Theo nghiên cứu của Baziakina N.A thì ngay BOD20 cũng khơng đặc trưng một cách đầy đủ về lượng tổng quát các chất hữu cơ trong nước thải, vì chưa tính đến các chất hữu cơ bền vững khơng bị oxy hố bằng phương pháp sinh hố và cũng chưa tính đến một phần chất hữu cơ tiêu hao để phát triển vi khuẩn. Do đĩ để đánh giá một cách đầy đủ lượng oxy
cần thiết để oxy hố tất cả các chất bẩn hữu cơ trong nước thải, người ta ứng dụng các phương pháp oxy hố bicromat (hoặc độ oxy hố iơdot).
Lượng oxy cần thiết để oxy hố hố học các chất hữu cơ nêu trên được gọi là nhu cầu oxy hố quá trình hố học, COD.
Theo Baziakina N.A, BOD20 của nước thải sinh hoạt bằng 86% COD. Đối với nước thải cơng nghiệp thì tỷ lệ đĩ cĩ thể khác. Thí dụ nước thải của một vài loại cơng nghiệp hố chất cĩ BOD20 bằng 20% COD,…
Khi thiết kế các cơng trình xử lý nước thải cơng nghiệp hoặc hỗn hợp nước thải sinh hoạt và cơng nghiệp cần thiết phải xác định BOD20 và COD.
6.1.7. Độ phản ứng của nước thải
Độ phản ứng của nước thải cĩ một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý. Độ phản ứng của nước thải được biểu diễn qua đại lượng pH (kỹ hơn xem giáo trình “cơ sở hố học của các quá trình xử lý nước thiên nhiên và nước thải”).
Nước thải sinh hoạt cĩ pH= 7,2 – 7,6. Nước thải cơng nghiệp cĩ pH rất khác nhau phụ thuộc từng loại cơng nghiệp. Mơi trường thuận lợi nhất để vi khuẩn phát triển là mơi trường cĩ pH từ 7 đến 8.
Vi khuẩn nitrít phát triển thuận lợi nhất với pH = 4,8 – 8,8, cịn vi khuẩn nitrat với pH = 6,5 – 9,3.
Vi khuẩn lưu huỳnh cĩ thể tồn tại trong mơi trường cĩ pH = 1 – 4.
Các cơng trình xử lý nước thải làm việc bình thường với pH trong giới hạn từ 7 đến 7,6.
Rõ ràng là giá trị pH cĩ ý nghĩa quan trọng chẳng những trong nhiều khâu cơng nghệ xử lý nước thải mà cịn trong khâu quản lý các cơng trình.
6.1.8. Độ ổn định tương đối của nước thải
Trong nước thải luơn cĩ chứa một lượng oxy do sự hồ tan của khơng khí từ bên ngồi vào cũng như cĩ chứa một lượng oxy liên kết do kết quả của quá trình nitrát hố và khử nitrát. Những lượng oxy vừa nêu trên được ứng dụng trong quá trình sinh hố. Tỷ lệ giữa lượng oxy cĩ trong nước thải với lượng oxy cần thiết để oxy hố các chất hữu cơ được gọi là độ ổn định tương đối của nước thải.
Độ ổn định này cĩ liên quan mật thiết với thời gian thối rữa chất lỏng và cĩ thể tính theo cơng thức:
(1 10 K1t)
100.
S= − − (6.3a)
Trong đĩ: S – Độ ổn định tương đối của nước thải. T – Thời gian thối rữa chất lỏng
Sau khi thay giá trị K1 = 0,1 thì phương trình (6.3a) cĩ dạng:
( t)
1 100.
S= −0,794 (6.3b)
Như vậy, đo ổn định là 50% và nhiệt độ 20oC thì sự thối rữa bắt đầu từ ngày thứ ba. Khi độ ổn định 80% bắt đầu từ ngày thứ bảy. Khi độ ổn định 99% bắt đầu từ ngày thứ hai mươi.
Ở nhiệt độ dưới 20oC độ ổn định cĩ giá trị lớn hơn. Độ ổn định càng lớn thì tác hại do thối rữa càng ít. Đối với nước thải sinh hoạt dẫn đến trạm làm sạch, độ ổn định nhỏ hơn 11%, cịn nước thải sau khi qua xử lý sinh học, độ ổn định tăng đến 99%.
6.1.8. Xác định nồng độ bẩn của nước thải
Trong quá trình tính tốn các cơng trình xử lý, như đã trình bày ở trên cần phải biết thành phần của nước thải qua phân tích hố học. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp,
khi thiết kế trạm xử lý nước thải cho thành phố, thị trấn hoặc tiểu khu… những nơi ấy lại chưa cĩ hệ thống thốt nước đang cĩ để cĩ thể lấy mẫu nước phân tích về thành phần của chúng.
