Nước thải trong chợ là hỗn hợp nhiều chất có hàm lượng ô nhiễm cao, nhất thiết phải xử lý trước khi thải ra môi trường. Việc xử lý nhằm loại bỏ hàm lượng chất rắn và khoáng hóa chất hữu cơ có trong nước thải. Hiện nay có một số phương pháp xử lý như sau:
III.1. Phương pháp sinh học
Thực chất biện pháp sinh học là sử dụng khả năng hoạt động của VSV để phân hủy các hợp chất bền hữu cơ trong nước thải. Phương pháp này thường được sử dụng để làm sạch các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ, keo. Do vậy, phương pháp này chỉ sử dụng khi đã loại bỏ những chất rắn thô ra khỏi nước thải.
Phương pháp này có thể khử được các hợp chất sunfit, muối amonitrat ( các chất chưa bị oxi hóa hoàn toàn). Sản phẩm của quá trình phân hủy sinh hóa các chất ô nhiễm này sẽ là CO2, H2O, N2, SO4-2… Quá trình phân hủy có thể diễn ra theo sơ đồ sau:
Sơ đồ 2.5 Sự chuyển hóa vật chất hữu cơ trong tự nhiên
Các nghiên cứu cho thấy VSV có thể phân hủy tất cả các chất hữu cơ thiên nhiên và các chất tổng hợp nhân tạo, chủ yếu là do vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh. Mức độ phân hủy và thời gian phân hủy phụ thuộc trước hết vào cấu tạo của các chất hữu cơ, độ hòa tan trong nước, và hàng loạt các yếu tố ảnh hưởng khác.
Các VSV thường tham gia vào quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học như:
Vi khuẩn Nitrosomonas tham gia chuyển hoá NH4+ thành axit nitric.
Chúng có dạng hình cầu hay hình bầu dục ngắn. Chúng thuộc dạng vi khuẩn gram (-), không sinh bào tử. Chúng có tiêm mao dài nên chuyển động được.
Vi khuẩn Nitrosospira có vai trò tương tự như Nitrosomonas. Chúng có hình thái thay đổi rất mạnh tùy thuộc vào điều kiện môi trường chúng tồn tại. Nhìn chung, đa số chúng có hình dấu phẩy.
Vi khuẩn Nitrobacter trong quá trình oxy hóa nitrit thành nitrat. Chúng thuộc vi khuẩn gram (-) và không tạo bào tử. Chúng cũng có thể sử dụng được CO2 làm nguồn carbon và không cần các hợp chất hữu cơ trong quá trình phát triển của mình.
Vi khuẩn hiếu khí C H N P S Vi khuẩn kỵ khí CH4 NH3 hợp chất photpho hữu cơ H2S CO2 H2O -NO2 -NO3 -PO4 -SO4 Các hợp chất hữu cơ Oxy không khí
Đặc biệt trong quá trình phản nitrat hóa tập hợp rất nhiều VSV khác nhau để thực hiện quá trình này như:
- Chromobacterium denitrificans: loài này không tạo bào tử, chúng thuộc loài yếm khí tùy tiện, có khả năng khử nitrat thành N2 tự do.
- Achromobacter stutzeri: loài này thường tạo thành chuỗi dài. Chúng có khả
năng làm đông tụ sữa và có khả năng lên men một số đường tạo thành chất khí.
- Pseudomonas fluorescens: loài trực khuẩn có khả năng chuyển động. Trong thiên nhiên chúng tạo thành chuỗi.
- Bacterium pyocyaneum: loài này có khả năng oxy hóa nitrat thành N2. Trong môi trường chúng thường tạo sắc tố màu xanh.
Ngoài ra trong nước thải còn có vi khuẩn Bacillus và Pseudomonas. Chúng là những VSV đóng vai trò chủ yếu trong quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trong nước.
Trong loài Bacillus còn có nhiều giống như Bacillus mycoides và Bacillus
megatherium var photphotium có khả năng chuyển hóa mạnh. Các giống như Bacillus
cereus và Bacillus asterosporus cũng có khả năng chuyển hóa tốt.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học chủ yếu bao gồm các quá trình sau:
Quá trình hiếu khí Quá trình kị khí Quá trình thiếu khí Quá trình tùy tiện
Ngoài ra, các quá trình phụ có thể được kết hợp cùng với các quá trình trên để nâng cao hiệu quả xử lý như:
Quá trình sinh trưởng lơ lửng Quá trình sinh trưởng dính bám Xử lý cùng với bùn hoạt tính
Tùy điều kiện cụ thể như địa hình, tính chất, khối lượng chất thải, khí hậu, mặt bằng nơi cần xử lý, và kinh phí cho phép với công nghệ thích hợp, người ta sẽ chọn một trong những phương pháp trên hay kết hợp với nhau để xử lý đạt hiệu quả cao nhất.
