7. Ý nghĩa của đề tài
2.2. Các thông số đặc trƣng trong nƣớc thải chăn nuôi heo
Độ pH của nƣớc
pH là chỉ số đặc trƣng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, thƣờng đƣợc dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nƣớc.
Độ pH của nƣớc có liên quan dạng tồn tại của kim loại và khí hoà tan trong nƣớc. pH có ảnh hƣởng đến hiệu quả tất cả quá trình xử lý nƣớc. Độ pH có ảnh hƣởng đến các quá trình trao chất diễn ra bên trong cơ thể sinh vật nƣớc. Do vậy rất có ý nghĩa về khía cạnh sinh thái môi trƣờng.
Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand – COD)
COD là lƣợng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trong nƣớc bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. Nhƣ vậy, COD là lƣợng oxy cần để oxy hoá toàn bộ các chất hoá học trong nƣớc, trong khi đó BOD là lƣợng oxy cần thiết để oxy hoá một phần các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ bởi vi sinh vật.
13
COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ nói chung và cùng với thông số BOD, giúp đánh giá phần ô nhiễm không phân hủy sinh học của nƣớc từ đó có thể lựa chọn phƣơng pháp xử lý phù hợp.
Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand – BOD)
BOD (Biochemical oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh hoá) là lƣợng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ theo phản ứng:
Chất hữu cơ + O2 → CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian
Trong môi trƣờng nƣớc, khi quá trình oxy hoá sinh học xảy ra thì các vi sinh vật sử dụng oxy hoà tan, vì vậy xác định tổng lƣợng oxy hoà tan cần thiết cho quá trình phân huỷ sinh học là phép đo quan trọng đánh giá ảnh hƣởng của một dòng thải đối với nguồn nƣớc. BOD có ý nghĩa biểu thị lƣợng các chất thải hữu cơ trong nƣớc có thể bị phân huỷ bằng các vi sinh vật.
Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen – DO)
DO là lƣợng oxy hoà tan trong nƣớc cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật nƣớc (cá, lƣỡng thê, thuỷ sinh, côn trùng v.v...) thƣờng đƣợc tạo ra do sự hoà tan từ khí quyển hoặc do quang hợp của tảo.
Nồng độ oxy tự do trong nƣớc nằm trong khoảng 8 – 10 ppm, dao động mạnh phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phân huỷ hoá chất, quang hợp của tảo và v.v... Khi nồng độ DO thấp, loài sinh vật nƣớc giảm hoạt động hoặc bị chết. Do vậy, DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nƣớc của các thuỷ vực.
Nitơ và các hợp chất chứa nito
Nitơ là thông số quan trọng trong sự hình thành sự sống trên bề mặt Trái Đất. Nitơ là thành phần cấu thành nên protein có trong tế bào chất cũng nhƣ các acid amin có trong nhân tế bào. Xác sinh vật và các bã thải trong quá trình sống của chúng ta là những tàn tích hữu cơ chứa các protein liên tục đƣợc thải vào môi trƣờng với lƣợng rất lớn. Các protein này dần dần bị các vi sinh dị dƣỡng phân hủy, khoáng hóa trở thành các hợp chất nitơ vô cơ nhƣ NH4+, NO3-, NO2- và có thể cuối cùng trả lại N2 cho không khí.
Thuật ngữ “nitơ tổng” là tổng nitơ tồn tại ở tất cả các dạng trên. Nitơ là một chất dinh dƣỡng đa lƣợng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật.
14 Phospho và các hợp chất phosphor
Trong các loại nƣớc thải, phospho hiện diện chủ yếu dƣới các dạng phosphate. Các hợp chất phosphate đƣợc chia thành phosphate vô cơ và phosphate hữu cơ. Phospho là một chất dinh dƣỡng đa lƣợng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật. Việc xác định phosphor tổng là một thông số đóng vai trò quan trọng để đảm bảo quá trình phát triển bình thƣờng của các vi sinh vật trong các hệ thống xử lý chất thải bằng phƣơng pháp sinh học.
Phospho và các hợp chất chứa phospho có liên quan chặt chẽ đến hiện tƣợng phú dƣỡng hóa nguồn nƣớc, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triển mạnh của tảo và vi khuẩn.
2.3. Các phƣơng pháp ử lý nƣớc thải 2.3.1. Phƣơng pháp ử lý cơ học
Xử lý cơ học đƣợc đặt ở đầu hệ thống xử lý, nhằm loại bỏ các chất rắn, vô cơ và hữu cơ, dầu mỡ, nhựa, tạp chất nổi, rác…Tùy theo đặc điểm các loại cặn trong rác thải,các công trình xử lý cơ học thƣờng đƣợc sử dụng là:
- Song chắn rác (thô, mịn, tinh…)
- Bể lắng cát, các loại bể lắng: lắng đứng, lắng ngang, lắng ly tâm… - Bể điều hòa lƣu lƣợng, bể trung hòa (acid hoặc kiềm), Bể tách dầu mỡ Mục đích:
- Tách các chất không hòa tan, những vật chất có kích thƣớc lớn nhƣ nhánh cây, gỗ, nhựa, lá cây, giẻ rách, dầu mỡ... ra khỏi nƣớc thải.
