Thơng số hóa học

1.2 NƯỚC THẢI SINH HOẠT CỦA KHU ĐÔ THỊ

1.2.4.2 Thơng số hóa học

pH

pH là chỉ tiêu đặc trưng cho tính axit hoặc tính bazo của nước được tính bằng nồng độ của ion hydro (pH = -lg[H+]). pH là chỉ tiêu quan trọng nhất trong q trình sinh hóa bởi tốc độ của quá trình này phụ thuộc đáng kể vào sự thay đổi của pH. Các cơng trình xử lý sinh học nước thải thường hoạt động tốt khi pH = 6,5 – 8,5. Đối với nước thải sinh hoạt, pH thường dao động trong khoảng 6,9 – 7,8.

Nhu cầu oxy hóa học (COD)

Nhu cầu oxy hóa học (COD) là lượng oxy cần thiết để oxy hóa tồn bộ các chất hữu cơ có trong nước thải, kể cả các chất hữu cơ không bị phân hủy sinh học và được xác định bằng phương pháp bicromat trong mơi trường axit sunfuric có thêm chất xúc tác – sunfat bạc.

Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD)

Nhu cầu oxy sinh hóa (viết tắt là NOS hay BOD) là một trong những thông số cơ bản đặc trưng cho mức độ ô nhiễm nước thải bởi các chất hữu cơ có thể bị oxy sinh hóa (các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học). NOS được xác định bằng lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ dạng hịa tan, dạng keo và một phần dạng lơ lửng với sự tham gia của các vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí, được tính bằng mgO2/l hay đơn giản là mg/l. Trong thực tế, thường sử dụng thông số NOS5 (BOD5) (5 ngày ủ).

Nitơ và các hợp chất chứa Nitơ

Nitơ là nguyên tố quan trọng trong sự hình thành sự sống trên bề mặt Trái Đất. Nitơ là thành phần cấu thành protein có trong tế bào chất cũng như các acid amin trong nhân tế bào. Xác sinh vật và các bã thải trong quá trình sống của chúng là những tàn tích hữu cơ chứa các protein liên tục được thải vào môi trường với lượng rất lớn. Các protein này dần dần bị vi sinh vật dị dưỡng phân hủy, khống hóa trở thành các hợp chất Nitơ vô cơ như NH4+, NO2-, NO3- và có thể cuối cùng là trả lại N2 cho khơng khí.

Như vậy, trong mơi trường đất và nước luôn tồn tại các thành phần chứa Nitơ từ các protein có cấu trúc phức tạp đến acid amin đơn giản, cũng như các ion Nitơ vô cơ là sản phẩm q trình khống hóa các chất kể trên.

Trong nước mặt cũng như nước ngầm, Nitơ tồn tại ở 3 dạng chính là: ion amoni (NH4+), nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-). Dưới tác động của nhiều yếu tố hóa lý và do hoạt động của một số sinh vật các dạng Nitơ này chuyển hóa lẫn nhau, tích tụ lại trong nước ăn và có độc tính đối với con người. Nếu sử dụng nước có NO2- với hàm lượng vượt mức cho phép kéo dài, trẻ em và phụ nữ có thai có thể mắc bệnh xanh da vì chất độc này cạnh tranh với hồng cầu để lấy oxy.

Photpho và các hợp chất chứa photpho

Nguồn gốc của các hợp chất chứa Photpho có liên quan đến sự chuyển hóa các chất thải của người và động vật và sau này là lượng khổng lồ phân lân sử dụng trong nông nghiệp và các chất tẩy rửa tổng hợp có chứa Photphate sử dụng trong sinh hoạt và một số ngành cơng nghiệp trơi theo dịng nước.

Trong các loại nước thải, Photpho hiện diện chủ yếu dưới các dạng Photphate. Các hợp chất chứa Photphate được chia thành Photphate vô cơ và Photphate hữu cơ.

Photpho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của sinh vật. Việc xác định Photpho tổng là một thơng số đóng vai trị quan trọng để đảm bảo quá trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trong các hệ thống xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học.

Photpho và các hợp chất chứa Photpho có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triển mạnh của tảo và vi khuẩn lam.

