Tại các khu đô thị, nước thải chủ yếu là nước thải sinh hoạt – là nước đã được sử dụng cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa…của các khu dân cư, các công trình công cộng, cơ sở dịch vụ như bệnh viện, trường học, nhà ăn...
Lượng nước thải sinh hoạt tại các khu dân cư, cơ sở dịch vụ, công trình công cộng phụ thuộc vào quy mô dân số của đô thị phụ thuộc loại hình, chức năng côg trình và số lượng người tham gia, phục vụ bên trong.
Bảng 11. Tiêu chuẩn thải nước một số cơ sở dịch vụ và công trình công cộng
Nguồn nước thải Đơn vị tính
Lưu lượng Lit/người.ngày
Nhà ga, sân bay Hành khách 7,5-15
Khách sạn Khách 152-210
Nhân viên 30-45
Nhà hàng Khách ăn 7,5-15
Siêu thị Nhân viên 26-50
Bệnh viện Giường bệnh 473-908
Nhân viên 19-56
Trường đại học Sinh viên 56-113
Nguồn: Metcalf&Eddy. Wastewater Engineeing Treatment, Disposal, Reuse. 2004
Lượng nước thải từ các cơ sở thương mại và dịch vụ cũng có thểđược chọn từ 15 đến 25% tổng lượng nước thải của toàn thành phố.
Nước thải là hệ đa phân tán thô bao gồm nước và các chất bẩn. Các chất bẩn trong nước thải sinh hoạt có nguồn gốc từ các hoạt động của con người. Các chất bẩn này với thành phần hữu cơ và vô cơ, tồn tại dưới dạng cặn lắng, các chất rắn không lắng được và các chất hoà tan. Thành phần chất bẩn trong nước thải sinh hoạt được biểu diễn theo sơđồ sau:
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 8681686 - Fax: (84.4) 8693551
34 Hình 3. Thành phần các chất bẩn trong nước thải sinh hoạt
Để tính toán thiết kế các công trình xử lí người ta thường xem xét các thành phần sau đây của nước thải sinh hoạt:
- Các chất rắn (chủ yếu là các chất rắn lơ lửng)
- Các chất hữu cơ (chủ yếu là các chất có thể bị phân huỷ sinh học) - Các chất dinh dưỡng (các hợp chất nitơ và phốtpho)
- Các vi sinh vật gây bệnh
Hai chỉ tiêu cơ bản đặc trưng cho thành phần các chất bẩn trong nướcthải sinh hoạt là hàm lượng cặn lơ lửng SS và nhu cầu Ôxy hóa sinh học BOD. Lượng chất thải bẩn tính theo chỉ tiêu chất chất lơ lửng SS và BOD.
Sự thay đổi về rất lớn lưu lượng vào các thời điểm khác nhau sẽ kéo theo sự thay đổi nồng độ các yếu tố ô nhiễm như nồng độ BOD và COD. Tuy nhiên trong quá trình sinh hoạt, con người xả vào hệ thống thoát nước một lượng chất bẩn nhất định, phần lớn là các loại cặn, chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng. Ở nước ta, trên cơ sở Tiêu chuẩn xây dựng TCXDVN 51:2008 quy định về lượng chất bẩn tính cho mỗi người dân đô thị xả vào hệ thống thoát nước trong 1 ngày như bảng sau:
Bảng 12. Lượng chất bẩn một người mỗi ngày xả vào hệ thống thoát nước
Các chất ô nhiễm Giá trị (g/ng.ngày)
Chất lơ lửng (SS) 60-65
BOD5 của nước thải chưa lắng 65
BOD5 của nước thải đã lắng 30-35
Nitơ amon (N-NH4) 8
Nước Các chất rắn
Nước thải
Các chất vô cơ
Các chất hữu cơ
Protein Cacbonhydrat Các chất béo Cát Muối Kim loại 99,9% 0,1%
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 8681686 - Fax: (84.4) 8693551
35
Phốtphat (P2O5 3,3
Clorua (Cl-) 10
Chất hoạt động bề mặt 2-2,5
Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ lớn (từ 55 đến 65% tổng lượng chất bẩn), tồn tại nhiều tạp chất hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo: polysacarit, protein (chiếm 40-60%), hợp chất hydrocacbon (25-50%), hợp chất hữu cơ chứa nitơ, axit humic, chất béo, dầu mỡ (khoảng 10%), phụ gia thực phẩm, chất hoạt động bề mặt, phenol và các chất thuộc họ của chúng (chất thải của người, động vật, chất bảo vệ thực vật, dược phẩm, thuốc màu, nhiên liêu…), chất hữu cơ tại phức, hydro cácbon và dẫn xuất của chúng. Các hợp chất hữu cơ có thể tồn tại dưới dạng hòa tan, keo, không tan, dạng dễ bay hơi hoặc không bay hơi.
