1.2. Nước thải sinh hoạt
1.2.7. Phương pháp xử lý nước thải
1.2.7.1. Phương pháp cơ học
1.2.7.1.1. Lọc qua song chắn rác
Song chắn được đặt trước các cơng trình làm sạch hoặc có thể đặt ở các miệng xả của các phân xưởng nếu nước thải chứa các tạp chất thô, dạng sợi. Chiều rộng mỗi khe hở của song chắn được chọn theo kích thước tạp chất cơ học có trong nước thải, khi chọn vật liệu song chắn phải tính đến giá trị pH của nước thải. Đây là hình thức xử lý sơ bộ. Mục đích của q trình là loại tất cả các tạp vật có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải như làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước quan trọng đảm bảo an toàn và điều kiện thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước tự nhiên lẫn nước thải.[8]
1.2.7.1.2. Lắng
Dựa vào nguyên lý trọng lực, dòng nước thải được cho chảy qua “bẫy cát”. Bẩy cát là các loại bể, hố, giếng…cho nước thải chảy vào theo nhiều cách khác nhau: theo tiếp tuyến, theo dòng ngang, theo dòng từ từ trên xuống và tỏa ra xung quanh…Nước qua bể lắng (qua bẫy) dưới tác dụng của trọng lực, cát nặng sẽ lắng xuống đáy và kéo theo một phần chất đơng tụ.
Cát lắng ở bẫy cát thường ít chất hữu cơ. Sau khi lấy ra khỏi bể lắng cát, sỏi được loại bỏ.
Các loại bể lắng cát thông dụng là bể lắng ngang. Thường thiết kế hai ngăn: một ngăn cho nước qua, một ngăn cào cát sỏi lắng. Hai ngăn này làm việc luân phiên.
Bể lắng đứng: Có dạng hình trịn hoặc hình chữ nhật trên mặt bằng. Bể lắng đứng Sinh viên thực hiện: Thái Ngọc Anh Tuấn Người hướng dẫn: Th.S Trần Thị Yến Anh
thường dùng cho các trạm xử lý có cơng suất dưới 20.000 m3 /ngày đêm. Nước thải được dẫn vào ống trung tâm và chuyển động từ dưới lên theo phương thẳng đứng. Vận tốc dòng nước chuyển động lên phải nhỏ hơn vận tốc của các hạt lắng. Nước trong được tập trung vào máng thu phía trên. Cặn lắng được chứa ở phần hình nón hoặc chóp cụt phía dưới.
Bể lắng ngang: Có hình dạng chữ nhật trên mặt bằng, tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều dài khơng nhỏ hơn ¼ và chiều sâu đến 4m. Bể lắng ngang dùng cho các trạm xử lý có cơng suất lớn hơn 15.000m3 /ngày.đêm. Trong bể lắng nước thải chuyển động theo phương ngang từ đầu bể đến cuối bể và được dẫn tới các cơng trình xử lý tiếp theo, vận tốc dịng chảy trong vùng cơng tác của bể khơng được vượt quá 40mm/s. Bể lắng ngang có hố thu cặn ở đầu bể và nước trong được thu vào ở máng cuối bể.
Bể lắng ly tâm: Có dạng hình trịn trên mặt bằng. Bể lắng ly tâm được dùng cho các trạm xử lý có cơng suất lớn hơn 20.000m3 /ngàyđêm. Trong bể lắng nước chảy từ trung tâm ra quanh thành bể. Cặn lắng được dồn vào hố thu cặn được xây dựng ở trung tâm đáy bể bằng hệ thống cào gom cặn ở phần dưới dàn quay hợp với trục 1 góc 450o . Đáy bể thường được thiết kế với độ dốc i = 0,02 – 0,05. Dàn quay với tốc độ 2-3 vòng trong 1 giờ. Nước trong được thu vào máng đặt dọc theo thành bể phía trên.