Oxy hòa tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong q trình xử lý sinh học hiếu khí. Lượng oxy hịa tan trong nước thải ban đầu dẫn vào trạm xử lý thường bằng khơng hoặc rất nhỏ. Trong khi đó, trong các cơng trình xử lý sinh học hiếu khí thì lượng oxy cần thiết khơng nhỏ hơn 2 mg/l.

Chất hoạt động bề mặt

Các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm hai phần: kỵ nước và ưa nước. Nguồn tạo ra các chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt và cơng nghiệp.

Sự có mặt của các chất hoạt động bề mặt trong nước thải có ảnh hưởng đến tất cả các giai đoạn xử lý. Các chất này làm cản trợ quá trình lắng của các hạt lơ lửng, tạo nên hiện tượng sủi bọt trong các cơng trình xử lý, kiềm hãm các quá trình xử lý sinh học.

1.2.4.3 Thông số sinh học

Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước thải có thể truyền hoặc gây bệnh cho người. Chúng vốn không bắt nguồn từ nước mà cần có vật chủ để sống ký sinh, phát triển và sinh sản. Một số các sinh vật gây bệnh có thể sống một thời gian khá dài trong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàng, bao gồm vi khuẩn, virus, giun sán.

Vi khuẩn: các loại vi khuẩn gây bệnh có trong nước thường gây bệnh về đường ruột, như dịch tả (cholera) do vi khuẩn Vibrio comma, bệnh thương hàn (typhoid) do vi khuẩn Salmonella typhosa…

Virus: có trong nước thải có thể gây bệnh có liên quan đến sự rối loạn hệ thần kinh trung ương, viêm tủy xám, viêm gan… Thông thường khử trùng bằng các quá trình khác nhau trong các giai đoạn xử lý có thể diệt được virus.

Giun sán (helminths): giun sán là loại sinh vật ký sinh có dịng vịng đời gắn liền với hai hay nhiều động vật chủ, con người có thể là một trong số các vật chủ này. Chất thải của người và động vật là nguồn đưa giun sán vào nước. Tuy nhiên, các phương pháp xử lý nước hiện nay tiêu diệt giun sán rất hiệu quả.

1.2.5 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt

Tác hại đến môi trường của nước thải do các thành phần ô nhiễm tồn tại trong nước thải gây ra:

- COD, BOD: sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng và làm giảm pH của môi trường.

- SS: lắng đọng ở nguồn tếp nhận, gây điều kiện yếm khí.

- Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng đến đời sống của thuỷ sinh vật nước.

- Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da,…

- Ammonia, P: đây là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng. Nếu nồng độ trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hoá ( sự phát triển bùng phát của các loại tảo, làm cho nồng độ oxy trong nước rất thấp vào ban đêm gây ngạt thở và diệt vong các sinh vật, trong khi đó vào ban ngày nồng độ oxy rất cao do quá trình hơ hấp của tảo thải ra ).

- Màu: mất mỹ quan.

- Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt lớn và gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường nước. Nếu ô nhiễm quá mức, điều kiện yếm khí có thể hình thành. Trong q trình phân huỷ yếm khí sinh ra các sản phẩm như H2S, NH3, CH4,..làm cho nước có mùi hơi thối.

1.2.6 Những lưu ý quan trọng trong thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

- Thông số nồng độ đầu vào; - Lưu lượng nước thải đầu vào; - Lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp; - Chi phí đầu tư;

- Hiệu quả xử lý nước thải;

- Khả năng tái sử dụng nước sau xử lý;

- Tỷ lệ tái sử dụng nguyên liệu và năng lượng; - Chi phí vận hành, bảo trì, sửa chữa;

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

2.1 XỬ LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC

Mục đích của phương pháp cơ học để XLNT là tách pha rắn (tạp chất phân tán thô) khỏi nước thải bằng các phương pháp lắng và lọc.

- Để giữ các tạp chất khơng hịa tan lớn và một phần chất bẩn lơ lửng: dùng song chắn hoặc lưới lọc.

- Để tách các chất rắn lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn hoặc bé hơn nước dùng bể lắng:

 Các chất lơ lửng có nguồn gốc khống (chủ yếu là cát) được lắng ở bể lắng cát.

 Các hạt cặn đặc tính hữu cơ được tách ra ở bể lắng.