Thông thường trong nước thải sinh hoạt ởđiều kiện 20°C sau 5 ngày lượng oxy tiêu thụ chủ yếu cho oxy hóa sinh hóa cho các chất hữu cơ cacbon (BOD5) và sau 20 ngày lượng oxy tiêu thụ cho quá trình sinh hóa là ổn định (BOD20). Mối quan hệ giữa các nhu cầu oxy trong nước thait sinh hoạt có thể xác định gần đúng theo tỷ lệ sau:
ThOD: 2- 2 7 Cr O COD : BOD20: - 4 MnO COD :BOD5 = 1: 0,95: 0,71: 0,65: 0,48
Dựa vào tỷ lệ trên, khi biết trước một chỉ tiêu nào đó có thểước tính sơ bộ các chỉ tiêu khác.
Trong nước thải sinh hoạt nitơ tồn tại dưới dạng vô cơ (65%) và hữu cơ (35%). Nguồn nitơ chủ yếu là từ nước tiểu. Mỗi người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước 1,2lit nước tiểu, tương đương với 12g nitơ tổng số. Trong sốđó, nitơ amoni (N- CO(NH2)2 là 0,7g, còn lại là các loại nitơ khác.
Tuy nhiên, một số dạng nitơ hữu cơ như urê và protein sẽ bị thủy phân trong nước tạo thành nitơ amoni. Sau đó chúng bị các loại vi khuẩn Nitrosomonas oxy hóa thành nitrit:
NH4+ + 1,5O2 -> 2H+ + NO2- + H2O
Và tiếp tục bị vi khuẩn Nitrobacter oxy hóa thành nitrat: NO2 + 0,5O2 -> NO3
Trong nước thải photpho tồn tại dưới dạng photpho hoạt tính – orthophotphat (60%) và photpho hữu cơ (40%). Các nguyên tố dinh dưỡng ( chủ yếu là N và P) sẽ thúc đẩy quá trình tăng sinh khối cuả thực vật, đặc biệt là các loại tảo và có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng trong nguồn nước tiếp nhận nước thải.
Bên cạnh đó trong nước thải sinh hoạt còn chứa nhiều chất hoạt động bề mặt mà điển hình là chất tẩy rửa tổng hợp, dễ gây nên hiện tượng sủi bọt trong các trạm xử
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 8681686 - Fax: (84.4) 8693551
36 lý nước thải và trên bề mặt nước nơi nguồn tiếp nhận. Phần lớn chất hữu cơ trong nước đóng vai trò cơ chất đối với vi sinh vật. Chúng tham gia vào quá trình dinh dưỡng và tạo năng lượng cho vi sinh vật.
Các chất vô cơ trong nước thải chiếm 40-42% chủ yếu gồm : cát, đất sét, các chất axit, bazơ vô cơ, dầu khoáng…
Nước thải chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh, trứng giun sán…có nguồn gốc từ chất thải trực tiếp của con người. Các dạng vi khuẩn coli thường tồn tại song song cùng với vi khuẩn gây bệnh nên người ta thường dùng chỉ tiêu tổng số vi khuẩn dạng coli (total coliform) để đánh giá tình trạng vệ vinh của nước.
