Tên hĩa chất Cơng thức hĩa học Lượng*
Canxi cacbonat CaCO3 1
Canxi oxit CaO 0.56
Canxi hidroxit Ca(OH)2 0.74
Magie oxit MgO 0.403
Magie hidroxit Mg(OH)2 0.583
Vơi sống dolomit {CaO0.6MgO0.4} 0.497
Vơi tơi dolơmit {(Ca(OH)2)0.6(Mg(OH)2)0.4} 0.677
Natri hidroxit NaOH 0.799
Natri cacbonat NaCO3 1.059
Axit sulfuric H2SO4 0.980
Axit clohydric HCL 0.720
Axit nitric HNO3 0.630
* lượng chất 1mg/l để trung hịa 1mg/l axit hoặc kiềm tính theo mgCaCO3/l
2.2. Keo tụ
Quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất rắn huyền phù cĩ kích thước lớn hơn 10-2mm, cịn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo khơng thể lắng được. Ta cĩ thể làm tăng kích cỡ của chúng nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào các tập hợp hạt để cĩ thể lắng được. Muốn vậy, trước hết cần trung hịa điện tích của chúng, để liên kết chúng lại với nhau. Q trình trung hịa điện tích các
hạt được gọi là q trình đơng tụ, cịn q trình tạo thành các bơng lớn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ.
Các hạt lơ lửng trong nước đều mang điện tích âm hoặc dương. Các hạt cĩ nguồn gốc từ silic và các hợp chất hữu cơ mang điện tích âm, các hạt hidroxit sắt và hidroxit nhơm mang điện tích dương. Khi thế điện động của nước bị phá vỡ, các hạt mang điện tích này sẽ liên kết lại với nhau thành các tổ hợp các phần tử, nguyên tử hay các ion tự do. Các tổ hợp này chính là các hạt bơng keo. Cĩ hai loại bơng keo: loại kị nước và loại ưa nước. Loại ưa nước thường ngậm thêm các phân tử nước cùng vi khuẩn, vi rút. Loại keo kị nước đĩng vai trị chủ yếu trong cơng nghệ xử lý nước nĩi chung và trong xử lý nước thải nĩi riêng.
Các chất đơng tụ thường dùng trong mục đích này là các muối sắt, muối nhơm hoặc hỗn hợp của chúng.
Các muối sắt cĩ ưu điểm hơn so với các muối nhơm trong việc làm đơng tụ các chất lơ lửng của nước vì:
− Tác dụng tốt hơn ở nhiệt độ thấp − Khoảng pH tác dụng rộng hơn
− Tạo kích thước và độ bền bơng keo lớn hơn − Cĩ thể khử được mùi khi cĩ H2S.
Nhưng muối sắt cũng cĩ nhược điểm: chúng tạo thành phức hịa tan làm cho nước cĩ màu.
Những chất kết lắng thành bùn và trong bùn cĩ chứa nhiều hợp chất khĩ tan. Việc sử dụng làm phân bĩn cần phải xem xét, cân nhắc, vì bùn này cĩ thể làm cho cây trồng khĩ tiêu hĩa.
Phương pháp hấp phụ được dùng để loại hết các chất bẩn hịa tan trong nước mà các phương pháp xử lý sinh học hoặc các phương pháp xử lý khác khơng loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ. Thơng thường đây là các loại các hợp chất hịa tan cĩ độc tính cao hoặc các chất cĩ mùi rất khĩ chịu.
Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, một số chất hỗn hợp hoặc các chất thải trong sản xuất. Trong số này, than đá được dùng phổ biến nhất. Than hoạt tính cĩ hai loại: dạng bột và dạng hạt đều được dùng để hấp phụ. Các chất hữu cơ kim loại nặng và các chất màu dễ bị than hấp phụ. Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn cĩ trong nước. Phương pháp này cĩ thể hấp phụ được 58 – 96% các chất hữu cơ và màu.
2.4. Tuyển nổi
Tuyển nổi là quá trình hĩa lý phức tạp. Trong đĩ các phần tử cĩ bề mặt kị nước sẽ cĩ khả năng kết dính vào bọt khí. Khi các bọt khí và các phần tử phân tán cùng chuyển động trong nước, các phân tử này sẽ bám trên bề mặt các bọt khí và nổi lên. Những phân tử nào khơng cĩ khả năng kết dính với bọt khí thì chúng sẽ ở lại trong nước.
Cơ sở của quá trình tuyển nổi:
Thực chất của q trình tuyển nổi là kết dính các phân tử chất bẩn với bề mặt phân chia giữa khí và nước.
Trong nước, các phân tử chất bẩn chỉ dính bám vào bề mặt bọt khí khi chúng khơng hoặc kém bị tẩm ước đối với nước. Khả năng tẩm ước của một số chất lỏng tùy thuộc vào độ phân cực của chúng.
