường kính 800 mm, tốc độ quay là 150 vòng/phút, làm việc với suất là 1.700 m3/h Tháp hấp thụ loại đệm Được dùng phổ biến Trong tháp, người ta thường nhồi các vật thể lồng cồng ốc, sành sứ, lò so kim loại vụn than cốc để làm tăng diện tích tiếp xúc hai 47 pha Khi vận hành, khí thải từ lên trên còn chất lỏng thì từ trên xuống Lưu lượng hai pha luôn tính toán trước để thiết bị đạt hiệu cao Khi chất lỏng chảy trên bề mặt các vật thể đệm, chúng có đặc trưng màng chất lỏng Tuy nhiên chất quá trình vận hành, thiết bị hấp thụ màng và thiết bị hấp thụ đệm có khác Ở thiết bị hấp thụ màng, màng chất lỏng chuyển động liên tục theo chiều cao tháp hấp thụ; còn thiết bị hấp thụ đệm thì nàng chất lỏng chuyển động từ đơn nguyên vật đệm này sang đơn nguyên vật đệm khác thì màng cũ bị phá vỡ và màng hình thành Quá trình này lặp lặp lại suốt chiều dài tháp Việc phá vỡ là chuyển động ngược chiều dòng khí Do mà tháp đệm phần nào còn mang tính chất tháp hấp thụ sủi bọt Sự chuyển động thuận dòng tháp đệm đôi sử dụng Đó là trường hợp tốc độ khí thải khá lớn (khoảng 10 m/s), không khó thực kiểu ngược dòng Sự bố trí thuận dòng làm tăng quá trình trao đổi chất, giảm trở lực thủy động và giảm kích thước thiết bị Trong trường hợp hấp thụ kèm với các phản ứng thủy phân tạo kết tủa thì người ta thường dùng loại tháp hấp thụ đệm Các lớp đệm (những mảnh bọt xốp polyme hay các cầu rỗng làm chất dẻo) "treo" lơ lửng dòng khí tháp và các lưới đỡ Giữa các lớp đệm là khoảng trống để đảm bảo cho các kết tủa không làm tắc nghẽn lưu thông dòng khí qua các lớp đệm Tất nhiên đây chất hấp thụ lỏng chuyển động từ trên xuống Các nghiên cứu thủy động học và chuyển khối các thiết bị hấp thụ đệm cho thấy, tháp hấp thụ kiểu này có thể làm việc với tốc độ dòng khí lớn mà không bị tắc nghẽn Nhược điểm tháp hấp thụ đệm là khó thoát nhiệt quá trình hấp thụ Muốn tách nhiệt, người ta thường phải sử dụng làm lạnh tuần hoàn Trong công nghiệp sản xuất axit phophoric từ quặng người ta đã sử dụng kiểu tháp hấp thụ đệm để hấp thụ khí SiF4 hay SiCl4 vào nước vì chúng tạo thành axit silisic không tan nước hay dùng huyền phù vôi để hấp thụ các khí CO2, SO2 Tháp hấp thụ sủi bọt (giống tháp sủi bọt xử lý bụi) Thường sử dụng trường hợp tải lượng cao, áp suất khí phải lớn và quá trình hấp thụ có toả nhiệt, cần làm lạnh Các kiểu tháp hấp thụ sủi bọt chính gồm (l) sủi bọt qua lưới (hay vật xốp), (2) sủi bọt qua các đĩa chụp xen kẽ và (3) trộn học khí và chất lỏng Hấp thụ kiểu sủi bọt có nhược điểm lớn là luôn có lớp bọt chiếm thể tích khá lớn thiết bị Việc chuyển động chất lỏng gặp phải trở lực lớn Các nhà thiết kế đã có nhiều công trình làm giảm bớt nhược điểm trên để có thể sử dụng kiểu hấp thụ này công nghiệp vì nó có hệ số chuyển khối cao Chiều cao lớp chất lỏng tăng làm tăng khả hấp thụ song đồng thời tăng trở lực thiết bị Vì vậy, thông thường người ta không tăng lớp chất lỏng quá 48 50 mm Tháp hấp thụ kiểu đĩa chụp Tháp hấp thụ kiểu đĩa chụp tạo chuyển động đối dòng dòng hơi, khí thải và chất lỏng hấp thụ qua bậc Chất lỏng từ phía trên đĩa xuống, rơi vào đáy đĩa phía tiếp tục chảy xuống phía trên đĩa Còn khí thì len lỏi theo đường ngược chiều với chất lỏng Tháp phun Là loại thiết bị hấp thụ đơn giản Trong tháp phun, chất lỏng phun thành bụi mù (sương) từ phía trên xuống, khí thường từ lên nhằm làm tăng diện tích tiếp xúc và để nồng độ thực tế chất cần hấp thụ pha khí giảm dần theo chiều từ lên và nồng độ chất bị hấp thụ pha lỏng tăng dần theo chiều từ trên xuống Quá trình này có lợi cho việc tăng hiệu xử lý Tháp hấp thụ phun có thể chia làm ba kiểu khác nhau: (1) thiết bị hấp thụ phun kiểu thùng rỗng, (2) thiết bị hấp thụ phun thuận dòng tốc độ cao và (3) thiết bị hấp thụ phun sương kiểu khí * Đối với kiểu thùng rỗng Thiết bị hấp thụ kiểu thùng rỗng có vòi phun sương thường đặt phía trên phun xuống Trong trường hợp tháp hấp thụ có chiều cao lớn, người ta thường đặt các vòi phun chia các tầng khác Thiết bị hấp thụ thùng rỗng có ưu điểm là đơn giản, đầu tư thấp, lực cản thủy động nhỏ và có thể sử dụng khí thải có độ nhiễm bẩn cao; chất lỏng dùng để hấp thụ có thể quay vòng hấp thụ no thải cho nên tiết kiệm chất hấp thụ Nhược điểm thiết bị thùng rỗng là khí thường phân bố không toàn tháp dẫn dấn làm giảm hiệu suất xử lý Tuy nhiên để khí phân bố người ta đã tạo các phận phân phối khí phân phối khí qua miệng thắt, phân phối khí thông qua màng phán phối xốp hay phân phối khí theo dòng xoáy kiểu cyclon Thêm nữa, đo loại thiết bị kiểu này hiệu xử lý không cao vì hệ số chuyển khối thấp, nên tốc độ dòng khí không quá lớn (phải nhỏ m/s) để tránh tượng chất lỏng bị theo khí ngoài * Thiết bị phun thuận dòng tốc độ cao Thiết bị kiểu này phù hợp với dòng khí thải có vận tốc lớn (khoảng từ 20 - 30 m/s) Cho nên, vận hành chất lỏng thường bị theo cùng dòng khí, sau đó tách thiết bị kèm theo Thiết bị phun thuận dòng tốc độ cao có dạng kiểu thiết bị Venturi (giống xử lý bụi) Khí thải với tốc độ cao qua ống thắt, theo chất lỏng từ cửa chờ dạng bụi sương và cùng vào vùng khuếch tán tới phận tách chất lỏng Trong vùng khuếch tán, động dòng khí chuyển thành áp lực với mức hao hụt là cực tiểu Thiết bị phun thuận dòng tốc độ cao 49 sử dụng khá phổ biến xử lý khí thải * Thiết bị phun sương kiểu khí Ít sử dụng, nó phù hợp trường hợp đặc biệt Tóm lại, các loại thiết bị dùng hấp thụ hay sử dụng công nghiệp khả loại bỏ đồng thời bụi và khí khả làm triệt để bụi nó Tuy nhiên, tuỳ trường hợp cụ thể, tuỳ lưu lượng, nồng độ và cường độ bụi khí thải mà chúng ta tìm chọn phương pháp phù hợp 4.5.4 Một số ví dụ hấp thụ công nghiệp Hấp thụ dầu Người ta thường sử dụng các loại dầu để hấp thụ các hợp chất hyđrocacbon Chẳng hạn việc hấp thụ butadien: để hấp thụ, người ta dùng rượu etylic, dầu hoả Độ hoà tan butadien tuân theo quy luật Henry, có dạng phương trình thực nghiệm đây: đó: x là phần mol butadien dung dịch T là nhiệt độ Hấp thụ axetylen Để hấp thụ các hợp chất dimetylformamit ((CH3)2CONH), metanol (CH3OH), amoniac lỏng (NH4OH) , người ta có thể dùng axetylen Chú ý axetylen nhiệt độ thường là khí, để thực có hiệu hấp thụ (metanol, amomiac lỏng) người ta tiến hành hấp thụ chúng điều kiện nhiệt độ thấp (-10÷ -78 oC) Sự hấp thụ CO2 Người ta sử dụng nước, metanol, kiềm, dung dịch amoniac để hấp thụ CO2 * Trong metanol, CO2 hấp thụ theo kiểu vật lý * Trong nước, sau khuếch tán vào, CO2 hợp với nước tạo thành các sản phẩm H2CO3 và HCO3- Những sản phẩm này nước hình thành cân thuận nghịch sau: Nhiệt độ tăng thúc đẩy quá trình giải hấp Do để hấp thụ CO2 tốt là tiến hành nhiệt độ thấp * Khi sử dụng dung dịch kiềm hay amoniac thì đồng thời với quá trình hấp thụ hòa tan là các phản ứng trung hòa tạo thành các muối tương ứng CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O CO2 + Na2CO3 + H2O = 2NaHCO3 Sự hấp thụ SO2 50 Có thể sử dụng nước, soda dung dịch amoni sunfit để hấp thụ SO2 *Khi hấp thụ nước, dung dịch tồn cân sau: * Khi hấp thụ xút, ta có các phản ứng: 2NaOH + SO2 Æ Na2SO3 + H2O Na2SO3 + SO2 + H2O Æ 2NaHSO3 * Khi hấp thụ dung dịch amoniac, tạo nên (NH4)2SO3 và NH4HSO3 Song trên bề mặt dung dịch hấp thụ có phản ứng thuận nghịch: Hấp thụ các hợp chất hữu chứa lưu huỳnh Ta có thể sử dụng biện pháp hấp thụ hoá học để loại bỏ các hợp chất hữu có chứa lưu huỳnh có dòng khí bụi thải Việc hấp thụ này dựa trên khả tạo liên kết hoá học các hợp chất chứa lưu huỳnh với tác nhân hoạt động mạnh các oxyt kẽm, sài, đồng nhiệt độ khoảng 200- 400oC Sơ đồ nguyên tắc gồm hai giai đoạn: đốt nóng khí và phản ứng hấp thụ Các phương trình hấp thụ xảy sau 2ZnO + CS2 = 2ZnS + CO2ZnO + COS = ZnS + CO2 ZnO + C2H5SH = ZnS + C2H4 + H2O ZnO + C2H5SH = ZnS + C2H5OH Phản ứng giải hấp thụ xảy nhiệt độ 500-550oC cách oxy hóa ZnS oxy không khí Đây là phản ứng toả nhiệt nên việc làm quá nóng ZnO dẫn tới giảm hoạt độ hấp thụ nó Vì vậy, thực tế, để tái sinh ZnO người ta dẫn dòng hỗn hợp không khí có nồng độ oxy khoảng 0,5 % vào cùng với khí trơ Cần nhớ rằng, phương pháp hấp thụ hoá học, việc chọn chất hấp thụ đóng vai trò quan trọng song song với lựa chọn thiết bị hấp thụ Dưới đây chúng tôi xin giới thiệu số hệ thống thiết bị thông dụng xử lý bụi và khí thải: 51 Hình 4.10 Sơ đồ tổ hợp lọc bụi công nghiệp Hình 11 Tuần hoàn chất lỏng rửa Hình 4.12 Hệ thống xử lý bụi Hình 4.13 Hệ thống tuần hoàn nước rửa 52 Phần II CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI Chương MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN LIÊN QUAN ĐẾN XỬ LÝ NƯỚC THẢI 5.1 NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA Ô NHIỄM NƯỚC GÂY RA ĐỐI VỚI NGUỒN NƯỚC TIẾP NHẬN Sự nhiễm bẩn nguồn nước có thể xảy theo hai cách: Nhiễm bẩn tự nhiên và nhiễm bẩn nhân tạo - Nhiễm bẩn tự nhiên nước mưa chảy tràn trên bề mặt đất mang theo chất bẩn và vi khuẩn gây bệnh vào nguồn nước tiếp nhận - Nhiễm bẩn nhân tạo chủ yếu đo xả nước thải (sinh hoạt, bệnh viện, công nghiệp và nông nghiệp) vào nguồn nước tiếp nhận Sau đây là số ảnh hưởng chính nước thải gây nguồn nước tiếp nhận: + Xuất các chất trên mặt nước có cặn lắng: Các tượng nhiễm bẩn này thường nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm nước thải sản xuất các xí nghiệp có chứa dầu mỡ và các sản phẩm mỡ Chúng tạo nên lớp màng dầu, mỡ trên mặt nước và cặn nặng thì lắng xuống đáy Chúng làm cho nước có mùi vị đặc trưng và làm giảm lượng oxy nước nguồn Với hàm lượng dầu 0,2 - 0,4 mg/l làm cho nước có mùi dầu Khử mùi dầu là việc làm khó khăn Tôm cá sống nước bị nhiễm bẩn các sản phẩm dầu mỡ có tốc độ sinh trưởng kém, chí không sinh trưởng và thịt chúng có mùi dầu + Thay đổi tính chất lý học: Nguồn nước tiếp nhận nước thải bị đục, có màu, có mùi các chất thải đưa vào phát triển rong, rêu, tảo, sinh vật phù du tạo nên + Thay đổi thành phần hoá học: Tính chất hoá học nguồn nước tiếp nhận bị thay đổi phụ thuộc vào loại nước thải đổ Hiện tượng này tạo là nước thải mang tính axit kiềm chứa loại hoá chất làm thay đổi thành phần và hàm lượng các chất có sẵn thủy vực + Lượng oxy hòa tan nước bị giảm: Hàm lượng oxy hoà tan nguồn nước tiếp nhận bị giảm là tiêu hao oxy để oxy hoá các chất hữu nước thải đổ vào Hiện tượng giảm hàm lượng oxy hoà tan (< mg/l) nước gây ảnh hưởng xấu cho các loài thủy sinh vật + Xuất làm tăng các loại vi khuẩn gây bệnh: Nước thải kéo theo các 53 loài vi khuẩn gây bệnh vào nguồn nước tiếp nhận làm suy giảm chất lượng việc cung cấp nước cho các mục đích đó đặc biệt là mục đích sinh hoạt Tóm lại, nước thải bị lưu đọng xử lý chưa đạt yêu cầu gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt nguồn nước tiếp nhận, hậu kéo theo gây tác động xấu đến vệ sinh môi trường và sức khoẻ người 5.2 CÁC ĐIỀU KIỆN VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI Hệ thống xử lý nước thải thường bao gồm tổng hợp các phương pháp lý học (cơ học), hoá học và sinh học Việc áp dụng các phương pháp trên ngoài phụ thuộc vào tính chất nước thải (bảng 5.1), lưu lượng nước thải còn phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố khác như: kinh phí, diện tích dành cho hệ thống xử lý, đặc điểm địa hình, hệ thống thoát nước, mục đích sử dụng nguồn nước tiếp nhận v.v Bảng 5.1 Các phương pháp xử lý nước thải Chất bẩn Chất hữu dễ phân hủy sinh hoá (BOD) Chất lơ lửng Chất hữu bền vững Nhơ Photpho Kim loại nặng Chất hữu tan - Các phương pháp xử lý Phương pháp sinh học hiếu khí (bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, lọc sinh học, hồ ổn định) Phương pháp sinh học điều kiện yếm khí (hồ yếm khí, bể mêtan) bơm xuống lòng đất UASB Lắng, tuyển và lưới lọc, song chắn Hấp phụ than, bơm xuống lòng đất Hồ, sục khí, nitrat hoá, khử nitrat, trao đổi ion Kết tủa vôi, muối sắt, nhôm Kết tủa kết hợp sinh học, trao đổi ion Trao đổi ion, kết tủa hoá học Trao đổi ion, bán thấm, điện thấm Có thể chia làm bậc xử lý nước thải: Bậc 1, bậc và bậc + Xử lý bậc còn gọi là xử lý sơ thông thường là các công trình xử lý lý học (cơ học) như: Song chắn rác, bể lắng Các công trình nhằm mục đích tách các chất không tan nước thải Xử lý bậc nhiều mang mục đích xử lý có chất ô nhiễm, tạo điều kiện phù hợp để đưa tiếp vào hệ thống xử lý Ví dụ: Xử lý dầu mỡ, trung hoà nước thải để tạo điều kiện cho biện pháp xử lý sinh học Trong trường hợp này xử lý bậc có thể là các biện pháp lý - hoá 54 Bảng 5.2 Xử lý nước thải bậc Chất bẩn Phương pháp xử lý Chất lơ lửng Dầu mỡ Kim loại nặng Kiềm và axit Sun phua Sự biến động nồng độ chất bẩn (BOD) và lưu lượng Hồ: lắng, tuyển Thu dầu mỡ thu vớt bọt Kết tủa trao đổi ion Trung hoà Kết tủa sục khí Điều hoà nồng độ, lưu lượng + Xử lý bậc 2: Thông thường xử lý bậc là các công trình xử lý sinh học dùng để oxy hoá sinh hoá các chất hữu còn lại dạng tan, keo và không tan (nhưng không lắng được) + Xử lý bậc thường thực theo yêu cầu xử lý có chất lượng cao Đó là các trường hợp cần thiết phải áp dụng các biện pháp triệt khuẩn, khử tiếp các chất bẩn còn lại nước thải nitrat, photphat, sunphat 55 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC CẤP 6.1 KHỬ SẮT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÀM THOÁNG Nguyên tắc Oxy hoá sắt hoá từ (Fe2+) hoà tan thành sắt hoá trị (Fe3+) Sắt hoá trị tiếp tục thuỷ phân tạo thành hydroxt kết tủa Fe(OH)3 Cuối cùng các cặn Fe(OH)3 tách khỏi nước lắng và lọc Để thực phương pháp này nước ngầm làm thoáng (phun thành các hạt nhỏ) để tăng diện tích tiếp xúc với không khí, nhờ nước hấp phụ O2 có không khí và phần CO2 hoà tan nước tách khỏi nước Phản ứng oxy hoá thủy phân sắt có thể biểu diễn phương trình sau: 4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 + 8CO2 Để phản ứng oxy hoá và thuỷ phân sắt xảy nhanh và triệt để, nước phải có độ kiềm thích hợp và độ pH nằm phạm vi - 7,5 6.2 TRIỆT KHUẨN Sau qua bể lắng, bể lọc, phần lớn vi khuẩn nước đã bị giữ lại (90%) và bị tiêu diệt Tuy nhiên, để đảm bảo hoàn toàn vệ sinh, phải áp dụng phương pháp triệt khuẩn nước Phương pháp triệt khuẩn nước thường dùng là Clo hoá tức là sử dụng Clo hợp chất Clo clorua vôi (CaOCl2), zaven (NaOCl) là chất ôxy hóa mạnh, có khả triệt khuẩn Khi đưa clorua vôi vào nước xảy phản ứng: Khi đưa Clo vào nước diễn phản ứng: Cl2, HOCl, OCl- là chất oxy hoá mạnh Để pha chế và định lượng clorua vôi người ta dùng thiết bị pha chế phèn, Clo sản xuất nhà máy hoá chất dạng lỏng và đưa vào nước dạng nhờ loại thiết bị riêng gọi là Clorator Clo hay clorua vôi đưa vào nước đường ống từ bể lọc sang bể chứa với liều lượng 0,5-1 mg/l Ngoài Clo còn dùng phương pháp điện phân muối NaCl chỗ, sản xuất Zaven (NaOCl) để sát trùng Việc sử dụng Clo hoá để diệt các vi khuẩn cần kiểm soát chặt chẽ vì nước chứa còn chứa nhiều các chất hữu tạo điều kiện để hình thành CHCl, và các 56 chất hữu Clo khác (ví dụ: clo-amin các amoni có nước) gây độc sức khoẻ người Tổ chức EPA (Hội bảo vệ môi trường Mỹ) cho phép nồng độ CHCl3 có nước ăn uống là 100 ppb (mg/l) (-CH-CH2-CH2-CH2-) + Cl2 → CHCl3 + (C, H, Cl) Các chất hữu tan Các chất hữu ảo hóa Điều này có thể ngăn chặn nước đã Clo hóa xử lý tiếp than hoạt tính Ngoài các phương pháp ảo hoá, trên giới nhiều nước còn sử dụng các phương pháp sau: + Dùng tia tử ngoại: Dùng loại đèn phát tia tử ngoại để triệt khuẩn Phương pháp này đơn giản thiết bị đắt hay hỏng và tốn điện (10-30 kW/1000 m3 nước) + Dùng ôzôn (O3): Khi đưa O3 vào nước tạo thành oxy nguyên tử là chất có khả diệt trùng + Dùng sóng siêu âm: Dùng thiết bị phát sóng siêu âm tần số 500 kHz vi trùng bị tiêu diệt 57 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 7.1 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CƠ HỌC Phương pháp này thường là giai đoạn xử lý bậc (giai đoạn xử lý sơ bộ), ít là giai đoạn kết thúc quá trình xử lý nước thải dùng để loại các tạp chất không tan nước Các chất này có thể dạng vô hay hữu Các phương pháp học thường dùng là: lọc qua lưới, lắng, cyclon thuỷ lực, lọc qua lớp cát và quay ly tâm 7.1.1 Phương pháp lắng Những chất lơ lửng (huyền phù) là chất có kích thước hạt lớn 10-1 mm Những chất lơ lửng nước thải gồm hạt tập hợp hạt khác hình dạng, kích thước, trọng lượng riêng và chất xuất xứ Tính chất các chất dạng huyền phù lơ lửng là không có 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 7.1.2 Phương pháp lọc Lọc là quá trình tách các hạt rắn khỏi pha lỏng pha khí cách cho dòng khí lỏng có chứa hạt chất rắn chảy qua lớp vật ngăn xốp Các hạt rắn bị giữ lại trên bề mặt lớp vật ngăn còn khí chất lỏng thấm qua vật ngăn 7.1.3 Bể điều hoà Thông thường, lưu lượng, nhiệt độ, hàm lượng các chất ô nhiễm v.v dòng thải thay đổi theo thời gian Sự tăng giảm các đại lượng trên gây khó khăn cho hoạt động hệ thống xử lý và ảnh hưởng tới việc thải vào nguồn tiếp nhận Yêu cầu đặt thiết kế là phải thực theo giá trị lớn lưu lượng dòng thải Trong các quá trình xử lý, lưu lượng dòng vào tăng đột ngột với biên độ lớn làm cho quá trình xử lý bị quá tải trường hợp láng, lọc, hay tác dụng trường hợp phải xử lý hoá học hay sinh học Vai trò bể điều hoà nhằm hạn chế các dao động trên Trong trường hợp đơn giản, có thể kết hợp nhiệm vụ xử lý sơ và điều hòa dòng thải cùng thiết bị Phân loại bể điều hòa a Theo chức năng: Ta có thể phân biệt bể điều hoà lưu lượng, bể điều hoà nồng độ và bể điều hoà lưu lượng và nồng độ b Theo chế độ hoạt động: Có thể chia để điều hoà hoạt động gián đoạn theo chu kì và bể điều hoà hoạt động liên tục Loại bể điều hòa hoạt động gián đoạn thực tế là bể chứa (đôi có khuấy) và bố trí thành bể làm 58 việc luân phiên Loại bể điều hoà làm việc liên tục tuỳ thuộc theo cấu trúc dòng chảy bể mà ta chia ra: + Loại đẩy lý tưởng (chế độ dòng chảy) + Loại khuấy lý tưởng (chế độ chảy xoáy) Để thực quá trình khuấy trộn các bể điều hoà có thể tiến hành theo các phương thức sau: Đổi hướng dòng chảy theo chiều ngang, chiều đứng theo đường mòn Khuấy khí các loại cánh khuấy Sục khí Kết hợp hai ba phương thức trên cùng thiết bị Yêu cầu vị trí đặt bể điều hoà Tuỳ thuộc vào hệ thống sản xuất sở sản xuất và phương án xử lý chất thải mà lựa chọn vị trí đặt bể điều hoà thích hợp Thông thường, các bể điều hoà lưu lượng bố trí các nguồn tạo nước thải, còn với bể điều hoà nồng độ (khi lưu lượng ít không thay đổi) bố trí khu vực trạm xử lý Khi đó, sơ đồ dây chuyền công nghệ trạm xử lý, bể điều hoà bố trí phía sau bể lắng thô, nước thải có chứa lượng lớn các tạp chất vô không tan với kích thước lớn Bể điều hoà có thể đặt trước bể láng đó, nước thải chứa chủ yếu là các chất hữu không tan Trường hợp quy trình xử lý có bể trung hòa thì bể điều hòa giúp quá trình phản ứng tiến hành thuận lợi Trong số trường hợp, bể điều hoà bố trí đặt vị trí phía sau bể xử lý sơ cấp và trước bể xử lý sinh học Điều này làm giảm lượng bùn và bọt bể điều hòa Nếu là bể điều hoà lưu lượng dòng thì cần phải bố trí nó trước bể lắng sơ cấp và bể xử lý sinh học và phải thiết kế hệ thống khuấy trộn mạnh để ngăn cản lắng huyền phù, làm giảm bớt chênh lệch nồng độ và đôi đây còn bố trí phận sục khí để làm giảm bốc mùi khó chịu các thiết bị xử lý Nguyên lý cấu tạo và làm việc bể điều hoà Có số loại bể điều hòa sau: a Bể điều hoà có tường ngăn: Loại hình chữ nhật, các tường ngăn có thể bố trí theo chiều dọc theo chiều ngang Dòng chảy qua bể phải giữ chế độ xoáy 59 Hình 7.1 Bể điều hoà với tường ngăn a - tường dọc, b - tường ngang b Bể điều hoà hình tròn: Dẫn nước vào theo đường chuyển tiếp: Nước thải dẫn vào theo đường tiếp tuyến với chu vi vị trí đáy bể và dẫn