1.2.7.1.3. Lọc
Lọc được dùng để xử lý nước thải, để tách các loại tạp chất nhỏ ra khỏi nước thải mà bể lắng không lắng được. Trong các loại phin lọc thường có các loại phin lọc dùng vật liệu lọc dạng tấm hoặc hạt. Vật liệu dạng lọc có thể làm bằng tấm thép có đục lỗ hoặc lưới bằng thép không gỉ, nhôm, niken, đồng thau… và cả các loại vải khác nhau (thủy tinh, amiang, bông, len, sợi tổng hợp). Tấm lọc cần có trở lực nhỏ, đủ bền và dẻo cơ học, không bị trương nở và bị phá hủy ở điều kiện lọc. Vật liệu lọc dạng hạt là cát thạch anh, than cốc, sỏi, đá nghiền, thậm chí cả than gỗ. Đặc tính quan trọng của lớp hạt lọc là độ xốp và bề mặt riêng. Q trình lọc có thể xảy ra dưới tác dụng của áp xuất của cột chất lỏng hay áp suất cao trước vách vật liệu lọc hoặc chân không sau lớp lọc. Chất bẩn và màng sinh học sẽ bám vào bề mặt vật liệu lọc dần dần bít các khe hở của của lớp lọc làm cho dòng chảy bị chậm lại hoặc ngưng chảy. Do đó trong q trình làm việc, người ta phải rửa phin lọc, lấy bớt màng bẩn phía trên, và cho nước thải đi từ dưới lên trên để tách màng bẩn ra ngoài vật liệu lọc. [8]
1.2.7.1.4. Bể điều hịa
Cơng dụng điều hịa lưu lượng và điều hòa nồng độ. Giảm các chất độc hại đi vào cơng trình xử lí sinh học. Trung hịa pH phù hợp cho hoạt động của vi sinh vật. Bể điều hòa được phân loại như sau:
- Bể điều hòa lưu lượng. - Bể điều hòa nồng độ.
- Bể điều hòa cả nồng độ và lưu lượng.
Hiệu quả của phương pháp xử lý cơ học: Có thể loại bỏ được đến 60% tạp chất không tan trong nước thải và giảm BOD đến 30%. Để tăng hiệu suất cơng tác của các cơng trình xử lý cơ học có thể dùng biện pháp làm thống sơ bộ, hiệu quả xử lý có thể đạt 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 40 – 50% theo BOD.
Ưu điểm:
- Hiệu quả xử lý chất rắn lơ lững cao.
- Giữ vai trị chính trong trạm xử lý khi mức độ cần thiết làm sạch nước thải khơng cao lắm.
- Hạn chế sử dụng hóa chất trong q trình xử lý. - Áp dụng được khoa học kĩ thuật tiên tiến. Nhược điểm:
- Đây chỉ là giai đoạn làm sạch sơ bộ.
- Cơng đoạn tính tốn và thiết kế rất phức tạp. - Chi phí nhân cơng cao.
- Tốn chi phí bảo trì thiết bị.
- Chỉ hiệu quả đối với các chất khơng tan.
Bảng 1.2: Ứng dụng của các cơng trình và thiết bị để xử lý cơ họcCơng trình hoặc thiết bị Ứng dụng Cơng trình hoặc thiết bị Ứng dụng
Lưu lượng kế Theo dõi, quản lý lưu lượng nước thải; là một bộ phận cần thiết cho việc điều khiển tự động hệ Sinh viên thực hiện: Thái Ngọc Anh Tuấn Người hướng dẫn: Th.S Trần Thị Yến Anh
thống
Song chắn rác, lưới lọc rác Loại bỏ các chất thải rắn có kích thước lớn
Thiết bị nghiền rác Nghiền các loại rác có kích thước lớn, tạo nên một hỗn hợp nước thải đồng nhất
Bể điều hòa Điều hòa lưu lượng nước thải cũng như khối lượng các chất ô nhiễm
Thiết bị khuấy trộn Khuấy trộn các hóa chất và chất khí với nước thải, giữ các chất rắn ở trạng thái lơ lửng
Bể tạo bông cặn Tạo điều kiện cho các hạt nhỏ liên kết lại với nhau thành một bơng cặn để chúng có thể lắng được Bể lắng Loại các cặn lắng và cô đặc bùn
Bể tuyển nổi Loại các chất rắn có kích thước nhỏ và có tỉ trọng gần bằng với tỉ trọng của nước
Bể lọc Loại bỏ các chất rắn có kích thước nhỏ cịn sót lại sau khi xử lý nước thải bằng q trình sinh học hay hóa học
Siêu lọc Như bể lọc, cũng được ứng dụng để lọc tảo trong các hồ cố định chất thải
Trao đổi khí Đưa them vào hoặc khử đi các chất khí trong chất thải
Làm bay hơi và khử các chất khí
Khử các chất hữu cơ bay hơi trong nước thải, chuyển amoni thành ammoniac và loại bỏ
Khử trùng Loại bỏ các vi sinh vật bằng tia UV
1.2.7.2. Phương pháp hoá lý
1.2.7.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp trung hoà
Nước thải sản xuất của nhiều ngành cơng nghiệp có thể chứa axit hoặc kiềm. Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và để tránh cho quá trình sinh hóa ở các cơng trình làm sạch và nguồn nước khơng bị phá hoại, ta cần phải trung hòa nước thải. Trung hịa
cịn nhằm mục đích tách loại một số ion kim loại nặng ra khỏi nước thải. Mặt khác muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về 6,6 -7,6. Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hịa dịch nước thải.