- Loại bỏ cặn nặng nhƣ sỏi, thủy tinh, cát...
- Điều hòa lƣu lƣờng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc thải. - Nâng cao chất lƣợng và hiệu quả của các bƣớc xử lý tiếp theo.
Việc lựa chọn phƣơng pháp xử lý phụ thuộc vào kích thƣớc rác, hạt lơ lửng, tính chất hóa lý, nồng độ hạt lơ lửng, lƣu lƣợng nƣớc thải và độ sạch cần thiết phải đạt đƣợc theo yêu cầu của nơi tiếp nhận.
15
Song chắn rác thƣờng đặt trƣớc hệ thống xử lý nƣớc thải hoặc có thể đặt tại các miệng xả trong phân xƣởng sản xuất nhằm giữ lại các tạp chất có kích thƣớc lớn nhƣ: nhánh cây, gỗ, lá cây, giấy, nilông, vải vụn và các loại rác khác, đồng thời bảo vệ các công trình và thiết bị phía sau nhƣ tránh hỏng bơm, tránh tắc nghẽn đƣờng ống, mƣơng dẫn.
Phân loại dựa trên:
- Kích thƣớc: Thô, trung bình, mịn. - Hình dạng: song chắn, lƣới chắn.
- Phƣơng pháp làm sạch: Thủ công, cơ khí, phun nƣớc áp lực. - Bề mặt lƣới chắn: cố định, di động
Hình 2.1. Song chắn rác thô
Bể lắng cát
Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặng nhƣ: cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại, tro, than vụn… nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý sau.
Bể lắng cát thƣờng đặt sau song chắn rác, lƣới chắn và đặt trƣớc bể điều hòa lƣu lƣợng. Tùy theo đặc tính của dòng chảy ta có thể phân loại bể lắng cát nhƣ sau:
- Bể lắng cát ngang nƣớc chảy thẳng, chảy vòng. - Bể lắng cát đứng trƣớc chảy từ dƣới lên.
16 - Bể lắng cát nƣớc chảy xoắn ốc.
Hình 2.2.Bể lắng cát ngang
Bể điều hòa
Bể điều hòa là nơi chứa lƣợng nƣớc thải phát sinh tại nhà máy trong 24h. Bể điều hòa có chức năng điều chỉnh độ pH ở mức thích hợp, đảm bảo nồng độ, lƣu lƣợng nƣớc thải ở mức ổn định.
Bể điều hòa có thể có hoặc không có thiết bị khuấy trộn tùy thuộc tính chất của từng loại nƣớc thải khác nhau. Thiết bị khuấy trộn làm nhiệm vụ hòa trộn để cân bằng nồng độ các chất bẩn cho toàn bộ thể tích nƣớc thải có trong bể và ngăn ngừa cặn lắng trong bể, pha loãng nồng độ các chất độc hại nếu có.
Bể điều hòa có thể đƣợc bố trí trên dòng thải hoặc ngoài dòng tùy vào các phƣơng án thiết kế hệ thống xử lý và việc bố trí sẽ phụ thuộc khá nhiều vào các yếu tố nhƣ hệ thống xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom cũng nhƣ đặc tính của nƣớc thải.
Ƣu điểm:
- Khả năng nâng cao xử lý sinh học, và hạn chế tình trạng quá tải. - Pha loãng các chất gây ức chế sinh học.
- Giúp ổn định độ pH.
- Cải thiện chất lƣợng bùn nén, giúp bùn lắng đọng tốt hơn.
- Giảm thể tích bề mặt lọc giúp nâng cao hiệu quả và chu kỳ rửa lọc đƣợc tốt hơn. Nhƣợc điểm:
17
- Có thể lan tỏa mùi hôi, gây ô nhiễm không khí. - Đòi hỏi phải khuấy trộn và bảo dƣỡng thƣờng xuyên. - Chi phí đầu tƣ khá lớn.
Hình 2.3.Bể điều hòa
Bể lắng
Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có trọng lƣợng riêng lớn hơn trọng lƣợng riêng của nƣớc, cặn hình thành trong quá trình keo tụ tạo thành bông (bể lắng đợt1) hoặc cặn sinh ra trong quá trình xử lý sinh học (bể lắng đợt 2). Theo chiều dòng chảy, bể lắng đƣợc phân thành: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng li tâm.