theo đường ống trung tâm nằm vị trí phía trên bể c Bể điều hoà có cánh khuấy khí: Loại này phổ biến, có thể dùng máy khuấy loại mái chèo, loại chân vịt tuốc bin Sự lựa chọn loại máy khuấy và tốc độ khuấy tuỳ thuộc vào độ nhớt chất lỏng Với các bể lớn thường ta bố trí làm nhiều cánh khuấy và cố gắng giảm thấp không gian chết bể để chống tượng lắng đọng d Bể điều hoà có sục khí: Loại này thường dùng cho chất lỏng có độ nhớt thấp Không khí nén dẫn vào hệ thống ống có đục lỗ, đặt đáy bể điều hoà Không khí nén qua lỗ tạo thành các bong bóng làm khuấy đảo lớp nước phía trên (lỗ thường đục mặt ống để tránh tắc) Tuỳ theo cách đục lỗ là hàng dọc hai hàng dọc, tuỳ theo chiều dài ống tạo dòng dòng tuần hoàn theo mặt cắt ngang bể Hình 7.2 Bể điều hoà với thổi khí nén 1- Dẫn nước vào; 2- Hệ thống nước; 3- Máng có cửa phân phối nước, 4- Ống phân phối khí có lỗ 7.1.4 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 và xa khu dân cư có thể xả trực tiếp nước thải vào sông Trong trường hợp này, nồng độ chất ô 60 nhiễm pha loãng, quá trình tự làm nước diễn thuận lợi ít gây tổn thất đến hệ sinh thái thủy sinh Khi sử dụng phương pháp này cần chú ý đặc biệt tới sút giảm nồng độ oxy hoà tan sông kể từ điểm nhận nước thải Nồng độ oxy hoà tan nước sông thường đạt tối đa là 10 mg/l, đó nhu cầu oxy các phản ứng phân huỷ sinh học các chất hữu lớn Khi dùng phương pháp pha loãng, đoạn sông phía hạ lưu kể từ điểm xả thải thường có nồng độ oxy thấp, có thể gây ảnh hưởng đến việc nuôi trồng thuỷ sản 7.2 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HOÁ VÀ HOÁ - LÍ Các phương pháp xử lý hoá và hoá-lý sử dụng rộng rãi kiểm soát ô nhiễm nước thải công nghiệp, đặc biệt cần phải xử lý mức cao cần phải quay vòng nước Phương pháp này dùng để thu hồi các chất khử các chất độc, các chất có ảnh hưởng xấu giai đoạn làm sinh hoá sau này Cơ sở các phương pháp hoá học là các phản ứng hoá học, các quá trình lý hoá diễn chất ô nhiễm với hoá chất cho thêm vào Những phản ứng diễn có thể là phản ứng oxy hoá khử, các phản ứng tạo chất kết tủa các phản ứng phân huỷ chất độc hại Các phương pháp hoá học là oxy hoá, trung hoà và keo tụ (hay còn gọi là đông tụ) Thông thường đôi với trung hoà có kèm theo quá trình keo tụ 7.2.1 Phương pháp trung hoà Khái niệm Nước thải công nghiệp có thể mang tính axit kiềm Tính axit và kiềm thể qua giá trị pa chúng: pH = nước có tính trung tính pH < nước có tính axit pH > nước có tính kiềm Ý nghĩa Để tránh tượng ăn mòn, phá huỷ vật liệu hệ thống ống dẫn, công trình thoát nước, đảm bảo độ pH cho phép nguồn nước tiếp nhận sông, ngòi, ao hồ, nước thải công nghiệp có tính axit kiềm mạnh phải xử lý trước thải vào hệ thống thải chung nhà máy thải vào các nguồn tiếp nhận Mục đích phương pháp này là xử lý để nước thải đạt độ trung hoà Trong công nghệ xử lý nước thải, giá trị pH cho phép thải nguồn tiếp nhận phải theo TCVN 61 Mặt khác, nước thải cần xử lý phương pháp sinh học thì thường trước tiên phải xử lý phương pháp trung hoà vì độ pH trung tính thường là điều kiện tối ưu cho các quá trình phân hủy chất ô nhiễm Nguyên lý Bản chất phương pháp trung hoà là phản ứng hóa học axit và kiềm muối với axit kiềm có nước thải Chất chọn để thực phản ứng với các axit kiềm có nước thải gọi là tác nhân trung hoà hoá học Tác nhân trung hoà thường dùng để xử lý chất thải chứa axit là đá vôi, đá đôlomit, vôi các loại, xút, sôđa và để xử lý các chất thải chứa kiềm là khí CO2 axit sufuric Quá trình trung hoà có thể thực theo phương thức gián đoạn liên tục Chọn tác nhân trung hoà và phương pháp trung hoà thích hợp phải dựa trên số yếu tố sau: - Lượng nước thải cần xử lý - Loại nước thải (nước thải chứa axít hay kiềm) - Chất lượng nước thải (độ pH, các chất có nước thải và nồng độ nó, v.v ) - Yêu cầu cần xử lý (độ pH cần đạt) - Tác nhân trung hoà cần rẻ tiền, dễ kiếm - Thiết bị đơn giản, dễ vận hành và dễ chế tạo - Tổng chi phí cho nhỏ * Cho đến có số phương pháp trung hoà thường sử dụng là: + Trộn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm với + Xử lý nước thải chứa axit Cho nước thải qua lớp đệm đá vôi - Xử lý nước thải vôi - Trung hoà xút NaOH sôđa Na2CO3 - Nếu dòng thải axit thiếu dinh dưỡng (N và P) thì dùng Na3PO4 NH4H2PO4 thêm vào dung dịch là xử lý sinh học + Xử lý nước thải chứa kiềm - Phương pháp sục khí CO2 - Trung hòa axit sunfuric - Thổi khói lò qua dòng thải - Thêm axit H2SO4 HCl vào dòng thải - Các phương pháp xử lý khác 62 Các phản ứng trung hoà toả lượng nhiệt đáng kể Nếu dòng thải axit chứa nhiều ion SO42- thì không nên dùng CaCO3 CaO làm chất trung hoà vì sản phẩm phản ứng là CaSO4.nH2O dạng kết tủa mịn bao bọc CaCO3 CaO làm phản ứng ngừng * Lựa chọn các tác nhân trung hoà có nhiều loại: - Loại khuấy trộn: Khuấy khí sục khí - Loại tháp: Tháp phun, tháp chảy màng tháp địa * Phương pháp trộn nước thải Phương pháp đơn giản và kinh tế là trộn các loại nước thải chứa axit và kiềm với Tùy theo công nghệ sản xuất xí nghiệp, nhà máy mà nước thải nó có thể mang tính axit, tính kiềm hai Phụ thuộc vào chế độ thải, lượng nước thải và chất lượng loại nước thải mà thực quá trình trung hoà loại nước thải có tính chất khác (tính axit và kiềm) theo phương thức trộn gián đoạn hay liên tục, thực ngăn hay nhiều ngăn nối tiếp có khuấy trộn Nếu chế độ thải không đặn nồng độ axit hay kiềm nước thải quá cao thì dòng chất thải đó phải điều hoà lưu lượng nồng độ các thiết bị điều hòa Như vậy, đảm bảo chế độ làm việc ổn định các thiết bị trung hòa Nếu xí nghiệp thải hai loại nước thải chứa axit và kiềm, quá trình trộn thực thời gian thích hợp các thiết bị trung hoà đặt trạm xử lý nước thải xí nghiệp Mặt khác, có thể thực quá trình trộn các dòng thải có tính chất khác các xí nghiệp công nghiệp gần Chẳng hạn xí nghiệp thải nước thải chứa kiềm Nước thải này bơm đến trạm xử lý xí nghiệp khác gần đó mà xí nghiệp này thải nước thải mang tính axit Thí dụ: Xí nghiệp chuyên sản xuất vật liệu xây dựng thải nước thải mang tính kiềm dạng bùn vôi Bùn vôi này trộn với nước thải mang tính axit nhà máy hoá chất gần đó Phương pháp trộn các nước thải mang tính chất khác là phương pháp xử lý đơn giản, hữu hiệu và kinh tế Phương pháp này không tiêu tốn thêm hoá chất, thiết bị đơn giản, tận dụng dòng thải xí nghiệp này để xử lý nước thải xí nghiệp khác * Các phương pháp xử lý nước thải axit Nước thải axit thường có dây chuyền công nghệ sản xuất các ngành công nghiệp như: công nghiệp nhẹ, công nghiệp vật liệu và công nghiệp hóa chất Thí dụ: nước thải công nghệ cán thép, xí nghiệp sản xuất thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, dược phẩm chứa axit sunfuric, axit nước, axit clohydric 63 Nước thải chứa axit có thể phân thành loại: Nước thải chứa axit mạnh axit clohydric (HCl), axit nước (HNO3) các muối canxi chúng dễ tan nước Nước thải chứa axit mạnh axit sunfuric (H2SO4) axit cacbonic (H2CO3) các muối canxi chúng khó tan nước - Nước thải chứa các axit yếu axit acetic (CH3COOH) Phương pháp chủ yếu để xử lý nước thải chứa axit là phương pháp trung hòa Khi trung hoà nước thải chứa axit mạnh, các muối chúng khó tan nước bị kết tủa và lắng cặn Cho dòng nước thải chảy qua lớp đá vôi Phương pháp này là phương pháp thường dùng để xử lý nước thải chứa axit Lớp đá vôi có thể coi lớp đệm có hoạt tính hoá học Phản ứng hoá học xảy liên tục lớp đệm còn hoạt tính hoá học Phản ứng xảy các tâm hoạt hoá theo phản ứng: CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2CO3 Vật liệu lớp đệm ngoài đá vôi CaCO3 còn có thể dùng magiê cacbonat MgCO3 đá đôlômit v.v Tính toán lượng đá vôi thích hợp và trì tính hoạt hoá nó phải dựa vào các yếu tố - Lượng nước thải cần xử lý - Chất lượng nước thải cần xử lý - Độ hoạt hoá lớp đệm - Kích thước các hạt lớp đệm - Chế độ thuỷ động tháp trung hòa Tuy nhiên thời gian sử dụng, tính hoạt hoá lớp đá bị giảm đòi hỏi phải thay lớp Chu kỳ thay lớp đá vôi phụ thuộc vào lượng và chất lượng nước thải cần xử lý Nhược điểm thứ hai phương pháp này là nước thải có nồng độ axit lớn chứa các chất hữu xuất hiện tượng tạo bọt làm giảm hiệu suất quá trình xử lý Xử lý nước thải vôi Vôi thường dùng trung hoà nước thải chứa axit dạng bột cacbonat canxi CaCO3, cacbonat magiê MgCO3 dạng vôi bột hay sữa vôi hydroxyt canxi Ca(OH)2 Đây là tác nhân trung hoà rẻ tiền và dễ kiếm Phản ứng xảy với nước thải có chứa axit sunfuric: CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2CO3 - Q Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4 + 2H2O - Q 64 Sử dụng vôi tôi hay sữa vôi thường hay gặp tượng đóng rắn tạo thành bờ các cửa nạp vôi vào thiết bị trung hòa vì hydroxit canxi Ca(OH)2 gặp không khí tác dụng với CO2 tạo thành CaCO3, CaCO3 đóng rắn và làm giảm lưu lượng tắc đường ống Theo Nelson để trung hoà nước thải chứa axit sunfuric và axit nước có nồng độ 1,5% dùng đá đôlômit nung với thành phần nó gồm 47,5% CaO, 34,3% MgO và 1,8% CaCO3 Loại đá này có ưu điểm các loại đá vôi khác là giữ lại lượng sunphat dư nhỏ và tránh tượng lắng cặn thiết bị phản ứng Xử lý nước thải xút NaOH sôđa Na2SO4 Trung hoà nước thải chứa axit xút sôđa nhanh và hiệu Nếu nước thải chứa axit cacbonic và axit sunfuric phản ứng xảy sau: NaOH + H2CO3 → Na2SO4+ 2H2O Na2CO3 + H2CO3 → 2NaHCO3 hay NaOH + H2SO4 → NaHSO4 + H2O NaHSO4 + NaOH → Na2SO4 + H2O Xử lý nước thải chứa axit xút hay sôđa có ưu điểm: Xử lý nhanh và càng có hiệu lượng nước thải cần xử lý nhỏ Khi đó không cần phải thiết bị xử lý chứa kiềm mà cần tính lượng cần thiết và đưa vào trộn với nước thải đầu ống hút bơm nước thải Nếu lượng nước cần xử lý lớn người ta có thể thực phản ứng theo phương thức gián đoạn hay liên tục các thiết bị phản ứng Xút chứa bể riêng và nạp vào thiết bị phản ứng theo mẻ (phương thức gián đoạn) hay liên tục (phương thức liên tục) nhờ bơm đa tốc độ Nước thải cần xử lý đưa vào thiết bị phản ứng, đó axit chứa nước thải tham gia phản ứng với xút tạo thành muối và nước Sản phẩm phản ứng phần lớn dạng tan và không làm tăng độ cứng nguồn nước tiếp nhận - Tuy nhiên xút và sôđa là hoá chất đắt các tác nhân trung hoà khác vôi nên phương pháp này thường dùng có xút và sôđa là phế liệu công nghệ khác * Xử lý nước thải chứa kiềm Nước thải chứa kiềm hay gặp công nghiệp hoá chất và công nghiệp dệt Nước thải có tính kiềm mạnh phải xử lý trước thải vào nguồn nước khác Phương pháp sục khí cacbonic CO2 Nguyên lý phương pháp này là sục khí CO2 vào nước thải Khí CO2 tan vào nước và tác dụng với nước tạo thành axít cacbonic H2CO3 Khi nước thải chứa kiềm, axit này phản ứng với chất kiềm (chẳng hạn nước thải chứa NaOH) 65 CO2 + H2O → H2CO3 H2CO3 + 2NaOH → Na2CO3 + 2H2O Nếu H2CO3 dư: Na2CO3 + H2CO3 → 2NaHCO3 Khí cacbonic có thể là khí chứa bình CO2 tinh khiết Nhưng dùng khí CO2 tinh khiết thì chi phí xử lý nước thải lớn Do đó người ta phải tận dụng nguồn CO2 phế thải có sẵn nhà máy Nguồn CO2 rẻ tiền dễ kiếm và có nhà máy nào là khí CO2 khí thải ống khói nồi - CO2 chiếm khoảng 14% khí thải này Thiết bị đây cần quạt để hút khí thải, ống dẫn khí đến trạm xử lý, phễu lọc khí để tách lưu huỳnh và bụi than trước sục vào bể trung hoà Ngoài ra, còn phận phân phối khí để khí khuếch tán nước thải (đốt, hấp phụ ) để tránh gây mùi khó chịu cho quá trình xử lý Ngoài ra, nguồn CO2 phế thải có thể tận dụng là nguồn CO2 thiết bị lên men cồn rượu, CO2 các lò vôi Vấn đề đây là tính mặt kinh tế cho việc thu hồi CO2 và dẫn sục vào bể trung hoà tiện lợi và đơn giản Phương pháp tạo CO2 nước thải chứa kiềm - Tạo CO2 cách đốt khí cháy nước: Quá trình này gọi là cháy chìm (submerged combustion) và đã sử dụng để xử lý nước thải nylon đạt độ trung hoà trước xử lý phương pháp sinh học Ở đây hệ thống phải làm việc theo phương thức liên tục bao gồm thùng bốc hơi, đèn cháy mặt nước chứa thùng bốc hơi, bể trộn không khí và khí đốt tạo thành hỗn hợp cháy - Tạo CO2 phương pháp lên men: Người ta cho lên men kỵ khí nước thải chứa kiềm nước thải chứa các chất hữu nhờ các vi khuẩn sinh axit làm cho độ pH môi trường giảm Kết tủa là quá trình chuyển các chất hoà tan dung dịch sang pha rắn dựa trên độ hoà tan các hydroxit các muối vô Quá trình ứng dụng để tách các kim loại Zn, Cd, Cr, Cu, Pb, Mn, Hg khỏi nước thải dạng kết tủa hydroxit kim loại M(OH)2 dạng sunfit kim loại MS Tác nhân kim loại là sữa vôi Ca(OH)2 và NaS Phản ứng xảy sau: M2+ + 2OH- = M(OH)2 Na2S + MSO4 = MS + Na2SO4 M2+ là kim loại nặng Độ hòa tan đa số M(OH)2 và MS phụ thuộc vào độ pH Đa số các MS có độ hoà tan giảm độ pH tăng còn phần lớn các M(OH)2 có độ tan cực tiểu độ pH định 66 Xử lý nước thải chứa kiềm axit sunfuric Đây là phương pháp trung hoà kiềm và axit Nếu nước thải chứa axit thì phản ứng xảy sau: Tương tự phương pháp xử lý nước thải chứa axit xút, phương pháp này có ưu nhược điểm: - Lượng tác nhân trung hòa nhỏ - Tốc độ phản ứng lớn, quá trình xảy nhanh dẫn đến hiệu quá trình cao Song giá thành dùng tác nhân trung hòa là axit thường cao so với dùng khí thải CO2 Ngoài axit đậm đặc có tính ăn mòn nên gây khó khăn cho quá trình chứa, dẫn và nạp axit vào bể trung hoà Thường thiết bị chứa đường ống dẫn axit tráng lớp vật liệu chống ăn mòn axit 2.2 Phương pháp keo tụ Tạo bông là quá trình làm keo tụ các hạt keo dính các hạt nhỏ lại thành tập hợp hạt lớn để lắng cách đưa vào chất lỏng các tác nhân tạo bông có tác dụng phá keo hấp phụ các hạt nhỏ lên bề mặt nó dính các hạt nhỏ lại với Các chất thường dùng phương pháp lắng và đông tụ dễ loại bỏ các chất rắn lơ lửng nước thải là: - Phèn Al(SO4)nH2O (n = 13-18) - Sôđa kết hợp với phèn Na2CO3 + Al2(SO4)3 - Sắt Sunphat FeSO4.7H2O - Nước vôi Ca(OH)2 - Natrialuninat Na2Al2O4 - Sắt Clorua và sắt (III) sunphat FeSO4 Thí dụ: + Dùng phèn loại bỏ photphat nước thải: Al(SO4)3 + PO43- → AlPO42- + SO4 pH tối ưu: 5,6 - + Dùng vôi loại bicacbonat, cacbonat photphat, magiê + Dùng sắt clorua để tạo photphat 67 + Dùng natri aluminat để loại photphat Cơ chế tạo bông môi trường kiềm: Với muối sắt có phản ứng tương tự Các Al(OH)3 và Fe(OH)3 là keo dương, các hạt bùn nước là keo âm trung hoà và dính vào các hạt keo Al(OH)3 và Fe(OH)3 hấp phụ các hạt bùn vào nó làm thành tập hợp hạt dễ lắng Tác nhân tạo bông còn là các chất hữu cơ, ví dụ: Polyacryamit đưa vào nước thải cấu tạo mạch dài nó có chỗ tích điện hút hạt keo âm vào nó và theo chế bắc cầu, các hạt bùn nước bám vào nó thành tập hợp hạt lớn lực hấp phụ Hình 7.3 Thiết bị tạo bông khuấy khí 7.2.3 Phương pháp oxy hoá a Ozon hoá: Ozon là chất oxy hoá có hoạt tính cao và độ hoà tan nước lớn gấp 10 lần O2 Nó bền môi trường axit so với môi trường kiềm Phương pháp này thường dùng để xử lý nước thải có chứa các chất bẩn hữu dạng hoà tan và keo Đặc tính ozon là có khả oxy hoá cao, dễ dàng nhường oxy nguyên tử hoạt tính cho các tạp chất hữu Oxy hóa ozon có thể dùng để làm nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu H2S, hợp chất As, hợp chất bề mặt, CN-, các chất màu, hyđrocacbon thơm, thuốc trừ sâu , có khả tiêu diệt các vi khuẩn Nếu kết hợp chiếu tia cực tím thì tốc độ oxy hoá ozon tăng 102 - 104 lần Phản ứng oxy hoá cyanit ozon có dạng: 68 CN- + O3 = CNO- + O2 Thiết bị ozon hóa có nhiều dạng loại đệm, loại tháp sủi bọt Hình 7.4 Thiết bị loại đệm để thực phản ứng oxy hoá ozon b Oxy hoá peroxyt H2O2 H2O2 là chất oxy hoá mạnh dùng để oxi hóa phenol, CN-, các hợp chất chứa S và các ion kim loại Quá trình xảy mãnh liệt có mặt chất xúc tác Fe++, Fe+++, Cu++ Cr+++, pH tối ưu - c Oxy hoá pemanganat kaly (KmnO4) KMnO4 là chất oxy hoá tương đối mạnh dùng để oxy hoá phenol, CNvà các hợp chất chứa S, độ pH quá trình là 9,5, pH càng cao thì phản ứng xảy càng nhanh Phản ứng pemanganat kaly có dạng: C2H5OH + 4KMnO4 = 4MnO2 + 2K2CO3 + 3H2O Thiết bị dùng để thực quá trình oxy hoá thường là loại khuấy trộn các chất phản ứng là thể lỏng rắn- lỏng và là loại tháp là thể lỏng- khí 7.2.4 Phương pháp khử Quá trình khử là thực phản ứng oxy hoá khử dùng để làm nước thải khỏi các hợp chất Hg, Cr, As Để khử Hg và các hợp chất hữu chứa Hg các chất khử thường dùng là FeS, NaHS, bột Fe, bột Al, H2S Trong quá trình khử các hợp chất hữu chứa Hg, ban đầu các hợp chất chứa Hg bị phân huỷ sau đó các ion Hg+ bị khử thành Hg kim loại và tách khỏi nước cách lắng, lọc As nước thải nằm dạng ASO2-, AsO33-, AsS2-, AsS3 Để tách As khỏi nước thải ta tiến hành khử As thành hợp chất khó tan As2O3 và tách tách lọc CrO42- dung dịch thường bị khử đến Cr3+ than hoạt tính, SO2, NaHSO3, NaHSO4 Phản ứng khử CrO42- NaHSO3 pH = - có dạng: Phản ứng khử cro So Ở pa = 2,5 có dạng: 69 7.2.5 Phương pháp trao đổi ion Trao đổi ion là quá trình tương tác dung dịch với pha rắn có tính chất trao đổi lớn pha rắn với còn có dung dịch Quá trình dùng để tách các kim loại Pb, Zn, Cu, Hg, Cr, Ni, Cd, Mn hợp chất As, P, CN các chất lỏng phóng xạ khỏi nước thải Trao đổi ion có thể sử dụng với cation và anion hữu vô Tuy nhiên, phần lớn các ứng dụng trao đổi ion liên quan đến các loại chất vô vì các loại chất hữu thường đòi hỏi chất tái sinh có nồng độ cao sử dụng các dung môi hữu để khử chất hữu Nói chung, các ion điện tích cao dễ tạo các muối bền vững với các chất trao đổi iom so với các ion có điện tích thấp vì các loại có hoá trị cao thường dễ bị khử khỏi dung dịch so với các loại có hoá trị thấp 7.2.6 Phương pháp hấp phụ Hấp phụ tách các chất hữu và khí hoà tan khỏi nước thải cách tập trung các chất đó trên bề mặt chất rắn (hấp phụ vật lý) hay cách tương tác các chất bẩn hoà tan với các chất rắn (hấp phụ hoá học) Phương pháp hấp phụ dùng để khử mùi vị, màu, chất bẩn hữu khó phân hủy, kim loại nặng, khỏi nước thải công nghiệp Phương pháp này thường sử dụng nước thải cần xử lý đạt tiêu chuẩn cao tái sử dụng lại nước thải Trong phần lớn các trường hợp, phương pháp hấp phụ dùng là phương pháp xử lý cuối cùng, sau xử lý sính học Chất hấp phụ dùng phổ biến là than hoạt tính và các loại vật liệu khác than bùn, gỗ, than củi, tro, xỉ Quá trình hấp phụ bị chi phối các yếu tố sau: - Diện tích bề mặt chất hấp phụ - Bản chất hấp phụ - Độ pH - Nồng độ dung dịch - Thời gian tiếp xúc - Bản chất hệ tiếp xúc 7.2.7 Phương pháp tuyển Tuyển loại các tạp chất bẩn khỏi nước cách tạo cho chúng khả dễ lên mặt nước Muốn người ta cho vào nước chất tuyển tác nhân tuyển để thu hút và kéo các chất bẩn lên mặt nước, sau đó loại hỗn hợp chất bẩn và chất tuyển khỏi nước Khi tuyển người ta thường 70 dùng các bọt khí nhỏ li ti phân tán và bão hoà nước Những hạt chất bẩn chứa nước (dầu, sợi gíấy, ce11ulose, len ) dính vào các bọt không khí và cùng các bọt không khí lên mặt nước, loại khỏi nước.Tuyển là quá trình tách các hạt lơ lửng khỏi chất lỏng bàng cách sục vào chất lỏng dòng khí phân tán dạng bọt nhỏ, các hạt không thấm ướt dính vào bọt và cùng với bọt lên trên bề chất lỏng và hớt ngoài Bọt khí có thể tạo cách sục khí, các phản ứng hoá học và sinh học sinh Ví dụ: Phản ứng sinh học sinh khí CO2 tạo các bọt nhỏ làm dính các hạt bùn hoạt tính và lên trên Hình 7.5 Thiết bị tuyển ổi, khí sinh ph ản ứng hoá học 7.2.8 Phương pháp thẩm thấu ngược Thẩm thấu ngược là quá trình tách nước qua màng bán thấm từ phía dung dịch đặc sang phía dung dịch loãng áp suất tác đụng lên dung dịch vượt quá áp suất thẩm thấu Màng thường sản xuất từ vật liệu polyme Cơ chế thấm ngược Màng hấp phụ lớp nước lên bề mặt màng, lớp nước này không có khả hoà tan các chất tan Nếu chiều dày lớp nước hấp phụ lớn đường kính lỗ mao quản màng thì màng cho nước qua Các ion khó