Đồng thời trong nước thải còn có nhiều vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho quá trình chuyển hóa chất bẩn trong nước. Thành phần nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước, đặc điểm hệ thống thoát nước, điều kiện trang thiết bị vệ sinh…
Đặc điểm về tải lượng và nồng độ chất bẩn trong nước thải sinh họat từ các ngôi nhà độc lập theo nghiên cứu của cục bảo vệ môi trường Mỹ[4] được nêu trong bảng.
Bảng 13. Tiêu chuẩn nước thải và lượng chất bẩn trong đó tính cho một người ở một số nước
Tên nước Tiêu chuẩn nước thải l/ng ngày Lượng chất bẩn, g/ng.ngày Chất lơ lửng BOD Anh 100-200 90-100 54-65 Pháp 150-200 60-80 54-65 Bỉ 100-150 90 54-65 Hà Lan 100 90 54-65 Đức 100-250 90 54-65 Thụy Sĩ 200-350 90 75-80 Mỹ 350-500 90 80 Thụy Điển 300-500 100 80 Nga 100-500 65 35
Bảng 14. Tải lượng và nồng độ chất bẩn trong NTSH từ các ngôi nhà hoặc cụm dân cưđộc lập
Thông số Tải lượng, g/ng.ngày Nồng độ* , mg/l
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 8681686 - Fax: (84.4) 8693551
37
Các chất rắn dễ bay hơi 65-85 380-500
Cặn lơ lửng 35-50 200-290
Cặn lơ long dễ bay hơi 25-40 150-240
BOD5 35-50 200-290
COD 115-125 680-730
Tổng Nitơ 6-17 35-100
Nitơ amoni 1-3 6-18
Tổng Photpho 3-5 18-29
Photphat(Tính theo photpho) 1-4 6-24
Tổng Caliform 1011-4x1012** 108-1010***
Fecal Caliform 107-109***
Ghi chú: *
Nồng độ tính khi nồng độ của nước thải là 170l/ng.ngày **
Số Coliform ***
Số Coliform /100ml
Nồng độ chất bẩn trong nước thải sinh họat đô thị hoặc khu dân cư phụ thuộc vào đặc điểm hệ thống thoát nước, chếđộ xả và tiêu chuẩn thảI nước. Các chỉ tiêu chất bẩn trong nước thải sinh họat một số nước khí hậu nhiệt đới được nêu trong bảng
Bảng 15. Nồng độ chất bẩn trong nước thải đô thị một số nước khí hậu nhiệt đới
Chỉ tiêu Kodungaigur Ấn Độ Lima Pêru Hezziga Israel
Khu Kim Liên Hà Nội COD,mg/l 282 175 285 315 BOD5,mg/l 402 196 427 250 Chất lơ lửng,mg/l 1060 1187 1094 270 TDS, mg/l 205 - 163 750 Clorua, mg/l 30 - 76 100 Nitơ amoni, mg/l - - - 32 PO43-, mg/l - - - 12.5 Coliform,MPN/100ml - - - 13.106
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 8681686 - Fax: (84.4) 8693551 38 Chỉ tiêu Giá trị, mg/l pH 6,8 TS 720 SS 220 COD 500 BOD5 250 Phospho 8
Nitơ NH3 và nitơ hữu cơ 40
Bảng 16. Nồng độ chất bẩn điển hình của nước thải sinh hoạt
Như vậy nước thải sinh hoạt có hàm lượng các chất dinh dưỡng khá cao, đôi khi vượt cả yêu cầu cho quá trình xử lý sinh học. Một tính chất đặc trưng nữa của nước thải sinh hoạt là không phải tất cả các chất hữu cơ đều bị phân hủy bởi vi sinh vật mà khoảng 20 đến 40% BOD thoát ra khỏi các quá trình xử lý sinh học cùng với bùn.