Bể lắng đứng
Bể lắng đứng thƣờng có dạng hình tròn hoặc vuông trên mặt bằng, đƣờng kính từ 4 – 9 m. Nƣớc thải chuyển động trong vùng lắng theo hƣớng thẳng đứng từ dƣới lên (nhƣ trong hình cấu tạo bể lắng đứng ở trên).
Trong bể lắng đứng, nƣớc thải đƣợc dẫn vào ống trung tâm và từ đấy đƣợc dẫn động từ dƣới lên theo phƣơng thẳng đứng. Chiều cao công tác Hct của vùng lắng từ 2.7 – 3.8m. Vận tốc dòng chảy trong vùng công tác không lớn hơn 0.7 mm/s. Thời gian lắng thƣờng từ 1 – 2h. Nƣớc trong tập trung vào máng thu phía trên, cặn lắng đƣợc chứa ở phần hình nón hoặc chóp cụt phía dƣới và đƣợc xả ra ngoài bằng bơm hay áp
18
lực thủy tĩnh qua ống dẫn với độ chênh giữa mực nƣớc trong bể và cao độ trục ống trên 1.5m.
Do dòng chảy thay đổi đột ngột từ ống phân phối trung tâm sang vùng công tác nên trong bể thƣờng tạo nhiều vùng xoáy. Để hạn chế hiện tƣợng này tại ống trung tâm của bể có bố trí tấm phản xạ để điều chỉnh vận tốc nƣớc khi ra khỏi phễu phân phối phía dƣới ống trung tâm không lớn hơn 0.02 m/s.
Để tập trung bùn cặn vào hố thu giữa bể, góc nghiêng cạnh bên hình nón không nhỏ hơn 50 độ, tuy nhiên chiều sâu xây dựng sẽ tăng lên. Trong một số trƣờng hợp, đặc biệt là đối với nƣớc thải sản xuất có cặn khó trƣợt, ngƣời ta thƣờng lắp đặt hệ thống gạt cặn trong bể. Nguyên lý hoạt động của nó giống với bể lắng ly tâm, tuy nhiên, dùng hệ thống gạt cặn sẽ làm cho hiệu quả lắng giảm, giá thành xây dựng và vận hành quản lý tăng lên. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thấp, khoảng 45 – 48%. Bể có diện tích nhỏ.
Hình 2.4.Bể lắng đứng
Bể lắng ngang
Bể lắng ngang là bể đƣợc xây dựng theo hình chữ nhật với hai hoặc nhiều ngăn. Thông thƣờng với bể lắng ngang chiều sâu của bể thƣờng đƣợc thiết kế với độ sâu khoảng 2-3.5m, chiều dài của bể phải gấp 10 lần độ sâu dao động từ 20-35m và chiều rộng ở mức 3-6m. Ở giữa bể, ngƣời ta sẽ đặt các vách ngăn. Thông thƣờng đặt vách ngăn cách bể 1-2 m là thích hợp nhất.
Nguyên lý hoạt động: Sau quá trình đông tụ kết bông. Nƣớc sẽ theo máng phân phối đều vào bể qua vách tràn thành mỏng hoặc tƣờng đục lỗ xây dựng ở đầu bể tới khu vực lắng của bể. Sau khi qua khu vực lắng nƣớc sẽ tiếp tục di chuyển đến máng thu nƣớc ở khu vực đầu ra. Tại đây các cặn nổi cũng một phần giữ lại nhờ màng thu chất nổi, còn lƣợng nƣớc sau khi lắng cặn sẽ tới máng thu và theo ống thoát nƣớc dẫn ra ngoài chuẩn
19
bị cho quá trình lọc. Các cặn lắng (bùn lắng) sẽ đƣợc thu gom lại tại hố thu cặn và cũng đƣợc xả ra ngoài theo ống xả cặn.
Hình 2.5. Bể lắng ngang
Bể lắng li tâm
Bể lắng ly tâm là bể chứa tròn. Nƣớc chuyển động theo chiều từ tâm ra vành đai. Vận tốc nƣớc nhỏ nhất là ở vành đai. Chiều sâu phần lắng của bể là 1.5 – 5m, tỷ lệ đƣờng kính và chiều sâu là 6 – 30. Ngƣời ta thƣờng sử dụng bể có đƣờng kính 16 – 60m. Hiệu quả lắng là 60%.