qua vì xung quanh ion có lớp vỏ hydrat bao quanh làm cho đường kính lớp vỏ hydrat lớn đường kính lỗ mao quản màng nên chúng bị giữ lại không qua màng, trường hợp ngược lại thì lớn lọt qua màng Độ thẩm thấu tính v(m3/m2 s): Lượng nước lọc thu đơn vị thời gian trên đơn vị bề mặt màng: v = k(P – Pn) đó P: áp suất tác dụng N/m2 Pn: áp suất thẩm thấu N/m2 k: hệ số phụ thuộc chất màng 71 Hình 7.6 Thiết bị lọc thẩm thấu ngược 7.2.9 Phương pháp điện hoá học Phương pháp điện hoá học phá huỷ các tạp chất độc hại nước thải dung dịch cách oxy hoá điện hoá trên điện cực anốt có thể phục hồi các chất quý đưa dùng lại sản xuất Thông thường nhiệm vụ phân huỷ các chất độc hại và thu hồi chất quý giải đồng thời Nhờ các quá trình oxy hoá khử mà các chất bẩn độc hại biến đổi thành các chất không độc Vì để khử các chất độc hại nước thải thường phải dùng nhiều phương pháp nối tiếp: oxy hoá-lắng cặn và hấp phụ: tức là hoá học, học và hoá lý học Những biện pháp hoá lý để xử lý nước thải dựa trên sở ứng dụng các quá trình: keo tụ, hấp phụ, trích ly, bay hơi, tuyển nổi, trao đổi ion, tinh thể hoá, dùng màng bán thấm, cô đặc, khử hoạt tính phóng xạ, khử khí, khử màu Điện thấm tách là quá trình tách các chất độc hại bị ion hoá tác dụng lực điện động tạo dung dịch hai phía màng ngàn Sơ đồ nguyên tắc quá trình đưa đây: Hình 7 T ách chất nguy hại ion hoá tác dụng lực điện Sơ đồ a và b có phòng cách màng ngăn Hai điện cực đặt hai đầu Phòng 1, đổ nước Phòng đổ dung dịch chất cần tách Màng mA là màng anion cho anion qua Màng mB là màng cation cho cation qua Màng m1 và m2 cho anion và cation qua Dưới tác dụng điện trường các ion dương (+) chuyển sang catot, các ion âm (-) chuyển sang anốt 72 Tại Anôt Tại Catot O2 tạo thành giải O2 tạo thành giải + ion A- từ phòng chuyển qua màng vào phòng ion Me+ từ phòng chuyến qua màng sang phòng + Kết quả: Phòng tạo dung dịch axit HA Phòng tạo dung dịch kiềm MeOH Phòng kết tủa chất MeA Do màng m1 và m2 cho H+ và OH- thấm qua vào phòng tạo thành H2O nên hiệu dùng màng m1 và m2 kém dùng màng mA và mB + Trao đổi ion: Phương pháp thu hồi các cation và anion các chất trao đổi ion Các chất trao đổi ion là các chất rắn thiên nhiên vật liệu nhựa nhân tạo Chúng có khả trao đổi ion Phương pháp trao đổi ion cho phép sử dụng chất quý có lẫn nước thải và cho hiệu suất xử lý khá cao + Dializ - màng bán thấm: Phương pháp tách các chất tan khỏi các hạt keo cách dùng các màng bán thẩm Đó là các màng xốp đặc biệt không cho các hạt keo qua Ngoài các phương pháp hoá lý kể trên, để xử lý nước thải người ta còn dùng các phương pháp khác như: Khử chất phóng xạ khử khí, khử mùi, khử muối nước thải Ví dụ: Hình Sơ đồ nguyên tắc quá trình thấm tách * Bình cho dung dịch chứa chất hữu phân tử lớn và NaOH * Bình cho nước qua dung dịch NaOH 73 Ví dụ mục đích: Tách chất hữu khỏi NaOH Màng cho ion Na+ và OHqua Kết bình còn dung dịch chứa chất hữu còn dung dịch NaOH tách qua màng 7.2.10 Phương pháp hấp phụ cacbon Tách các chất hữu và khí hoà tan khỏi nước thải cách tập trung các chất đó trên bề mặt chất rắn (hấp phụ) cách tương tác các chất bẩn hoà tan với các chất rắn (hấp phụ hoá học) Hấp phụ là quá trình tách các cấu tử độc hại nằm pha khí pha lỏng với nồng độ thấp lên bề mặt các lỗ mao quản chất hấp phụ là pha rắn xốp Hấp phụ lỏng - rắn dùng để tách các chất độc hại: Phenol, các thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, các hợp chất nào cácbuahydro thơm, các hợp chất bề mặt, các chất màu khỏi nước thải Chất hấp phụ rắn thường dùng là than hoạt tính, tro, xỉ, silicagen Chất hấp phụ phải thoả mãn các yêu cầu: 74 • Hấp phụ chọn lọc • Bề mặt riêng lớn • Dễ hoàn nguyên • Đảm bảo độ bền và nhiệt • Không có hoạt tính xúc tác với các phản ứng oxy hoá Dễ kiếm, rẻ tiền Chương CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÍ SINH HỌC 8.1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÍ SINH HỌC 8.1.1 Một số loại vi khuẩn hệ thống xử lý nước thải Các nhà máy xử lý nước thải thường dựa trên hoạt động phân hủy các chất hữu dạng dễ phân hủy sinh học các nhóm vi sinh vật Sự phân huỷ sinh học này tiến hành điều kiện có oxy Ví dụ oxy hoá mg cacbon thì phải cần 2,67 mg oxy Các nguyên tố hydro, lưu huỳnh và nitơ các chất hữu - các nguyên tố chính chứa nước thải, đòi hỏi lượng oxy bổ sung cho quá trình oxy hoá chúng Các chất thải hữu + O → CO + H O +H SO + NH + … + NO 3(C, H, O, N) Vi khuẩn Dựa trên phương thức phát triển vi khuẩn chia thành: + Các vi khuẩn dị dưỡng (heterotrophic): Sử dụng các chất hữu làm nguồn lượng và nguồn cacbon để thực các phản ứng sinh tổng hợp Trong loại này có các loại vi khuẩn hiếu khí (aerobic) có thể oxy hoá hoà tan phân huỷ chất hữu cơ; vi khuẩn kị khí (anaerobic) có thể oxy hoá các chất hữu mà không cần oxy tự vì chúng có thể sử đụng oxy liên kết nitrat và sunphat {CH O} + O → CO + H O + E Vi khuẩn hiếu khí {CH O} + NO - → CO + N +E Vi khuẩn kị khí {CH O} + SO 2- → CO + H S + E {CH O} → các axit hữu + CO + H O + E CH + CO + E Năng lượng E dùng để tổng hợp tế bào và phần thoát dạng nhiệt + Các vi khuẩn tự dưỡng (aototrophic) có khả oxy hoá chất vô để thu lượng và sử dụng CO làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp Ví dụ: các loại vi khuẩn nitơrat hoá, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt v.v + Quá trình nitrat hoá (nitrification) nitrosomonas 2NH + + 3O → 2NO - + 4H + + 2H O + E 75 nitrobacter - 2NO + O → 2NO - + E + Các vi khuẩn sắt: Có khả xúc tiến cho phản ứng oxy hoá Fe 2+ tan nước thành Fe(OH) , [FeO(OH)] kết tủa vi khuẩn sắt Fe + nước + O → Fe 3+ (OH) ↓ + E 4Fe 2+ + 4H + + O → 4Fe 3+ + 2H O + Các vi khuẩn lưu huỳnh: Có thể xúc tiến cho phản ứng gây ăn mòn thiết bị: H S + O → H+SO + E Vi khuẩn lưu huỳnh 8.1.2 Động học phát triển vi sinh vật Trong thiết kế xử lý môi trường phương pháp sinh học cần thiết phải có kiểm soát môi trường và quần thể sinh vật Điều kiện môi trường đây thể qua các thông số độ pH, nhiệt độ, chất dinh dưỡng, hàm lượng oxi hoà tan, các chất vi lượng Những thông số môi trường này kiểm soát để giữ mức độ thích hợp đời sống và phát triển vi sinh vật Sinh trưởng phát triển vi sinh vật thường mô tả phản ứng bậc một: đó: X là nồng độ chất rắn hữu cơ, khối lượng / đơn vị thể tích t là thời gian Khi chất trở thành yếu tố hạn định thì tốc độ sinh trưởng có thể mô tả phương trình sau: đó: S là nồng độ chất µ m là tốc độ phát triển riêng cực đại K s là số bão hòa hay hệ số bán vận tốc Với mức độ làm định các yếu tố chịu ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng sinh hoá là chế độ thuỷ động, hàm lượng oxy nước thải, nhiệt độ, pH, các nguyên tố dinh dưỡng các kim loại nặng và các muối khoáng 76 Tỷ lệ BOD : N: P nước thải để xử lý sinh học cần có giá trị khoảng 100:5:1 Trong quá trình xử lý chất thải phương pháp sinh học, ảnh hưởng nhiệt độ tới tốc độ phản ứng giữ vai trò quan trọng Nhiệt độ không ảnh hưởng tới các hoạt động chuyển hoá vi sinh vật mà còn gây ảnh hưởng tới chính thân thể chúng tính chất lắng đọng các chất sinh học 8.1.3 Quá trình oxy hoá sinh học Oxy hoá sinh học là quá trình chuyển hoá các nguyên tố từ dạng hữu sang các dạng vô có trạng thái oxy hoá cao tác dụng vi khuẩn Vì vậy, quá trình này còn gọi là khoáng hoá vi khuẩn Cacbon hữu + O → CO2 vi khuẩn Hydro hữu O → H O vi khuẩn Nitơ hữu + O → NO vi khuẩn Lưu huỳnh hữu + O → SO 2vi khuẩn Photpho hữu + O → PO 3Vi khuẩn oxy hóa các chất thải nhằm tự cung cấp đủ lượng để có thể tổng hợp các phân tử phức tạp protein và chất khác cần thiết cho việc tạo nên các tế bào 8.1.4 Phương pháp xử lý sinh hoá Phương pháp này dựa vào khả sống vi sinh vật Chúng sử dụng các chất hữu có nước thải làm nguồn dinh dưỡng cacbon, nitơ, photpho, kali Trong quá trình dinh dưỡng các vi sinh vật nhận các chất để xây đựng tế bào và sinh lượng nên sinh khối nó tăng lên Quá trình diễn qua giai đoạn: Giai đoạn hấp phụ các chất phân tán nhỏ, keo và hoà tan (dạng hữu và vô cơ) lên bề mặt tế bào vi sinh vật Giai đoạn phân huỷ các chất hấp phụ qua màng vào tế bào vi sinh vật Đó là phản ứng hoá sinh (oxy hóa và khử) 77 Nước thải công nghiệp sau đã xử lý phương pháp sinh hoá có thể xả nguồn nước tiếp nhận, trường hợp cụ thể còn thực giai đoạn khử trùng trước xả sông, ao hồ Có ba nhóm phương pháp xử lý nước thải theo nguyên tắc sinh học: Các phương pháp hiếu khí (aerobic) Các phương pháp thiếu khí (anoxic) Các phương pháp kị khí (anaerobic) Nguyên tắc các phương pháp xử lý + Nguyên tắc các phương pháp xử lý hiếu khí: Phương pháp hiếu khí dùng để loại các chất hữu dễ bị vi sinh phân huỷ khỏi nguồn nước Các chất này các loại vi sinh hiếu khí oxy hoá oxy hòa tan nước Vi sinh Chất hữu + O →H O + CO + lượng Vi sinh Chất hữu + O → Tế bào Năng lượng Tế bào + O → CO + H O + NH Tổng cộng: Chất hữu + O → H O + CO + NH … Trong phương pháp hiếu khí ammoni loại bỏ oxy hoá nhờ vi sinh tự dưỡng (quá trình nhật hoá) Nitrosomonas 2NH + + 3O → 2NO 2- + 4H + + 2H O + Năng lượng Nitrobacter 2- 2NO + O → 2NO 3Vi Sinh Tổng cộng: NH + + 2O → NO + 2H + + H O + Năng lượng Điều kiện cần thiết cho quá trình: pH = 5,5 - 9,0, nhiệt độ - 40 o C + Nguyên tắc các phương pháp xử lý thiếu khí Trong điều kiện thiếu oxy hoà tan xảy khử nitrit Oxy giải phóng từ nitrat oxy hoá chất hữu và nitơ tạo thành vi sinh NO - → NO + O Chất hữu 78 O → N + CO + H O Trong hệ thống xử lý theo kỹ thuật bùn hoạt hóa khử nitric xảy không tiếp tục cung cấp không khí Khi đó oxy cần cho hoạt động vi sinh giảm dần và việc giải phóng oxy từ nitrat xảy Theo nguyên tắc trên phương pháp thiếu khí (khử nhật hóa) sử dụng để loại nitơ khỏi nước thải + Nguyên tắc các phương pháp xử lý yếm khí Phương pháp xử lý kị khí dùng để loại bỏ các chất hữu phần cặn nước thải vi sinh vật tuỳ nghi và vi sinh kị khí Hai cách xử lý yếm khí thông dụng là: • Lên men axit: Thuỷ phân và chuyển hoá các sản phẩm thuỷ phân (như axit béo, đường) thành các axit và rượu mạch ngắn và cuối cùng thành khí cacbonic • Lên men metan: Phân huỷ các chất hữu thành metan (CH ) và khí cacbonic (CO ) việc lên men metan nhạy cảm với thay đổi pH pH tối ưu cho quá trình là từ 6,8 đến 7,4 Thí dụ phản ứng metan hoá: Methanosarcina CH COOH → CH + CO 2CH (CH )COOH → CH + 2CH COOH + C H COOH + CH + CO Các phương pháp kị khí thường dùng để xử lý nước thải công nghiệp và chất thải từ trại chăn nuôi Tùy theo điều kiện cụ thể (tính chất, khối lượng nước thải, khí hậu, địa hình, mặt bằng, kinh phí ) người ta dùng phương pháp trên kết hợp chúng với Quá trình khử nitrat Trong quá trình phân huỷ hiếu khí, dinh dưỡng môi trường đã suy kiệt, các vi sinh vật có khả sử dụng chính tế bào nó, kết quá trình tạo NO (còn gọi là quá trình nitrat hóa) NH bị oxy hóa theo phản ứng Do vậy, việc khử nitrat là cần thiết sau các quá trình này Quá trình khử nitrat là biến đổi NH - thành N nhờ các vi sinh vật yếm khí nhận lượng để phát triển từ phản ứng khử NO song lại yêu cầu nguồn cacbon từ ngoài để tổng hợp tế bào Thông thường dòng thải chứa 79 NO - nghèo dinh dưỡng CH OH thường dùng làm nguồn cacbon Các yếu tố môi trường để đảm bảo trì cân hoạt động các vi khuẩn axitogenes và methanolgen: - Tránh oxy hoà tan - Không có các kim loại độc tố kìm hãm quá trình hoạt động vi khuẩn - pH: 6,5 - 7,5 và không 6,2 vì điều kiện này các vi khuẩn tạo khí CH không hoạt động - Đủ lượng dinh dưỡng N, P áp cho vi khuẩn - Nhiệt độ: 30-38 o C thích hợp với vi khuẩn mesophilic, 55-60 o C thích hợp với vi khuẩn thermophilic 8.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ 8.2.1 Ao hồ ổn định Phương pháp xử lý sinh học đơn giản là kỹ thuật "ổn định nước thải" Đó là loại hồ chứa nước thải nhiều ngày phụ thuộc vào nhiệt độ, oxy tạo hoạt động tự nhiên tảo ao Cơ chế xử lý ổn định chất thải bao gồm hai quá trình hiếu khí và kị khí a Ao ổn định hiếu khí Là loại ao cỡ 0,3 - 0,5 m thiết kế cho ánh sáng mặt trời thâm nhập vào lớp nước nhiều làm phát triển tảo hoạt động quang hợp để tạo oxy Điều kiện không khí bảo đảm từ mặt đến đáy ao Hồ ưa khí (hồ oxy hoá cao tốc) Dạng đơn giản các hồ ổn định ưa khí là hồ lớn, nông đất Chúng dùng để xử lý nước thải quá trình tự nhiên bao gồm việc sử dụng tảo và vi khuẩn Mô tả quá trình: Hồ ổn định ưa khí chứa đựng vi khuẩn và tảo thể lơ lửng và các điều kiện ưa khí ngự trị suốt chiều sâu hồ Có loại hồ ưa khí chính Trong loại đầu (cao tốc), mục tiêu là sản xuất tảo mức tối đa Các hồ này thường bị giới hạn độ sâu khoảng 15 - 45 cm Loại thứ hai (hồ oxy hoá hồ ổn định), mục tiêu là sản xuất oxy mức tối đa và độ sâu hồ thường đạt tới 1,5 m Lượng oxy cung cấp cho nước hồ từ nguồn: - Sản phẩm quá trình quang hợp - Khuếch tán từ không khí 80 Ngoài còn có thể nâng cao mức oxy nước cách kết hợp sục khí b Ao, hồ kị khí Là loại ao sâu, không cần oxy hoà tan cho hoạt động vi sinh Ở đây các loại vi sinh kị khí và vi sinh tùy nghi dùng oxy từ các hợp chất nitrat, sunphat để oxy hoá chất hữu thành mêtan và CO Như các ao này có khả tiếp nhận khối lượng lớn chất hữu và không cần quá trình quang hợp tảo Hồ kị khí thường dùng để xử lý nước thải có độ ô nhiễm hữu cao và chứa hàm lượng chất rắn lớn Điển hình đó là hồ sâu đất với các ống dẫn vào và hợp lý Để bảo toàn nhiệt và trì điều kiện kị khí, các hồ kị khí đã xây dựng với chiều sâu lớn m Thông thường các hồ này điều kiện kị khí suốt chiều sâu chúng, trừ vùng nhỏ trên bề mặt Sự ổn định các chất hữu xảy kết hợp quá trình kết tủa và chuyển hóa kị khí CO và CH Các sản phẩm cuối thể khí khác, các axit hữu và các mô tế bào Các chất thải bổ sung vào hồ lắng xuống đáy Dòng đã xử lý sơ đưa tiếp vào các quá trình xử lý khác Ở đây hiệu suất chuyển hoá BOD thường đạt tới 70% c Ao hồ tùy nghi Loại ao này thường sử dụng nhiều hai loại trên Ao ổn định chất thải tùy nghi là loại ao hoạt động theo quá trình hiếu khí và kị khí Ao thường sâu từ - m, thích hợp cho việc phát triển tảo và các vi sinh tùy nghi Ban ngày, có ánh sáng quá trình chính xảy ao là hiếu khí Ban đêm lớp đáy ao quá trình chính là kị khí Mô tả quá trình: Có vùng hồ tuỳ nghi: Vùng bề mặt đó các vi khuẩn ưa khí và tảo tồn mối quan hệ cộng sinh Vùng đáy kị khí đó các chất rắn tích bị phân hủy các vi khuẩn kị khí Vùng trung gian, vừa có phần là ưa khí và phần là kị khí, đó phân hủy các chất thải hữu tiến hành các vi khuẩn tuỳ tiện Trong thực tiễn, oxy lưu giữ lớp trên có mặt các tảo cách sử dụng các máy thông khí bề mặt Nếu sử dụng các máy thông khí bề mặt thì không cần có tảo ưu điểm sử dụng các máy thông khí bề mặt là có thể nâng tải trọng hữu lớn Tuy nhiên, tải 81 trọng hữu đó không vượt quá số lượng oxy các máy thông khí cung cấp, không cần phải khuấy trộn toàn thể tích nước hồ các lợi ích việc phân huỷ kị khí bị d Các hồ ưa khí có thông khí Các hồ này cải biên từ hồ ổn định tuỳ tiện (facultitive) các máy thông khí bề mặt lắp đặt để khắc phục, hạn chế mùi hôi từ các hồ "quá tải hữu cơ" Mô tả quá trình: Các quá trình hồ thông khí giống quá trình hoạt hoá bùn thông khí kéo dài thông thường (thời gian lưu là 10 ngày) là hồ làm đất và oxy cần thiết cho quá trình cung cấp bề mặt các máy thông khí khuếch tán Trong hồ ưa khí tất chất rắn giữ trạng thái lơ lửng Trước đây các hồ thông khí vận hành là dòng chảy qua hệ thống hoạt hoá bùn không có tuần hoàn và thường tiếp nối các bể lắng lớn Hiện nhiều hồ thông khí dùng nối tiếp với các công trình lắng và kết hợp với tuần hoàn các chất rắn sinh học Trong tiêu hủy ưa khí thông thường, bùn thông khí thời gian dài bể hở không đốt ẩm, sử dụng các máy khuếch tán không khí thông thường thiết bị thông khí bề mặt Quá trình này có thể vận hành theo phương thức liên tục gián đoạn, đó bùn thông khí và trộn thời gian dài, tiếp đó là lắng trạng thái tĩnh và gạn Trong các hệ thống làm việc liên tục, người ta dùng bể riêng để gạn và làm đặc bùn Ngoài các loại ao hồ trên, theo phương pháp "ao ổn định chất thải" người ta còn kết hợp với các loại ao nuôi cá, thả rau (rau muống, bèo Lục Bình ) Để tăng hiệu xử lý nước thải ta nên kết nối các loại ao với 8.2.2 Quá trình bùn hoạt tính Đây là kỹ thuật sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải đô thị và công nghiệp Theo cách này, nước thải đưa qua phận chắn rác, loại rác, chất rắn lắng, bùn tiêu huỷ và làm khô Quá trình này có thể hồi lưu (bùn hoạt tính xoay vòng) làm tăng khả loại BOD (đến 60 90%), loại N (đến 40%) và loại coliform (60 - 90%) Một dạng cải tiến phương pháp bùn hoạt tính là phương pháp "thông khí tăng cường" gần đây đã sử dụng nhiều nước phát triển tên gọi "mương oxy hoá" Trong hệ thống này có thể bỏ qua các giai đoạn lắng bước và tiêu huỷ bùn Tuy nhiên quá trình lại cần biện pháp thông khí kéo dài với cường độ cao 82 Mô tả quá trình phản ứng có khuấy trộn liên tục với tuần hoàn các tế bào: Về vận hành, xử lý chất thải phương pháp sinh học với quá trình bùn hoạt tính thực theo kiểu dòng chảy (flow sheet) Chất thải hữu đưa vào bể phản ứng đó số lượng vi khuẩn cấy giữ thể lơ lửng Các chất bể phản ứng khuấy trộn Môi trường ưa khí bể phản ứng đạt cách dùng đầu khuếch tán thông khí học Đồng thời có tác dụng để giữ hỗn hợp chất lỏng chế độ khuấy trộn hoàn toàn Sau thời gian, hỗn hợp các tế bào và cũ đưa qua bể lắng, đó các tế bào tách khỏi nước thải đã xử lý Một phần các tế bào đã lắng tuần hoàn để giữ cho bể phản ứng luôn luôn có "mật độ" các sinh vật theo yêu cầu, còn phần thải Phần thải ứng với tăng trưởng khối mô tế bào liên hợp với loại nước thải nào đó Mức sinh khối cần giữ lại bể phản ứng phụ thuộc vào hiệu suất xử lý theo yêu cầu và yếu tố khác liên quan đến động học sinh trưởng, các bể tiêu huỷ ưa khí có thể dùng để xử lý: Riêng các loại bùn hoạt tính bùn từ lọc sinh học Những hỗn hợp bùn lọc sinh học với bùn từ bể lắng sơ cấp Bùn thải từ các nhà máy xử lý hoạt hoá bùn thiết kế không có phần lắng sơ cấp Hiện nay, hai biến thể quá trình tiêu huỷ ưa khí dùng rộng rãi là: tiêu huỷ thông thường và tiêu hủy với oxy bổ cập Quá trình tiêu huỷ ưa khí, ưa nhiệt cứu xét Mô tả quá trình: Trong tiêu huỷ thông thường, bùn thông khí thời gian dài bể hở và không đốt ẩm có các máy khuếch tán không khí thông thường thiết bị thông khí bề mặt Quá trình này có thể vận hành theo phương thức liên tục hay gián đoạn Sự tiêu hủy ưa khí oxy tinh khiết là biến thể quá trình tiêu huỷ ưa khí đó oxy tinh khiết sử dụng thay cho không khí Khối bùn cuối cùng sinh tương tự bùn tiêu huỷ thông thường Sự thay đổi dùng oxy tinh khiết là công nghệ nghiên cứu số nơi trên quy mô thực tiễn Sự tiêu hủy ưa khí, ưa nhiệt thể hãy còn là tinh chế khác quá trình tiêu huỷ ưa khí Quá trình này thực với các vi khuẩn ưa nhiệt nhiệt độ lớn từ 25 o C-55 o C (77-122 o F) nhiệt độ 83 không khí xung quanh Nó có thể đạt hiệu suất khử phần có thể sinh huỷ cao (cho đến 80%) với thời gian lưu ngắn (3 - ngày) 8.3 CÁC QUÁ TRÌNH LỌC SINH HỌC 3.1 Điều kiện ưa khí Thiết bị lọc sinh học (bể lọc nhỏ giọt) Các quá trình xử lý sinh học sinh trưởng ưa khí bám theo bề mặt thường dùng để khử các chất hữu có nước thải Phương pháp này dùng để thực quá trình nitrat hoá (chuyển hoá nitrogen dạng NH thành NO ) Các quá trình sinh trưởng bám theo bề mặt bao gồm: lọc sinh học, lọc nhỏ giọt, lọc thô và lọc quay tròn là quá trình thông dụng Các quá trình này xét đến cách chi tiết các quá trình khác Hình 8.1.Hệ thông xử lý nước thải dùng thiết bị tiếp xúc sinh học có kèm theo bể lắng Khái niệm bể lọc sinh học, bể lọc nhỏ giọt xuất phát từ việc sử dụng các bể lọc tiếp