Thơng thường, khi thiết kế hay quy hoạch các khu dân cư, các xí nghiệp cơng nghiệp thì đồng thời phải thiết kế hệ thống thốt nước (gồm mạng lưới thốt nước và trạm xử lý). Trong trường hợp thiết kế các cơng trình xử lý cho xí nghiệp cơng nghiệp cĩ thể tham khảo các số liệu về thành phần nước thải của loại xí nghiệp cơng nghiệp tương tự. Khi thiết kế khơi phục hoặc cải tạo những thành phố thì thành phần của nước thải phải được xác định bằng tính tốn.
Để tính tốn cần phải biết đặc tính của các chất bẩn cũng như số lượng của chúng trong 1 ngày đêm tính cho 1 người cĩ thể sử dụng hệ thống thốt nước. Lượng các chất bẩn đĩ cĩ thể lấy theo bảng 6.1 (hoặc bảng 15 trong quy phạm tạm thời HC 10-9-72).
Bảng 6.1. Hàm lượng bẩn của nước thải sinh hoạt tính cho một người trong ngày đêm
Thành phần các chất bẩn tính bằng g/ng.ngđ Lượng bẩn Chất lơ lửng
BOD5 trong nước đã lắng BOD20 trong nước đã lắng Nitơ của muối amơn Phốt phát (P2O5) Clorua (Cl) 65 35 40 8 1,7 9
Ngồi ra cũng cần thiết phải biết tiêu chuẩn của thốt nước (l/ng.nđ)
Đối với những vùng dân cư khơng cĩ hệ thống thốt nước, khi tính tốn hàm lượngbẩn của nước thải cần lấy bằng 33% hàm lượng bẩn nêu ở bảng 1.1. Tiêu chuẩn thốt nước trong trường hợp này lấy khoảng 20 – 30l/ng.ngđ.
Hàm lượng chất bẩn của nước thải từ các cơng trìnyh cơng cộng (nhà tắm, nhà giặt, nhà ăn, trường học, bệnh viện, nhà trẻ, câu lạc bộ…) lấy theo bảng 6.1.
Xác định nồng độ bẩn của nước thải
Nồng độ bẩn của nước thải được xác định theo chất lơ lửng và theo NOS. Nồng độ bẩn của nước thải sinh hoạt theo chất lơ lửng được tính theo cơng thức:
q a C o sh 1000 . = mg/l hoặc g/m3 (6.4) Trong đĩ:
ao – Hàm lượng bẩn của chất lơ lửng, g/ng.ngđ q – Tiêu chuẩn thốt nước, l/ng.ngđ
Nồng độ bẩn của nước thải sinh hoạt theo BOD được tính theo cơng thức:
q a
Lsh = 1.1000 mg/l hoặc g/m3 (6.5) Trong đĩ:
Nhiều trường hợp, nước thải sinh hoạt được trộn lẫn với nước thải cơng nghiệp và do đĩ cĩ ảnh hưởng đến thành phần của nước thải. Trong trường hợp đĩ, cần xác định nồng độ bẩn hỗn hợp của nước thải sinh hoạt và nước thải cơng nghiệp.
Nồng độ bẩn của hỗn hợp nước thải sinh hoạt và cơng nghiệp theo chất lơ lửng được tính theo cơng thức: CN sh CN CN sh sh hh Q Q Q C Q C C + + = . . mg/l hoặc g/m3 (6.6) Trong đĩ:
Csh, CCN – Nồng độ bẩn theo chất lơ lửng của nước thải sinh hoạt và cơng nghiệp, mg/l;
Qsh, QCN – Lưu lượng trung bình của nước thải sinh hoạt và cơng nghiệp, l/ngđ hoặc m3/ng.đ
Nồng độ bẩn của hỗn hợp nước thải sinh hoạt và cơng nghiệp theo BOD được tính theo cơng thức: CN sh CN CN sh sh hh Q Q Q L Q L L + + = . . mg/l hoặc g/m3 (6.7) Trong đĩ:
Lsh, LCN – BOD của nước thải sinh hoạt và nước thải cơng nghiệp, mg/l; Dân số tương đương
Aûnh hưởng của nước thải cơng nghiệp được thể hiện qua việc xác định dân số tương đương. Dân số tương đương là dân số gây ra một lượng bẩn tương đương với lượng chất bẩn do nước thải cơng nghiệp tạo nên.
Dân số tương đương được xác định theo chấtlơ lửng và theo BOD và được tính như sau:
- Dân số tương đương theo chất lơ lửng: 0 . a Q C Ntđ = CN CN (6.8)
- Dân số tương đương theo BOD: 1 . a Q L Ntđ = CN CN (6.9)
Dân số tính tốn để thiết kế trạm xử lý được tính bằng tổng dân số thành phố và dân số tương đương.
