1.3.1.1. Phương pháp lắng trọng lực.
Quá trình lắng được sử dụng để loại các tạp chất ở dạng huyền phù thô ra khỏi nước.
Cơ sở quá trình lắng trọng lực: Sự lắng của các hạt xảy ra dưới tác dụng của trọng lực. Bùn lắng được tách ra khỏi nước ngay sau lắng, có thể bằng phương pháp thủ công hay cơ giới.
Quá trình lắng chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau: lưu lượng nước thải, thời gian lắng (thời gian lưu), khối lượng riêng và tải lượng tính theo chất rắn lơ lửng, sự keo tụ các hạt rắn, nhiệt độ nước thải và kích thước bể lắng. Có thể phân bể lắng làm 3 loại:
-Bể lắng ngang: trên mặt bằng có dạng hình chữ nhật, dòng nước chảy vào theo phương nằm ngang, quá trình lắng được thực hiện theo phương chuyển động ngang của nước thải. Sử dụng khi Q>15000m3/ngày, hiệu suất đạt 60%, vận tốc dòng chảy nước thải trong bể lắng không lớn hơn 0,01m/s, thời gian lưu từ 1-3h
-Bể lắng đứng: có dạng hình hộp hoặc hình trụ với đáy hình chóp, trên mặt bằng thường có dạng hình tròn hoặc hình vuông. Quá trình lắng được thực hiện theo phương thẳng đứng ngược chiều với chiều chuyển động của nước thải. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10-20% thời gian lưu nước lại trong bể 45-120 phút.
-Bể lắng ly tâm trên mặt bằng thường có dạng hình tròn. Quá trình lắng chất lơ lửng tương tự như bể lắng ngang nhưng khác ở chỗ chất lỏng chuyển động từ tâm ra xung quanh. Thời gian lưu nước lại trong bể khoảng 85-90 phút. Hiệu suất lắng đạt 60%. Bể lắng li tâm được ứng dụng cho các tram xử lý có lưu lượng từ 20000m3/ngày đêm trở lên
4
thước và trọng lượng tương đối lớn trong nước thải, đặc biệt đối với nước thải dệt nhuộm thì chất rắn lơ lửng chủ yếu là các xơ sợi có trọng lượng thấp và kích thước bé nên đây chưa phải là phương án tối ưu.
1.3.1.2. Phương pháp keo tụ kết hợp lắng
Trong nước thải thường chứa các hạt cặn có nguồn gốc thành phần và kích thước khác nhau. Quá trình lắng chỉ tách được các hạt rắn huyền phù thô, không thể tách được các hạt rắn có kích thước bé (hạt có kích thước nhỏ hơn 10-4 mm). Để tách được các hạt rắn đó một cách hiệu quả phải dùng biện pháp cơ học kết hợp với hóa học làm tăng kích thước và trọng lượng của chúng nhằm làm tăng vận tốc lắng. Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lực đòi hỏi trước hết cần trung hoà điện tích của chúng, tiếp đến là liên kết chúng với nhau. Quá trình trung hoà điện tích thường được gọi là quá trình đông tụ, còn quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ.
Cơ sở quá trình đông keo tụ: Khi đưa vào nước thải một số chất đông keo
tụ thường là một số muối kim loại hóa trị 3 (còn gọi là phèn), lập tức xảy ra các phản ứng hóa học hóa lý tạo các ion dương phân tán đều trong nước. Các ion dương này sẽ hút các hạt rắn lơ lửng mang điện tích trái dấu (ion âm) tạo thành các hạt có kích thước lớn dần, đến một kích thước nhất định sẽ lắng xuống dưới tác dụng của trọng lực. Mặt khác, khi các hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua lớp chất lỏng thì bị giảm điện tích âm bởi các ion mang điện tích dương ở phía bên trong, nhờ đó mà trạng thái keo của hạt dần dần bị phá vỡ do trung hòa điện tích.