xúc Chúng là bể kín nước chứa đầy đá vụn Trong lúc vận hành, lớp lọc tiếp xúc đổ đầy nước thải từ trên xuống cho phép nước thải tiếp xúc với môi trường lọc thời gian ngắn Sau đó tháo cạn nước và bể lọc ngừng làm việc, trước lập lại chu kì Một chu kì điển hình cần 12 (6 để vận hành và nghỉ) Những hạn chế bể lọc tiếp xúc bao gồm: Dễ bị tắc, khoảng thời gian ngừng hoạt động dài và tải trọng tương đối thấp Mô tả quá trình: Bể lọc sinh học loại nhỏ giọt đại bao gồm lớp môi trường lọc các vật liệu dễ thấm Các vi sinh vật bám vào đó và nước thải cần lọc thấm qua chảy nhỏ giọt qua lớp lọc có tên là "bể lọc nhỏ giọt" (hay còn gọi là bể lọc sinh học) Vật liệu làm môi trường lọc thường đá có đường kính 25 - 100 mm 84 Độ sâu lớp đá thay đổi với thiết kế cụ thể, thông thường là từ 0,9 - 2,5m và trung bình là 1,8 m Các bể lọc sinh học có sử dụng nhựa làm môi trường lọc là kiểu mới, áp dụng gần đây Bể lọc này xây dựng với dạng vuông hay các dạng khác có độ sâu từ - 12 m Các bể lọc với môi trường lọc đá thường là hình tròn và dung dịch nước thải phân bố từ trên xuống phận quay tròn Các bể lọc xây dựng với hệ thống thoát nước phía để thu thập nước thải đã xử lý và các chất rắn sinh học đã tách khỏi môi trường lọc Hệ thống thoát nước phía là quan trọng vì nó vừa là phận thu thập nước vừa là kết cấu rỗng qua đó không khí có thể lưu thông Chất lỏng thu đưa qua bể lắng đó các chất rắn tách khỏi nước thải đã xử lý Trong thực tiễn, phần nước thu lại từ hệ thống thoát phía là dòng từ bể lắng tuần hoàn lại, thường là để pha loãng nước thải vào Chất hữu có nước thải phân huỷ các vi sinh vật bám vào môi trường lọc Chất hữu chất lỏng hấp phụ trên màng sinh học phần ngoài lớp màng sinh học Chúng bị các vi sinh vật ưa khí phân huỷ Khi các vi sinh vật phát triển, độ dày lớp màng tăng lên Như môi trường kị khí thiết lập gần bề mặt môi trường lọc Khi lớp bùn dày lên, chất hữu hấp phụ thực quá trình trao đổi chất trước nó có thể tiếp cận với các vi sinh vật gần bề mặt môi trường lọc Kết là không có nguồn hữu từ bên ngoài cho cacbon các tế bào, nên các vi sinh vật gần bề mặt môi trường lọc chuyển sang giai đoạn tăng trưởng nội sinh và khả bám vào bề mặt môi trường lọc Khi đó chất lỏng rửa trôi lớp bùn khỏi môi trường lọc và lớp bùn bắt đầu phát triển Hiện tượng lớp bùn đó gọi là "lột da" và là chức tải trọng hữu và thuỷ lực lên bể lọc Tải trọng thuỷ lực để tính cho các vận tốc trượt, còn tải trọng hữu để tính cho tốc độ trao đổi chất lớp bùn Trên sở tốc độ nạp tải trọng thuỷ lực và tải trọng hữu cơ, các bể lọc thường chia làm hai loại: tốc độ thấp và tốc độ cao Thiết bị tiếp xúc sinh học loại quay tròn: Thiết bị tiếp xúc sinh học quay tròn gồm loại đĩa tròn cách không xa polystiren ciorua polyvinin Các đĩa ngập nước thải phần và quay tròn với tốc độ chậm nước thải 85 Hình 8.2 Thiết bị tiếp xúc sinh học loại quay tròn Mô tả quá trình: Khi vận hành, khối tăng trưởng sinh học bám vào bề mặt các đĩa và có thể hình thành lớp bùn trên toàn mặt ướt các đĩa Sự quay tròn các đĩa làm cho sinh khối tiếp xúc với chất hữu nước thải và sau đó với không khí để hấp thụ oxy Sự quay tròn các đĩa ảnh hưởng đến chuyển giao oxy và khối sinh vật điều kiện "ưa khí" Sự quay đó là chế để lấy các chất rắn thừa từ các đĩa các lực trượt mà nó tạo và để giữ các chất rắn tách rời thể lơ lửng, chúng có thể dùng xử lý thứ cấp 8.3.2 Điều kiện thiếu oxy Việc loại nitrogen dạng nitrat hoá cách chuyển hoá thành khí nitrogen có thể thực theo phương pháp sinh học điều kiện thiếu oxy Quá trình này gọi là khử nitrat Trước đây, chuyển hoá thường coi là khử nitrat kị khí Tuy nhiên, các quá trình chính sinh hoá không phải kị khí mà lại là biến thể quá trình ưa khí Vì vậy, việc sử dụng từ "thiếu oxy" thay cho từ "kị khí" coi là thích hợp Các quá trình khử nitrat chính có thể xếp loại là các quá trình sinh trưởng thể huyền phù và sinh trưởng bám theo bề mặt Khử nitrat sinh trưởng thể huyền phù Khử nitrat sinh trưởng thể huyền phù thường thực hệ thống hoạt hoá bùn theo kiểu dòng đẩy (nghĩa là sau bất kì quá trình chuyển hoá amoniac và nitrogen dạng hữu thành nitrat - nitrat hóa) Các vi khuẩn kị khí nhận lượng để tăng trưởng từ việc chuyển nitrat qua thành khí nitrogen đòi hỏi nguồn cacbon từ bên ngoài để thực tổng hợp tế bào Các dòng nitrat hóa thường chứa ít hợp chất có cacbon vì metanol thường dùng làm nguồn cacbon, các chất thải công nghiệp nghèo chất dinh dưỡng đã dùng Vì khí nitrogen tạo thành phản ứng khử nitrat cản trở lắng xuống hỗn hợp dung dịch nên bể phản ứng khử khí 86 nitrogen phải hoạt động trước bể lắng cho quá trình khử nitrat Việc khử metanol dư còn lại, kể BOD là thuận lợi việc dùng bể khử khí nitrogen Khử nitrat màng cố định Sự khử nitrat qua màng cố định tiến hành bể phản ứng hình tháp trụ chứa đá vật liệu tổng hợp làm môi trường lọc để làm chỗ bám cho vi khuẩn sinh trưởng Tuỳ thuộc vào kích thước môi trường lọc, quá trình này có thể cần không cần nối "bể lắng trong" Việc thải các chất rắn thực thông qua việc tải chất rắn thể lơ lửng dòng mức thấp Việc rửa bảng nước theo chu kì rửa không khí là điều cần thiết để ngăn cản các chất rắn đóng chặt tháp Điều đó có thể gây tổn thất áp suất quá lớn Cũng quá trình khử nitrat sinh trưởng thể huyền phù, thông thường nguồn cacbon cấp từ ngoài là cần thiết cho quá trình Hầu hết các ứng dụng quá trình này bao gồm phương thức "chảy xuống" (bằng trọng lượng hay áp lực) 8.3.3 Điều kiện kị khí Hai quá trình sinh trưởng thể huyền phù, kị khí thông dụng để xử lý nước thải là: + Quá trình tiêu huỷ kị khí + Quá trình tiếp xúc kị khí Sự tiêu hủy kị khí Tiêu hủy kị khí là quá trình sử dụng lâu dùng để ổn định các chất bùn Nó bao gồm phân huỷ chất hữu và vô không có oxy phân tử Quá trình này đã và áp dụng chính ổn định các chất bùn sinh xử lý nước thải và xử lý số chất thải công nghiệp Mô tả quá trình: Trong tiêu huỷ kị khí, chất hữu hỗn hợp bùn lắng sơ cấp và bùn sinh học, điều kiện kị khí chuyển hoá sinh học thành mê tan (CH ) và cacbon dioxide (CO ) Quá trình thực bể phản ứng kín khí Bùn đưa vào cách liên tục theo đợt và giữ lại bể phản ứng với thời gian khác Bùn đã ổn định lấy liên tục theo đợt quá trình, không bị thối rữa và số các chất gây bệnh bùn giảm nhiều Hiện nay, người ta dùng kiểu bể tiêu huỷ, tốc độ bình thường (chuẩn) và tốc độ cao Trong quá trình tiêu huỷ tốc độ chuẩn (hình a), các chất 87 bể tiêu huỷ thường là không đun ấm lên và không khuấy trộn Thời gian lưu cho quá trình này dao động từ 30 - 60 ngày Trong quá trình tiêu huỷ tốc độ cao (hình b) các chất tiêu huỷ đốt ấm và khuấy trộn Thời gian lưu là 15 ngày ít Một phối hợp hai quá trình đó gọi là quá trình hai giai đoạn (hình c) Chức chủ yếu giai đoạn là tách các chất rắn tiêu hủy khỏi phần nước lên trên mặt Tuy nhiên, tiêu hủy khác và sản sinh khí có thể xảy Hình 8.3 Những bể kiểu tiêu huỷ kị khí điển hình Quá trình giai đoạn suất thông thường: Quá trình giai đoạn, bể chứa khuấy trộn, nước thải vào thành dòng liên tục, suất cao Quá trình hai giai đoạn - Quá trình tiếp xúc kị khí Một số chất thải công nghiệp có BOD cao có thể ổn định hiệu xử lý kị khí Trong quá trình tiếp xúc kị khí, các chất thải chưa xử lý trộn với các chất rắn bùn tuần hoàn lại, xong tiêu huỷ bể phản ứng gắn vào nơi không khí vào Các chất chứa bể trộn lẫn hoàn toàn Sau tiêu huỷ, hỗn hợp đó tách bể lắng hệ thống tuyển chân không, phần nước trên bề mặt đưa để xử lý tiếp Bùn đặc kị khí đã lắng đưa vào hệ tuần hoàn lại để "cấy giống" cho nước thải đưa vào Vì các 88 vi sinh vật kị khí có suất tổng hợp thấp nên số bùn đặc thừa cần phải là nhỏ Quá trình này đã dùng có hiệu cho việc ổn định chất thải các nhà máy đóng gói thịt và các chất thải có độ hoà tan cao Thiết bị phản ứng dòng ngược qua lớp bùn kị khí (UASB) Ưu thiết bị phản ửng loại này là có mặt lớp bùn lắng có hoạt tính cao đáy Trong đó, các vi sinh vật bám vào vào các chất nhỏ thể huyền phù để hình thành hạt nhỏ khối kết Một nét quan trọng khác có liên quan đến lấy chất khí mà không ảnh hưởng đến lắng xuống các vi sinh vật và quay trở lại lớp bùn lắng Trong quá trình này, chất thải đưa vào từ đáy bể phản ứng vào lớp bùn, đây hầu hết chúng chuyển hóa thành mêtan và cacbon dioxide Chất khí phát sinh gây rung chuyển đủ để giữ cho các hạt lớp bùn chuyển động liên tục và giữ cho lớp bùn trộn Một số hạt bị đẩy lên khỏi lớp bùn, "bẫy khí" chúng lắng xuống trở lại lớp bùn Thiết bị UASB trang bị với "bộ phận tách" khí và chất rắn phần trên thiết bị (hình 8.4) Hình 8.4 Thiết bị phản ứng ngược dòng qua lớp bùn kị khí Bộ phận tách này hoạt động để tách khí sinh phản ứng mêtan hoá từ các hạt bùn phân tán Điều này quan trọng lưu lại bùn thiết bị phản ứng Lượng sinh khối giữ lại tính theo đơn vị thể tích bể phản ứng thường lớn là bể phản ứng có màng cố định, dòng chảy xuống bể lọc dòng chảy hướng lên trên Hệ thống này đã ứng dụng cho chất thải có độ ô nhiễm hữu thấp và cao 8.4 XỬ LÍ THẤM QUA ĐẤT Xử lý nước thải qua đất bao gồm việc sử dụng cây cối, mặt đất và đất để xử lý nước thải Ba phương pháp điển hình để xử lý nước thải qua đất trình bày hình 8.5 là "tưới" nước, thấm nhanh qua đất, chảy tràn mặt đất Các quá trình sử dụng đất ngập nước, sử dụng lớp mặt đất và trồng trọt nước ít áp dụng trên quy mô lớn 89 Hình Các quá trình xử lý đất Tưới nước Tưới nước thải, quá trình xử lý đất áp dụng phổ biến nay, bao gồm việc tưới nước thải vào đất và để đáp ứng các yêu cầu sinh trưởng cây cối Dòng nước thải vào đất xử lý quá trình vật lý, hoá học và sinh học Dòng nước thải đó có thể dùng tưới cho các loại cây cách phun mưa các kỹ thuật tưới bề mặt là làm ngập nước hay tưới theo rãnh, luống Có thể tưới cho cây trồng với tốc độ tiêu thụ từ 2,5 - 7,5 cm / tuần Thấm nhanh vào đất Theo phương pháp này, dòng nước thải đưa vào đất với tốc độ lớn (10 - 210 cm / tuần) cách rải các bồn chứa phun mưa Việc xử lý xảy nước chảy qua đất (đất mặt) nơi mà nước ngầm có thể dùng để đảo ngược lại gradient thủy lực và bảo vệ nước ngầm có nơi chất lượng nước ngầm không đáp ứng với chất lượng mong đợi nước phục hồi quay trở lại cách dùng bơm để hút nước đi, là đường tiêu nước mặt đất, tiêu nước tự nhiên Hố xử lý Trong phương pháp này, nước cần xử lý cho chảy xuống hố hay rãnh đào Từ hố hay rãnh này nước thấm vào đất và diễn quá trình làm Phương pháp này dùng lưu lượng nước xử lý nhỏ và lớp đất phía có độ rỗng lớn Đây là phương pháp xử lý đơn giản, ít tốn kém đầu tư cần thận trọng để tránh gây ô nhiễm nước ngầm Chảy tràn mặt đất Chảy tràn mặt đất là quá trình xử lý chủ yếu sinh học, đó nước thải đưa đến các tầng trên các ruộng bậc thang và cho chảy tràn qua bề mặt trồng trọt đến các hố thu gom nước Sự phục hồi nước thực các quá trình vật lý, hoá học và sinh học Dòng chảy tràn mặt đất có thể sử dụng là quá trình xử lý thứ cấp, đó dòng thải đã nitrat hoá có nồng độ BOD thấp Ở nơi không cho phép tháo nước 90 trên mặt đất nước thải có thể tuần hoàn lại đưa vào đất hệ thống tưới tiêu hay là hệ thống thấm nhanh Trong điều kiện diện tích đất cho phép có thể xử lý nước ô nhiễm hay nước thải cách cho chảy tràn lên vùng đất có độ dốc định Trên vùng đất này (được gọi là bãi tưới) có thảm thực vật thích hợp Lớp nước thải chảy tràn có chiều dày, vận tốc và chiều dài (tới rãnh góp) tính toán cho luôn giữ điều kiện háo khí và có thời gian lưu trên bãi đủ quá trình xử lý thực thuận lợi và đạt tới mức cần thiết Cơ chế loại chất ô nhiễm trường hợp xử lý này bao gồm: tác dụng lọc phần nước thấm xuống đất, tác dụng phân huỷ sinh học xảy trên mặt bãi và lớp đất sát mặt và quá trình bốc Sản phẩm phân huỷ rễ thực vật hấp thụ Nước sau chảy qua bãi tập trung vào rãnh đào cuối bãi để dẫn đến kênh tiêu sông hay hồ Cũng phương pháp dùng hố xừ lý, dùng phương pháp này cần chú ý đến chiều sâu nước ngầm để tránh làm ô nhiễm nước ngầm Mặt khác, bãi tưới phải bố trí xa vùng dân cư để tránh gây ô nhiễm không khí vùng dân cư Đất dùng để làm bãi tưới phải đạt độ tơi xốp định 91 Chương MỘT SỐ QUÁ TRÌNH XỬ LÍ NƯỚC THẢI 9.1 XỬ LÍ CÁC CHẤT VÔ CƠ HOÀ TAN Hầu hết các loại nước thải công nghiệp chứa các tạp chất vô hoà tan Chúng có thể sinh phản ứng hoá học nước thải các chất với nhau, quá trình rò rỉ nguyên vật liệu trên đường ống, hoà tan nước rửa, nước thải có độ kiềm axit cao gây ăn mòn đường ống vận chuyển và chính công nghệ sản xuất sinh Ví dụ: Trong nước thải khí gia công chế tạo, bột màu vô thường có các hợp chất xianua CN, crôm (Cr+6), ion sắt Fe, kẽm Zn, thiếc Sn Trong công nghiệp dược phẩm thường có muối vô gốc sunphat (SO -2 ) Clo (Cl-) Trong công nghiệp phân bón thường có các muối gốc photphat (PO4-3), amôn (NH4+)… có chứa muối vô Việc xử lý các chất vô tan nước thường giai đoạn cuối công nghệ xử lý nước thải sau đã tách các chất rắn không tan, keo, huyền phù Quá trình xử lý các chất vô là cần thiết trước đưa nước trở nguồn đưa nước sử dụng lại Tránh ảnh hưởng xấu đến sản phẩm công nghiệp (ví dụ nước sử dụng công nghiệp giấy, dệt, thực phẩm ) tránh tạo nên cặn rỉ đường ống, ăn mòn thiết bị kim loại, tránh việc tạo nên nguồn dinh dưỡng cho sinh trưởng tảo và các cây mọc nước và tránh gây biến đổi màu sắc, mùi vị nước nơi sử dụng hạ lưu Phương pháp hoá học Là phương pháp sử dụng hoá chất để tách chuyển dạng các muối vô hoà tan nước thải, thông đụng là phương pháp oxy hoá khử Phương pháp oxy hoá khử: Là phương pháp sử dụng chất có khả oxy hoá (hoặc khử) để chuyển chất vô hoà tan dạng độc sang dạng không độc nước thải Ví dụ xử lý crôm và cyanua Phương pháp điện hóa: Có thể sử dụng phương pháp điện hoá để tách các chất vô hòa tan nước thải Quá trình này xảy các điện cực cho dòng điện chiều chạy qua nước thải, không sử dụng các chất hoá học và sử dụng lượng điện, trên các thùng điện phân đã tự động hoá, có thể tiến hành liên tục gián đoạn Sau đây là phương pháp oxy hóa quật và khử canh: 92 Bình điện phân Cực Anôt Cực Canh Màng ngăn Hình Phương pháp oxy hoá quật và khử canh (Bình điện phân) Bình điện phân Theo sơ đồ bình điện phân chứa nước cần xử lý, anot các ion nhường điện tử, nghĩa là xảy phản ứng oxy hoá điện hóa, catot các ion nhận điện tử nghĩa là xảy phản ứng khử điện hoá Quá trình này dùng để xử lý nước thải chứa các hợp chất hòa tan cyanua, amin, rượu, các hợp chất nitơ, sunfua và các ion kim loại nặng Sau oxy hóa khử điện hoá, các chất nước thải được phân hủy hoàn toàn thành CO2, NH3, H2O tạo thành chất đơn giản và không độc có thể tách phương pháp khác Thí dụ: Xử lý hợp chất cyanua nước thải, người ta đưa nước thải qua bình điện phân Quá trình oxy hoá atốt cyanua xảy theo phản ứng: Sau đó: 2CNO- + 4OH- - 6e = 2CO2 + N2 + 2H2O Phương pháp trao đổi ion Phương pháp này ứng dụng truyền thống để làm mềm nước (xử lý nước cứng) và ngày càng ứng dụng để xử lý các chất vô hoà tan nước thải và giảm khó khăn việc cấp nước nội và việc xử lý nước thải, thu hồi lại các kim loại Ví dụ xử lý nước thải phương pháp trao đổi ion là việc xử lý nước thải quá trình mạ kim loại Trong nước thải chứa ion crommat (CrO4-2), đồng (Cu+2), kẽm (Zn) niken (Ni+2) Như quá trình xử lý gồm hai giai đoạn: xử lý các cation trao đổi cation và xử lý anion trao đổi anion 9.2 XỬ LÍ CÁC CHẤT HỮU CƠ Khi khử các chất rắn hữu hoà tan chứa nước thải, nhờ hoạt động vi sinh vật có hai tượng xảy ra: Các vi sinh vật sử dụng oxy để tổng hợp lượng và tế bào Các vi sinh vật thể tự oxy hóa khối xe11ulo chính thể mình Các phản ứng này có thể minh hoạ phương trình tổng quát sau: tế bào 93 Chất hữu + O2 + NH3 → Tế bào + CO2 + H2O Tế bào + O2 → CO2 + H2O + NH3 Quá trình phân huỷ BOD từ bùn sinh học có thể xảy theo hai giai đoạn: Giai đoạn đầu: Hiệu xử lý cao chất lơ lửng, keo và màu Giai đoạn tiếp theo: Phân hủy các chất hòa tan BOD xảy với tốc độ chậm Phụ thuộc vào tính chất lý học, hoá học các chất hữu mà chế phân huỷ BOD ban đầu có thể là chế sau đây: Phân huỷ các chất rắn nhờ hoạt động màng tụ sinh học Sự phân huỷ này xảy nhanh và phụ thuộc vào khuấy trộn chất thải với bùn Phân hủy các chất dạng keo nhờ khả hấp thụ lý- hoá học các màng tụ sinh học Hấp thụ sinh học các chất hữu hoà tan nhờ hoạt động vi sinh vật Hiện còn tranh luận cho phân huỷ này là kết tham gia các tổ hợp men hay là tham gia hoạt động vi sinh vật có thể đây là kết hai loại hoạt động trên Ba chế trên hình thành từ có tiếp xúc bùn và các chất thải Những chất thải lắng đọng và keo cần thiết phân ly thành các chất có phân tử lượng nhỏ để tế bào dễ tổng hợp Thời gian để xảy quá trình này trước tiên phụ thuộc vào nồng độ các chất bùn hoạt hoá và đặc điểm cụ thể các chất hữu Khi có thông khí liên tục thì quá trình phân huỷ các chất hữu nói chung xảy nhanh Tốc độ phát triển tế bào giảm cùng với giảm nồng độ BOD còn lại nước thải Khi tốc độ phân huỷ bắt đầu giảm, bùn bắt đầu chứa các chất hữu cacbon không bị đồng hoá Trong đó, mức phân huỷ đã giảm cường độ quá trình hoạt động tổng hợp liên tục tăng tới mức cực đại hàm lượng cacbon tế bào bị giảm chuyển thành xe11ulo 9.3 XỬ LÍ VÀ THẢI BÙN Để thiết kế các thiết bị xử lý và thải bùn, điều cần biết là: Nguồn gốc bùn (loại bùn) và bùn sinh từ quá trình nào? Các thông số đặc trưng bùn: nồng độ x, khối lượng riêng p, trở lực riêng lọc r, nhiệt trị Q, thành phần hoá học (C, N, P, K, kim loại ) vi sinh vật gây bệnh Lượng bùn: đây là thông số cần thiết để thiết kế các thiết bị xử lý và thải bùn Lượng chất rắn đầu vào nhà máy xử lý nước hàng ngày thay đổi giới hạn rộng Để đảm bảo khả xử lý nước nhà máy cần xem xét các yếu tố đây: + Tốc độ tạo bùn trung bình và lớn + Tiềm thể tích chứa nhà máy + Các công nghệ xử lý và thải bùn 94 Các quá trình xử lý nước thải dân dụng và nước thải công nghiệp dẫn đến việc tách các chất gây ô nhiễm và chuyển chúng sang pha có thể tích nhỏ Các quá trình thường áp dụng là tách pha rắn khỏi nước thải lắng, gạn, tuyển nổi, lọc Dùng các quá trình hóa học để tách các chất gây ô nhiễm dạng keo tụ, tạo bông, kết tủa Dùng các quá trình sinh học để phân huỷ các chất hữu gây ô nhiễm (hiếu khí, yếm khí) Như sau quá trình xử lý và làm nước thải, nước đã qua xử lý quay trở lại môi trường để sử dụng lại còn bùn tạo thành thải Thông thường ta có: (V bùn / V nước thải) x 100% < 1% Tuy nhiên, việc xử lý và thải bùn khó lượng bùn lớn, thành phần khác nhau, độ ẩm cao và bùn khó lọc Các nghiên cứu cho thấy giá thành xử lý và thải bùn chiếm khoảng 25 - 50% tổng giá thành quản lý chất thải Sơ đồ công nghệ xử lý bùn: Có nhiều sơ đồ công nghệ xử lý bùn, việc chọn sơ đồ nào tuỳ thuộc vào các yếu tố sau: - Giá thành xử lý - Đảm bảo tiêu chuẩn môi trường Hình 9.