Bên cạnh các khu dân cư, đô thị ngày nay còn có các loại hình phát triển kinh tế, các cơ sở sản xuất, khu công nghiệp. Nước được sử dụng như nguyên liệu, để giải nhiệt, làm nguội, làm sạch bụi và khí độc…ngoài ra còn được sử dụng để vệ sinh công nghiệp, nhu cầu sinh hoạt của công nhân. Nhu cầu về cấp nước và lượng nước thải sản xuất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại hình,quy mô, công nghệ sản xuất, thành phần nguyên vật liệu, đặc tính sản phẩm…
Nước thải sản xuất được chia thành 2 nhóm : nhóm nước thải sản xuất không bẩn (quy ước sạch) và nước bẩn. Nước thải sản xuất không bẩn chủ yếu tạo ra khi làm nguội thiết bị giải nhiệt trong các trạm làm sạch, ngưng tụ hơi nước,…Nước thải sản xuất bẩn có thể chứa nhiều loại tạp chất với nồng độ khác nhau, có loại chứa chất bẩn chủ yếu là chất vô cơ, có loại chứa chất bẩn chủ yếu là hữu cơ. Đa số nước thải sản xuất đều chứa hỗn hợp chất bẩn. Thành phần, tính chất nước thải sản xuất rất đa dạng và phức tạp. Một số loại có chứa thành phần độc hại như nước thải mạđiện chứa kim loại nặng: crôm, niken… nước thải lò giết mổ…Trong các khu công nghiệp tập trung, lưu lượng nước thải sản xuất cũng có thể chọn từ 25 đến 40 m3/ha.ngày, phụ thuộc vào các loại hình sản xuất trong khu chế xuất đó.
Thành phần nước thải sản xuất rất đa dạng, thậm chí ngay trong một ngành công nghiệp, số liệu cũng có thể thay đổi đáng kể do mức độ hoàn thiện của công nghệ sản xuất, điều kiện sản xuất. Trong từng trường hợp cụ thể, cần sử dụng các nguồn tài liệu thích hợp. Trong trường hợp xử lý chung, các chất thải công nghiệp biểu thị lưu lượng và khối lượng BOD qua số dân tương đương.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 8681686 - Fax: (84.4) 8693551
39 Tính gần đúng, nước thải đô thị thường gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt, 14% là các loại nước thấm và 36% là nước thải sản xuất. Nhìn chung nước thải đô thị có chứa một lượng lớn các chất ô nhiễm hữu cơ (trên 55%) ở trạng thái hòa tan và trạng thái lơ lửng, trong đó chủ yếu là hidratcacbon, protein và các axit hữu cơ là các chất có khả năng phân hủy sinh học, ngoài ra cong chứa nhiều nguyên tố dinh dưỡng nitơ, photpho…và nhiều loại vi sinh vật.
Lưu lượng nước thải đô thị phụ thuộc rất nhiều điều kiện khí hậu và các tính chất đặc trưng của thành phố. Khoảng 65 – 85% lượng nước cấp cho một người trơt thành nước thải. Lưu lượng và hàm lượng các chất bẩn trong nước thải đô thị thường dao động trong phạm vi khá lớn theo giờ trong ngày do việc sử dụng nước không đều theo thời gian trong ngày như trong hình 4. Đô thị càng có nhiều hoạt động khác nhau thì sự chênh lệch giữa nhu cầu trung bình và nhu cầu cao điểm càng ít. Lưu lượng nước thải lớn nhất trong ngày vào lúc 10 -12 giờ trưa và thấp nhất vào khoảng 5 giờ sáng.
Hình 4. Biểu đồ biến thiên lưu lượng theo thờ gian của nước thải đô thị
Để xác định lưu lượng nước thải, tốt nhất là theo các số liệu quan trắc thực đo đạc theo các thời điểm tiêu biểu trong ngày trong tháng, trong mùa, trong năm. Tuy nhiên, việc quan trắc thống kê này hiện tại vẫn còn nhiều khó khăn và bất cập nên người ta thường xác định theo tiêu chuẩn thoát nước đối với từng loại nước thải.