6.1.9. Sử dụng nước thải
Nước thải thường được xem là loại nước bẩn, nguy hiểm về mặt vệ sinh. Tuy nhiên, khi nghiên cứu kỹ về thành phần hố học của chúng ta thấy là trong nước thải cĩ chứa những sản phẩm quý cĩ ích cho nơng nghiệp.
Trong nước thải sinh hoạt cĩ chứa một lượng khá lớn nitơ, kali, phốtpho, canxi… là những chất phân bĩn cĩ giá trị đối với nơng nghiệp.
Một phần lớn kali và nitơ tồn tại trong nước thải ở dạng hồ tan, cịn phốt pho ở dạng cặn lắng.
Thành phần phân bĩn trong nước thải rất lớn. Bằng thực nghiệm người ta tính được rằng trong 1000m3 nước thải cĩ chứa một lượng nitơ tương đương với lượng nitơ trong 17,5 tấn phân bĩn, lượng kali ứng với lượng kali trong 6 tấn phân bĩn và lượng phốt phát bằng lượng phốt pho trong 5,6 tấn phân bĩn. Trong điều kiện nước ta, sử dụng nước thải cĩ thành
tận dụng nước thải như thế nào cho phù hợp với điều kiện canh tác cũng như điều kiện vệ sinh cho nhân dân. Khĩ khăn địi hỏingười làm cơng tác cấp thốt nước nghiên cứ và tìm ra những biện pháp tốt nhất nhằm giải quyết hai vấn đề cơ bản là: năng suất canh tác và vấn đề tự làm sạch của nước thải.
Cặn lắng của nước thải sau khi đã lên men cũng cĩ thể dùng là phân bĩn. Trong thành phần của cặn lên men cũng cĩ một lượng đáng kể nitơ, phốt pho, kali, natri, vơi…
Nước thải cơng nghiệp cĩ thể chứa nhiều chất hố học khác nhau, trong đĩ cĩ cả các chất gây tác hại đối với thực vật.
Trong trường hợp đĩ, nếu dùng nước thải cơng nghiệp để tưới ruộng cần cĩ biện pháp để hạ nồng độ chất độc hại đến giới hạn cho phép. Bên cạnh các chất cĩ hại đĩ, trong nước thải cĩ chứa các chất cĩ lợi. Thí dụ: nước thải của một vài xí nghiệp dệt cĩ chứa nitơ và nước tảhi của nhiều loại cơng nghiệp khác cĩ chứa các nguyên tố vi lượntg, chúng gĩp phần vào việc làm tăng năng suất cây trồng.
Nước thải sinh hoạt như đã nêu trên, cĩ chứa cả các vi khuẩn gây bệnh, do đĩ trước khi sử dụng tưới ruộng, theo nguyên tắc cần tiến hành lắng trong vịng 1,5 – 2h để các trứng giun sán trong nước thải bị loại hồ tồn. Nĩi một cách khác, nước thải sinh hoạt sau khi đã xử lý sơ bộ để loại trừ những nguy hiểm của vi khuẩn gây bệnh, việc sử dụng nước thải để tưới và bĩn ruộng sẽ cĩ hiệu quả đáng kể.
Nước thải sinh hoạt đơi khi được sử dụng vào mục đích nuơi cá.
6.1.10. Quá trình tự làm sạch của nguồn nước
Khả năng khử được các chất bẩn trong nguồn nước được gọi là khả năng tự làm sạch của nguồn nước. Nĩ thể hiện qua hai quá trình:
- Quá trình xáo trộn (pha lỗng) thuần túy lý học giữa nước thải với nguồn nước. - Quá trình khống hĩa các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nguồn nước
Kết quả của hai quá trình trên là nồng độ của chất bẩn trong nguồn nước bị giảm xuống.
Đối với nguồn nước cĩ dịng chảy (sơng, suối) nước thải được pha lỗng với nguồn nước và trơi theo đến một khoảng cách nào đĩ. Trên khoảng dài đĩ người ta thường chia thành những vùng như sau:
- Vùng cống xả nước thải
- Vùng xáo trộn hồn tồn giữa nước thải và nước sơng
- Vùng nhiễm bẩn nặng nhất. Hàm lượng ơxy hịa tan trong nguồn đạt giá trị nhỏ nhất. - Vùng phục hồi lại quá trình bình thường. Quá trình làm sạch coi như đã kết thúc.
Cường độ của quá trình tự làm sạch phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tốc độ dịng chảy, điều kiện làm thống, độ sâu nguồn nước, nhiệt độ ....thủy sinh, thành phần hĩa lý của nước nguồn...