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý bùn Trong công nghệ xử lý và thải bùn có các quá trình bản: Điều hoà (conditioning) Làm đặc (thickening) Tách nước (dewatering) Chuyển hóa (conversion) - Phân hủy yếm khí (anaerobic digestion) - Phân hủy hiếu khí (aerobic digestion - Đốt (combustion) - Chế thành phân bón composting) 95 - Ổn định vôi (lime stabilization) - Tẩy trùng clo (disinfection Cl2) Vận chuyển (transportation) Thải bùn (ultimate disposal) Xử lý bùn có hai hương sau: - Tái sử dụng phần dinh dưỡng và chất hữu có bùn: Khi đó ổn định bùn, loại trừ vi sinh vật gây bệnh, phân huỷ chất hữu độc - Thải bỏ: Xử lý sơ để giảm thể tích bùn thải bỏ Các vật liệu chứa bùn có thể thải vào: không khí, nước và đất Các phương án xử lý bùn Điều hoà bùn Điều hoà bùn là sử dụng các tác nhân hoá học và biện pháp vật lý làm thay đổi liên kết ẩm với rắn bùn để tăng tốc độ tách nước khỏi bùn Quá trình này thường tiến hành trước tách nước kết hợp với tách nước Các tác nhân điều hòa thường là: CaO (hay dùng cho bùn lắng thô), FeCl3 (hay dùng cho bùn sinh học và polyme) Các tác nhân này hoà vào nước tăng tốc độ tạo bông, keo tụ, các hạt rắn và làm dễ dàng cho quá trình tách nước, có thể dùng biện pháp cấp nhiệt để phá keo Ví dụ: Khi FeCl3 tan vào nước tạo bông Fe(OH)3 Fe+3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+ Các bông này hấp phụ các hạt keo, làm phá vỡ các vỏ solvat các hạt các hạt Fe(OH)3 là keo dương, các hạt bùn nước là hạt keo âm trung hoà và dính vào nhau, dễ dàng lắng xuống Còn thêm polyme: polycrylamit chỗ tích điện tích các hạt keo âm vào nó và theo chế bắc cầu, các hạt bùn nước bám vào nó thành tập hợp các hạt lớn Lượng tác nhân điều hoà tuỳ thuộc loại bùn và loại thiết bị tách nước xác định thực nghiệm Làm đặc Các quá trình: + Lắng trọng lực + Tuyển + Lắng ly tâm thường sử dụng để làm đặc bùn Các phương pháp này dễ áp dụng và giảm đáng kể thể tích bùn khoảng 60% ẩm tách Thể tích bùn giảm và giảm giá thành các khâu xử lý bùn Các nghiên cứu đã ra: Nồng độ bùn tăng Giá thành phân huỷ bùn giảm từ 2%-8% Lắng trọng lực 96 Thiết bị là các bể lắng làm việc theo nguyên tắc lắng trọng lực tốc độ chậm lắng tự Làm đặc theo nguyên tắc tuyển Tuyển là quá trình làm đặc bùn sục vào bùn dòng khí phân tán dạng bọt nhỏ Các hạt bùn không thấm ướt dính vào bọt và cùng với bọt lên trên bề mặt chất lỏng và hớt ngoài Để thay đổi tính thấm ướt hạt và giữ cho các hạt nhỏ bền không dính vào với thành bọt lớn làm giảm suất quá trình người ta cho thêm tác nhân trợ nổi: Polyme Bảng 9.1 Các thông số làm việc thiết bị làm đặc bùn tuyển Loại bùn Nồng độ bùn Tốc độ nạp bùn theo pha (kg/m2 ngày) Trước làm đặc (%) Sau làm đặc(%) Không có polyme có polyme Lắng sơ + bùn hoạt tính Lắng sơ +(bùn hoạt tính + FeCl3) (Lắng sơ + FeCl3) + bùn hoạt tính 2,0 5,5 9,8 294 1,5 3,5 73,5 220,5 1,8 4,0 73,5 220,5 Bùn hoạt tính Bùn hoạt tính + FeCl3 Bùn lắng đã phân huỷ + bùn hoạt tính Bùn lắng đã phân huỷ +bùn hoạt tính + FeCl3 1, 1,0 3,0 2,5 10,0 49 49 98 147 147 294 8,0 73,5 220,0 Đính các hạt bùn với bọt khí và cùng với bọt lên trên bề mặt Để tạo bọt không khí có thể dùng phương pháp sục khí, hút chân không, điện phân dung dịch, sinh học (do phát triển và hoạt động sống vi sinh vật đun nóng bùn tới 35 550c) Hiệu làm tăng số bọt n tăng và kích thước bọt thích hợp (rbọt =15 50 µm) Làm đặc ly tâm Thường đo % Ở đây: Cr là nồng độ rắn nước thải đã ly tâm (màu %) Cc là nồng độ rắn bã Cs là nồng độ rắn bùn vào ly tâm 97 Mục đích chính là phân huỷ phần hữu bùn là phương pháp ổn định bùn, giảm lượng vi sinh vật gây bệnh, giảm lượng bùn Thay đổi cấu trúc bùn và trên kết ẩm Đây là quá trình làm thay đổi cấu trúc bùn và dạng liên kết ẩm với bùn cho các quá trình tách nước và làm bùn Quá trình có thể có tác nhân và không có tác nhân tham gia + Tác nhân keo tụ là các muối Fe và Al: FeSO4, Fe2(SO4)3, FeCl3, Al2(SO4)3, NaAlO2 + Các muối này hoà tan nước tạo bông Me(OH)3 Me3+ + 3HOH = Me(OH)3 + 3H+ Các bông này lắng xuống đáy kéo theo các hạt keo, hạt mịn bị phá vỡ, kết làm thay đổi dạng liên kết nước với bùn và thay đổi cấu trúc bùn làm dễ dàng cho quá trình tách nước và làm đặc Tốc độ kết tụ phụ thuộc nồng độ tác nhân keo tụ, kích thước và hình dạng hạt Khi độ kiềm bùn lớn người ta rửa bùn trước cho tác nhân keo tụ vào Tác nhân tăng cường tạo bông là các hợp chất cao phân tử: tinh bột, đường dextrin, este, xe11ulo, polyarerylamit Các chất này hấp phụ trên bề mặt hạt và hạt làm tăng cường quá trình kết tụ nhờ lực hấp phụ Vandecvan Không dùng tác nhân gia công nhiệt, chiếu xạ, điện Các biện pháp này làm phá vỡ vỏ hạt làm thay đổi cấu trúc và dễ dàng tách nước Ví dụ: Khi gia công nhiệt bùn đun 170 - 200oC đó cấu trúc bùn bị phá vỡ Bùn sau xử lý nhiệt và tách nước có thể dùng làm phân bón hỗn hợp N - P Tách nước (Dewatering) Mục đích + Giảm thể tích bùn + Tăng giá trị nhiên liệu bùn Các phương pháp: + Lọc chân không + Lọc ly tâm + Lọc ép: Lọc qua lớp cát, lớp sỏi, lớp than; Sân phơi bùn Sân phơi bùn: là kiểu lọc bùn qua lớp vật liệu cát sỏi - Bùn bơm trải trên mặt sân phơi lớp dày 200 - 300 mm - Sân có bề mặt diện tích phơi khoảng 6m chiều rộng, - 30m chiều dài 98 Phía có hệ thống cống ngầm với ống thải xa 2,5 - 6m - Hàm lượng ẩm bùn cho 10 - 15 ngày phơi khoảng 60% Chuyển hoá (Conversion) Mục đích: làm phân huỷ các chất hữu và khử các chất độc bùn Các phương pháp: + Phân huỷ yếm khí (Anaerobic digestion) + Phân huỷ hiếu khí (Aerobic digestion)+ Đốt (conbustion) + Chế thành phân bón (Composting) + Cho vôi bột vào (Lime stabilization) + Tẩy chị (Disinfection Clo) a Phân huỷ yếm khí Các chất hữu bùn bị phân hủy điều kiện yếm khí nhóm vi khuẩn: Vi khuẩn phân hủy (có sẵn lượng lớn nước thải và bùn thảo phân huỷ với tốc độ cao các chất hữu phức tạp thành các chất hữu đơn giản có khối lượng phân tử nhỏ thành các axit và rượu Vi khuẩn tạo khí metan: phân huỷ tiêu hóa các axit và rượu (sản phẩm giai đoạn thủy phân) thành CH4 và CO2 Các phương trình phản ứng phân huỷ yếm khí các chất hữu xảy sau: Các vi khuẩn này nhạy với thay đổi độ pH Khoảng pH hoạt động là từ 6,5 - đến 8,0; độ pH thích hợp là 7,2 - 7,4 Tốc độ phân huỷ tuỳ thuộc vào lưu lượng cấp bùn, độ pH, đặc trưng pha rắn, nhiệt độ, mức độ pha trộn bùn thô với phần đã phân huỷ Chất hữu bùn + H2O + dinh dưỡng + vi sinh → CH4 + CO2 Thiết kế dựa trên: - Thời gian lưu trung bình tế bào - Tốc độ nạp liệu tính theo pha rắn - Thể tích sản phẩm phân hủy - Bùn sau phân hủy sấy khô đốt dùng làm phân bón vùi lấp b Phân hủy hiếu khí 99 Phân huỷ các chất hữu bùn điều kiện có oxy nhờ các vi khuẩn hiếu khí thành CO2,NH3, H2O và giải phóng lượng Ưu điểm - Vận hành đơn giản - Thời gian phân huỷ nhanh Nhược điểm - Tách nước khỏi bùn khó - Tốn lượng để sục khí Các phản ứng có thể viết sau: Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ quá trình là: - Nồng độ các chất hữu bùn - Hàm lượng O2 hoà tan - Nhiệt độ - Độ pH - Các tạp chất dung dịch: kim loại nặng, muối khoáng (là các chất kìm hãm) Quá trình chế biến ủ phân (composting) Quá trình phân huỷ hiếu khí ứng dụng làm phân hữu để xử lý chất thải rắn và bùn Các vật liệu làm phân trộn với đảm bảo tỷ lệ C:N = 25; độ ẩm 50 - 60% có bổ sung dinh dưỡng và vi sinh vật hiếu khí Quá trình tiến hành sau: - Ủ đống, đảo trộn định kì để cấp oxy luân chuyển lớp ngoài vào để vật liệu tham gia phản ứng - Ủ đống, thổi khí để cấp oxy Tiến hành thiết bị phản ứng Nhiệt độ quá trình 50 - 60oc vì các vi sinh vật gây bệnh bị tiêu diệt Thời gian phân huỷ cấp oxy và đảo trộn tốt: - tuần Thời gian ủ tiếp sau: - tuần Nếu đảo trộn kém 11 lần/ năm, thời gian phân huỷ có thể từ - năm Kết quá trình làm phân bón: - Tách nước bùn 100 - Khử mùi - Giảm vi sinh vật gây bệnh - Tạo cảnh quan và sản phẩm hữu có lợi - Phân hữu để cải tạo đất, giữ ẩm và cây dễ mọc rẻ Các thông số kỹ thuật làm phân hữu cơ: - Độ ẩm: 50 - 60% - Nhiệt độ: 50 - 60oc - Độ pa gần trung tính - C/N: 20 - 25 - O2 = - 15% Phân huỷ yếm khí Quá trình phân huỷ yếm khí các chất hữu lý thuyết chia làm bước: Bước l: Chất có khối lượng phân tử lớn → Phân tử thích hợp cho vi sinh vật sử dụng Bước 2: Các chất sau bước → Chất có phân tử lượng thấp chủ yếu là axit axitogen Bước 3: Các chất sau bước → CH4 + CO2 Sự ổn định chất thải điều kiện phân huỷ yếm khí hoàn thành CH4 và CO2 Sinh Đốt Mục đích: Đốt bùn để phân huỷ các chất hữu (cháy không khí) thành nước, N2, CO2, tro và tận dụng nhiệt quá trình đốt, mặt khác khử trùng bùn Vận chuyển Tuỳ dạng bùn, điều kiện địa phương có thể dùng các phương tiện khác để chuyển bùn tới chỗ thải (ô tô, tàu hoả, thùng chứa, ống dẫn, tàu biển, ) Thải bùn - Vùi lấp - Cải tạo đất hoang 101 Chương 10 CÁC VÍ DỤ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỤ THỂ 10.1 XỬ LÍ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN Việc xử lý nước thải bệnh viện là vấn đề quan trọng, vì ngoài hàm lượng các chất bẩn thường gặp nitơ, photpho, clorua, kali, chất béo, hydrocacbon còn chứa thêm lượng vi khuẩn như: vi trùng lao, vi trùng gan, vi trùng tả, lỵ, thương hàn, sốt rét v.v Chúng thải từ các chất cặn bã bệnh viện, từ các phòng nuôi cấy vi trùng Đây là mầm mống ban đầu để phát triển bệnh dịch kéo dài, trên phạm vi rộng lớn gặp điều kiện môi trường thích hợp Hệ thống xử lý nước thải Trạm thiết kế để thu nguồn nước thải từ bệnh viện Sau đó đưa nước đã xử lý vào hệ thống nhận nước chung thành phố Sơ đồ trạm xây dựng theo trình tự: - Sàng lọc khô - trống sàng - Bể thông khí và các phận thông khí - Xử lý nước thải phương pháp sinh hoá - Bể váng và tách bùn sinh hoá - Trạm đo kết - Xử lý bùn (bể bùn) Dao động nước ngày điều chỉnh bể điều hoà Hình 10.1 Sơ đồ xử lý nước thải bệnh viện Bảo vệ Sức khoẻ Trẻ em Giai đoạn tiền xử lý nước thải tách thành hai phần: + Phần thô: bao gồm cặn, bã, rác thải nhỏ Chúng bị giữ lại, đem khử trùng vôi + Phần còn lại bao gồm nước và bùn, chúng tiếp tục đưa xuống bể thông khí sơ 102 Xử lý phương pháp sinh học + Bể thông khí sơ bộ: Một điều kiện để bể lọc làm việc bình thường là cung cấp oxy không khí cho sinh vật hiếu khí Bên cạnh đó, thông khí còn có tác dụng loại khí CO2 khỏi bể lọc, tạo điều kiện cho quá trình sống và hoạt động vi sinh vật Nguồn oxy đưa vào bể từ môi trường bên ngoài nhờ máy bơm khí + Bể lọc sinh vật (bao gồm các bể nhỏ): Bể lọc sinh vật nối với bể thông khí hệ thống bơm tuần hoàn Trong bể có các đĩa nhựa xếp chéo làm nhiệm vụ lọc sinh học Nhờ hệ thống bơm tuần hoàn nên nước phân phối trên bề mặt các bể lọc, theo chiều từ lên trên và quá trình này lặp lặp lại nhiều lần Ở giai đoạn đầu tưới nước thải vào các vật liệu lọc diễn quá trình oxy hoá phần các chất ô nhiễm có nước thải và cho hiệu suất làm là thấp Song đó trên bề mặt vật liệu lọc có vi sinh vật, động vật bậc thấp bám vào và chúng tạo màng sinh vật Trong lọc diễn quá trình hấp phụ sinh học, đông tụ và oxy hoá các chất bẩn nước chủ yếu dạng hoà tan, phần dạng keo và lơ lửng Quá trình làm nước thải diễn từ nước chảy qua bể lọc, hiệu làm cao đạt đã hình thành màng sinh vật vì chúng có khả phá huỷ các liên kết hữu tạo thành nước và giải phóng CO2 Nước đưa lên bể lọc sinh học đổ xuống bể thông khí nhiều lần Sau đó chúng tiếp tục đưa sang bể váng nhờ van nhỏ Xử lý phương pháp hoá học Người ta sử dụng hoá chất FeCl3.6H2O Với hàm lượng 100g/m3 để làm nước, thực chất quá trình này là: Nhưng nước còn tổn lớn PO43- FePO4 là hợp chất kết tủa không tan, chúng có tỷ trọng nhỏ tỷ trọng nước nên bị đẩy lên bề mặt, tạo thành các váng Ngoài nước vào đã bị nén lại, nên trả áp suất bình thường thì chúng tạo các hạt bọt khí Các bọt khí này bị đẩy lên trên bề mặt và chúng kéo theo các màng sinh vật già cỗi có lẫn nước, tạo thành kết tủa xốp Nước đưa ngoài qua máng tràn, còn phần kết tủa chủ yếu chuyển xuống bể bùn nhờ hoạt động băng gạt và phần nhỏ trả bể 103 không khí nhằm cung cấp thêm hàm lượng photpho cho nước tạo điều kiện cho vi sinh vật hoạt động Xử lý bùn: Bùn từ quá trình trên đưa xuống bể bùn và tiến hành xử lý vôi Giai đoạn khử trùng nước thải: Mục đích giai đoạn này là nhằm tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh trước xả vào nguồn nước thải chung Theo số nghiên cứu cho thấy các vi khuẩn đường ruột còn sót lại nước thải đã xử lý, chí số trực khuẩn đường ruột bị tiêu diệt đến 99% Vì sau giai đoạn xử lý nước thải thiết phải qua khâu khử trùng để đảm bảo an toàn Hàm lượng NaClO sử dụng là 50g/m3, thời gian tiếp xúc 0,5 Sau đó nước xả vào hệ thống thoát nước chung khu vực 10.2 XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHỨA CRÔM Crôm (thường dạng Cr+6) thường có nước thải các nhà máy: hoá chất sản xuất các sản phẩm crôm bột màu gốc crôm, mạ điện (mạ crôm), thuộc da (dùng hợp chất crôm để xử lý da) Vì hợp chất có ít độc so với hợp chất Cr+6 nên sở phương pháp hóa học để xử lý nước thải chứa crôm là phản ứng khử để biến Cr+6 thành Cr+3, tiếp đó tách C+3 dạng hydroxyt kết tủa Những chất khử có thể là Na2S, Na2SO3, NaHSO3, FeSO4, SO2… Quá trình phản ứng có thể tiến hành theo các bước với natri sunfit Na2S, môi trường axit: vì natri sunfit bị thuỷ phân mạnh nên tạo hydroxyt crôm kết tủa: Với FeSO4 môi trường axit: Sau đó cho thêm sữa vôi (hoặc loại kiềm nào đó) để Cr+3 có thể kết tủa dạng hydroxit: Để khử Cr+6 thành Cr+3 các phản ứng luôn diễn môi trường axit, tốt pH = (do thường phối hợp nước thải chứa crôm với nước thải chứa axit cùng hệ thống xử lý cho thêm axít vào đạt pH = 2) Sau phản 104 ứng chuyển Cr6+ Cr3+ đã xong, để kết tủa Cr(OH)3 lại cần bổ sung thêm kiềm để trung hòa nước thải từ pH = (cho tới pH = lại tăng lên pH = 9), ngoài còn phải tiêu hao lượng kiềm cho quá trình liên kết Cr+3 thành hydroxyt crôm kết tủa lắng xuống Tính chất loại cặn lắng này tuỳ thuộc vào thành phần, tính chất nước thải, nồng độ crôm, pH và loại kiềm sử dụng Nếu muốn dùng cặn hydroxyt crôm để làm bột màu xanh ve nên dùng kiềm kali natri, nhiên việc lắng cặn kết tủa có khó khăn dùng sữa vôi Hình 10.2 Sơ đồ công đoạn xử lý nước thải chứa crôm Nước thải điều hoà lưu lượng và nồng độ crôm với pH > thì phải bổ sung axit đến pH = (trước thực phản ứng khử) Sau đó dựa vào nồng độ crôm tính lượng chất khử cần thiết (thường dư 1,25 lần so với lý thuyết dùng natrisunfit và sắt sunphat) Chất khử chuẩn bị dạng dung dịch 10% đưa vào bể phản ứng nhờ thiết bị định lượng, thời gian khuấy trộn bể phản ứng thường nhỏ 30 phút Sau đó phản ứng khử kết thúc thì cho kiềm vào (sữa vôi xút NaOH) Vôi chuẩn bị dạng đung dịch 2,5% theo CaO thêm vào cho hỗn hợp đạt pH = Tiếp tục khuấy trộn - phút và cuối cùng cho hỗn hợp sang bể lắng (thường không quá giờ) 10.3 XỬ LÍ CÁC HỢP CHẤT CYANIDES Các hợp chất cyanua chứa nước thải sản xuất thuỷ tinh hữu cơ, các xí nghiệp mạ (mạ đồng, kẽm), nhà máy khí chế tạo, nhà máy luyện kim màu, nước thải làm lò cao Vì các muối cyanua (CNO-) thường không độc cyanua (CN-) nên sở phương pháp hoá học xử lý nước thải chứa hợp chất cyanua là oxy hóa các cyanua thành cyanat chuyển các hợp chất độc thành phức chất với sắt (Fe(CN)+4 và (Fe(CN))-3 tạo các kết tủa từ các cyanua đơn giản, phức chất với cyanua tách khỏi nước phương pháp lắng lọc Trong đó biện pháp oxy 105 hoá cyanua độc thành các sản phẩm không độc là có nhiều ưu điểm vì nhanh, CN hoàn toàn bị phân huỷ và nước không nhiễm bẩn trở lại các hợp chất cyanua Những chất oxy hoá có thể là lỏng (Cl2) môi trường kiềm, permangatkali (KMnO4), ôzôn (O3) các gốc hypoclorit Với Clo lỏng môi trường kiềm: Để oxy hóa cyanua đơn giản, tan độc CN- + Cl2 + 2OH- = CNO- + 2Cl + H2O Rất độc 1000 lần ít độc so với CNCNO- bị thuỷ phân CNO- + 2H2O = CO3-2 + NH4+ Nếu bổ sung thêm chất oxy hóa 2CNO- + 3Cl + 4OH- = 2CO2 + N2 + 6Cr + 2H2O Để oxy hoá cyanua phức hợp tan, độc Cu(CN)2- + 3Cl2 + 8OH- = 3CNO- + 6Cl- + CU(OH)2 + 3H2O 2CNO- + 3Cl2 + 4OH- = 2CO2 + N2 + 6Cl + 2H2O Với permangatkali: Để oxy hoá cyanua đơn giản, tan độc 3Cr + 2MnO4- + H2O = 3CNO- + 2MnO2 + H2O + 2OHCNO- + 2H2O = CO3-2 + NH4+ Để oxy hoá cyanua phức hợp tan, độc 3Cu(CN)3-2 + 7MnO4- + 3H2O = 9CNO- +3CU(OH)2 + 7MnO + 4OHCNO- + 2H2O = CO3-2 + NH4+ Như đã thấy để oxy hoá các cyanua thành cyanat điều kiện tối ưu để phản ứng diễn môi trường kiềm là với pH = 10 - 11 Sau cyanua đã oxy hoá thành cyanat thì cần tiếp tục oxy hoá cyanat thành nitơ phân tử và CO2 diễn cách có hiệu Ngoài kỹ thuật xử lý thường tính dư liều lượng chất oxy hoá vì nước thải ngoài cyanua còn có các tạp chất khác có thể bị oxy hoá chất oxy hoá đưa vào 10.4 XỬ LÍ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA Trong các nhà máy bia 30% khối lượng nước thải là từ quá trình sản xuất bia và 70% là từ quá trình rửa chai lọ Hỗn hợp nước thải chứa 500 mg/l BOD và khoảng 550mg/l COD, 400 - 700 mg/l SS và độ pH từ 3,5 - 11 Nước thải này xử lý bùn hoạt tính để tạo chất lỏng chứa 20mg/1 BOD, 20 mg/l COD và 70 mg/l rắn lơ lửng Khi áp dụng thêm các 106 phương pháp keo tụ, lắng lọc cùng với bùn hoạt tính có thể giảm hàm lượng COD, BOD5… xuống mức thấp nhiều Tiêu chuẩn thiết kế và kích thước phin lọc dùng cho các mục đích trên trình bày bảng sau: Báng 10 Tiêu chuẩn thiết kê các thiết bị khác đê xử lý nước thải nhà máy bia Thiết bị Tiêu chuẩn thiết kể Bể trung hoà Thời gian lưu giữ mịn Bình không khí Thời gian lưu giữ 22h, tải BOD 1,2 kg/m3/d Bể lắng Thời gian lưu giữ 9h, bề mặt chất tải 10m/d Bể lắng keo tụ Thời gian lưu giữ 2,5h bề mặt chất tải 50m/d Phin lọc cacbon hoạt tính Tốc độ tuyến tính - 20m/h, tốc độ không gian 2,51/h Phin lọc Tỷ lệ lọc 200m/d Antraxit E.S = l,2m L = 200m Cát E.S = O,6m L = 500m Tỷ lệ rửa lại: l m/min Tỷ lệ sục khí: l m/min Thời gian lọc: 12h 10.5 XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHỨA DẦU Hình 10 Sơ đồ nguyên tắc hệ thông xử lý nước thải dầu mỡ Như để xử lý nước thải chứa dầu mỡ, thường có giai đoạn chính: 107 - Làm phương pháp học: tách các tạp chất rắn và lỏng có độ phân tán cao - Làm phương pháp hoá lý: tách các hạt keo, khử độc nước chứa axit, kiềm và hoá chất - Làm phương pháp sinh học: tách các chất hữu hoà tan Làm phương pháp học Để làm nước thải chứa đầu mỡ với việc tách các hạt có độ phân tán cao các hạt rắn huyền phù người ta sử dụng bể lắng cát, bể lắng phân ly dầu, bể lắng thứ cấp, bể lọc cát a Bể lắng cát Tại bể lắng cát tách 5% hạt có kích thước lớn (0,15 - 0,2 mm và tách 25% dầu nước thải Cấu tạo, nguyên lý làm việc và cách tính toán bể lắng cát tương tự phòng lắng thông thường b Bể phân ly dầu (bể thu dầu) Để tách dầu và các tạp chất học nước thải người ta sử dụng bể phân ly dầu Đây là thiết bị chính sơ đồ trạm xử lý nước thải chứa dầu phương pháp học Trung bình nước thải dầu chiếm 10% tổng số các chất hữu Có thể tách dầu nước thải phương pháp trọng lực Ở điều kiện tĩnh, lượng dầu lắng cùng cặn, còn phần lớn lên bề mặt Loại các tạp chất khỏi nước thực chất giống lắng các hạt rắn khác là trường hợp này khối lượng riêng dầu nhỏ nước Do đó hạt lên, còn kết cấu thiết bị giống thiết bị lắng hạt rắn lật ngược lại Có thể áp dụng định luật Stoc để tính tốc độ hạt dầu Tốc độ tách dầu phụ thuộc vào khối lượng riêng, độ nhớt tạp chất và nước thải, kích thước hạt dầu, chế độ thuỷ động lực các pha c Bể lắng thứ cấp Thực tế để làm triệt để nước thải, sau khỏi bể phân ly dầu người ta cho nước thải chảy qua bể lắng thứ cấp Sau qua bể này, hàm lượng dầu nước thải giảm còn 30 - 60 mg/l Thời gian lắng chất thải bể từ đến ngày đêm Việc thu và tách dầu trên bề mặt bể nhờ ống thu dầu và phương pháp học Bể lắng thứ cấp có nhược điểm chính sau: khó tách dầu và cặn, chiếm mặt xây dựng lớn, giá thành cao, làm bẩn khí dầu bay Chính các nhược điểm này làm cho việc sử dụng nó bị hạn chế d Bể lọc cát Để tiếp tục tách dầu nước thải, người ta còn sử đụng bể lọc cát Vật liệu lọc là cát thạch anh hạt lớn có kích thước 0,5 - mm Chiều cao lớp cát - 1,2m Thường cho nước thải từ lên với tốc độ 5m/giờ Nước thải trước vào bể lọc cát có hàm lượng dầu khoảng 50 - 60mg/l và là 20 - 30mg/1 Ở chế độ ứng với các 108 thông số lọc tối ưu thì thời gian làm việc vật liệu lọc là 150 - 200 Khi đó dầu nằm vật liệu lọc chiếm 0,5% Việc tái sinh vật liệu lọc cách rửa nước nóng và lạnh có kết hợp thổi khí theo các bước sau: 1- Tháo cạn thải bể 2- Cấp đầy nước nóng nhiệt độ 80oc vào bể 3- Thổi không khí khoảng 10 - 15 phút với lưu lượng 