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 8681686 - Fax: (84.4) 8693551
40
2.2.1. Các bước xử lí nước thải đô thị:
Nước thải đô thị thường được xử lí theo ba bước như sau: • Bước thứ nhất (xử lý bậc một)
Xử lý bậc một bao gồm các quá trình xử lý sơ bộ để tách các chất rắn lớn như rác, lá cây, cát,… có thểảnh hưởng đến hoạt động của các công trình xử lý tiếp theo và nhằm làm trong nước thải đến mức độ yêu cầu bằng phương pháp cơ học như chắn rác, lắng trọng lực, lọc,…Đây là bước bắt buộc đối với tất cả các dây chuyền công nghệ XLNT. Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải sau khi xử lý ở giai đoạn này phải bé hơn 150 mg/l nếu nước thải được xử lý sinh học tiếp tục.
• Bước thứ hai (xử lý bậc hai hay xử lý sinh học)
Bước thứ hai thường là XLNT bằng phương pháp sinh học. Giai đoạn xử lý này được xác định trên cơ sở tình trạng sử dụng và quá trình tự làm sạch của nguồn nước tiếp nhận nước thải. Trong bước này chủ yếu là xử lý các chất hữu cơ dễ oxy hóa sinh học.
• Bước thứ ba (xử lý bậc ba hay xử lý triệt để)
Bước thứ ba là loại bỏ các hợp chất nitơ và photpho khỏi nước thải. Giai đoạn này rất có ý nghĩa đối với các nước khí hậu nhiệt đới như ở nước ta, nơi mà quá trình phú dưỡng ảnh hưởng sâu sắc đến chất lượng nước mặt.
• Xử lý bùn cặn trong nước thải
Trong nước thải có các chất không hòa tan như rác, cát, cặn lắng, dầu mỡ…Các loại cát (chủ yếu là thành phần vô cơ và tỷ trọng lớn) được phơi khô và đổ san nền, rác được nghiền nhỏ hoặc vận chuyển về bãi chôn lấp rác. Cặn lắng được giữ lại trong các bể lắng đợt (cặn sơ cấp) một có hàm lượng hữu cơ lớn được kết hợp với bùn thứ cấp ( chủ yếu là sinh khối vi sinh vật dư) hình thành trong quá xử lý sinh học nước thải, xử lý theo các bước tách nước sơ bộ, ổn định sinh học trong điều kiện yếm khí hoặc hiếu khí và làm khô. Bùn cạn sau xử lý có thể sử dụng để làm phân bón.
• Giai đoạn khử trùng
Giai đoạn khử trùng sau quá trình làm sạch nước thải là yêu cầu bắt buộc đối với một số loại nước thải hoặc một số dây chuyền công nghệ xử lý trong điều kiện nhân tạo.
Nồng độ chất bẩn sau quá trình xử lý qua các bước nên trên có thể xác định theo bảng 17 sau: Các bước xử lý H.lượng chất lơ lửng BOD5, mg/l Xử lý bậc một bằng ph.pháp cơ học đến 80 -
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 8681686 - Fax: (84.4) 8693551
41 Xử lý bậc hai bằng ph.pháp sinh học hoàn toàn 15-25 15-25
Xử lý bậc ba <15 <15
Bảng 17. Nồng độ chất bẩn sau các quá trình xử lý
2.2.2. Các phương pháp sinh học thường được sử dụng để xử lý nước thải đô thị có khả năng áp dụng thích hợp với điều kiện ở Việt Nam: khả năng áp dụng thích hợp với điều kiện ở Việt Nam:
Người ta sử dụng các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải sinh hoạt cũng như nước thải sản xuất khỏi nhiều hợp chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