Những chất kị nước là những chất cĩ cấu tạo phân tử theo kiểu khơng phân cực và do đĩ khơng cĩ khả năng hydrat hĩa. Chúng cĩ độ ẩm nhỏ nhất và do đĩ sẽ dễ tuyển nổi nhất.
Những chất cĩ cấu tạo phân tử kiểu dị cực (một đầu phân cực và một đầu khơng phân cực) thì phía nhĩm phân cực cĩ khả năng bị hydrat hĩa, cịn phía các nhĩm hydrocacbon kị nước sẽ dính vào bọt khí.
Các kỹ thuật tuyển nổi:
− Tuyển nổi với tách bọt khí từ dung dịch: trạm tuyển nổi chân khơng, tuyển nổi áp lực, cĩ áp lực và bơm hỗn hợp khí nước.
− Phương pháp tuyển nổi phân tán khơng khí bằng cơ giới kiểu hướng trục.
− Tuyển nổi với khơng khí nén qua tấm xốp, ống cĩ lỗ. − Tuyển nổi điện, tuyển nổi hĩa học và sinh học.
2.5. Trao đổi ion
Thực chất phương pháp trao đổi ion là một q trình trong đĩ các ion trên bề mặt của nhựa trao đổi với các ion cĩ cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các ion. Chúng hồn tồn khơng tan trong nước.
Phương pháp này dùng để làm sạch nước nĩi chung trong đĩ cĩ nước thải, loại ra khỏi nước các ion kim loại như: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Mn… cũng như các hợp chất chứa asen, phosphor, xianua và các chất phĩng xạ. Phương pháp này được dùng phổ biến để làm mềm nước, loại ion Ca2+, Mg2+ra khỏi nước cứng.
Các chất trao đổi ion là hợp chất hữu cơ tổng hợp rất phong phú, chúng là các cao phân tử, cĩ bề mặt riêng lớn, các gốc hidro của chúng tạo thành lưới khơng gian với các nhĩm chức trao đổi ion cố định. Các loại nhựa tổng hợp cũng cĩ tính chất trao đổi ion.
2.6. Khử trùng
Dùng các hĩa chất cĩ độc tính đối với vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun, sán… để làm sạch nước.
3. PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
3.1. Chức năng của quá trình xử lý sinh học đối với nước thải:
Trong tự nhiên, những chất hữu cơ được phân hủy thành cacbon-dioxit, nước và một số chất hữu cơ vững chắc. Quá trình phân hủy này diễn ra được dưới tác dụng của vi sinh vật cĩ trong nước. Các vi sinh vật tồn tại trong nước khơng ở trạng thái riêng rẽ từng lồi mà cĩ nhiều lồi cùng sống chung với nhau. Tuy nhiên, các vi sinh vật trộn lẫn với nhau và các dạng thực thể của chúng lại phụ thuộc vào điều kiện tính chất và mơi trường sống của từng lồi vi sinh vật trong quá trình cạnh tranh để hấp thụ thức ăn. Từ đĩ khả năng hấp thụ thức ăn của vi sinh vật cũng thay đổi, đồng thời q trình trao đổi chất của chúng với mơi trường cũng thay đổi. Các vi sinh vật cĩ khả năng tiêu thụ chất dinh dưỡng rất nhanh và trao đổi chất cao nhất qua cơ thể, đây là một trong những tiêu chuẩn hàng đầu để xử lý nước thải. Những vi sinh vật này cĩ điều kiện tăng trưởng tối ưu.
Việc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là làm sạch nước thải bằng việc sử dụng tối đa khả năng hấp thụ của vi sinh vật để hấp thụ những chất hữu cơ.
Vi sinh vật được dùng trong xử lý nước chia làm 2 lồi dựa vào khả năng trao đổi chất:
− Vi khuẩn tự dưỡng. − Vi khuẩn dị dưỡng.
Dựa vào khả năng hơ hấp thì chia làm 2 loại sau: − Vi khuẩn quang hợp.
Vi khuẩn cĩ khả năng quang hợp chủ yếu là tảo, chúng hấp thụ những chất sống từ cacbon-dioxit trong nước và thải ra oxi. Ngồi ra một số lồi tảo cịn cĩ khả năng phân hủy chất hữu cơ ở những chỗ tối nhờ cĩ chất diệp lục như rong tiểu cầu, lồi này được sử dụng trong q trình oxi hĩa ở hồ nước để xử lý nước thải.
Các lồi vi sinh vật tổng hợp dùng trong xử lý sinh học được chia làm 3 loại: − Vi sinh vật ưa khí (1): lồi này khơng thể sống trong mơi trường thiếu
oxi.