Thiết bị lắng dạng ống với góc nghiêng nhỏ hoạt động gián đoạn. Trƣớc tiên, tiến hành quá trình lắng, sau đó rửa cặn trong ống. Để quá trình đƣợc diễn ra thuận lợi, cần phải phân phối đều nƣớc cho các ống và thực hiện chế độ chảy tầng. Thiết bị kiểu này đƣợc sử dụng khi nồng độ tạp chất lơ lửng không lớn và lƣu lƣợng 100 – 10,000 m3/ngày. Tải trọng thủy lực của thiết bị lắng là 6 – 10 m3/h.m2 tiết diện ống. Hiệu quả xử lý đạt 80 – 85%.
Trong thiết bị lắng dạng ống với góc nghiêng lớn, nƣớc chảy từ dƣới lên trên, còn cặn trƣợt liên tục theo ống xuống không gian chứa cặn. Sự tách cặn diễn ra liên tục nên không cần rửa ống. Tải trọng thủy lực của thiết bị là 2.4 – 7.2 m3/h.m2 tiết diện ống.
20
Hình 2.6. Bể lắng li tâm
2.3.2. Phƣơng pháp ử lý hóa học
Cơ sở của phƣơng pháp hóa lý là các phản ứng hóa học diễn ra giữa chất ô nhiễm và các chất thêm vào. Các phƣơng pháp hóa lý thƣờng đƣợc sử dụng là trung hòa, keo tu – tạo bông, oxy hóa – khử.
a. Trung hòa
Nƣớc chứa axit hoặc kiềm cần đƣợc trung hòa đƣa về pH trung tính (6.5 – 8.5) trƣớc khi sử dụng các công trình kế tiếp. Trung hòa nƣớc có thể thực hiện đƣợc bằng nhiều cách:
- Bổ sung các tác nhân hóa học
- Lọc nƣớc axit qua vật liệu có tác dụng trung hòa
- Hấp thụ khí axit bằng nƣớc kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nƣớc axit
Việc lựa chọn phƣơng pháp trung hòa là tùy thuộc vào thể tích và nồng độ của nƣớc và chi phí hóa chất sử dụng.
b. Keo tụ - tạo bông
Quá trình keo tụ tạo bông đƣợc ứng dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lững và các hạt keo có kích thƣớc nhỏ. Các chất này tồn tại ở dạng khuếch tán và không thể loại bỏ bằng quá trình lắng vì tốn rất nhiều thời gian. Để tăng hiệu quả lắng, giảm bớt thời gian lắng, ta thêm vào nƣớc thải một số hóa chất nhƣ phèn nhôm, phèn sắt, polymer,…Các
21
chất này có tác dụng kết dính các hạt keo trong nƣớc, giúp tăng kích cỡ và tỷ trọng hạt nên sẽ lắng nhanh hơn.
Các chất keo tụ dùng là phèn nhôm: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)3Cl, KAl(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O; phèn sắt: Fe2(SO4)3.2H2O, FeSO4.7H2O, FeCl3 hay chất keo tụ không phân ly, dạng cao phân tử có nguồn gốc thiên nhiên hay tổng hợp.
Trong khi tiến hành quá trình keo tụ, tạo bông cần chú ý: - pH của nƣớc thải.
- Bản chất của hệ keo.
- Sự có mặt của các ion trong nƣớc.
- Thành phần của các chất hữu cơ trong nƣớc. - Nhiệt độ.
Phƣơng pháp keo tụ có thể làm trong nƣớc và khử màu nƣớc thải vì sau khi tạo bông cặn, các bông cặn lớn lắng xuống thì những bông cặn này có thể kéo theo các chất phân tán không tan gây ra màu.
22
c. Phƣơng pháp o y hóa – khử
Phƣơng pháp oxi hóa-khử nhằm thực hiện việc trao đổi ion của một số chất trong nƣớc thải giúp các chất độc có trong nƣớc thải giảm bớt tính độc. Chi phí để áp dụng phƣơng pháp khá cao, nên chỉ thƣờng chỉ đƣợc áp dụng khi các chất ô nhiễm trong nƣớc
thải không thể bị tách hay loại bỏ bằng các phƣơng pháp khác.
2.3.3. Phƣơng pháp ử lý sinh học
Mục đích cơ bản của việc xử lý bằng phƣơng pháp sinh học là lợi dung các hoạt động sống và sinh sản của vi sinh vật (VSV) để phân hủy chất hữu cơ, làm keo tụ các chất keo lơ lửng không lắng đƣợc trong nƣớc thải. Các VSV sử dụng một số chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dƣỡng và tạo ra năng lƣợng. Trong quá trình dinh dƣỡng, chúng nhận các chất làm vật liệu xây dựng tế bào, sinh trƣởng và sinh sản nên khối lƣợng sinh khối đƣợc tăng lên.
Xử lý sinh học gồm các bƣớc:
- Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc Carbon ở dạng keo và dạng hòa tan thành thể khí và các tế bào vi sinh. Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào sinh vật và các chất keo vô cơ trong nƣớc thải.