4.1.1. Các thông số đánh giá ô nhiễm nƣớc thải
Đánh giá chất lượng nước thải cần phải dựa vào một số thông số cơ bản, so sánh với các chỉ tiêu cho phép về thành phần hóa học và sinh học đối với từng loại nước sử dụng cho từng mục đích khác nhaụ Các thông số cơ bản để đánh giá chất lượng nước là: độ pH, màu sắc, độ đục, hàm lượng chất rắn, các chất lơ lửng, các kim loại nặng, oxy hòa tan DO…và đặc biệt là nhu cầu oxy sinh hóa BOD và nhu cầu oxy hóa học COD.
- Độ pH: Là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nước cấp và nước thảị Chỉ số này cho ta biết cần thiết phải trung hòa hay không và tính lượng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý đông tụ keo, khử khuẩn,…
- Hàm lƣợng các chất rắn: Tổng chất rắn các thành phần quan trọng của nước thải, được xác định phần còn lại khô sau khi cho bay hơị
- Màu: Nước có thể có độ màu, đặc biệt là nước thải thường có màu nâu đen hoặc màu đỏ nâụ
- Độ đục: Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước. Vi sinh vật có thể bị hấp thụ bởi các hạt rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn. Độ đục càng cao độ nhiễm bẩn càng lớn.
- Oxy hòa tan (DO): là một chỉ tiêu quan trọng của nước, vì các vi sinh vật trên cạn và dưới nước sống được là nhờ vào oxỵ Độ hòa tan của nó phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, các đặc tính của nước. Phân tích chỉ số oxy hòa tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá sự ô nhiễm của nước và giúp ta đề ra biện pháp xử lý thích hợp.
- Chỉ số BOD: Nhu cầu oxy sinh hóa hay nhu cầu oxy sinh học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước bằng vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí. BOD là chỉ tiêu thông dụng nhất để xác định mức độ ô
Phương trình tổng quát oxy hóa sinh học:
Chất hữu cơ + O2 CO2 H2O (4.1)
Vi sinh vật
Quá trình này đòi hỏi thời gian dài ngày, vì phải phụ thuộc vào bản chất của chất hữu cơ, vào các chủng loại vi sinh vật, nhiệt độ nguồn nước cũng như một số chất có độc tính xảy ra trong nước.
- Chỉ số COD: Chỉ số này được dùng rộng rãi để đặc trưng cho hàm lượng chất hữu cơ của nước thải và sự ô nhiễm của nước tự nhiên. COD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ trong nước
thành CO2và H2O. Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể
bị oxy hóa được xác định khi sử dụng một tác nhân oxy hóa học mạnh trong môi trường axit.
Chỉ số COD biểu thị cả lượng các chất hữu cơ không thể bị oxy hóa bằng vi sinh vật, do đó nó có giá trị cao hơn BOD. Đối với nhiều loại nước thải, giữa BOD và COD có mối tương quan nhất định với nhaụ
4.1.2. Yêu cầu xử lý
Do xu thế phát triển của xã hội cùng với quá trình đô thị hóa diễn ra, các ngành công - nông nghiệp, các nhà mày, xí nghiệp, khu công nghiệp liên tục mọc lên nên đòi hỏi cần nhiều nước sạch. 1m3 nước thải xả vào môi trường có thể làm nhiễm bẩn 10m3 nước sạch. Do đó, nguồn nước sạch ngày càng cạn kiệt và thiếu hụt nghiêm trọng. Điều đó khiến việc cung cấp nước sạch cho con người trở thành vấn đề hết sức khó khăn. Việt Nam đã đưa ra những tiêu chuẩn về cấp - thoát nước như: QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn quốc gia về nước thải sinh hoạt; QCVN 24:2009/BTNMT: Quy chuẩn quốc gia về nước thải công nghiệp. Nhưng hầu hết lượng nước thải ra điều vượt quá tiêu chuẩn cho phép. Chình vì vậy, xử lý nước thải (để có thể “quay vòng” cho nước trở lại) là một vấn đề đang được chú trọng và nghiên cứụ Quá trình này góp phần bảo vệ môi trường, mang lại cuộc sống tốt đẹp cho con ngườị Và khi chúng ta giải quyết được vấn đề này thì chúng ta có thể vươn tới một tương lai tốt đẹp hơn.