− Vi sinh vật tùy nghi (2): lồi này cĩ thể sống trong mơi trường cĩ hay khơng cĩ oxi, nhưng tốc độ sinh trưởng của chúng sẽ cao hơn nếu trong điều kiện cĩ oxi.
− Vi sinh vật kị khí (3): lồi này khơng thể sống trong điều kiện cĩ oxi. Lồi (1) & (2) được dùng trong xử lý sinh học bởi q trình hoạt hĩa nước thải và những quá trình tạo màng sinh học.
Lồi (3) được sử dụng cho quá trình tiêu hủy.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí dùng cho việc xử lý nước thải ở nồng độ thấp. Trong khi đĩ q trình xử lý kị khí dùng trong xử lý nước thải cĩ nồng độ ơ nhiễm cao.
3.2. Các vi sinh vật xử lý sinh học nước thải
a. Vi khuẩn (Bacteria):
Đây là loại vi khuẩn đơn bào, cĩ kích thc nh t 0.2ữ0.5àm, thng cú dạng hình que, hình cầu, hình sợi xoắn. Vi khuẩn này sinh sản bằng cách chia đơi tế bào. Chúng đĩng vai trị quan trọng trong quá trình phân hủy chất hữu cơ và làm sạch nước thải. Các loại vi khuẩn thường gặp trong quá trình xử lý:
− Zoogle: Vi khuẩn này đĩng vai trị quan trọng trong việc hình thành các cụm bơng sinh học hay các lớp màng sinh học. Đây là loại vi khuẩn phân bố rộng rãi nhất thế giới.
− Spherotilus: Lồi này thường cĩ màu trắng, chúng xếp với nhau thành dạng hình sợi. Loại này thường tồn tại trong các thiết bị xử lý. Khi chúng phát triển quá mức gây trở ngại cho quá trình xử lý nước.
Vi khuẩn chia làm 2 loại theo phương thức dinh dưỡng: Vi khuẩn tự dưỡng và vi khuẩn dị dưỡng
Vi khuẩn dị dưỡng:
Nhĩm vi khuẩn này thường sử dụng chất hữu cơ và cacbon làm chất dinh dưỡng cho quá trình phát triển của chúng. Cĩ 2 loại vi khuẩn dị dưỡng:
− Vi khuẩn hiếu khí: lồi này cần oxi để sống
Chất hữu cơ + O2 tăngsinhkhốivikhuẩnhiếukhí→ CO2 + H2O năng lượng
− Vi khuẩn kị khí: Chúng cĩ thể sống trong điều kiện khơng cĩ oxi tự do,
chúng sử dụng oxi trong các hợp chất nitrat hay sunfat để oxi hĩa chất hữu cơ.
Chất hữu cơ + NO2- CO2 + N2 + năng lượng Chất hữu cơ + SO42- CO2 + H2S + năng lượng
Axít hữu cơ + CO2 + H2O + năng lượng Chất hữu cơ
CH4 + CO2 + năng lượng Vi khuẩn tự dưỡng:
Vi khuẩn loại này cĩ khả năng oxy hĩa mạnh chất vơ cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cung cấp cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Trong
nhĩm này gồm cĩ vi khuẩn nitrat hĩa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh… các phản ứng diễn ra như sau:
Vi khuẩn Niromonas
2NH4+ + O2 2NO2- + 4H+ + 2H2O + năng lượng Vi khuẩn Niteobacter
2NO2- + O2 2NO2- + năng lượng
Các vi khuẩn sắt oxy hĩa sắt tan trong nước thành sắt khơng tan Fe2+ + O2 Fe3+ + năng lượng
Các vi khuẩn khử lưu huỳnh: cĩ khả năng chịu được pH thấp, oxy hĩa H2S thành H2SO4 gây ăn mịn đường ống và các cơng trình ngập nước.
Ngồi các vi khuẩn kể trên thì trong nước thải cịn cĩ vi khuẩn hoại sinh, chúng thuộc nhĩm vi khuẩn di dưỡng hoại sinh. Các lồi thường gặp chủ yếu là:
Enterobacterium, Streptococus, Micrococcus, Pseudomonas, Spirochatea, Baccilus, Lactobacillus… Vi khuẩn hoại sinh dùng chất hữu cơ làm thức ăn, chúng phân hủy
chất hữu cơ làm chất dinh dưỡng, thải ra mơi trường chất hữu cơ cĩ cấu tạo đơn giản hơn. Vì vậy mà chúng cĩ khả năng phân hủy chất hữu cơ cĩ trong nước thải.
b. Protoazoa:
Đây là loại vi khuẩn khơng chỉ tiêu thụ chất hữu cơ cĩ trong nước thải mà chúng cịn cĩ khả năng ăn các vi khuẩn khác. Như vậy lồi này khơng những đĩng vai trị quan trọng là tách chất hữu cơ mà cịn khơi phục khả năng hấp thụ bề mặt của màng sinh học hay bơng kết tủa.