Một số hóa chất dùng để trung hịa: CaCO3, CaO, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH)2, CaO 0,6MgO 0,4,(Ca(OH)2)0,6(Mg(OH)2)0,4, NaOH, Na2CO3, H2SO4, HCl, HNO3,… Ngồi ra, có thể tận dụng nước thải có tính acid trung hịa nước thải có tính kiềm hoặc ngược lại. Ví dụ như trong dây chuyền cơng nghệ sản xuất xi mạ, do có 2 cơng đoạn: làm sạch bề mặt nguyên liệu cần mạ (đây là cơng đoạn tạo ra nước thải có tính kiềm mạnh) và công đọan tẩy rỉ kim loại (công đoạn này lại tạo ra nước thải có tính acid mạnh). Ta có thể tận dụng 2 loại nước thải này để trung hịa lẫn nhau.
a. Trung hồ bằng trộn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm
Phương pháp này cho xử lý nước thải chứa axit hoặc chứa kiềm trong khu cơng nghiệp được tập trung lai để xử lý vì chế độ thải của các nhà máy khơng giống nhau. Nước thải chứa axit thường được thải một cách điều hoà ngày đêm và có nồng độ nhất định. Nước thải chứa kiềm lại thải theo chu kỳ, một hoặc hai lần trong một ca tuỳ thuộc vào chế độ công nghệ.
b. Trung hồ bằng cách cho thêm hố chất vào nứơc thải
Phương pháp này dùng để trung hồ nước thải có chứa axit. Người ta phân biệt ba loại nước thải có chứa axit như sau:
- Nước thải chứa axit yếu (H2CO3, CH3COOH).
- Nước thải chứa axit mạnh (HCl, HNO3), các muối canxi của chúng dễ tan trong nước.
- Nước thải chứa axit mạnh (H2SO4, H2CO3) các muối canxi của chúng khó tan trong nước.
Bản chất của phương pháp hóa học là đưa vào nước thải một hóa chất nào đó, hóa chất này phản ứng với các chất ơ nhiễm trong nước thải để tạo thành cặn lắng, chất hòa tan, hay các sản phẩm khơng độc hại. Ví dụ phương pháp trung hịa phản ứng axít hay bazơ, phương pháp ơ-xy hóa, kết tủa các kim loại… là những phương pháp hóa học.
Bảng 1.3: Ứng dụng của q trình xử lý hóa lý
Q trình Ứng dụng
Trung hịa Để trung hịa các nước thải có độ a-xít hoặc bazơ cao
Keo tụ Loại bỏ photpho và tăng hiệu quả lắng của các chất rắn lơ lửng trong các cơng trình lắng sơ cấp
Hấp phụ Loại bỏ các chất hữu cơ không thể xử lý được bằng các phương pháp hóa học hay sinh học thơng dụng. Cũng được dùng để khử clo của nước thải sau khi xử lý, trước khi thải vào môi trường
Khử trùng Để loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh. Các phương pháp thường sử dụng như chlorine, chlorine dioxide, bromide chlorine, ozone…
Khử Chlor Loại bỏ các hợp chất của chlorine cịn sót lại sau q trình khử trùng bằng chlor
Các quá trình khác Nhiều lọai hóa chất được sử dụng để đạt được mục đích nhất định nào đó; ví dụ dùng hố chất để kết tủa các kim loại nặng trong nước thải.
1.2.7.2.2.Phương pháp oxy hóa khử
Để làm sạch nước thải, người ta có thể sử dụng các chất oxy hóa như clo ở dạng khí và hóa lỏng, clo dioxit, canxi clorat, canxi và natri hypoclorit, kali pemanganat, kalibicromat, hydropeoxyt ( H2O2 ), oxy khơng khí , ozon, pyroluzit ( MnO2) …
Trong q trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải được chuyển thành các chất ít độc hại hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hóa học, do đó q trình oxy hóa học chỉ được sử dùng trong những trường hợp khi các tác nhân gây nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng các phương pháp khác.