201m3/s 4- Rửa nước nóng 15 phút với lưu lượng 201m3/s 5- Thổi không khí khoảng 10 - 15 phút với lưu lượng 201m3/s 6- Rửa nước lạnh khoảng phút với lưu lượng 151m3/s Làm đông tụ Đông tụ là phương pháp để làm nước thải có dầu mỡ, các hạt nhũ tương và huyền phù Tác nhân đông tụ có thể sử dụng các bazơ các muối nhôm, sắt Trong quá trình làm đông tụ xảy việc lắng các tạp chất tan nước vì làm giảm số BOD, COD nước thải Lượng chất đông tụ phụ thuộc vào nồng độ tạp chất, lượng chất hoạt động bề mặt nước thải và các yếu tố khác, thường khoảng 25 - 100mg/l Hàm lượng dầu nước thải sau làm không vượt quá 30 - 40mg/l Chất đông tụ và tuyển sử dụng: Al2(SO4)3, FeCl3, Poliac rilamid Lượng chất đông tụ phụ thuộc vào chất lượng nước thải (thường >25 mg/l) Hàm lượng dầu nước thải sau tuyển khoảng 10 - 20 mg/l Hiệu làm các tạp chất học là 80 - 95% Ngoài người ta còn dùng phương pháp tuyển điện để xử lý nước thải chứa dầu, để tách triệt để dầu nước thải phương pháp hoá lý, sau làm đông tụ và tuyển nước thải có thể xử lý tiếp phương pháp ozôn hoá, hấp thụ, thẩm thấu ngược Tuy nhiên, các phương pháp này phí lớn công nghệ và thiết bị phức tạp Vì chúng ít sử dụng, trừ trường hợp mức độ yêu cẩu làm cao Giai đoạn đông tụ sử dụng các hoá chất cần thiết vào để tác dụng với các thành phần gây độ kiềm nhằm tạo kết tủa giai đoạn keo tụ Hoá chất thông dụng có tác dụng gây độ kiềm là Al2(SO4)3xH2O, chất này, ví dụ: HCO3- theo phản ứng Từ phản ứng trên ta thấy cho hoá chất Al2(SO4)3xH2O vào thì pH giảm xuống Nếu dùng sunphat sắt diễn phản ứng: Khi hệ có mặt O2 thì Fe(OH)2 oxy hoá thành Fe(OH)3 109 Fe(OH)3 ít tan Fe(OH)2 pH thông thường, vì nước có đủ O2 hòa tan thì người ta dùng FeSO4.7H2O Trong trường hợp ngược lại, người ta dùng hỗn hợp Cl2 và FeSO4.7H2O để oxy Fe thành Fe3+: 2+ Fe3+ bị thủy phân tạo thành Fe(OH)3 Việc lựa chọn hoá chất gây đông tụ tuỳ thuộc vào đặc tính nước thải cần xử lý 10.6 XỬ LÍ CHẤT THẢI NGUY HẠI Các chất thải nguy hại dạng khí, lỏng, rắn thải từ các sở công nghiệp các dòng thải: khí thải, nước thải, rác thải, các chất độc hại có các sản phẩm sử dụng sinh hoạt: xăng, dầu, ắc quy, chất tẩy, sơn, thuốc trừ sâu người dân thải bỏ cùng với nước thải và rác thải gây ô nhiễm không khí, nước bề mặt, nước ngầm, gây ô nhiễm đất, gây tích tụ sinh học, gây cháy nổ làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường sinh thái và gây nguy hiểm cho sức khoẻ cộng đồng Các chương trình xử lý chất thải nguy hại bao gồm chiến lược sau: + Giảm lượng và độ độc hại chất thải nguy hại nguồn + Xử lý để tách riêng các chất thải nguy hại, biến đổi hoá học, sinh học nhằm phá huỷ các chất thải nguy hại biến đổi chúng thành các chất ít nguy hại + Thải bỏ chất thải nguy hại theo đúng kỹ thuật để không gây tác hại tới môi trường và sức khoẻ cộng đồng Các quá trình kỹ thuật xử lý chất thải nguy hại: Có nhiều quá trình kỹ thuật áp dụng để xử lý chất thải nguy hại Các quá trình điển hình có thể chia thành nhóm: - Các quá trình hoá lý: chủ yếu để tách chất thải nguy hại từ pha này sang pha khác để tách pha nhằm giảm thể tích dòng thải chứa chất thải nguy hại - Các quá trình hoá học: để biến đổi hóa học các chất thải nguy hại thành chất không độc hay ít độc - Các quá trình sinh học: để phân huỷ sinh học các chất thải nguy hại hữu - Các kỹ thuật thải bỏ chất thải nguy hại Mỗi phương pháp có ưu điểm và mặt hạn chế nó, vì việc lựa chọn phương pháp xử lý là tuỳ thuộc vào: + Bản chất chất thải 110 + Nồng độ chất thải + Tiêu chuẩn môi trường + Các yếu tố kinh tế - kỹ thuật Mặt khác, không phương pháp nào có thể xử lý triệt để chất thải trên thực tế thường áp dụng dây chuyền xử lý bao gồm tập hợp các quá trình xử lý liên kết và bổ sung cho để đạt mục tiêu xử lý Ví dụ: Để tách các kim loại nặng khỏi dòng thải người ta dùng nối tiếp quá trình: Kết tủa, tạo bông, lắng Để tách dầu khỏi nhũ tương dầu - nước, người ta dùng quá trình phá nhũ tương (bằng hoá học), phân ly, gạn Đốt (inineration) Đốt chất thải là quá trình oxy hoá chất thải oxy không khí nhiệt độ cao Các chất thải nguy hại có thể xử lý phương pháp đốt là dung môi hữu cơ, dầu thải và các chất chứa dầu, plastic cao su, sơn, chất thải bệnh viện, chất thải các xí nghiệp dược phẩm, phenol, nhựa và sáp, chất thải hữu chứa S, P, N và halogen, thuốc trừ sâu, Các chất thải không nên xử lý phương pháp đốt: chất thải phóng xạ, chất thải dễ nổ Nhiệt độ quá trình to > 900oC vì: 900 - 10000oC hydrocarbons cháy hết 1100 - 1200oC PCB: hợp chất hữu chứa Cl cháy hết < 900oC dioxin và furan hình thành Thời gian lưu chất thải lò đốt đủ để cháy pha khí ít là giây, còn với pha rắn phải vài tuỳ loại và kích thước chất thải, phải đảm bảo tiếp xúc tốt oxy không khí với chất thải đảo trộn pha rắn và tốc độ dòng khí Sản phẩm quá trình đốt là khói lò có chứa bụi, các oxit kim loại nặng và các khí axit vì phải xử lý trước đưa vào không khí Xử lý bụi bằng: cyclone, lọc điện, lọc túi, tháp rửa Xử lý khí tháp lọc bụi: dùng các dung dịch kiềm sữa vôi, soạn để hấp thụ hoá học Tro lò đốt đem vùi lấp Lò đốt chất thải có nhiều loại: Lò đứng, lò tầng sôi, lò quay, 111 Có thể đốt chất thải lò xi măng, lò nung kiểu lò quay vì có nhiệt độ cao và thời gian lưu đủ để phân huỷ chất thải Cũng có thể đốt chất thải lò hơi, song hệ thống sau lò hơi, lò xi măng, lò nung không đủ để xử lý các chất độc khói Nhiệt toả đốt chất thải tận dụng để cấp nước nóng, tạo nước, Trao đổi ion (ion exchange) Trao đổi ion là quá trình tương tác dung dịch với pha rắn có tính chất trao đổi ion pha rắn với ion có dung địch Quá trình dùng để tách các kim loại Pb, Zn, Cu, Hg, Cr Ni, Cd, Mn, hợp chất As, P, CN-, các chất lỏng phóng xạ khỏi nước thải Pha rắn trao đổi ion gọi là các ionit Pha rắn trao đổi các ion dương gọi là cation Pha rắn trao đổi các ion âm gọi là anion Pha rắn trao đổi dương và âm gọi là hỗn hợp Dưới đây là dãy xếp thứ tự các theo lượng đẩy chúng: Ổn định, đóng rắn (Stabilization/Solidification) Ổn định/đóng rắn là công nghệ trộn vật liệu khác (chất đóng rắn) tạo thành thể rắn bao lấy chất thải cố định chất thải cấu trúc vật rắn Quá trình này sử dụng phổ biến để xử lý chất thải sản xuất kim loại, mạ kim loại, nóng chảy Pb, chất thải tuyển khoáng, bùn, tro lò đốt tạo thành khối rắn dễ vận chuyển và thải bỏ 112 Phần III CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN Chương 11 THU DỌN CHẤT THẢI RẮN Thu dọn chất thải rắn trên địa bàn thành phố là công việc khó khăn và phức tạp vì "sản xuất" chúng các khu nhà ở, nhà máy, khu thương mại là quá trình xảy rộng khắp nơi, nhà, quan, đường phố, nhà máy, công viên v.v Do phức tạp nên phải tập trung khoản kinh phí khá lớn cho việc quản lý chất thải rắn chi cho khâu thu dọn và vận chuyển Chẳng hạn Mỹ, năm 1975 số kinh phí dành cho giai đoạn thu dọn chất thải rắn chiếm 60 đến 80% Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình thu gom chất thải rắn: - Yếu tố địa hình (vùng trũng hay ngập nước trời mưa to gây khó khăn cho xe, người đến điểm thu gom) - Quy hoạch đô thì, xây dựng nhà ở: quy hoạch các khu dân cư các công trình công cộng, hạ tầng sở - Đường phố, chiều dài, chiều rộng đường, chất lượng đường - Thời tiết: thời tiết nóng, ẩm, mưa, gió, băng tuyết - Kinh phí: kinh phí sử dụng cho trang thiết bị, lương trả cho công nhân - Phương tiện thu dọn chất thải rắn: xe, chổi quét, quần áo bảo hộ lao động - Ý thức, thái độ công chúng: ý thức gìn vệ sinh chung, hợp tác với quan chuyên trách thu dọn rác - Quy định, luật lệ vệ sinh công cộng: quy định nơi đổ rác, quy định thùng chứa rác Ở Hà Nội, tất các yếu tố nêu trên có nhiều mặt không thuận lợi cho việc thu dọn rác thành phố Chẳng hạn mùa mưa, nhiều đường phố, nhiều khu tập thể bị ngập nước, nước rút đến giờ, chí có đến ngày và còn lâu Nước ngập làm rác trôi dạt từ nơi này đến nơi khác, xe lấy rác không thể tiếp cận điểm lấy rác, v.v Ở Hà Nội năm gần đây, việc xây dựng nhà ở, công sở, công trình công cộng phát triển mạnh chưa theo quy hoạch nghiêm ngặt nào nên quá trình thoát nước thành phố kém, việc đó dẫn đến tồn đọng nhiều chất thải rắn - Phương tiện thu dọn chất thải rắn (xe ôm, xe đẩy tay v.v…) còn thiếu nhiều so với mức yêu cầu và kém mặt chất lượng - Sự hợp tác công chúng việc giữ gìn vệ sinh còn chưa cao Ngoài ra, người dân thiếu tôn trọng các quy định vệ sinh công cộng (tuân thủ các nội quy đổ rác, gom rác, v.v…) 113 11.1 CÔNG CỤ VÀ PHƯƠNG TIỆN THU GOM CHẤT THẢI RẮN Trong khâu chuẩn bị và thực thu dọn chất thải rắn (rác thải) thì công cụ thu gom và vận chuyển đóng vai trò quan trọng Thiếu công cụ và phương tiện chất lượng kém có ảnh hưởng lớn đến công tác thu gom và vận chuyển rác nhiều thời gian, rác không thu gom hết và ảnh hưởng đến môi trường, ảnh hưởng đến các hoạt động lại trên đường phố 11.1.1 Công cụ thu dọn rác a Thùng đựng rác Thùng đựng rác có kích thước khác phù hợp với nguồn thải Ở các nước phát triển, kích thước chất liệu màu sắc thùng đựng rác chuẩn hoá Thùng đựng rác gia đình thường có kích thước nhỏ từ 10 - 20 lít Hiện các gia đình sử dụng thùng nhựa, bên có thêm bao plastic và có nắp đậy chống ruồi nhặng và bốc mùi hôi thối Ở nước ta, các thùng đựng rác gia đình chưa chuẩn hoá kích thước chất liệu, màu sắc Việc sử dụng thùng để đựng rác còn tuỳ tiện; nhiều gia đình sử dụng thùng nhựa, chậu sắt, nhựa, nhôm hỏng để đựng rác Thùng đựng rác khu chung cư có kích thước lớn nhiều khoảng 200l Thùng nhựa có nắp đậy quai xách và có gắn bánh quay để dễ di chuyển Thùng đựng rác kiểu này trang bị cho các phân xưởng sản xuất, các khu công cộng, Ớ Việt Nam các thùng đựng rác các khu tập thể, nhà máy, xí nghiệp, khu công cộng thay các bể xây gạch, thùng bê tông, hố, chí bãi đất có diện tích vài chục m2 Hiện túi plastic đựng rác sử dụng khá phổ biến các hộ gia đình Ở các nước phát triển kích thước và màu sắc túi plastic chuẩn hoá và bán các siêu thị, thí dụ túi màu đen để đựng rác thực phẩm b Chổi quét rác Chổi quét rác dùng gia đình đa dạng kích thước, chất liệu và bán các cửa hàng đồ gia dụng Chổi đót (làm từ cây đót) sử dụng phổ biến các gia đình nông thôn và thành thị Việt Nam Ở châu âu, chổi nhựa (làm từ các sợi nhựa cứng vừa phải) khá thông dụng Chổi quét đường thường làm chất liệu cứng chổi dùng gia đình Ở Việt Nam, chổi này thường là chổi tre có cán dài tạo cho người quét rác có tư thoải mái, không phải khom lưng làm việc c Xẻng hót rác Xẻng hót rác bao gồm loại chính: loại dùng cho gia đình và loại dùng cho công nhân quét rác Loại dùng cho gia đình có cán ngắn khoảng 20cm, làm nhựa kim loại (tôn, nhôm, ) Loại dành cho công nhân quét rác có cán dài, làm kim loại cứng và to loại xẻng dùng cho gia đình 114 Loại xẻng này còn dùng để xúc bùn, xúc cát, đất, v.v d Giày, ủng, găng tay, trang, kính, mũ quần áo Các loại bảo hộ lao động này nhằm giúp công nhân dọn rác bảo vệ da, ngăn ngừa bụi, mùi hôi xâm nhập vào đường hô hấp Đặc biệt quan trọng công nhân phải thu dọn các loại chất thải rắn độc hại chất thải rắn bệnh viện, hóa chất v.v… e Xe đẩy tay Ở các thành phố, thị xã, thị trấn Việt Nam, các công ty môi trường đô thị đã trang bị các xe đẩy tay có thùng đựng rác khoảng 0,5m3 Cứ - công nhân quét rác phụ trách xe đẩy tay 11.1.2 Phương tiện vận chuyển rác Ngày các phương tiện vận tải ô tô, tàu hoả, xà lan sử dụng để chở rác đến khu vực xử lý, tái chế, bãi thải Ô tô tải có nhiều loại khác trọng tải, kiểu dáng thiết kế, thiết bị kèm theo Một số loại ô tô tải chở rác như: ô tô tải thường có gắn thùng phía sau để chở rác rời, xe moóc, xe tải chở các thùng đựng rác, xe tải có gắn thiết bị (khung) đổ thùng rác tự động, xe tải đổ rác có thiết bị nén ép tự động v.v Tàu hỏa, goòng chuyên sử dụng để chở rác từ trạm trung chuyển đến bãi rác Sử dụng các phương tiện chở rác cần đạt các yêu cầu sau đây: + Chi phí thấp + Phương tiện chở rác phải che đậy + Cần có quy định đường dành cho xe chở rác + Đảm bảo trọng tải, tốc độ 11.2 HỆ THỐNG, CÁC PHƯƠNG THỨC THU DỌN RÁC 11.2.1 Các loại dịch vụ thu dọn rác a Dịch vụ thu gom rác các khu dân cư Dịch vụ này phụ thuộc vào loại nhà ở, loại khu tập thể, nhà cao tầng, Đối với nhà ít tầng có các loại dịch vụ sau: Lề đường: theo kiểu dịch vụ này thì gia đình đưa thùng rác (sọt rác) mình đổ vào điểm đổ rác lề đường ngày thu gom rác Ngõ hay hành lang Để sẵn thùng rác (bao plastic đựng rác): các gia đình có thể để thùng rác hay bao plastic đựng rác nơi thích hợp tạo điều kiện cho nhân viên thu dọn tiếp cận với thùng, bao đựng rác Phía sân sau: người dọn rác có nhiệm vụ vào sân gia đình để lấy rác b Phương thức đổ thùng rác, lấy rác Hiện các thành phố, thị xã, thị trấn nước ta, việc thu dọn rác tiến hành sau: đến ngày thu dọn rác, thông thường người dọn rác (thu rác) đẩy xe (xe 115 tay) dọc theo phố mà mình chịu trách nhiệm thu rác gia đình Hiện ô tô tải có thùng dọc phố để nhận rác từ gia đình Khi có chuông, xe thu rác qua nhà nào thì nhà đó đưa sọt rác đổ vào xe Người thu dọn rác còn có nhiệm vụ quét rác đường phố, khu vực công cộng nơi mình chịu trách nhiệm Hiện người quét rác trang bị chổi cán dài và xe tay 11.2.2 Loại hệ thống thu dọn chất thải rắn thành phố Trong thực tế có nhiều loại hệ thống thu dọn chất thải rắn có thể chia làm hai loại hệ thống chính dựa trên hình thức hoạt động, thiết bị sử dụng và loại chất thải rắn thu gom a Hệ thống chở thùng (HCS) Trong hệ thống này thùng có rác chở đến địa điểm bãi rác, bãi rác dỡ sau đó thùng chứa này chở chỗ cũ đưa đến chỗ khác (hình 11.1) Thiết bị thu gom rác: có hệ thống thiết bị thu gom rác sử dụng hệ thống vận chuyển thùng: (i) Xe tải có hệ thống gắn nâng học (hoist truck mechanism) (ii) Xe tải có khung nghiêng (track with tilt-frame loading) (iii) Xe moóc chở các chất thải rắn nặng gạch vở, đất, cát, que gỗ 116 Hình 11.1 Sơ đồ hoạt động hệ thông thùng chở (a) Hệ thông quy ước; b Hệ thông đổi thùng Xác định các thông số hệ thống chở thùng: (l) Ở đây: Thcs: thời gian cho chuyến hệ thống thùng chở (giờ/chuyến) Phcs : thời gian nhặt cho chuyến hệ thống thùng chở (giờ/chuyến) s: thời gian địa điểm đặt thùng (giờ/chuyến) h: thời gian chuyến chở (đi lại) (giờ/chuyến) W: thời gian lãng phí không làm sản phẩm Thời gian chuyên chở h công thức (l) có thể tính sau: h = a + bx (2) đây: a : số kinh nghiệm không đổi (giờ/chuyến) b: số kinh nghiệm không đổi (giờ/km) x: khoảng cách tuyến vận chuyển (km/chuyến) Kết hợp hai phương trình (l) và (2) trên ta có: Thời gian nhặt thùng đổ và đặt thùng hệ thống thung chở tính theo công thức sau: Phcs : (PC + UC + dbc) (4) 117 Ở đây: PC: thời gian cần thiết để nhặt thùng đã nạp rác (giờ/chuyến) UC: thời gian cần thiết để đổ thùng rác (h/chuyến) dbc: thời gian cần thiết để lái xe đến các điểm có thùng rác (giờ/chuyến) Trong hệ thống thùng chở, số lượng chuyến cho xe ngày tính sau: Ở đây: Nd: số chuyến ngày (chuyến/ngày) H: thời gian làm việc ngày (giờ/ngày) Giả sử biết số thùng rác đổ tuần thì thời gian cần thiết tuần tính theo công thức sau: Ở đây: Dw: thời gian cần thiết tuần (số ngày/tuần) tw : số nguyên chuyến tuần (chuyến/tuần) Số chuyến tuần có thể tính sau: Ở đây: Nw: số chuyến tuần (chuyến/tuần) Vw: lượng rác thải hàng tuần (m3/tuần) C: kích thước trung bình thùng đựng rác (m3/chuyến) f: yếu tố sử dụng thùng (theo trọng lượng trung bình) f có thể hiểu là phàn nhỏ thể tích thùng rác thải chiếm b Hệ thống để thùng chỗ (Statuinary container system – SCS) Trong hệ thống này, các thùng sử dụng để chứa rác để chỗ có rác, trừ trường hợp có khoảng cách ngắn đến xe thu dọn rác (hình 11.2) Có hai loại hệ thống thiết bị thu dọn rác chính: (i) Hệ thống xúc ép hoạt động xúc rác và đổ rác tự động (ii) Hệ thống đó việc đổ rác vào xe chủ yếu tay Xác định các thông số 118 Trong hệ thống này có hai hình thức đổ rác: thủ công (tay) và học, đó cách tính thời gian, số chuyến, số xe cần để chuyên chở rác khác Đổ rác học (xe) Ở đây: Tscs : Thời gian chuyến cho hệ thống thùng đặt chỗ (giờ/chuyến) Pscs: Thời gian nhặt cho chuyến hệ thống đặt thùng chỗ (giờ/chuyến) S: Thời gian điểm rác chuyến (giờ chuyến) a : Hệ số kinh nghiệm không đổi (giờ/chuyến) b: Hệ số kinh nghiệm không đổi (giờ/km) X: Độ dài tuyến dọn rác/chuyến (km/chuyến) W: Thời gian lãng phí, không làm sản phẩm Hình 11.2 Sơ đồphôí hợp hoạt động cho hệ thông đế thùng chỗ (theo tài liệu 12) Trong hệ thống này, thời gian Pscs tính sau: Pscs = Ct (uc) + (np - 1)dbc (3) Ở đây: Ct: Số lượng thùng đổ hết rác chuyến (thùng/chuyến) uc: Thời gian trung bình xúc rác (dỡ, khỏi) thùng (giờ/thùng) 119 np: số điểm nhặt thùng chuyến dbc: Thời gian trung bình để lái xe từ điểm này đến điểm (giờ/điểm) Số thùng có rác đem đổ trên chuyến thu dọn có liên quan trực tiếp đến khối lượng (thể tích) xe thùng và tỷ lệ ép nén có thể đạt Số thùng đó có thể xác định: Ở đây: Ct là số lượng thùng đã đổ hết rác (thùng/chuyến) V là thể tích thùng xe (m3/chuyến) r là tỷ lệ nén C là thể tích thùng rác (m3/chuyến) f là yếu tố sử dụng thùng cân Số chuyến cần thiết tuần Nw tính công thức sau: Ở đây: Nw là số chuyến thu gom tuần (chuyến/tuần) Vw là lượng rác thải (mtuần) Thời gian cần thiết tuần có thể xác định công thức sau: Ở đây: Dw là thời gian cần thiết tuần (ngày/tuần) tw là giá trị (Nw) làm tròn tới số nguyên cao mặc dù chuyến cuối cùng có thể xe chở rác không có đủ rác để chở trọn chuyến đến bãi đổ rác tính H là khoảng thời gian ngày làm việc (giờ/ngày) c Xe nạp rác thủ công Nếu thu dọn rác xe nạp rác thủ công thì việc tính toán thông số có thể tiến hành sau: Giả sử H là khoảng thời gian làm việc ngày và số chuyến cần có ngày biết đã định sẵn, thời gian cần thiết để nhặt rác có thể tính theo công thức sau: Ở đây: Nd: Số chuyến thu dọn ngày (chuyến/ngày) 120 Số điểm nhặt rác chuyến thu dọn, Np (điểm/chuyến) tính theo công thức: Ở đây: 60 : Đổi phút, 60 phút/giờ n : Số người thu dọn (người) : Thời gian nhặt điểm (người - phút/điểm) 11.2.3.Tuyến thu dọn Nếu phương tiện và lực lượng lao động đã xác định thì tuyến thu dọn phải bố trí để làm hai thành phần nêu trên sử dụng cách có hiệu Nhìn chung bố trí tuyến thu dọn là việc làm có tính thử nghiệm và còn sai sót Tất nhiên không có quy luật định sẵn nào có thể áp dụng cho tất tình Một vài yếu tố sau đây có thể xét tới bố trí các tuyến thu dọn: Cần nắm các chính sách, quy định có liên quan đến các hạng mục quản lý rác (thu dọn rác, số lần thu dọn tuần) Cần phải kết hợp các điều kiện có cỡ nhóm, loại xe, v.v Tuyến thu dọn có thể bố trí cho tuyến bắt đầu và kết thúc gần đường chính (phố chính - arterial streets) Sử dụng vật cản vật lý hay địa hình làm ranh giới tuyến Ở khu vực miền núi, tuyến thu dọn nên đỉnh đốc và dần xuống chân dốc (downhi11) đó xe bắt đầu bốc nạp rác Tuyến thu dọn nên bố trí làm để thùng rác cuối cùng trên tuyến đặt địa điểm gần vôi bãi đổ rác Rác thải địa điểm giao thông dày đặc (confested) cần thu dọn vào thời gian sớm ngày Những khu vực có nhiều rác thải cần phải thu dọn trước (vào đầu buổi sáng ngày làm việc) Đối với các điểm nằm rải rác có tượng rác ít thì có thể thu dần trên cùng tuyến hay ngày làm việc Bố trí tuyến thu dọn Trong bố trí tuyến thu dọn cần phải quan tâm đến các bước sau đây: Chuẩn bị đồ khu vực đó có chứa số liệu điểm rác, nguồn rác Phân tích số liệu, các bảng tổng hợp khối lượng rác, thành phần lý, hoá, học rác Bố trí sơ tuyến thu dọn 121 So sánh tuyến sơ và mở rộng, phát triển tuyến cân đối theo thử nghiệm và sai sót Thí dụ bước : Lập ký hiệu trên sơ đồ tuyến thu dọn Hệ thống