Ưu điểm của phương pháp sinh học:
Có thể xử lý nước thải ô nhiễm ở các mức độ khác nhau.
Hệ thống có thể tự điều chỉnh theo từng chất nhiễm bẩn và nồng độ của chúng
Thiết kế và trang thiết bị đơn giản
Nhược điểm của phương pháp sinh học:
Đầu tư cơ bản cho việc xây dựng khá tốn kém.
Phải có chế độ công nghệ làm sạch đồng bộ và hoàn chỉnh.
Các chất hữu cơ khó phân hủy và chất vô cơ có độc tính đều ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả làm sạch. Các chất có độc tính còn tác động lên cả quần thể sinh vật, làm giảm hiệu suất xử lý của quá trình.
Để xử lý nước thải, ta có thể pha loãng nước thải có nồng độ chất bẩn cao. Điều này sẽ làm gia tăng lượng chất thải và cần nhiều diện tích mặt bằng hơn để xử lý.
Tuy vậy, các phương pháp sinh học vẫn được dùng phổ biến rộng rãi và tỏ ra rất thích hợp cho quá trình làm sạch nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy.
Phương pháp này được ứng dụng trong trường hợp các chất ô nhiễm là các chất hữu cơ. Nếu chất bẩn có nguồn gốc vô cơ thì phương pháp này không phù hợp. Các phương pháp bao gồm lọc, đông tụ, keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, thẩm thấu ngược…để loại ra khỏi nước thải các hạt phân tán lơ lửng ( rắn và lỏng), các chất vô cơ và hữu cơ hòa tan.
Ưu điểm của phương pháp hóa lý sau:
Có khả năng loại các chất độc hữu cơ không bị oxi hóa sinh học Hiệu quả xử lý cao hơn
Kích thước hệ thống xử lý nhỏ hơn
Độ nhạy đối với sự thay đổi tải trọng thấp hơn Có thể tự động hóa hoàn toàn
Không cần theo dõi hoạt động của sinh vật Có thể thu hồi những chất khác nhau
Khuyết điểm
Thiết kế và trang thiết bị phức tạp Đòi hỏi hiểu biết về kỹ thuật khá cao
Chi phí đầu tư và bảo quản thiết bị rất tốn kém
III.3. Các phương pháp hóa học
Thực chất phương pháp này là đưa vào nước thải những chất phản ứng để gây tác động với các chất tạp bẩn, biến đổi hóa học và tạo cặn lắng đối với các chất hòa tan không độc hoặc không gây ô nhiễm môi trường. Các phương pháp hóa học trong xử lý nước thải gồm có: trung hòa, oxy hóa và khử ví dụ như phương pháp trung hòa, phương pháp keo tụ, phương pháp điện hóa học. Người ta thường sử dụng phương pháp hóa học để khử các chất hòa tan trong hệ thống khép kín. Đôi khi các phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước khi xử lý sinh học hay sau công đoạn này
Ưu điểm
Dùng để xử lý chất thải độc hại hay nước thải công nghiệp rất hiệu quả. Có khả năng thu hồi được những chất cần thiết trong nước thải.
Khuyết điểm
Phương pháp đắt tiền do tất cả các phương pháp đều dùng tác nhân hóa học
III.4. Phương pháp hóa sinh
Phương pháp này xử lý nước thải dựa trên khả năng hoạt động của vi sinh. Phương pháp được ứng dụng để loại các chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ ra khỏi nước thải.
Khi tiếp xúc với các chất hữu cơ, vi sinh vật phân hủy chúng một phần thành nước, khí CO2, ion nitric, và ion sulphat...Phần khác tạo thành khí sinh học. Sự phân hủy này gọi là oxy hóa sinh học.
Có hai phương pháp xử lý sinh hóa là hiếu khí và yếm khí. Phương pháp hiếu khí dựa vào việc sử dụng nhóm vi sinh hiếu khí. Hoạt động của chúng cần có oxy và nhiệt độ khoảng 20 – 400C. Khi thay đổi nồng độ oxy và nhiệt độ thì thành phần và khối lượng vi sinh thay đổi. Trong xử lý hiếu khí, các vi sinh được cất trong bùn hoạt tính hoặc trong màng sinh học. Các phương pháp yếm khí diễn ra không cần oxy, chúng được ứng dụng chủ yếu để khử chất cặn độc.