Tảo thuộc nhĩm vi thảo mộc, khơng cĩ rễ, thân, lá. Chúng được xếp vào loại vi tảo là sinh vật hiếu khí tự dưỡng, cần cĩ ánh sáng để quang hợp để phát triển. Đây là loại thực vật phù du cĩ thể trơi nổi trong nước hay bám vào các giá đỡ.
Tảo là sinh vật tự dưỡng, chúng sử dụng CO2 hay bicacbonat làm nguồn cacbon và sử dụng nguồn nitơ, photpho vơ cơ để cấu tạo tế bào, dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời và thải ra oxy cho mơi trường. Q trình quang hợp diễn ra như sau:
CO2 + PO4-2 + NH4+ ÁnhSáng→ Tế bào mới (tăng sinh khối) + O2 Tảo thường đĩng vai trị quan trọng trong việc cung cấp oxy cho nước thải thơng qua q trình quang hợp, khí oxy giải phĩng được sử dụng để oxy hĩa chất ơ nhiễm trong nước thải, quá trình này thường diễn ra trong các hồ sinh học. Tuy nhiên nếu trong nước thải khơng tiếp xúc với ánh sáng mặt trời thì thường khơng cĩ tảo.
Trong nước giàu nguồn N, P (đặc biệt là P) sẽ tạo điều kiện tốt cho tảo phát triển. Sự phát triển quá mức này thường gây ra hiện tượng phú dưỡng hĩa làm nước cĩ màu xanh, nâu, đỏ. Tảo thường khơng gây độc cho nước nhưng khi phát triển nhiều thì ảnh hưởng đến quá trình xử lý vì tảo rất nhẹ nên khĩ keo tụ và khĩ lắng.
Ảnh hưởng của tảo đến quá trình xử lý nước:
− Thay đổi hàm lượng oxy trong nước thải theo độ sâu và theo thời gian trong ngày.
− Gây ra sự chuyển hĩa mạnh nitrat trong mùa hè, đồng thời làm xuất hiện nhiều nitrat.
− Làm biến đổi cân bằng CO2 của nước do tiêu thụ CO2 (q trình quang hĩa) làm thay đổi pH của nước (6,5-9) trên bề mặt nước.
− Tạo ra vùng thiếu oxy hay axit hơn ở các lớp nước phía dưới bề mặt lớp nước cĩ tảo.
− Làm giảm chất lượng cảm quan của nước. − Xuất hiện một số độc tố trong nước.
c. Nấm và các vi sinh vật khác:
Các nhĩm vi sinh vật khác như: nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn thường cĩ trong nước thải nhưng khơng nhiều bằng vi khuẩn. Chúng là những vi sinh vật hiếu khí và vi sinh vật di dưỡng. Một số lồi cĩ khả năng phân hủy chất hữu cơ, cịn một số lồi khác cịn cĩ khả năng phân hủy Xenlulozơ đặc biệt là Lignin.
Trong đĩ nấm men phân hủy chất hữu cơ hạn chế, nhưng chúng cĩ thể lên men chuyển hĩa đường thành alcol, axit hữu cơ, glixerin trong điều kiện kị khí và phát triển mạnh trong điều kiện hiếu khí.
Vai trị của nấm men, nấm mốc cũng như xạ khuẩn thường khơng quan trọng bằng vi khuẩn, chúng khơng cĩ khả năng phân hủy chất hữu cơ trong giai đoạn ban đầu. Với kích thước lớn hơn vi khuẩn và tỷ trọng nhẹ, nên khi phát triển chúng thường kết thành lưới nổi lên mặt nước và gây cản trở cho q trình lắng.
Các lồi nấm thường gặp trong nước thải: Sarolegia, Leptomus. Những lồi này thường gây ảnh hưởng cho quá trình xử lý nước, chúng sống chủ yếu trong các ao hồ và phát triển mạnh vào mùa đơng, chúng phát triển thành các khối nhầy trong vịng 90-120 phút cĩ thể làm bít song chắn rác gây cản trở dịng chảy hay tắc nghẽn màng lọc sinh học.
3.3. Sinh trưởng của vi sinh vật trong nước thải:
Sinh trưởng của vi sinh vật bao gồm sự tăng trưởng kích thước, số lượng tế bào (q trình sinh sản), phát triển tăng khối lượng của quần thể sinh vật (tăng sinh khối). Tất cả quá trình biến đổi về hình thái sinh lý diễn ra trong tế bào gọi là
Trong q trình xử lý nước thải, sự sinh trưởng của tế bào cũng là quá trình tăng số lượng tế bào và sự thay đổi kích thước của tế bào. Kích thước tế bào dao