thùng đặt chỗ Hệ thống thùng Xe nạp rác chở đó: F: Tần số thu dọn rác N: Số lượng thùng đựng rác SW: Lượng rác thu gom (m3/chuyến) O: thùng, lần tuần ; thùng, lần tuần : Phục vụ không hạn định, lần tuần : thùng, lần tuần : thùng, lần tuần : Phục vụ không hạn định, lần tuần Thí dụ bước 2: F/N: 2/1 F : Tần số thu dọn (lần/tuần) N : Số lượng thùng —: Tuyến thu dọn điển hình cho ngày thứ hai Hình 11 Sơ đồ chức sử dụng khu vực 122 Nạp rác tay Hình 11.4 Sơ đồ thu dọn rác cho khu vực thương mại Lịch hoạt động (thu gom rác) Trong hoạt động thu dọn rác, cần phải có lịch cho ca, kíp, tuyến thu dọn Đặc biệt người lái xe đến các điểm rác cần có tay lịch trình (giờ, điểm lấy rác v.v ), có lịch trình tốt thì công việc thu dọn có hiệu cao 11.2.4 Kỹ thuật phân tích hệ thống thu gom chất thải rắn Sự quan tâm phân tích hệ thống thu dọn rác nảy sinh từ thực tế là phải nâng cao chất lượng hoạt động hệ thống có và mở rộng kỹ thuật xử lý số liệu mà có thể sử dụng để thiết kế đánh giá các hệ thống tương lai Những năm trước đây việc thiết kế và hoạt động hệ thống thu dọn rác chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và trực giác Kỹ thuật phân tích tiên trên bao gồm a Phân tích hệ thống Phân tích hệ thống có liên quan đến lựa chọn các mối quan hệ hợp lý, quy trình và các thành phần để đạt mục tiêu riêng biệt nào đó Tất nhiên, định nghĩa này mang tính chất chung và áp dụng cho nhiều lĩnh vực khác Có thể áp dụng phân tích hệ thống thiết kế hệ thống thu dọn chất thải rắn hay lựa chọn tổ hợp thiết bị xử lý chất thải rắn Kỹ thuật điều tra, kỹ thuật phân tích hệ thống nghiên cứu hoạt động, mô phỏng, v.v có thể sử dụng rộng rãi việc phân tích hệ thống b Nghiên cứu hoạt động Nghiên cứu hoạt động phát triển lĩnh vực quân Anh từ năm 40 kỷ XX Nói chung, nó là cách tiếp cận khoa học đưa định cho hệ thống có tổ chức nào Nghiên cứu hoạt động có thể bao gồm: Hình thành vấn đề Xây dựng mô hình toán học để trình bày hệ thống nghiên cứu Tìm lời giải từ mô hình Kiểm tra mô hình và lời giải thu từ mô hình Thiết lập kiểm tra trên lời giải 123 Đưa lời giải vào công việc thực c Mô Mô có thể hiểu là tiến hành thí nghiệm bao gồm vật lý, tương đồng hay mô hình biểu tượng sử dụng để mô tả câu trả lời hệ thống (hay các hợp phần nó) nghiên cứu Trong nghiên cứu hoạt động người ta quan tâm nhiều đến xây dựng và tìm lời giải mô hình toán học Để trình bày hệ thống thực tế thì mô sử dụng để mô tả hoạt động hệ thống thực tế lẫn hệ thống đề xuất theo các thành phần riêng lẻ Theo vài tài liệu thì thí nghiệm tiến hành với mô hình vì thử nghiệm trên hệ thống thu dọn chất thải rắn có thể không thực thi được, mô hoạt động hệ thống đề xuất có thể sử dụng để dự báo nó và để nghiên cứu các ảnh hưởng việc thay đổi xe cộ, tuyến, trạm trung chuyển và địa điểm đổ rác Mô hình có thể định nghĩa sau: là mô tả, biểu diễn số đối tượng nghiên cứu (chẳng hạn các mục tiêu, việc, quá trình, hệ thống) Thông thường thì mô hình sử dụng cho mục đích kiểm tra hoạt động hay dự báo Một số loại mô sử dụng cho mục đích mô tả như: tương đồng, hình tượng, ký hiệu (inconic, analog, symbolie) d Áp dụng Những kỹ thuật nêu trên đã áp dụng để: Đánh giá hệ thống có Thiết kế các hợp phần hệ thống có Thiết kế hệ thống đề xuất 11.2.5: Bom động trung chuyển rác Trong lĩnh vực quản lý rác thải, khâu chuyển dời và vận tải rác đóng vai trò quan trọng Khâu này liên quan đến thiết bị, phương tiện dời rác từ các điểm gom rác nhỏ, xe ô tô rác đến các khu vực lớn hay đến xe ô tô rác to và cuối cùng chở rác từ các điểm trung gian đó đến bãi thải rác thành phố hay đến khu tái chế rác a Sự cần thiết có các hoạt động trung gian vận chuyển chất thải rắn Hoạt động trung gian này (trung chuyển) có thể áp dụng thành công cho hầu hết các loại hệ thống thu dọn rác Các yếu tố tạo việc sử dụng hoạt động trung chuyển bao gồm: + Sự hình thành các biểu đồ rác không hợp lệ và có nhiều rác thải + Địa điểm bãi rác thành phố nằm tương đối xa tuyến thu dọn (thông thường trên khoảng 10 dặm) + Sử dụng các xe ô tô có sức chứa nhỏ + Mật độ khu nhà thấp khoảng cách đường xa 124 + Sử dụng rộng rãi các loại thùng thu rác có cỡ trung bình từ các nguồn thương mại + Sử đụng hệ thống thu dọn thủy lực b Trạm trung chuyển Trạm trung chuyển đóng vai trò bán hoàn thành (hoàn thành phần công việc) vận chuyển rác đến khu vực bãi thải thành phố hay đến khu vực xử lý, tái chế rác Trạm trung chuyển đảm nhiệm nhận rác từ các điểm rác nhỏ, từ các loại xe nhỏ chuyển nó thiết bị lớn đến bãi thải chung Phân loại các trạm trung chuyển rác theo kích thước nó Bé: ít 100 tấn/ngày Trung bình: 100 - 500 tấn/ngày Lớn: trên 500 tấn/ngày Các yếu tố cần quan tâm thiết kế trạm trung chuyển rác: - Kiểu hoạt động trung chuyển sử dụng - Yêu cầu khả hoạt động - Yêu cầu thiết bị và phụ tùng - Yêu cầu vệ sinh Loại trạm trung chuyển Dựa trên phương pháp (cách) bốc dỡ rác lên ô tô vận tải, có thể chia các trạm trung chuyển thành loại sau: Thải trực tiếp Gom giữ thải Kết hợp hai loại thải trực tiếp và gom giữ rác thải c Địa điểm trạm trung chuyển Tùy thuộc vào điều kiện (sử dụng đất ) địa điểm trạm trung chuyển nên: • Gần trung tâm Chu sản xuất rác • Trong khu vực dễ vào các tuyến đường cao tốc chính gần với phương tiện vận tải cấp hai bổ sung • Ở khu vực ít các ý kiến phản đối cộng đồng và môi trường hoạt động trung chuyển • Ở nơi mà việc xây dựng và hoạt động (trung chuyển) là kinh tế 125 Chương 12 PHÂN LOẠI VÀ GIẢM KÍCH THƯỚC CHẤT THẢI RẮN Công nghệ chế biến chất thải rắn đóng vai trò quan trọng nhằm nâng cao hiệu hệ thống quản lý chất thải rắn Mục đích công nghệ này nhằm tận thu các phế thải, tạo các nguyên liệu, bán thành phẩm, thành phẩm, lượng 12.1 PHÂN LOẠI CHẤT THẢI RẮN Trước chất thải rắn sử dụng lại (reuse), tái chế (recovery), làm nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp, làm phân compost, tạo khí mê tan, cần thiết phải qua giai đoạn phân loại Hoạt động phân loại chất thải rắn có thể tiến hành các hộ gia đình, các điểm trung chuyển, các bãi thải Tại các hộ gia đình Phân loại chất thải rắn các hộ gia đình là bước đầu tiên giúp cho công tác xử lý thuận lợi Đây là hoạt động mang tính hợp tác người dân với quan phụ trách vệ sinh môi trường khu vực Ngay các gia đình, chung cư, các chất thải rắn đã phân loại có thể theo đặc điểm lý, hóa theo kích thước nó Thí dụ: túi đựng riêng rác thực phẩm, túi đành cho giấy loại, báo cũ, túi đựng chai mảnh thủy tinh vỡ Ở các nước phát triển việc phân loại chất thải rắn gia đình đã trở thành quy định và gia đình tuân thủ • Tại các điểm tập trung rác trung gian, trạm trung chuyển Trong trạm trung chuyển, công tác phân loại rác tiến hành Tại đây người ta phân loại rác các phương pháp ly tâm, thổi khí, từ tính và các thiết bị kèm theo Ở các đô thị nước ta, trạm trung chuyển rác chưa hình thành mà tồn các điểm rác tạm thời là nơi tập trung rác thu gom từ hay 2, đường phố, khu chung cư v.v… Thời gian lưu giữ đống rác này khoảng - giờ, sau đó nó chở đốn bãi thải chung địa phương • Phân loại rác bãi thải Ở các nước phát triển, loại rác thải không còn sử dụng vào mục đích nào khác chở đến bãi thải và chôn lấp cẩn thận Do đó công tác phân loại ít tiến hành đây 126 Nhưng nước ta, nhặt rác (một hình thức phân loại rác) không tiến hành các bãi rác tập trung đô thị mà còn thực các điểm đổ rác nhỏ thành phố, thị xã Hàng ngày người nhặt rác đào bới các đống rác để thu nhặt loại rác có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác Công việc này thực chủ yếu tay và không an toàn mặt vệ sinh Phương pháp và thiết bị phân loại rác • Phương pháp thủ công Trong phương pháp này người phân loại dùng tay để nhặt loại rác theo mục đích Các công cụ thô sơ sử dụng kèm theo que gắp, xẻng bới rác, xúc rác • Phân loại luồng khí thổi Phương pháp này sử dụng sản xuất công nghiệp, nhằm tách các vật liệu, các sản phẩm hỗn hợp khô Trong phân loại chất thải có trọng lượng nhẹ (hữu cơ) lẫn chất thải rắn có trọng lượng nặng (vô cơ) người ta sử dụng phương pháp khí thổi có hiệu Thiết bị thổi khí hình 12.l: Loại máng quy ước, loại đường ống Zigzag, loại đường ống rung hở • Phân loại từ tính Phương pháp này dựa vào đặc tính hút kim loại (sắt) nam châm để tách kim loại thải với các thành phần phi kim loại khác đống rác Phương pháp phân loại này sử dụng chất thải rắn sau đã nghiền và trước đưa vào hệ thống phân loại thổi khí sau nghiền và thổi khí Nếu thiết bị có đầu nam châm lớn thì có thể sử dụng chất thải rắn trước đập, nghiền Phương pháp từ tính áp dụng để hút kim loại từ tro tàn sau thiêu đốt chất thải rắn và bãi thải 127 Hình 12 Các thiết bị phân loại thổi khí điển hình Thiết bị có mang từ tính (hình 12.2) để phân loại chất thải rắn bao gồm: loại đặt lơ lửng (suspended magetic drum), loại từ tính (belt type magetic seperator) phân loại trống từ • Sàng phân loại chất thải rắn Đối với phân loại chất thải rắn hỗn hợp nhiều thành phần có kích thước khác người ta sử dụng hệ thống sàng động tĩnh nhiều lớp Sàng phân loại sử dụng cho chất thải rắn khô lẫn ướt, nặng và nhẹ Thông thường phương pháp này áp dụng chất thải rắn trước và sau khí đập, nghiền và sau phân loại thổi khí Thiết bị sàng bao gồm các loại sau: loại sàng rung (vibrating screen), loại sàng hình trụ tròn quay (rotary drum screen) Ngoài các phương pháp phân loại chất thải rắn nói trên, người ta còn áp dụng các phương pháp khác "rác nước (flotation process), "quán tính" (inertial), "quang học" (optical sorting) tĩnh điện (electrostatic), v.v 12.2 GIẢM KÍCH THƯỚC CHẤT THẢI RẮN Giảm kích thước chất thải rắn là giảm thể tích, có (size) trọng lượng từ lớn xuống bé Giảm thể tích, cỡ có thể không làm thay đổi trọng lượng chất thải rắn (nếu là chất thải rắn khô) làm giảm trọng lượng thì giảm đáng kể thể tích Giảm kích thước chất thải rắn nhằm nâng cao hiệu thu gom, vận chuyển chất thải rắn: thu gom, vận chuyển nhiều chất thải rắn hơn, sử dụng ít chuyến xe hơn, giảm thời gian lại và chi phí Tại bãi thải giảm thể tích chất thải rắn nhằm tăng thời gian hoạt động và giảm diện tích đất bãi thải 128 Chất thải rắn từ thiết bị chặt mảnh Nam châm cố định treo Trục lăn Vật liệu sắt Dải băng chuyền Vật liệu phi sắt Dải băng liên tục Nam châm điện Hình 12.2 Thiết bị tách nam châm điển hình a Công nghệ nén, ép Nén, ép nhằm làm giảm thể tích ban đầu chất thải rắn Các yếu tố sau đây cần xem xét lựa chọn thiết bị nén ép: Đặc điểm rác cần phải ép nén (bao gồm kích thước, thành phần, độ ẩm, mật độ rác) • Phương pháp chuyển rác và nạp rác vào thiết bị ép nén • Phương pháp gom giữ và sử dụng rác đã nén ép • Đặc điểm thiết kế thiết bị ép, nén • Đặc điểm hoạt động bao gồm yêu cầu lượng yêu cầu chế làm việc bảo dưỡng, mức độ tiếng ồn, yêu cầu kiểm soát ô nhiễm khí và nước Công nghệ nén, ép sử dụng khâu trung chuyển và đổ thải bãi 129 • Thiết bị nén, ép: lựa chọn thiết bị nén ép thích hợp cho loại chất thải rắn sau đây: + Bụi nhẹ (đùng cho khu vực nhà ở) + Rác công nghiệp nhẹ, thương mại + Rác công nghiệp nặng + Trong trạm trung chuyển • Máy ép dùng trạm trung chuyển có thể còn phân nhiều loại tuỳ thuộc vào độ nén ép áp lực: + Áp lực nhỏ 100 lb/in2 = 0,45 kg, (in = 2,54cm) + Áp lực cao 100 lb/in2 Đối với thiết bị nép ép lớn, rác có thể ép, nén: (1) trực tiếp vào xe vận tải; (2) vào thùng thép; (3) vào buồng thép thiết kế đặc biệt b Công nghệ thiêu đốt Thiêu đốt rác áp dụng để làm giảm thể tích ban đầu các loại chất thải rắn cháy Sử dụng công nghệ này có thể giảm thể tích từ 80 đến 90% Trong quá trình thiêu đốt, vấn đề ô nhiễm không khí cần quan tâm cách thích đáng Sản phẩm quá trình thiêu đốt chất thải rắn là tro tàn Nếu công việc phân loại chất thải rắn thực tốt và loại chất thải rắn đưa vào lò thiêu là chất hữu thì tro tàn nên sử dụng để làm phân bón Thiết bị lò thiêu chất thải rắn đó trình bày hình 12.3 Hình 12.3 Lò thiêu chất thải thành phố với phương pháp nạp liên tục Xe thùng rác Buồng đốt Thùng chứa Thiết bị ]ọc Cần nâng Quạt Phễu nhận 10 Ống khói Sàng di chuyển 11 Phễu hứng vật liệu thừa Quạt 130 12 Kênh thải tro c Công nghệ nghiền, cắt, băm nhỏ Sử dụng công nghệ này nhằm biến chất thải rắn có kích thước lớn thành mảnh, cục vỡ vụn nhỏ, nhằm nâng cao hiệu thu gom và vận chuyển Thí dụ: các hộp giấy to, các mảng bê tông, hòn đá, bàn, ghế cần phải cắt, chặt, đập nhỏ Công nghệ đập, nghiền nhỏ đã áp dụng cho số ngành công nghiệp sản xuất xi măng, sản xuất giấy, v.v Thiết bị nghiền, chặt Để tăng hiệu hoạt động nghiền chặt cần phải quan tâm đến các yếu tố sau đây: + Đặc điểm rác chặt mảnh và đặc điểm rác sau chặt nhỏ + Yêu cầu kích thước chặt nhỏ + Phương pháp nạp rác vào máy chặt nhỏ + Loại hoạt động + Đặc điểm hoạt động bao gồm yêu cầu lượng, chế làm việc, bảo dưỡng, tiếng ồn, ô nhiễm không khí, nước + Địa điểm bao gồm: Không gian, độ cao, yếu tố hạn chế môi trường + Cất giữ chất thải rắn sau đã làm giảm kích thước Một số thiết bị nghiền, chặt điển hình trình bày hình 12.4 b Đĩa đập nhỏ thuận nghịch Hình 12.4 Thiết bị đập nhỏ để giảm kích thước chất thải rắn chất thải rắn Phễu chứa Búa Vít búa Đĩa Trục Bản lề nắp đậy Phễu chứa rác đã đập 10 Rác đã đập nhỏ 11 Sàng 12 Tấm chắn có thể di chuyển 13 Địa dập nhỏ thuận nghịch 131 Chương 13 CHẾ BIẾN CHẤT THẢI RẮN VÀ BÃI THẢI 13.1 CÁC MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG CHẤT THẢI RẮN Sử dụng lại, làm nguyên liệu cho số ngành công nghiệp, thủ công nghiệp, làm nhiên liệu, chất đốt, vật liệu xây dựng, làm phân bón, làm thức ăn cho gia súc là hoạt động nhằm tận dụng và giảm thiểu khối lượng chất thải rắn a Sử dụng lại: Nhiều loại chất thải rắn sử dụng lại mà không cần thêm kỹ thuật nâng cấp, tái chế Loại chất thải rắn này sau sử dụng còn nguyên vẹn, chất lượng tốt, bao gồm: chai thuỷ tinh, chai, hộp, túi plastic, đồ dùng không thích hợp, cũ chủ nhân này chuyển sang cho chủ nhân khác v.v b Tái chế Một số loại chất thải rắn sử dụng là phần nguyên liệu, phụ gia cho nhiều ngành sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp như: thuỷ tinh vỡ, lốp xe hỏng, nhựa hỏng, sắt, xỉ than (làm phụ gia cho sản xuất xi măng) v.v c Làm chất đốt: Rơm, rạ, lá cây, cành cây, que tre, nứa, gỗ, mạt cưa, vỏ bào là nguồn chất đốt tốt Từ trước đến nông thôn nước ta, đặc biệt các tỉnh đồng sông Hồng các chất thải nói trên đóng vai trò quan trọng cán cân sử dụng chất đốt d Vật liệu xây dựng Gạch, ngói vỡ, xỉ than, sử dụng để rải đường nông thôn, ngõ phố hẹp, gạch ba banh làm từ xỉ than trộn với xi măng, vôi f Làm thức ăn cho gia súc: Rơm, rạ, dây khoai lang, cây lạc, rác thực phẩm cơm, rau thừa, bã mía, bã rượu, phân gia súc các gia đình nông thôn sử dụng làm thức ăn cho gia súc và cá 13.2 CHẾ BIẾN PHÂN VI SINH (COMPOST) a Quá trình phân huỷ sinh học chất thải rắn Quá trình phân huỷ sinh học chất thải rắn tạo sản phẩm bao gồm phân compost, khí mê tan, các protein, alcohol và các thành phản hữu trung gian khác Tóm tắt các quá trình trên trình bày bảng 13.1 b Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân huỷ sinh học chất thải rắn Các vi sinh vật tham gia quá trình phân huỷ chất thải rắn tạo sản phẩm bán thành phẩm là PKOTIST (nguyên sinh), các vi sinh vật nhóm này có thể là đơn bào đa bào không có khác biệt cấu tạo tế bào Đại diện cho nhóm PROTIST là các vi khuẩn, nấm, nấm men (Yeast), actinomycites, động vật nguyên sinh (Protozoa) và tảo… 132 Bảng 13 Quá trình phân huy sinh học chất thải rắn Quá trình Sản phẩm phân huỷ Yêu cầu chế biến Ghi chú Compost Humus Nghiền, chặt, phân loại chất thải rắn thổi khí Làm phân hữu vi sinh đòi hỏi có thị trường tiêu thụ, áp đụng đồng công nghệ tiên tiến Tiêu huỷ yếm khí (Bể phốt) Khí mêtan Nghiền, chặt, phân loại chất thải rắn thổi khí Thực phòng thí nghiệm, trường hợp sử dụng khí sinh học Quá trình sinh học tạo protein Protein, alcohol Nghiền, chặt, phân loại chất thải rắn thổi khí Thực phòng thí nghiệm Quá trình lên men Đường glucose Nghiền, chặt, phân loại chất thải rắn thổi khí Kết hợp với phương pháp thuỷ phân Các vi khuẩn đơn bào là khuẩn cầu (Cocci), khuẩn que (Rod) khuẩn xoắn (Spiral) Khuẩn cầu có đường kính khoảng 0,5 - µm, khuẩn que có chiều dài từ 0,5 20 µm và chiều rộng 0,5 – µm, khuẩn xoắn có chiều dài trên 10 µm, rộng khoảng 0,5µm Nấm coi là đa bào, không quang hợp, là các PROTIST dị dưỡng Hầu hết các loại nấm có khả phát triển điều kiện độ ẩm thấp mà với độ ẩm này không thích hợp cho các vi khuẩn hoạt động Thêm vào đó, các nấm có thể chịu độ pH thấp và dải rộng từ – pH lý tưởng cho các loại nấm là - - Nấm men là vi sinh vật đơn bào, có hình cầu với đường kính từ 8-12µm có hình elip (chiều dài không quá 15µm) Hoạt động mạnh loại nấm này là lên men đường thành rượu và CO2 - Khuẩn tia (Actinomycete) là nhóm với đặc điểm trung gian vi khuẩn và nấm Khuẩn tia có tế bào với kích thước từ 0,5 - l,4µm c Compost Các chất thải rắn hữu có thể phân loại sau: Các thành phần hoà tan nước đường, bột, axit amin và các axit hữu khác • Các sản phẩm Hemice11ulose có đến đường cacbon • Ce11ulose - sản phẩm đường cacbon, glucose • Dầu, mỡ là các este rượu và các axit béo bậc cao • Lignin • Các lignin - ce11ulose • Các protein là kết hợp chuỗi amino axit Nếu các thành phần hữu nêu trên phân loại từ chất thải rắn đô thị và các vi khuẩn phân huỷ thì sản phẩm còn lại sau hoạt động đồng hoá, dị hoá vi 133 khuẩn là mùn (humus) Quá trình này còn gọi là quá trình compost (tạo phân vi sinh) Sự phân huỷ chất hữu có thể thực các sinh vật kị khí yếm khí phụ thuộc vào điều kiện oxy Quá trình phân hủy kị khí thường xảy khá chậm và gây mùi đó hầu hết các quá trình compost thường dạng háo khí Đặc tính lý hoá mùn biến động theo loại chất thải rắn, điều kiện hoạt động quá trình compost Những đặc điểm chính sau đây mà ta có thể phân biệt mùn với các vật chất tự nhiên khác là: • Có màu nâu đen đến đen • Tỷ lệ nitơ-cacbon thấp • Có thay đổi tiếp tục hoạt động vi sinh vật • Có khả trao đổi bazơ d Quy trình làm phân vi sinh (compost) Làm phân vi sinh theo ba bước: Chuẩn bị rác để làm phân; Phân huỷ (ủ) rác; Thành phẩm, tiêu thụ - Trong khâu chuẩn bị rác để làm phân, bao gồm: phân loại, giảm kích thước rác, điều chỉnh độ ẩm rác và các thành phần dinh dưỡng rác - Phân huỷ rác háo khí: Rác rải và đảo - lần/tuần và liên tục tuần Để thực qui trình phân huỷ rác người ta áp dụng số hệ thống thiết bị học Nếu kiểm soát tốt quá trình hoạt động trên hệ thống học thì mùn có thể hình thành thời gian từ - ngày Nghiền nhỏ phân rác, có thể thêm số phụ gia, đóng gói và đưa vào kho chứa Quy trình chế biến phân ủ compost xí nghiệp chế biến rác Hà Nội hình sau: 134 Hình 13 Sơ đồ công nghệ chế biến phân rác vi sinh (compost) Hoạt động vi sinh vật quá trình ủ rác compost Các vi sinh vật có mặt quá trình ủ phân rác compost bao gồm vi khuẩn, nấm, men, khuẩn tia v.v Người ta xác định hầu hết các loài nhóm vi sinh vật nêu trên có khả phân giải gần hết các chất hữu thô rác thải Tất nhiên loài vi sinh vật có khả tốt để phân huỷ dạng chất hữu nào đó Thí dụ đường hoà tan nước là tốt vi khuẩn đó nấm, men, khuẩn tia lại hoạt động mạnh chất ce11ulose và hemice11ulose Quá trình trao đổi chất là tượng phổ biến ủ phân rác và yếu tố quan trọng khác là phân giải nhiệt hoạt động đồng hoá và dị hoá vi sinh vật để tạo mùn Ở nhiệt độ 45 – 50oc các vi sinh vật ưa nhiệt (mesophilic) bắt đầu hoạt động là chủ yếu Đối với các vi sinh vật mesophilic này nhiệt độ 55oc là tối ưu và đó nó có số lượng chiếm đại đa số Ở nhiệt độ 45 - 50oc