- Phèn nhôm:
Các chất đông keo tụ thường dùng là muối nhôm, muối sắt hoặc hỗn hợp giữa chúng. Trong đó sử dụng rộng rãi nhất là Al2(SO4)3, hoà tan tốt trong nước, chi phí thấp, ít ăn mòn đường ống và hoạt động hiệu quả cao trong khoảng pH = 5-7,5
Các phản ứng xảy ra khi cho phèn nhôm vào nước :
Khi cho phèn nhôm Sunfat vào nước nó phân ly theo các giai đoạn: Al2(SO4)3 2 Al3+ + 3 SO 2-
Al3+ + H2O = Al(OH)2+ + H+ Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)2+ + H+ Al(OH) 2 + H2O = Al(OH)3 + H+ Al3+ + 3 H2O = Al(OH)3 + 3 H+
Mức độ thuỷ phân Al2(SO4)3 tăng lên khi pha loãng dung dịch, khi tăng nhiệt độ và giảm pH của dung dịch. Cụ thể phụ thuộc vào một số yếu tố sau:
+ pH của nước: ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thủy phân pH > 4,5: không xảy ra quá trình thủy phân.
pH > 7,5: Al(OH)3 tan đi, hiệu quả keo tụ hạn chế. pH tối ưu là 6-7,5
+ Nhiệt độ: Nhiêt độ nước cao, tốc độ keo tụ tăng, hiệu quả keo tụ đạt được càng cao, giảm lượng phèn cho vào nước. Nhiệt độ của nước thích hợp khi dùng phèn nhôm vào khoảng 20-40oC, tốt nhất là 35-40oC.
Ngoài ra, có một số các nhân tố khác cũng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ như thành phần các ion trong nước, các hợp chất hữu cơ, liều lượng phèn, điều kiện khuấy trộn, môi trường phản ứng...
- Phèn sắt:
Các muối sắt: Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O, FeCl3 cũng thường làm chất đông keo tụ. Việc tạo thành bông keo diễn ra theo các phản ứng:
FeCl3 + 3 H2O = Fe(OH)3 + HCl
Fe2(SO4)3 + 6 H2O = 2 Fe(OH)3 + 3 H2SO4 Trong điều kiện kiềm hoá xảy ra các phản ứng sau:
2FeCl3 + 3 Ca(OH)2 = 2 Fe(OH)3 + 3 CaCl2 FeSO4 + 3 Ca(OH)2 = 2 Fe(OH)3 + 3 CaSO4
+ pH > 10 thì Fe(OH)3 tan đi, hiệu quả keo tụ hạn chế pH tối ưu là: 5-10 Các muối sắt được sử dụng làm chất đông tụ có nhiều ưu điểm hơn so với muối nhôm do:
+ Có khoảng pH tối ưu của môi trường rộng hơn. + Các bông keo tạo thành có kích thước và độ bền lớn. + Có thể khử được mùi vị khi có H2S.
+ Trọng lượng đơn vị của Al(OH)3 = 2,4 còn của Fe(OH)3 = 3,6 do vậy keo sắt vẫn lắng được khi trong nước có ít chất huyền phù. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tuy nhiên các muối sắt cũng có nhược điểm là chúng tạo thành các hợp chất có màu qua phản ứng của các cation sắt với một số hợp chất hữu cơ.
Để tăng cường quá trình keo tụ, tăng hiệu suất làm việc của các công trình xử lí, có thể dùng thêm các chất trợ keo, các chất này có thể là các hợp chất cao phân tử như poliacrilamit (PAA) hoặc axit silic hoạt hóa (SiO2), hàm lượng PAA lấy bằng 0,1-1,5 mg/l còn nếu dùng axit silic hoạt hóa lấy bằng 2-3 mg/l.
Các Polyme cấu tạo mạch dài, phân tử lượng cao, khi phân ly trong nước chúng hấp phụ các hạt cặn bẩn trong nước thông qua cơ chế hấp phụ vật lí (dính bám) và hấp phụ hóa học (tương tác). Hệ quả là các hạt cặn bị dính vào mạch, tạo thành các cụm bông có kích thước lớn và dễ dàng bị tách ra.