 Các hạt cặn nhẹ hơn: dầu, mỡ, nhựa… được tách ở bể thu dầu, mỡ, nhựa (dùng cho nước thải công nghiệp).

 Để giải phóng chất thải khỏi các chất huyền phù, phân tán nhỏ… dùng lưới lọc, vải lọc hoặc lọc qua lớp vật liệu lọc (thường dùng cho nước thải công nghiệp).

Phương pháp xử lý cơ học tách khỏi nước thải sinh hoạt khoảng 60% tạp chất không tan, tuy nhiên BOD trong nước thải giảm không đáng kể. Để tăng cường quá trình xử lý cơ học, người ta làm thống nước thải sơ bộ trước khi lắng nên hiệu suất xử lý của các cơng trình cơ học có thể tăng đến 75% và BOD giảm đi 10 – 15%.

Một số cơng trình xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học bao gồm:

2.1.1 Song chắn rác

Nhiệm vụ: Song chắn rác dùng để giữ lại các tạp chất thô như giấy, rác, túi nilon, vỏ cây và các tạp chất có trong nước thải nhằm đảm bảo cho máy bơm, các cơng trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định.

Song chắn rác (SCR) có thể phân thành các nhóm sau:

- Theo kích thước của khe hở: SCR thơ (30 – 200mm), SCR trung bình (16 – 30mm) và SCR nhỏ (<16mm);

- Theo đặc điểm cấu tạo: SCR cố định và SCR di động; - Theo phương pháp vớt rác: SCR thủ công và SCR cơ giới.

 Song chắn rác thô

Nguyên lý cấu tạo: SCR gồm các thanh bằng thép không gỉ, sắp xếp cạnh nhau và hàn cố định trên khung thép, thường đặc nghiêng 45 – 900 so với phương ngang trên mương dẫn nước. Khoảng cách giữa các thanh gọi là khe hở. Một số loại thanh chắn:

- Tiết diện trịn;

- Tiết diện hình chữ nhật; - Tiết diện hình bầu dục.

Hình 2.1 Song chắn rác thơ.[5]

Nguyên lý hoạt động: SCR được đặt trước ngăn tiếp nhận nước thải để loại bỏ tập vật có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống như: làm tắc bơm, đường ống hoặc mương dẫn. Lượng rác giữ lại trên SCR < 0,1 m3 /ngày khi vớt rác bằng tay và ≥ 0,1 m3 /ngày khi vớt rác bằng cơ giới.

Ưu điểm:

- Cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt, sữa chữa, thay thế và vệ sinh. - Chi phí đầu tư và bảo dưỡng thấp.

Nhược điểm:

- Có hiện tượng tắc nghẽn nếu lượng rác thải quá nhiều và không thường xuyên vớt rác. Để khắc phục, ta phải thiết kế thêm hệ thống trục vớt hoặc máy nghiền rác.

Song chắn rác cơ khí chỉ dùng cho những trạm xử lý nhỏ có lượng rác > 0,1m3

/ngày.đêm và hoạt động liên tục, răng cào lọt vào các khe hở giữa các thanh kim loại, cào được gắn vào xích bản lề ở hai bên song chắn rác có liên hệ với động cơ điện qua bộ truyền động. Cào cơ giới có thể chuyển động từ trên xuống dưới hoặc từ dưới lên theo dòng nước.

Nguyên lý cấu tạo: song chắn rác được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn, nghiêng 1 góc 45 - 600 nếu làm sạch thủ cơng hoặc nghiêng một góc 75 - 850 nếu làm sạch bằng máy. Tiết diện của song chắn rác có thể trịn, vng hoặc hỗn hợp. Song chắn rác tiết diện trịn có trở lực nhỏ nhất nhưng dễ bị tắc bởi các vật giữ lại. Do đó thơng dụng hơn cả là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vng góc phía sau và cạnh trịn phía trước hướng đơi diện với dòng chảy. Vận tốc nước chảy qua song chắn rác giới hạn trong khoảng 0,6 - 1m/s. Vận tốc cực đại dao động trong khoảng 0,75 - 1m/s nhằm tránh đẩy rác qua khe của song. Vận tốc cực tiểu là 0,4 m/s nhằm tránh phân hủy các chất rắn.

Hình 2.2 Song chắn rác cơ khí.[20]

Bố trí bể: thiết bị chắn rác bố trí tại các máng dẫn nước thải trước trạm bơm nước thải và các cơng trình xử lý nước thải.