còn có các vi khuẩn và khuẩn tia hoạt động Trong điều kiện bình thường nhiệt độ cao các vi sinh vật hoạt động mạnh và ổn định nhiệt độ trung bình Khối lượng oxy cần thiết cho quá trình phân giải háo khí vi sinh vật xác định phương trình sau đây: Ở đây: Trong công thức (l): CaHbOcNd Và CwHxOyNz rút từ thực nghiệm phân tử gam thành phần vật chất hữu tham gia ban đầu và cuối quá trình phân huỷ Nếu quá trình biến đổi vật chất hữu rác thành mùn hoàn toàn tốt thì yêu cầu oxy xác định phương trình sau: Nếu amonia (NH3) bị oxy hoá thành nitrat NO3- thì lượng oxy cần thiết để quá trình phân huỷ hoàn toàn xác định phương trình sau: NH3 + 3/2 O2 → HNO2 + H2O (3) HNO2 + 1/2 O2 → HNO3 (4) NH3 + 2O2 → H2O + HNO3 (5) Những thông số quan trọng qui trình ủ phân vi sinh compost 135 Thông số Giải thích Cấp hạt Cấp hạt tối ưu khoảng 2,54 - cm Mồi và trộn đảo Thời gian phân hủy có thể giảm xuống nhờ thêm mồi vào rác thải (khoảng 1-50/0 trọng lượng) Bùn cống rãnh làm mồi tốt từ khâu chuẩn bị rác đưa vào ủ Trộn/ đảo Để chống khô đóng bánh cần phải trộn, đảo thường xuyên rác thải quá trình ủ Yêu cầu không Trong quá trình ủ phân vi sinh compost thì không khí với lượng oxy giữ khí mức thấp là 50% lượng oxy ban đầu Tổng lượng oxy Tổng lượng oxy cần thiết theo lý thuyết tính theo công thức (l) Lượng không khí thực tế phải cung cấp biến động theo hoạt động hệ thống ủ cần thiết phân Tiêu thụ oxy tỷ lệ Tỷ lệ oxy cực đại xác định công thức: WO2 = 0,07 x 10- 0,31, đây cực đại WO2 tỷ lệ tiêu thụ oxy (mg oxy/h/g) chất bay ban đầu Độ ẩm Độ ẩm rác thải quá trình ủ giữ mức 50-60%, mức tối ưu là 55% Nhiệt độ Nhiệt độ tối ưu quá trình ủ phân vi sinh compost là 45- 55oC Nếu hệ thống hoạt động tốt thì vài ngày đầu nhiệt độ trì mức 50-55oC và sau đó mức 55 - 60oC Nếu nhiệt độ trên 66oc thì hoạt động vi sinh vật giảm đáng kể Phân giải nhiệt Nhiệt thoát từ quá trình ủ phân vi sinh compost tương đương với nhiệt lượng các thành phần vật chất tham gia giai đoạn đầu và cuối quá trình Tỷ lệ nitơ Tỷ lệ nitơ - cacbon ban đầu tính theo trọng lượng khoảng 35 đến 50 là tối ưu cho quá trình phân huỷ háo khí rác thải hữu Nếu tỷ lệ này thấp dẫn đến cacbon tình trạng thừa nitơ và tạo nhiều amonia Ở tỷ lệ thấp hoạt động sinh học bị cản trở Nếu tỷ lệ nhỏ cao dẫn đến tình trạng dinh dưỡng rác bị hạn chế Sau quá trình phân huỷ compost, tỷ lệ nitơ - cacbon hầu hết rác thải thành phố khoảng 10 đến 20% Độ pH pH cần điều chỉnh đến mức 8,5 nhằm giảm thiểu mát nitơ dạng khí amonia Mức độ phân giải Mức độ phân giải có thể xác định cách kiểm tra COD mức giảm chất hữu có Xác định hệ số RQ R: Respiratory - Sự hô hấp Q: Quosient - Thương số RQ có thể sử dụng để xác định mức độ phân huỷ Khi RQ = thì toàn lượng oxy cung cấp sử dụng để oxy hoá cacbon Khi RQ>1 thì có nhiều CO2 tạo lượng cung cấp là dấu hiệu quá trình phân huỷ yếm khí, RQ < thì phần oxy sử dụng để oxy hoá cacbon Nếu giá trị RQ thấp chứng tỏ quá trình phân huỷ háo khí xảy Kiểm tra vi khuẩn Cần thiết phải tiến hành công tác kiểm tra để khử vi khuẩn gây bệnh quá trình ủ phân (compost) Để làm việc này phải trì nhiệt độ khoảng 60 - 70oc gây bệnh vòng 24 136 13.3 SẢN XUẤT KHÍ SINH VẬT (BIOGAS) a Đặt vấn đề Nhiều vùng nông thôn số nước trên giới Ấn Độ, Trung Quốc, Nepan, Pakistan, Bangladesh, Thái Lan đã sử dụng phân gia súc (trâu, bò, lợn, gà, ) để sản xuất khí mê tan phục vụ cho nhu cầu chất đốt, điện cho gia đình Ở Việt Nam công nghệ sản xuất khí mê tan từ phân gia súc đã đưa số địa phương Cần Thơ, Sơn Tây, Bắc Ninh và số vùng khác Việc sử dụng phân gia súc mang lại nhiều lợi ích đáng kể: - Giảm sức ép củi đun, khí đốt tự nhiên Việc cung cấp củi đun ngày càng khan hiếm, đặc biệt vùng đồng Ngay vùng trung du củi đun ngày càng ít và là vấn đề quan tâm nhân dân vùng thôn quê - Hạn chế nạn chặt cây rừng lấy củi: phát triển sản xuất khí mê tan đến hộ gia đình hạn chế nạn chặt cây, phá rừng để lấy củi đun với mục đích tự cấp và thương mại - Tận dụng nguồn phân gia súc làm phân bón hữu góp phần tích cực vào công tác giảm thiểu chất thải rắn nông thôn Góp phần làm môi trường các hộ gia đình, trang trại: Phân tươi thu dọn hàng ngày, ủ kín tránh mùi hôi thối và không còn là nơi lý tưởng để ruồi, nhặng phát triển Trong phân gia súc đã ủ, không còn các vi khuẩn gây bệnh và mùi hôi phân giảm nhiều - Lợi ích kinh tế: m3 khí mê tan có thể cung cấp lượng cho các nguồn sau đây: + Một số tủ lạnh 300l hoạt động + Một đầu máy mã lực hoạt động + Thắp sáng bóng đèn 60W vòng + Đun bừa ăn cho gia đình người + Tạo nguồn điện l,25KW Một số hạn chế: + Đòi hỏi đầu tư kinh phí ban đầu tương đối cao so với hộ có thu nhập hàng năm thấp + Yêu cầu đủ số lượng gia súc trâu, bò, lợn + Cần quan tâm hàng ngày + Có thể xảy cố cháy, nổ b Lượng phân gia súc cần thiết Để sản xuất m3 khí mêtan/ngày, lượng phân gia súc cần có sau: + Phân trâu, bò: 32 kg 137 + Phân lợn: 20 kg + Phân gà, vịt: 12 kg Theo sách hướng dẫn "Phát triển khí sinh học" ủy ban Kinh tế và Xã hội châu Á và Thái Bình Dương ngày: + bò thải ra: 10 - 15 kg phân + trâu thải ra: 15 - 20 kg phân + lợn thải ra: 2,5 - 3,5 kg phân + gà thải ra: 90 g phân Mức độ sinh khí số phân gia súc sau (đơn vị tính: lít khí/kg phân): + Phân trâu, bò: 22 - 40 + Phân lợn: 40 - 60 + Phân gà vịt: 65,5 - 115 + Phân người: 20 - 28 c Các yếu tô ảnh hường đến quá trình sản suất khí sinh vật Đầu vào hệ thống: Đầu vào hệ thống sản xuất khí sinh vật bao gồm phân tươi, nước giải, nước trộn có thể rác hữu Nếu không trì ổn định lượng vật chất nói trên ảnh hưởng đến khối lượng khí sinh và các hoạt động phân huỷ vi sinh vật bể phôi Theo dõi, kiểm tra: Trong quá trình hoạt động bể phối (bể sinh khí) có thể xảy cố tạo lớp váng dày hạn chế thoát khí; rò rỉ khí từ bể phối, kiểm tra nhiệt độ Đối với các túi plastic sinh khí cần phải kiểm tra thường xuyên vì loại này dễ bị rách, thủng chó, mèo cào, cắn Thời tiết: Sự thay đổi thời tiết có ảnh hưởng lớn đến quá trình sinh khí Nhiệt độ không khí hạ thấp làm giảm hoạt động phân huỷ các vi sinh vật bể phối đó khối lượng khí sinh giảm ảnh hưởng này đặc biệt dễ nhận thấy các bể túi sinh khí nằm lộ thiên d Cấu tạo hệ thống sản xuất khí sinh vật Bộ phận hệ thống sản xuất khí sinh vật là bể sinh khí hay còn gọi là bể phân huỷ, bể phối (Digester/Septic tank) Kích thước bể tuỳ thuộc vào khả tài chính, số lượng gia súc và nhu cầu chất đốt (khí đốt) chủ nhân Thể tích chung bể sinh khí và bể chứa khí sau: + Sản xuất m3 khí/ngày thể tích chung bể sinh khí + chứa khí là 10 m3 + Sản xuất m3 khí/ngày thể tích chung bể sinh khí + chứa khí là 15m3 + Sản xuất m3 khí/ngày thể tích chung bể sinh khí + chứa khí là 25m3 + Sản xuất 10 m3 khí/ngày thể tích chung bể sinh khí + chứa khí là 50m3 Thể tích riêng bể sinh khí (digenter) sau (sản xuất m3 khí/ ngày): 138 + Sản xuất từ phân trâu, bò: ít là 2,8 m3 thì cần nuôi trâu, bò + Sản xuất từ phân gà, vịt ít là 1,38 m3 thì cần nuôi 260 + Sản xuất từ phân người: ít là 5,04 m3 thì nhà vệ sinh cho 42 người + Sản xuất từ phân lợn: ít là 1,76 m3 thì cần nuôi lợn Thể tích bể (thùng, túi) chứa khí phụ thuộc vào chế độ tiêu dùng khí hàng ngày chủ nhân Trong số loại hình bể sinh khí cụ thể thì thể tích thùng chứa khí không 20% thể tích bể sinh khí Về cách tính toán thể tích cần thiết các bể có thể tham khao tài liệu "Sách hướng dẫn phát triển khí sinh vật" Hội đồng Kinh tế và Xã hội châu Á và Thái Bình Dưỡng thuộc Việt Nam 1980 (xem tài liệu tham khảo) Bể sinh khí mê tan (bể phối, bể phản ứng) và bể (thùng, túi) chứa khí có nhiều kiểu dáng khác hình trống, hình vại, hình hộp chữ nhật, hình vòm Nối với bể sinh khí là đường ống: ống vào hỗn hợp phân tươi, nước tiểu, nước pha trộn và ống hỗn hợp phân lẫn nước sau đã phân huỷ Nối với bể (thùng, túi) chứa khí là ống dẫn khí đến nguồn tiêu thụ bếp đun, đèn Cấu tạo hệ thống sản xuất khí sinh vật trình bày hình 13.2 (a, b, c, d, e) a Bể sinh khí hình vại với thùng chứa khí tách riêng 139 e Hoạt động hệ thống Trong bể sinh khí, hỗn hợp phân và nước bị phân huỷ yếm khí tạo thành khí mê tan tác động lên men vi khuẩn methanogenes Ở nhiệt độ bể là 35oC vi 140 khuẩn hoạt động mạnh và sản xuất nhiều khí Nhiệt độ càng thấp thì hoạt động sinh khí vì sinh vật càng giảm Ở nhiệt độ 10oC hoạt động sinh khí ngừng hẳn Ở các nước nhiệt đới, nhiệt độ trung bình không khí thường từ 25oC – 30oC Thời gian trung bình đủ vi khuẩn hoạt động lên men điều kiện nhiệt đới là 50 ngày Trong điều kiện khí hậu nóng thời gian này giảm xuống còn 40 ngày Ở các khu vực có khí hậu lạnh thì thời gian hoạt động lên men lâu hơn, ít 60-70 ngày Để cho bể sinh khí hoạt động tốt, cần phải đảm bảo số yếu tố sau đây: - Hàng ngày nạp đủ lượng phân, nước theo tỷ lệ hợp lý Tỷ lệ phân/nước có thể là l:l, 2:3 nhiều người thích tỷ lệ 4:5 Đảm bảo pH=8 (mức tối ưu) hỗn hợp phân, nước Kiểm tra hoạt động ban đầu bể sinh khí, hoạt động vi khuẩn, dinh dưỡng cho vi sinh vật Kiểm tra đầu ra: khối lượng khí, đặc điểm phân sau phân hủy 13.4 BÃI CHỨA CHẤT THẢI RẮN (BÃI THẢI) a Khái niệm bãi chứa chất thái rắn Không phải tất rác thải chế biến, tác chế hay tạo lượng mà phần còn lại và phần dư thừa sau các khâu nêu trên để vào bãi đổ rác chung thành phố Hiện có phương án để giữ rác lâu dài đó là bãi rác trên đất liền và đổ rác xuống đáy biển, đại dương Phương án bãi rác trên đất liền là phương án coi là tối ưu và sử dụng chung Ngoài còn phương án xây dựng bãi rác khí quyển, phương án này xem khó thực vì nhiều lý đặc điểm các chất thải tượng thiên nhiên, khí tượng v.v Một số nước trên giới còn đổ rác xuống biển và đại đương Riêng Mỹ, năm 1933 rác thành phố đem đổ xuống đại dương, sau đó định Hội đồng tối cao Mỹ đã cấm việc đổ rác thải này Nhưng số rác thải công nghiệp còn đổ xuống biển Dựa trên kinh nghiệm trước đây các thành phố nước Mỹ và số nơi khác trên giới thì đổ rác xuống đất (bãi rác hay bãi đổ rác vệ sinh) là biện pháp kinh tế và chấp nhận Bãi đổ rác vệ sinh (lấp đất vệ sinh- sanitary landfi11) là khu đất trũng có diện tích, độ sâu tùy thuộc vào lượng và thời gian tích giữ rác Rác đổ vào bãi thải này nén ép và sau ngày người ta phủ lớp đất lên lớp rác đó Sau bãi rác này đã đầy (đạt tới thể tích tối đa) người ta phủ lớp đất cuối cùng (dày khoảng 0,5 m hơn) lên toàn diện tích bãi rác Bãi đất trống để đổ rác khác với bãi đổ rác vệ sinh và nó còn sử dụng số địa phương Mỹ và nhiều nước trên giới đặc biệt các nước phát 141 triển Tuy nhiên tương lai không xa, phương pháp này không chấp nhận vì yếu điểm thẩm mỹ, môi trường và vệ sinh Dựa trên kinh nghiệm sử dụng bãi rác vệ sinh, người ta rút số ưu và nhược điểm sau đây: • Ưu điểm - Nơi nào có sẵn đất thì phương pháp này là kinh tế - Đầu tư ban đầu ít so với các phương pháp khác - Bãi rác vệ sinh là phương pháp hoàn chỉnh hay là cuối cùng so với phương pháp thiêu rác hay composting Hai phương pháp này đòi hỏi phải có phần xử lý phụ thêm - Bãi rác vệ sinh có thể nhận tất các loại rác và không cần khâu tách hay phân loại rác - Bãi rác vệ sinh là phương pháp linh hoạt, cần thiết có thể tăng số lượng rác đổ vào bãi thải đồng thời thêm ít nhân lực thiết bị - Vùng đất rìa bãi thải có thể sử dụng cho các mục đích khác bãi đỗ xe, sân chơi, sân gôn • Nhược điểm - Ở khu vực đông dân, đất thích hợp cho bãi rác có thể không có sẵn theo yêu cầu khoảng cách vận chuyển rác tối ưu Các tiêu chuẩn bãi đổ rác vệ sinh thích hợp phải gắn với hoạt động hàng ngày nên có thể dẫn đến đổ thải vào bãi thải trống Bãi rác vệ sinh năm khu vực dân cư gây phản đối dư luận công chúng - Một bãi rác vệ sinh hoàn chỉnh phải thực và đòi hỏi bảo dưỡng định kỳ Các thiết kế và kỹ thuật xây dựng đặc biệt cần phải áp dụng để xây dựng bãi rác vệ sinh hoàn chỉnh Một số khí (như me tan, khí nổ ) sinh từ quá trình phân huỷ có thể gây nguy hiểm hay gây khó chịu cho người và động vật xung quanh b Các yếu tố cần quan tâm bãi rác Trong qui hoạch và thiết kế hệ thống bãi rác vệ sinh đại cần phải quan tâm đến các yếu tố quan trọng sở khoa học, kỹ thuật và kinh tế Các yếu tố thiết kế, vận hành bãi rác vệ sinh bao gồm: Các yếu tố để lựa chọn phương án xây dựng bãi chôn lấp vệ sinh - Phương pháp lắp đặt và vận hành - Phản ứng xảy bãi rác vệ sinh kết thúc hoạt động - Sự vận động và rò rỉ khí và nước từ bãi thải - Thiết kế bãi rác vệ sinh 142 - Chính sách quản lý và các qui định • Lựa chọn địa điểm xây đựng bãi rác vệ sinh Các yếu tố sau đây cần phải quan tâm và đánh giá chọn địa điểm xây dựng bãi rác vệ sinh: Có diện tích đất: xem xét khu vực có sẵn đất và không sử dụng vào mục đích sản xuất nông nghiệp, công nghiệp định cư - Tác động môi trường xung quanh việc chế biến và tái chế rác (tại khu vực bãi thải) quá trình xây dựng và vận hành bãi rác - Khoảng cách chuyên chở rác: đảm bảo các yêu cầu môi trường và kinh tế - Điều kiện địa hình và đặc điểm thổ nhường: quan tâm đến hướng thoát nước mặt, độ thấm đất, độ cao địa hình và ảnh hưởng bãi rác đến môi trường xung quanh - Điều kiện khí hậu: xem xét thay đổi mùa năm, lượng thưa, nhiệt độ không khí, gió và hướng gió và đánh giá mối quan hệ nó với vận chuyển chất thải - Điều kiện thủy văn: xem xét khoảng cách từ địa điểm đặt bãi thải đến nguồn nước mặt (sông, suối), mạch nước ngầm và đánh giá ảnh hưởng môi trường - Điều kiện địa chất và thuỷ địa chất: cấu tạo đá mẹ, tầng chứa nước ngầm, chấn động, sụt lún - Điều kiện môi trường địa phương: môi trường tự nhiên, kinh tế, xã hội xung quanh bãi thải dự kiến - Tiềm sử dụng tối đa bãi thải, quỹ đất c Phương pháp lấp đất và vận hành Các phương pháp thông thường cho vùng đất khô Phương pháp chủ yếu sử dụng để lấp đất có thể phân sau: + Mương máng rộng Phương pháp này sử dụng với khu vực có độ sâu thích hợp để chứa rác thải và đó mạch nước ngầm gần với mặt đất Thông thường rác thải đồ vào mương máng rộng có chiều dài từ m đến 12 m, có độ sâu từ đến m và có chiều rộng từ đến m Khi rác đổ xuống mương rãnh, cần phải phân tán nó rộng thành lớp mỏng (từ 45 đến 53 cm và sau đó nén chặt + Khu đất Phương pháp này sử dụng địa hình khu vực không thích hợp cho việc đào các mương rộng Rác đổ từ xe tải và phân tán dọc theo các dải dài và hẹp trên mặt đất Trên lớp rác nén, ép (thường có bề dày từ đến m), người ta phủ lớp đất có bề dày tử 15 đến 30 cm sau ngày làm việc + Phương pháp trũng 143 Khu vực nào có đất trũng tự nhiên hay nhân tạo thì có thể sử dụng cách có hiệu Phương pháp đổ, ép rác theo phương pháp này tùy thuộc và đặc điểm địa chất, thuỷ văn, trắc lượng hình thái vùng trũng Các phương pháp thông thường vùng ướt Bãi đầm lầy, phá, ao hồ có thể sử dụng để làm bãi thải Nhưng ô nhiễm nước ngầm, tạo mùi, tính ổn định xây dựng nên việc thiết kế bãi thải vệ sinh cần phải thận trọng Trước đây bãi thải rác lấp đất khu vực ẩm ướt coi chấp nhận việc tiêu thoát nước thực tốt và không gây tình trạng khó chịu (nhất là mùi hôi thối) d Các phản ứng xảy bãi thải rác vệ sinh Để xây dựng kế hoạch và thiết kế bãi rác vệ sinh có hiệu điều quan trọng là phải hiểu cái gì xảy bên lớp rác thải các hoạt động lấp đất hoàn thành Những thay đổi vật lý, hóa học, sinh học có thể xảy rác thải bãi đổ rác: Phân huỷ sinh học các chất hữu (phân huỷ yếm khí hay háo khí) gán liền với sinh khí và chất lỏng - Quá trình oxy hóa học các chất bãi thải - Thoát khí ngoài từ bãi chôn lấp vệ sinh (NH4, CO2, H2, H2S, CH4) - Sự vận chuyển chất lỏng khác biệt độ cao - Hòa tan và rò rỉ chất hữu nước - Vận động các chất hòa tan e Quy hoạch bãi chôn lấp vệ sinh Trong quy hoạch bãi chôn lấp vệ sinh, các vấn đề sau đây cần xem xét: + Diện tích đất đủ công để có thể chứa rác địa phương thời gian tương đối dài, từ 10 năm trở lên + Có nguồn cung cấp đất để phủ rác + Có diện tích để xây dựng các công trình phụ trợ bãi đỗ xe, nhà điều hành, xưởng khí, kho, dải cây quanh bãi thải, vườn hoa, đường vào và v.v + Có hệ thống ống, mương rãnh thoát nước, ống thoát khí từ bãi thảí có hệ thống xử lý nước từ bãi thải + Có hoá chất để diệt vi khuẩn gây bệnh truyền nhiễm + Có nước lấy từ nơi khác đến + Có hệ thống tường rào bảo vệ an toàn lao động và vệ sinh môi trường + Phân lô đất dành riêng cho loại chất thải, đặc biệt cho chất thải rắn độc hại, khó phân huỷ + Xây dựng kế hoạch quản lý hoạt động bãi thải + Xây dựng kế hoạch hậu bãi thải (bãi thải sau ngừng hoạt động) 144 f) Sơ đồ mặt và cấu tạo bãi chôn lấp vệ sinh trình bày các hình 13.3, 13.4, 13.5 Hình 13.3 Mặt cắt hệ thông lấp đất vệ sinh Các lớp rác Chiều rộng ngăn Lớp rác cuối cùng Tỷ lệ 2:l 3:l độ dốc điển hình Lớp rác + đã phủ Lớp phủ cuối trên mặt đốc Chiều cao 10 Mặt sàn yêu cầu Lớp phủ thường ngày 11 Lớp đất phu cuối Lớp đất phủ trung gian 12 Chất thải rắn đã nén Hình 13.4 Mặt cắt lớp đất cho quản lý nước mặt, nước ngầm, xếp vật liệu che phủ, rãnh và đường thoát khí Rãnh đào dốc cho thoát Lớp vật liệu che phủ chúng nước thấm Mực nước ngầm Sỏi cát Đất Lớp sét chống thấm (độ dày Lỗ thoát khí phụ thuộc địa hình khu vực) Bậc nâng cao nhằm tránh 10 Đường thoát nước thấm nước 145 1 Lớp đất nén trên lớp chống Lớp dốc phủ vật liệu thấm 12 Rác thải đã nén ép Hình 13.5 Phương thức xử lý rác thải hợp vệ sinh hẻm núi hay khe 8uốí Lớp cắt Lớp cắt Lớp cắt Lớp rác thử Rãnh thoát 10 Ống thu nước từ rác thải Lớp nâng 11 Những ngăn đã hoàn thành Lớp phủ trung gian 12 Bề mặt rác Lớp nâng 13 Lớp tập đất cuối cùng Mặt đất nguyên khai 146 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Khoa học - Công nghệ và Môi trường, Tiêu chuẩn Việt Nam môi trường, 1995 [2] Lê Thạc Cán, Cơ sở khoa học môi trường, Viện Đại học mở, 1995 [3] Trần Hiếu Nhuệ, Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1992 [4] Lê Văn Khoa, Ô nhiễn môi trường, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1995 [5] Nguyễn Công Thành, B.N Lohani, Gunter Tharun (Editors), Bãi thải rác và tái chế rác, Tuyển tập báo cáo Seminar quản lý chất thải rắn AIT, Bangkok, Thái Lan, 25 - 30 tháng năm 1978 (bản tiếng Anh) [6] Nguyễn Công Thành, B.N Lohani, Michel Bestt, Ro bin Bidwe11, Gunter Tharun, Bãi thải rác và tái chế rác, Tuyển tập báo cáo hội thảo vùng Quản lý chất thải rắn Bangkok, Thái Lan, - 10 tháng 12 năm 1979 (bản tiếng Anh) [7] Lê Trình, Quan trắc và kiểm soát ô nhiễm môi trường nước, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1997 [8] Nguyễn Đình Chi, Phạm Thúc Côn, Cơ sở lý thuyết hóa học, NXB Đại học và Trung học Chuyên nghiệp, 1979 [9] Nguyễn Trần Dương, Trần Trí Luân, Nguyễn Ngọc Quán, Nguyễn Xuân Thu (dịch) Hóa lý, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1977 [10] Miljokonsulterna Sebra Envotec, Quản lý chất thải nguy hiểm (tiếng Anh), Tài liệu biên soạn cho khóa đào tạo (5 tuần) chất thải nguy hiểm Nykoping, Thụy Điển, 1992 [11] H Mark.J Water and Waste Water Technology, 2na edition, John Wiley & Sons, New York, 1986 [121 Tchobanoglous, T Hilary, R Eliassen, Solid ástes: Engineering Principles and Management Issues, Mc Graw - Hi11 Kogukusha Ltd., Tokyo, 1977 [13] UNEP Fresh Water Pol1ution, Nairobi, 1991 [14] WHO Assessment of Sources of Air, Water and Land Po11ution [15] Economic and Social Commision for Asia and the Pacific Guidebook on Biogas Development, Energy Resources Development, Series No 21, United Nations, New York, 1980 [16] B R Saubo11e and A Bachmann Fuel gas from cowdung, Second Edition, Sahayogi Press, Katmandu, April, 1980 [17] Global Environment Centre Foundation 2-110 Air po11ution control technology n Japan, Ryokuchikoen, Tsurumika, Osaka 538, Japan 147