4.2. QUY TRÌNH CỦA MỘT HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI
4.2.1. Xử lý sơ cấp
Song chắn rác: Dùng để giữ lại các tạp chất thô như giấy, rác, túi nilon, vỏ cây và các tạp chất lớn có trong nước thải nhằm đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định. Song chắn rác thủ công thường gây ra hiện tượng tắc do lượng rác thải quá nhiều nếu không thường xuyên lấy rác. Để khắc phục hiện tượng này chúng ta có thể sử dụng hệ thống trục vớt hoặc máy nghiền rác. Trong trường hợp nước thải công nhiệp, để khắc phục hiện tượng ứ, tắc, sau song chắn rác chúng ta sử dụng thêm rổ lọc rác làm bằng lưới lọc inox mịn cỡ từ 5 ÷ 1mm với tiết diện lớn, cấu tạo như những tấm chắn nghiêng, kết hợp với hoạt động của máy rung.
Bể lắng cát: Dùng để loại những hạt cặn lớn vô cơ chứa trong nước thải mà chủ yếu là cát. Trên trạm xử lý nếu để cát lắng lại trong các bể lắng sẽ gây khó khăn trong công tác lấy cặn. Trong cặn có cát có thể làm cho các ống dẫn bùn không hoạt động được, máy bơm chóng hỏng. Đối với bể metan và bể lắng 2 vỏ thì cát là chất thừạ Do đó việc xây dựng bể lắng cát trên trạm xử lý khi lưu lượng nước thải lớn hơn 100m3/ngày là cần thiết. Dưới tác động của lực trọng trường, các phần tử rắn có tỉ trọng lớn hơn tỉ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy trong quá trình nước thải chuyển động qua bể lắng cát. Bể lắng cát sẽ được tính toán với tốc độ dòng chảy đủ lớn (0.3m/s) để các phần tử hữu cơ nhỏ không lắng được và đủ nhỏ (0.15m/s) để cát và các tạp chất vô cơ giữ lại được trong bể. Các hạt cát được giữ lại có độ lớn thuỷ lực 18-24 mm/s (đường kính hạt 0.2 – 0.25mm).
Tuyển nổi I: Trong xử lý nước thải tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và nén bùn cặn. Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể khử được hoàn toàn các hạt nhỏ nhẹ, lắng chậm trong 1 thời gian ngắn. Quá trình tuyển nổi nước thải được thực hiện bằng cách sục khí vào nước thải, khí chúng ta sử dụng là ozonẹ Các bọt khí đó dính kết với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ cùng nhau nổi lên mặt nước, sau đó tập hợp lại thành lớp bọt chứa hàm lượng cao của các tạp chất. Khi các hạt đã nổi
lên bề mặt, chúng có thể được thu gom bằng bộ phận vớt bọt. Quá trình này được thực hiện tự động bằng máy tuyển nổi - tách chất bẩn.
Bể lắng I: Lắng là một phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hoà tan ra khỏi nước thảị Mỗi hạt rắn không hoà tan trong nước thải khi lắng sẽ chịu tác động của hai lực: trọng lực bản thân và lực cản xuất hiện khi hạt rắn chuyển động dưới tác động của trọng lực. Mỗi tương quan giữa hai lực đó quyết định tốc độ lắng của hạt rắn. Khoảng 20% chất bẩn không hoà tan trong nước thải, trong đó khoảng 20% là cát, xỉ được giữ ở bể lắng cát. Lượng chất bẩn không hoà tan còn lại chủ yếu là chất hữu cơ sẽ được gữ lại trong bể lắng Ị Các chất bẩn hữu cơ không hoà tan hình thành trong quá trình xử lý sinh học (bùn thứ cấp) sẽ lắng tại bể lắng IỊ
4.2.2. Xử lý phân hủy sinh học trong điều kiện kỵ khí
Trong điều kiện không có ôxy, các chất hữu cơ có thể bị phân huỷ nhờ vi sinh vật và sản phẩm cuối cùng của quá trình này là các chất khí như mêtan (CH¬4) và cacbonic (CO2) được tạo thành. Quá trình chuyển hoá chất hữu cơ nhờ vi sinh kỵ khí chủ yếu được diễn ra theo nguyên lý lên men qua các bước sau:
- Vi sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ phức tạp và lipit thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượng riêng nhẹ.
- Vi khuẩn tạo men axit, biến đổi các chất hữu cơ đơn giản thành axit hữu cơ. - Vi khuẩn tạo men metan chuyển hoá hydro và các axit được tạo thành ở giai đoạn trước thành khí metan và cacbonic.