- Phương pháp đông keo tụ có những ưu - nhược điểm sau: Ưu điểm:
- Tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan có kích thước rất nhỏ, các chất độc hại đối với vi sinh vật
- Khử được độ màu của nước
Nhược điểm:
- Hiệu quả của quá trình keo tụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, quan trọng nhất là phải thường xuyên theo dõi điều chỉnh nhiệt độ và pH của nước thải.
- Tạo ra lượng bùn nhiều, tốn chi phí cho việc xử lí bùn cặn.
1.3.1.3 Phương pháp tuyển nổi.
Phương pháp tuyển nổi thường dùng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hay lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng.
Cơ sở quá trình tuyển nổi: Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là không khí) vào trong pha lỏng. Các khí đó kết dính
với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu.
Lượng không khí tiêu tốn riêng sẽ giảm khi hàm lượng hạt rắn cao, vì khi đó xác suất va chạm và kết dính giữa các hạt sẽ tăng lên. Trong quá trình tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt khí có ý nghĩa quan trọng. Bọt khí này phải có độ bền nhất định để không bị phá vỡ trong quá trình tuyển, nếu bọt tan quá sớm thì các hạt sẽ bị chìm xuống và quá trình tuyển nổi không tiến hành được. Để đạt được mục đích này đôi khi người ta bổ sung thêm vào nước các chất tạo bọt có tác dụng làm giảm năng lượng bề mặt phân chia pha như phenol, natri alkylSilicat.... Trong thực tế, một số chất trợ tuyển nổi đồng thời có hai khả năng vừa là chất ổn định bọt, vừa là chất tập hợp làm tăng tính kỵ nước của hạt. Poliacrylamid là một trong những chất trợ tuyển như vậy.
* Phương pháp tuyển nổi có những ưu nhược điểm nổi bật sau: * Ưu điểm:
- Có thể khử được hoàn toàn các hạt nhỏ hay nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn. Khi các hạt nổi lên bề mặt, chúng có thể được thu gom bằng bộ phận vớt bọt.
- Quá trình được thực hiện liên tục và có phạm vi ứng dụng rộng rãi.
- Tốc độ của quá trình tuyển nổi cao hơn quá trình lắng và có khả năng cho bùn cặn có độ ẩm thấp hơn.
- Vốn đầu tư và chi phí vận hành không lớn. - Thiết bị đơn giản.
*Nhược điểm:
-Các lỗ mao quản hay bị bẩn và tắc, khó chọn vật liệu có kích thước mao quản khác nhau để bảo đảm tạo thành các bọt khí có kích thước đồng đều.
- Không giải quyết được vấn đề độ màu cho nước thải.
1.3.2. Các phương pháp khử COD, BOD
Sử dụng phương pháp sinh học để xử lý nước thải sinh hoạt cũng như nước thải sản xuất bị ô nhiễm chất hữu cơ hoà tan và một số chất vô cơ khác như: H2S, Nitơ, Amoniac....
Cơ sở của phương pháp: sử dụng khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các vật liệu để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân huỷ chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá.
Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa
Để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa, các chất hữu cơ hòa tan, các chất keo và phân tán nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế bào của vi sinh vật. Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học bao gồm 3 giai đoạn: - Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh vật do khuếch tán đối lưu và phân tử.
- Di chuyển chất từ bề mặt ngoài của tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất trong và ngoài màng tế bào.
- Chuyển hóa các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh năng lượng và quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng lượng.
Các giai đoạn trên có quan hệ chặt chẽ với nhau va quá trình chuyển hóa các chất đóng vai trò chính trong quá trình sử lý nước thải. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học bao gồm 2 quá trình chính, đó là: quá trình yếm khí và quá trình hiếu khí.
a. Xử lý nước thải bằng quá trình yếm khí
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học yếm khí là quá trình sử dụng các vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí và không có oxy. Quá trình này thực hiện nhờ các chủng vi khuẩn kỵ khí bắt buộc hay không bắt buộc. Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để xử lý các loại nước thải giàu chất hữu cơ, tuy nhiên quá trình thích hợp cho các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao (BOD = 4000-5000 mg/l)
Đối với nước thải ngành dệt nhuộm với các đặc trưng trên không thích hợp để xử lý yếm khí do đó, không đi sâu vào tìm hiểu về phương pháp này.