Ưu điểm
Đơn giản và dễ thiết kế
Dễ dàng ứng dụng vào trong thực tiễn Có giá trị kinh tế cao
Khuyết điểm Hiệu quả vẫn chưa cao
Do quá trình xử lý dựa vào vi sinh nên khi hệ thống VSV kém phát triển sẽ dẫn đến hiệu quả xử lý kém
Các chất cặn bã rất độc nên tốn thêm khoảng chi phí để xử lý cặn
III.5. Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm chất thải III.5.1. Độ pH
pH của các loại nước có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sinh học xảy ra trong nước bao gồm quá trình trao đổi chất, quá trình sinh sản và phát triển của VSV động vật và thực vật. Nó còn ảnh hưởng đến quá trình vật lý xảy ra trong môi trường nước như quá trình chuyển màu, quá trình chuyển trạng thái rắn,lỏng, khí của vật chất, quá trình hòa tan, kết lắng của vật chất. Ngoài ra, pH còn ảnh hưởng rất mạnh đến tất cả phản ứng hóa học xảy ra trong môi trường nước.
Vì thế, việc đo pH rất cần thiết để điều khiển quá trình lý học, hóa học, và sinh học như đã trình bày. Đồng thời giá trị pH còn cho ta biết thực trạng trước và sau khi bị tác động của nước tự nhiên và nước bị ô nhiễm, hoặc dùng thông số này để so sánh các loại nước với nhau.
Thông số pH được đo bằng máy đo pH
III.5.2. Hàm lượng chất rắn
Chất rắn là thành phần không hòa tan trong nước. Gồm 2 dạng là chất rắn vô cơ và chất rắn hữu cơ. Chất rắn vô cơ có dạng muối hòa tan hoặc không tan như đất đá ở dạng huyền phù hay lơ lửng. Chất rắn hữu cơ như xác VSV, tảo, động vật nguyên sinh, động vật phù du… Tùy vào kích thước ta có thể xác định được mức độ ô nhiễm
Để đo hàm lượng chất rắn lơ lửng ta cân phần cặn trên giấy lọc đã được sấy đến trọng lượng không đổi ở nhiệt độ 103o
III.5.3. Màu
Màu là chỉ số đánh giá sự hiện diện của các chất tạo màu tan trong nước (màu thực tế) và sự có mặt của các chất màu lơ lửng trong nước (màu biểu kiến).
Bản chất của nước là không màu. Nước có màu là do các chất bẩn gây nên. Màu sắc làm giảm giá trị cảm quan của nước, giá trị thẩm mỹ khi sử dụng nước, ảnh hưởng đến sản phẩm khi nước có màu trong sản xuất. Ngoài ra, màu nước giúp ta nhận biết mức độ ô nhiễm, thậm chí mức độ độc hại của nước.
Có nhiều phương pháp xác định sự ô nhiễm màu, trong đó phương pháp được sử dụng nhiều nhất là phương pháp so màu với các dung dịch chuẩn là Cioraphantinat cob.
III.5.4. Lượng oxy hòa tan
Oxy là nguyên liệu rất quan trọng cần thiết cho những sinh vật hiếu khí. Thiếu oxy thì mọi quá trình trao đổi sẽ bị ngưng trệ và sinh vật sẽ chết. Trong điều kiên tự nhiên oxy hòa tan trong nước khoảng 8- 10mg/lít. Các chất gây ô nhiễm trong nước thường làm giảm khả năng hòa tan của oxy. Để xác định lượng oxy hòa tan người ta thường dùng phương pháp iot (hay còn gọi là phương pháp Winkle). Phương pháp này dựa vào quá trình oxi hóa Mn2+
thành Mn4+ trong môi trường kiềm. Mn4+ có khả năng oxi hóa I- thành I2 trong môi trường acid. Như vậy lượng I2 được giải phóng tương đương với lượng oxi hòa tan trong nước. Lượng I2 sẽ được xác định bằng phương pháp chuẩn độ với dung dịch Na2S2O3
Oxy là một yếu tố cần thiết cho sự sống nên nó được coi như là một thông số rất quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước, mức oxy hóa hay mức ô nhiễm nước. Ngoài ra oxy còn là yếu tố quan trọng trong kiểm soát ăn mòn sắt thép, đặc biệt là đường ống phân phối nước.