Dựa trên nguyên tắc đó chúng ta có thể xây dựng bể phân huỷ kỵ khí bao gồm các bể bê tông cốt thép có nắp bịt kín để lưu nước thải trong khoảng 12 đến 20h tuỳ thuộc vào lưu lượng, hàm lượng các chất bẩn trong nước thảị Để nâng cao hiệu suất xử lý chúng ta bố trí dày đặc các vật liệu đệm sinh học làm giá thể, đồng thời chạy khuấy đảo khí mê tan sục xuống dưới bể. Khởi động bể phân huỷ kỵ khí bằng chính nguồn vi khuẩn kỵ khí có sẵn trong nước thảị Ưu điểm của phương pháp là tiết kiệm năng lượng, nhân công và xử lý triệt để. Hiệu suất xử lý: COD giảm 60- 65%.
4.2.3. Xử lý phân hủy bằng ozone
Hiện nay, để xử lý nước thải người ta thường áp dụng nhóm các phương pháp sau một cách độc lập hoặc kết hợp:
Phƣơng pháp cơ học: Lắng cặn, gạt nổi, lọc…Phương pháp này áp dụng cho các chất ô nhiễm không tan, có khối lượng riêng khác nước, hoặc ở dạng hạt có kích thước lớn.
Phƣơng pháp hóa lý: Dùng hóa chất để trung hòa, tạo huyền phù, tạo kết tủa, hấp phụ trao đổi…Phương pháp này thường được áp dụng để xử lý nước thải của các nhà máy hóa chất. Phương pháp sinh học: Phân hủy chất hữu cơ nhờ vi khuẩn kỵ khí, hiếu khí, rong, tảo, nấm…Phương pháp này thường đơn giản, hiệu quả tốt và chi phí thấp, do đó thường được áp dụng khi xử lý nước bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ.
Các công nghệ xử lý truyền thống vẫn sử dụng hệ thống xử lý sinh học hiếu khí bằng cách sục oxỵ Phương pháp này có ưu điểm là phân huỷ triệt để nước thải thành nước sạch. Tuy vậy, nhược điểm lớn của nó là: Tốn diện tích xây dựng và tiêu hao năng lượng cho khâu sục khí vì phải chạy liên tục 24/24h (nếu nghỉ vi khuẩn hiểu khí sẽ ngừng hoạt động); Ngoài ra, hệ thống phân huỷ hiếu khí sẽ không thành công nếu không tính toán đúng lượng khí cần thiết để cung cấp cho hệ thống.
Trong rất nhiều trường hợp, các phương pháp thông thường kể trên không hiệu quả. Với các loại nước thải nhiễm có các chất độc khó phân hủy, chẳng hạn thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ,…vi sinh vật hầu như không hoạt động được. Để giải quyết vấn đề này, người ta đã áp dụng các phương pháp oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes-AOPs).
Trong số các chất oxy hóa thường được sử dụng, ozone là một chất oxy hóa rất mạnh. Ozone tác dụng với các chất hữu cơ tan trong nước chủ yếu theo hai cơ chế sau: Thứ nhất, ozone phản ứng trực tiếp với chất tan (P). Thứ hai, ozone phản ứng với chất tan (P) theo cơ chế gốc.
Ngoài ra, ozone có thể tác dụng với chất khác tạo ra chất oxy hóa thứ cấp. Chất mới này sẽ oxy hóa chất tan. Tất cả các phản ứng trên có thể xảy ra đồng thờị
Nhưng tùy theo điều kiện phản ứng và thành phần của nước nhiễm bẩn, sẽ có phản ứng nào đó trội hơn.
Ozone phản ứng trực tiếp với chất tan
Ozone khi hòa tan vào nước sẽ tác dụng với chất hữu cơ (P), tạo thành dạng oxy hóa của chúng theo phương trình động học sau:
d[P]/dt = kP [P][O3]. (4.2)
Nhưng phản ứng trực tiếp của ozone với chất hữu cơ có tính chọn lọc, tức là ozone chỉ phản ứng với một số loại chất hữu cơ nhất định. Sản phẩm của các quá trình ozone hóa trưc tiếp các chất vòng thơm bằng ozone thường là các axit hữu cơ hoặc các muối của chúng.
Ozone phản ứng với chất tan theo cơ chế gốc.
Khi tan vào nước tinh khiết, ozone sẽ phân hủy tạo thành gốc OH theo phản ứng kiểu dây chuyền. phương trình tốc độ phân hủy ozone như sau:
d[O3] /dt = kA[O3] + kB[OH¯ ]1/2[O3]3/2 (4.3)
Trong đó, kA = 2 k22; kB = 2k25 ( k23/ k26 )1/2
Theo biểu thức trên, ở môi trường kiềm, sự phân hủy ozone tăng, Thực nghiệm cho thấy, khi oxy hóa các hợp chất đa vòng thơm (PAH) chỉ bằng một mình ozone, hiệu quả tốt trong điều kiện pH = 7 – 12.