6.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH NƯỚC THẢI
Mục đích của quá trình xử lý nước thải là loại bớt các chất ơ nhiễm cĩ trong nước thải đến mức độ chấp nhận được theo tiêu chuẩn quy định. Mức độ yêu cầu xử lý nước thải tùy thuộc vào các yếu tố sau:
- Xử lý để tái sử dụng. - Xử lý quay vịng.
- Xử lý để xả ra ngồi mơi trường.
Để xác định mức độ yêu cầu xử lý đối với nước thải, một cơng việc hết sức quan trọng. Bởi nếu xác định sai cĩ thể nảy sinh hai vấn đề sau:
- Chi phí xử lý nước thải quá tốn kém gây phương hại về kinh tế. Mức độ cần thiết xử lý nước thải phụ thuộc vào:
- Nồng độ bẩn của nước thải
- Khả năng tự làm sạch của nguồn nước tiếp nhận. - Yêu cầu về mặt vệ sinh mơi trường.
Điều quan trọng trước hết là phải nắm được thành phần tính chất của nước thải.
Vấn đề xử lý nước như thế nào khơng phải là vấn đề mang tính thời sự về mặt cơng nghệ nữa. Vấn đề cần quan tâm là phải đảm bảo tính khả thi về mặt kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế.
Tổng quan các biện pháp xử lý nước thải cĩ thể chia ra làm ba nhĩm chính như sau : Xử lý bằng phương pháp cơ học
Xử lý bằng phương pháp hĩa -lý. Xử lý bằng phương pháp vi sinh.
6.2.1. Xử lý bằng phương pháp cơ học
Nhiệm vụ - Là để loại các tạp chất cơ học ra khỏi nước thải, gồm các cơng trình sau đây:
a. Sàng rác hoặc song chắn rác
Phương pháp sàng rác nhằm loại các mảnh lớn như lá cây, que... ra khỏi nước thải trước các cơng đoạn xử lý tiếp theo với mục đích bảo vệ các thiết bị như bơm...
Thiết bị sàng rác cĩ thể được chia thành hai loại: - Sàng rác: thanh chắn, thanh chắn tự động, quay...
- Sàng kết hợp với cắt rác, thiết bị này sẽ loại các rác lớn đồng thời cắt các mảnh rác nhỏ thành các mảnh nhỏ hơn.
- Tùy thuộc vào mục đích và tính chất của rác kích thước (độ mở) của các khe hở cĩ thể chọn trong khoảng 1 - 5 mm.
Song chắn rác nhằm để loại rác thơ hơn.
b. Bể lắng cát
Tách các tạp chất vơ cơ chủ yếu là cát và được bố trí trước bể lắng. Sử dụng bể lắng cát để tránh ảnh hưởng xấu tới các cơng trình xử lý nước thải như : Khĩ xả cặn từ bể lắng, tránh khĩ khăn trong các cơng trình xử lý cặn ở bể mêtan, tự hoại...,
- Gồm các bể lắng cát ngang - Bể lắng cát đứng
- Bể lắng cát thổi khí.
c. Bể lắng
Nhiệm vụ là giữ lại các chất khơng tan trong nước thải chủ yếu dạng hữu cơ ( 80%) sau khi đã qua bể lắng cát. Sau bể lắng hàm lượng cặn lơ lửng cần < 150 mg/l.
Bản chất của phương pháp lắng là dựa trên lực trọng lực của các hạt để tách chúng ra khỏi nước thải. Vận tốc lắng của các hạt phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau như :
- Độ nhớt của nước thải .
- Kích thước và khối lượng riêng của các hạt. - Mật độ của các hạt (hay nồng độ)
- Chế độ dịng chảy (v)...
- Bể lắng nước thải thường được thiết kế dưới dạng hình chữ nhật, hoặc hình trịn ...
- Bể lắng đợt 2 : Để lắng bùn hoạt tính, màmg vi sinh vật - Bể lắng đợt 3 khi cĩ xử lý sinh học bậc 2.
Theo hướng chuyển động của nước ta cĩ : - Bể lắng ngang.
- Bể lắng đứng. - Bể lắng li tâm.
d. Lọc nước thải
Phương pháp lọc nước thải thường ít được áp dụng rộng rãi do giá thành xử lý cao. Tuy nhiên trong một số trường hợp khi kết hợp xử lý với thu hồi tái sử dụng một số thành phần quí hiếm trong nước thải hoặc cần thiết phải tái sử dụng nước phương pháp này vẫn được áp dụng.
6.2.2. Các phương pháp xử lý hĩa lý
Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hĩa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hĩa học để loại bớt các chất ơ nhiễm ra khỏi nước thải. Chủ yếu để xử lý nước thải cơng nghiệp. Giai đoạn xử lý hĩa lý cĩ thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơ học, hĩa học, sinh học trong cơng nghệ xử lý nước thải hồn