Ưu điểm:

- Giữ được các loại rác có đường kính nhỏ, các hợp chất tương đối mịn.

- Hiệu quả mang lại cao hơn, nếu sử dụng song chắn rác tinh thì (có thể) loại bỏ bể lắng đợt I ở các cơng trình sau.

- Vận tốc dòng chảy ổn định, loại bỏ được SS nhỏ (1-10 mm). - Dễ dàng khi vệ sinh.

- Tốn chi phí điện năng. - Dễ bị bít nghẹt.

- Chỉ thích hợp với lưu lượng nhỏ.

2.1.2 Bể điều hòa

Nhiệm vụ:

- Giảm bớt sự dao động của hàm lượng các chất bẩn trong nước thải; - Ổn định lưu lượng;

- Giảm và ngăn cản các chất độc hại đi vào cơng trình xử lý sinh học tiếp theo; - Tiết kiệm hóa chất để khử trùng nước thải.

Nguyên lý cấu tạo: bể điều hịa là bể chứa hình chữ nhật, thường được xây dựng bằng bê tơng - cốt thép. Đáy bể điều hịa có rốn tập trung nước khi cần có thể tháo khô bể bằng bơm chiều lưu động hoặc bằng cách xả nước trọng lực.

Bể điều hịa có 2 loại:

- Bể điều hịa lưu lượng - nồng độ: bên trong có thiết bị khuấy trộn (thiết bị cơ học hoặc khí nn). Hệ thống khí nn có thể là các ống đục lỗ, đĩa phân phối khí, ejector sục khí, ống đứng kiểu bơm airlift.

- Bể điều hòa lưu lượng: bên trong khơng có thiết bị khuấy trộn. Bể được chia thành nhiều ngăn, định kì tháo khơ từng ngăn để xúc cát và lắng cặn ra ngồi.

Hình 2.3 Bể điều hịa.[15]

Ngun lý hoạt động: bể điều hòa thường được đặt sau bể lắng cát và trước bể lắng I. Nhờ vào cơ chế sục khí liên tục và lưu nước trong một thời gian nhất định, lưu lượng và nồng độ và các chất ô nhiễm trong nước thải được ổn định. Để đưa nước sang các cơng trình sau phải dùng máy bơm.

Ưu điểm:

- Xử lý sinh học được nâng cao, giảm nhẹ quá tải, pha loãng các chất gây ức chế sinh học và pH được ổn định.

- Chất lượng đầu ra và hiệu quả nén bùn của bể lắng đợt 2 được cải thiện do bông cặn đặc chắc hơn.

- Trong xử lý hoá học, ổn định tải lượng sẽ dễ dàng điều khiển giai đoạn chuẩn bị và châm hố chất tăng cường độ tin cậy của quy trình.

Nhược điểm:

- Diện tích mặt bằng hoặc chỗ xây dựng cần tương đối lớn.

- Bể điều hoà hoà ở những nơi gần khu dân cư cần được che kín để hạn chế mùi. - Chi phí đầu tư tăng.

2.1.3 Bể lắng

Bể lắng tách các chất không tan ở dạng lơ lửng trong nước thải theo nguyên tắc trọng lực. Các bể lắng có thể bố trí kế tiếp nhau. Q trình lắng tốt có thể loại bỏ đến 90-95% lượng cặn có trong nước thải. Vì vậy, đây lá quá trình quan trọng trong quá trình xử lý nước thải, thường bố trí xử lý ở đầu hoặc sau xử lý sinh học. Để có thể tăng cường q trình lắng ta có thể them vào chất đông tụ sinh học.

Dựa vào cấu tạo, bể lắng được chia thành các dạng:

 Bể lắng ngang

Cấu tạo: Bể có dạng hình chữ nhật, có thể được làm bằng gạch hoặc bê tong cốt thép, thường chia làm nhiều ngăn, chiều rộng mỗi ngăn từ 3-6m. Chiều dài khơng quy định. Khi bề có chiều dài quá lớn có thể cho nước xoay chiều để giảm bớt diện tích bề mặt xây dựng.

Nguyên lý hoạt động: Nước thải dẫn vào bể theo mương và máng phân phối ngang