Như vậy, chất hữu cơ có thể bị phân hủy bởi ozone theo cả hai cơ chế: trực tiếp và gốc. Khi đó, phương trình động học chung của quá trình đó biểu diễn như sau:
d[P]/dt = kd[O3][P] + kid[OH&][P] (4.4)
Nhờ khả năng oxy hóa - khử mạnh, như đã trình bày ở trên, nên ozone có thể khử màu, khử mùi, khử trùng một cách hiệu quả. Nước thải qua bể phân hủy ozone sẽ giảm được trên 90% hàm lượng COD, BOD, SS,… và giảm trên 95% chỉ số Coliform, nước thải không còn màu, mùi khó chịu, không phát sinh sản phẩm thứ cấp gây độc hạị
4.2.4. Tuyển nổi thứ cấp và lắng thứ cấp
Sau khi được xử lý qua công đoạn phân hủy kỵ khí và phân hủy ozone, nước thải vẫn chưa đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường. Vì vậy, cần có thêm hệ thống bể tuyển nổi thứ cấp và lắng thứ cấp. Nước thải qua hệ thống bể tuyển nổi thứ cấp và lắng thứ cấp sẽ trở thành nước sạch, đảm bảo QCVN 24:2009/BTNMT - cột A (COD<50mg/l, BOD5<30mg/l, SS<50mg/l,…), có thể tái sử dụng làm nước cấp phục vụ sản xuất hoặc sinh hoạt.
4.2.5. Xử lý và tái sử dụng bùn thải
Bùn thải sinh ra trong nhà máy xử lý nước thải chủ yếu ở bể lắng I, bể phân huỷ sinh học và bể lắng IỊ Lượng bùn cặn này sẽ được hút ra bằng máy bơm. Việc xử lý bùn thải là rất cần thiết vì sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường đất nếu chúng ta không tiến hành xử lý. Mục đích của xử lý bùn thải:
- Giảm khối lượng hỗn hợp bùn cặn bằng cách tách 1 phần hay phần lớn khối lượng nước có trong hỗn hợp bùn cặn để giảm kích thước công trình xử lý và giảm thể tích cặn phải vận chuyển tới nơi tiếp nhận.
- Phân huỷ các chất hữu cơ dễ bị thối rữa, chuyển chúng thành các chất hữu cơ ổn định và các hợp chất vô cơ dễ dàng tách nước và không gây tác động xấu đến môi trường nơi tiếp nhận.
Bùn sẽ được tách các thành phần hữu cơ và vô cơ bằng phương pháp thủy lực: chất vô cơ nặng sẽ lắng xuống, chất hữu cơ nhẹ hơn sẽ nổi lên trên. Các chất vô cơ sẽ tận dụng để sản xuất vật liệu xây dựng, các chất hữu cơ được xử lý bằng phương pháp sinh học để tách riêng các kim loại nặng với phần bùn hữu cơ sạch. Bùn hữu cơ sạch được tận dụng để sản xuất phân vi sinh phục vụ cho việc trồng cây và cải tạo đất nông nghiệp. Còn các kim loại nặng sẽ xử lý theo phương pháp hóa học để tách riêng từng kim loại hoặc hóa rắn toàn bộ để chôn lấp an toàn. Giá thành xử lý bùn cống rãnh, kênh rạch theo phương pháp trên chỉ bằng 30% so với dùng cách chôn lấp.
4.3. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP
Hình 4.2. Quy trình công nghệ xử lý nước thảị
4.3.1. Đặc trƣng của nƣớc thải công nghiệp
Nước thải công nghiệp gồm hai loại chính: nước thải sinh hoạt từ các khu văn phòng và nước thải sản xuất từ các nhà máy sản xuất. Đặc tính nước thải sinh hoạt thường là ổn định so với nước thải sản xuất. Nước thải sinh hoạt ô nhiễm chủ yếu bởi các thông số BOD5, COD, SS, Tổng N, Tổng P, dầu mỡ - chất béọ Các thông
số ô nhiễm nước thải công nghiệp chỉ xác định được ở từng loại hình và công nghệ sản xuất cụ thể.
4.3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ.
Nước thải phát sinh từ các nhà máy trong khu công nghiệp theo mạng lưới