Hiện nay người ta thường dùng hai phương pháp xác định lượng oxy hòa tan trong nước là IOF và phương pháp đo trực tiếp bằng điện cực oxy với màng nhạy cảm bằng máy đo.
III.5.5. Chỉ số BOD (nhu cầu oxy sinh hóa –Biochemical Oxygen Demand)
Nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước nhờ VSV. Quá trình này gọi là quá trình oxy hóa sinh học. Quá trình chuyển hóa này phụ thuộc vào rất nhiều những yếu tố sau:
Bản chất các chất hữu cơ Số lượng các chất hữu cơ
Số lượng và loài sinh vật tham gia
Các chất độc, các chất kiềm hãm sinh vật
Mục đích của việc xác định hàm lượng oxy hòa tan là:
Dùng để tính toán lượng oxy cần thiết oxy hóa các chất hữu cơ dễ phân hủy trong nước thải
Làm cơ sở cho việc tính toán các công trình xử lý ô nhiễm nước và nước thải Đánh giá chất lượng nước trước và sau khi xử lý
Đánh giá hiệu suất xử lý của một số quá trình
Trong thực tế, người ta không thể xác định lượng oxy cần thiết để phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học, mà chỉ xác định lượng oxy cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 20oC trong bóng tối (để tránh hiện tượng quang hợp trong nước). Chỉ số này được gọi là BOD5. Và phương pháp thường dùng là phương pháp pha loãng mẫu nước bằng cách bổ sung vào một số chất khoáng và làm bão hòa oxy hòa tan. Sau đó đem đi chuẩn độ lượng oxy này.
Cần xử lý sơ bộ những chất độc hại trước khi phân tích
Chỉ đo được hàm lượng các chất hữu cơ bị phân hủy bằng con đường sinh học
Thời gian phân tích khá dài (5 ngày)
III.5.6. Chỉ số COD (nhu cầu oxy hóa hóa học –Chemical Oxygen Demand)
Chỉ số này được sử dụng rộng rãi như là tiêu chuẩn cho hàm lượng chất hữu cơ trong xử lý chất thải. COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ thành CO2 và H2O. Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa, được xác định khi sử dụng một tác nhân hóa học mạnh trong môi trường axit.
Phương pháp phổ biến nhất để xác định COD là phương pháp bricromate.
III.5.7. Hàm lượng nitơ
Hàm lượng nitơ trong môi trường giúp ta xác định khả năng sử dụng phương pháp sinh học xử lý ô nhiễm môi trường nước, và mức độ ô nhiễm nước.
Vì thế, thông số nitơ là thông số quan trọng trong đánh giá chất lượng nước. Nitơ thường tồn tại trong ở các dạng hợp chất protein và các sản phẩm phân hủy như amôn, nitrit, nitrat…Đặc biệt trong nước thải tỉ lệ BOD5 với nitơ và photpho có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng xử lý nước thải ô nhiễm.
Người ta thường sử dụng nitơ tổng số để xác định mức độ ô nhiễm. Phương pháp thường dùng là Kjeldahl, nitơ amoniac được xác định bằng phương pháp so màu hoặc chuẩn độ. Và nitơ nitrit xác định bằng phương pháp so màu.
III.5.8. Hàm lượng photpho
Trong môi trường nước, photpho tồn tại ở dạng: H2PO4-, HPO4-, PO43-, dạng polyphotphat, và photpho hữu cơ. Chỉ tiêu photpho có ý nghĩa quan trọng trong xử lý nước để kiểm soát sự hình thành cặn rỉ, ăn mòn và khả năng xử lý bằng sinh học.
Photpho trong môi trường nước sẽ thúc đẩy các loài sinh vật thủy sinh sinh trưởng và phát triển mạnh. Sau đó, tảo và các VSV tự phân, thối rửa và làm ô nhiễm thứ cấp. Việc thiếu oxy hòa tan dẫn đến gây hại ngược lại thực vật thủy sinh. Như đã nói tỉ số BOD5 với nitơ và photpho có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xử lý. Vì thế người ta thường xác định tổng photpho để chọn phương pháp xử lý thích hợp cho đạt hiệu quả cao nhất.
Tổng photpho được đo bằng cách chuyển tất cả về dạng photphat và sau đó sẽ phản ứng với amoniummolydate tạo phức màu xanh và đo ở bước sóng 670nm.
III.5.9. Một số thông số khác
Ngoài ra để xác định mức độ ô nhiễm của nước thải, người ta có thể căn cứ vào