Khi áp dụng phương pháp hóa lý vào xử lý môi trường nước thải giàu chất hữu cơ, chủ yếu vào mục đích loại bỏ chất rắn lơ lửng, đồng thời giảm chỉ số COD, BOD, chất dinh dưỡng và các chất khác có khả năng kết tủa được. Hiệu suất của các cơng trình xử
lý nước thải bằng phương pháp hóa lý thường đạt 80 ÷ 95% chất rắn lơ lửng, 50÷55% COD và 20÷30% BOD… Với các loại nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao, thường nước thải ra sau q trình hóa lý khơng được xử lý triệt để, nên phương pháp hóa lý chỉ dùng trong công đoạn xử lý cấp 1. Bản chất của phương pháp hóa lý trong xử lý nước thải chính là đưa dạng tồn tại bền của chất ô nhiễm trong nước thải về dạng khơng bền, từ đó dễ dàng loại bỏ. Thơng thường chúng ở dạng lơ lửng hoặc hịa tan. Các chất rắn trong nước thải tồn tại ở dạng huyền phù và dạng keo. Đối với dạng huyền phù khi thay đổi chế độ thủy lực với kỹ thuật giảm đột ngột vận tốc dòng, đổi hướng dòng sử dụng vách ngăn là có thể loại bỏ. Cịn chất rắn tồn tại dạng keo lại tồn tại rất bền, với các kỹ thuật trên không thể xử lý được. Để tách chúng ra khỏi nước trước hết cần trung hịa điện tích của chúng, sau đó liên kết chúng lại với nhau. Q trình trung hịa điện tích là q trình đơng tụ, cịn q trình tạo thành các bơng lớn từ các hạt nhỏ là quá trình keo tụ. Các hạt lơ lửng trong nước đều mang điện tích âm hoặc dương (ví dụ: các hạt có nguồn gốc Silic, các hợp chất hữu cơ đều có điện tích âm, ngược lại các hạt hydroxit sắt và nhơm mang điện tích dương). Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích của nước sẽ kết hợp hoặc kết dính với nhau bằng lực liên kết phân tử hoặc điện tử, tạo thành tổ hợp các phân tử, nguyên tử và ion tự do. Các tổ hợp trên gọi là các hạt bồng keo. Các chất đông tụ hiện nay thường dùng là các muối sắt, muối nhôm hoặc tổ hợp giữa chúng. Hiên nay, chất keo tụ thương phẩm đang được lưu hành rộng rãi trên thị trường thuộc họ nhôm với hai loại sản phẩm chủ yếu là phèn đơn (nhôm sunfat) và poly nhôm clorua.
Nhôm sunfat Al2(SO4)3.18H2O là chất keo tụ truyền thống, poly nhôm clorua ( poly aluminum clorua – PAC ) là loại polymer chứa thành phần nhôm.
Oxy hydroxyl và clorua với công thức chung là [AlClx(OH)3-x]n’ x=1- 2. Do được trung hịa với các kiềm trong q trình sản xuất nên khả năng sinh axit của chúng thấp và do mạch phân tử khá lớn nên quá trình keo tụ xảy ra nhanh hơn so với phèn đơn. Các loại phèn nhơm hịa tan trong nước, chi phí thấp khơng tạo màu. Tuy nhiên, chúng có nhược điểm là khoảng pH tối ưu của môi trường hẹp. Đối với nước thải agar, để sử dụng phèn nhơm có hiệu quả cần tiến hành trung hịa trước khi keo tụ.
Để q trình keo tụ đạt hiệu quả cao ta nên kết hợp với các chất trợ keo tụ - là loại polymer hữu cơ tan trong nước. Các chất trợ keo tụ thường dùng là polyacrylamit (PAA ) và các copolyme của chúng. Cơ chế của chất trợ keo tụ là trung hịa điện tích Sinh viên thực hiện: Thái Ngọc Anh Tuấn Người hướng dẫn: Th.S Trần Thị Yến Anh
của các hạt keo làm cầu nối ràng buộc các hạt keo lại thành các hạt có trọng lượng lớn hơn so với nước và lắng xuống đáy nhanh hơn.
1.2.7.3. Phương pháp sinh học
1.2.7.3.1. Cơng nghệ sinh học hiếu khí a. Cơ sở lý thuyết
Nguyên tắc của công nghệ này là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải có đầy đủ oxy hịa tan ở nhiệt độ, pH... thích hợp. Q trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mơ tả bằng Sơ đồ:
(CHO)nNS + O2 = CO2 + H2O + NH2+ H2S + Tế bào vi sinh vật + ... ∆H
Trong điều kiện hiếu khí NH và H2S cũng bị phân huỷ nhờ q trình nitrat hóa, sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:
NH4++ 2O2 => NO3 + 2H+ + H2O + ∆H ; H2S + 2O2 => SO42- + 2H+ +∆H
Hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí bao gồm q trình dinh dưỡng: vi sinh vật