b. Xử lý nước thải bằng quá trình hiếu khí
b.1 Nguyên lý của quá trình xử lý sinh học hiếu khí
Nguyên lý của quá trình xử lý sinh học hiếu khí là lợi dụng quá trình sống và hoạt động của vi sinh vật hiếu khí và tuỳ tiện để phân huỷ chất hữu cơ và một số chất vô cơ có thể chuyển hoá sinh học được có trong nước thải. Đồng thời các vi sinh vật sử dụng một phần hữu cơ và năng lượng khai thác được từ quá trình oxy hoá để tổng hợp nên sinh khối.
b.2 Các tác nhân sinh học trong xử lý hiếu khí
Tác nhân sinh học được sử dụng trong quá trình xử lý hiếu khí có thể là vi sinh vật hô hấp hiếu khí hay tuỳ tiện, nhưng phải đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Chuyển hoá nhanh các hợp chất hữu cơ. + Có kích thước tương đối lớn (50 200 µm). + Có khả năng tạo nha bào.
+ Không tạo ra các khí độc.
1.3.3. Các phương pháp khử độ màu của nước thải
Tác hại chính của nước thải chứa màu là làm giảm sự truyền ánh sáng trong nước, gây ảnh hưởng đến đời sống của sinh vật thuỷ sinh và các hệ sinh thái. Do đó, việc đưa ra các giải pháp để xử lý độ màu của nước thải cũng là một vấn đề đáng được quan tâm.
Các phương pháp có thể được dùng để xử lý độ màu của nước thải như sau:
a. Phương pháp hấp phụ
Phương pháp hấp phụ được dùng để loại hết các chất bẩn hoà tan vào nước mà các phương pháp xử lý sinh học cũng như phương pháp xử lý khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ. Thông thường đây là các hợp chất hoà tan có độc tính cao, có độ màu, mùi vị khó chịu....Trong phần lớn các trường hợp phương pháp hấp phụ thường dùng như là phương pháp xử lý cuối cùng sau xử lý sinh học, thường được sử dụng khi nước thải cần được xử lý đạt tiêu chuẩn cao hoặc tái sử dụng lại nước thải.
keo nhôm, một số chất tổng hợp hay chất thải trong sản xuất như tro, xỉ mạt sắt...polyme tổng hợp, nhựa trao đổi ion, bông biến tính....
Trong số này, than hoạt tính được sử dụng phổ biến nhất mặc dù đắt tiền, nhất là phải tái sinh sau sử dụng. Các chất hữu cơ và chất màu dễ bị than hấp phụ. Với phương pháp này có thể hấp phụ được 70 80% các chất hữu cơ và màu của nước thải. Than hoạt tính là một thuật ngữ chung để gọi tên một dãy các vật liệu cacbon có độ xốp cao và do đó có một bề mặt riêng rất lớn 500-1500m2/g. Than xốp chứa 88 - 98% than tuỳ theo điều kiện chế tạo, thu được bằng cách than hoá nguyên liệu hữu cơ (vd: than mỏ, gỗ, sọ dừa, xương, xenlulose, tre, nứa, mùn cưa...) và hoạt hoá sản phẩm nhận được ở khoảng 900oC.Than hoạt tính thương phẩm thường được chia làm hai loại: than hoạt tính dạng bột và than hoạt tính dạng hạt. Nó có đặc điểm chung nhất là hấp phụ trong pha lỏng, diện tích bề mặt lớn, độ xốp cao tạo điều kiện cho quá trình khuếch tán.
b. Phương pháp oxy hoá
Đối với phương pháp này người ta sử dụng các chất oxy hoá thích hợp để oxy hoá các chất mang màu hay biến chúng thành dạng dễ phân giải vi sinh.
b.1. Sử dụng Clo
Dùng khí Clo là phương pháp kinh tế nhất để khử màu nước thải. Tuy nhiên oxy hoá bằng Clo hay Hypocloric sẽ có phản ứng phụ đi kèm không tránh khỏi sinh