- Các yếu tố vật lý: nhiệt độ cao hay thấp, pH, biến đổi màu nước.
- Các yếu tố hĩa học: các chất hữu cơ, vơ cơ, các hợp chất chứa nitơ, hợp chất chứa photpho và các kim loại nặng.
+ Các chất hữu cơ khĩ phân hủy: thuộc các chất hữu cơ cĩ vịng thơm, các chất đa vịng ngưng tụ, các hợp chất clo hữu cơ,ẦChúng tồn tại lâu dài trong mơi trường và cơ thể sinh vật gây độc tắch lũy. Hàm lượng các chất này trong nguồn nước tự nhiên rất thấp.
+ Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy: là các hợp chất protein, hydratcacbon, chất béo cĩ nguồn gốc động vật và thực vật. Đây là các chất gây ơ nhiễm chắnh cĩ nhiều trong nước thải sinh hoạt, từ các xắ nghiệp chế biến thực phẩm. Các chất này chủ yếu làm suy giảm các chất hịa tan trong nước.
+ Các kim loại nặng: hầu hết các kim loại nặng đều cĩ độc tắnh cao đối với người và động vật. Trong nước thải cơng nghiệp thường chứa các kim loại nặng là chì, thủy ngân, crom, cadimi, asenẦ
+ Các ion vơ cơ: các ion vơ cơ cĩ nồng độ cao trong nước tự nhiên, đặc biệt là nước biển. Trong nước thải cĩ một lượng khá lớn các hợp chất vơ cơ tùy thuộc vào các nguồn nước thải.
- Các yếu tố sinh học: virus, vi khuẩn gây bệnh, vi nấm nguyên sinh động vật, các lồi giun sán.
Khố Luận Tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Hồng Hưng
2.2 THÀNH PHẦN LÝ HĨA HỌC CỦA NƯỚC THẢI
Nước thải chứa rất nhiều loại hợp chất khác nhau, với số lượng và nồng độ cũng thay đổi rất khác nhau. Cĩ thể phân loại tắnh chất nước thải như sau:
2.2.1 Tắnh chất vật lý
Tắnh chất vật lý của nước thải được xác định dựa trên các chỉ tiêu: màu sắc, mùi, nhiệt độ và lưu lượng (dịng chảy).
- Màu: nước thải mới cĩ màu hơi nâu sáng, tuy nhiên nhìn chung màu nước thải
thường là màu xám cĩ vẩn đục. Màu sắc của nước thải sẽ bị thay đổi đáng kể nếu như nĩ bị nhiễm khuẩn, khi đĩ nước thải sẽ cĩ màu đen tối.
- Mùi: mùi cĩ trong nước thải sinh hoạt là do cĩ khắ sinh ra từ quá trình phân hủy
các hợp chất hữu cơ hay do cĩ một số chất được đưa thêm vào trong nước thải. Nước thải sinh hoạt thơng thường cĩ mùi mốc, nhưng nếu nước thải bị nhiễm khuẩn thì nĩ sẽ chuyển sang mùi trứng thối do sự tạo thành H2S trong nước.
- Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nhiệt độ của nguồn nước
sạch ban đầu, bởi vì cĩ sự gia nhiệt vào nước từ các đồ dùng trong gia đình và các máy mĩc thiết bị cơng nghiệp. Tuy nhiên, chắnh những dịng nước thấm qua đất và lượng nước mưa đổ xuống mới là nhân tố làm thay đổi một cách đáng kể nhiệt độ của nước.
- Lưu lượng: thể tắch thực của nước thải cũng được xem là một trong những đặc tắnh
vật lý của nước thải, cĩ đơn vị là m3/người.ngày. Hầu hết các thiết bị xử lý được thiết kế để xử lý nước thải cĩ lưu lượng 0,378 Ờ 0,756 m3/người.ngày. Vận tốc dịng chảy luơn thay đổi trong ngày.
2.2.2 Tắnh chất hĩa học
- Các thơng số mơ tả tắnh chất hĩa học thường là: số lượng các chất hữu cơ, chất vơ cơ và chất khắ. Để đơn giản hơn, ta cĩ thể xác định tắnh chất hĩa học của nước thải thơng qua các thơng số: độ kiềm, BOD, COD, các chất khắ hịa tan, các hợp chất Nito, pH, P, các chất rắn (hữu cơ, vơ cơ, huyền phù và khơng tan), và nước.
Khố Luận Tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Hồng Hưng
- Độ kiềm: đặc trưng cho khả năng trung hịa axit, thường là độ kiềm bicarbonate,
carbonate, và hydroxide. Độ kiềm thực chất là mơi trường đệm (để giữ pH trung tắnh) của nước thải trong suốt quá trình xử lý sinh hĩa.
- Nhu cầu oxy sinh hĩa (BOD): dùng để xác định lượng chất bị phân hủy sinh hĩa
trong nước thải, thường được xác định sau 5 ngày ở nhiệt độ 20oC. BOD5 trong nước thải sinh hoạt thường nằm trong khoảng 100 Ờ 300mg/l.
- Nhu cầu oxy hĩa học (COD): dùng để xác định lượng chất bị oxy hĩa trong nước
thải. COD thường nằm trong khoảng 200 Ờ 500 mg/l. Tuy nhiên, trong nước thải cơng nghiệp, nồng độ này cĩ thể gia tăng một cách đáng kể.
- Các chất khắ hịa tan: đây là những khắ cĩ thể hịa tan được trong nước thải. Nước
thải cơng nghiệp thường cĩ nồng độ oxy tương đối thấp.
- Hợp chất chứa N: số lượng và các loại hợp chất chứa N sẽ thay đổi trong từng
dạng nước thải khác nhau (nước thải chưa xử lý và nước thải sau xử lý ở dịng ra). N thường đi kèm vịng tuần hồn oxy hĩa và nồng độ của nĩ sẽ giảm dần. Phần lớn N chưa được xử lý trong nước thải sẽ chuyển sang dạng N hữu cơ hay N-NH3. Nồng độ N trong nước thải thường là 20 Ờ 85 mg/l; trong đĩ N hữu cơ thường ở khoảng 8 Ờ 35 mg/l, cịn nồng độ N-NH3 thường từ 12 Ờ 50 mg/l.
- pH: đây là cách để nhanh chĩng phát hiện tắnh axit của nước thải. Giá trị pH dao
động trong khoảng từ 1 Ờ 14. Để xử lý nước thải một cách cĩ hiệu quả thì pH chỉ nên nằm trong khoảng 6,5 Ờ 9 (lý tưởng hơn là từ 6,5 Ờ 8).
- Phospho: đây là nhân tố cần thiết cho hoạt động sinh hĩa, nhưng chỉ nên hiện diện
với một lượng tối thiểu, hoặc sẽ được loại bỏ sau quá trình xử lý bậc hai. Số lượng P dư thừa cĩ thể gây rối dịng chảy và làm tăng trưởng quá mức các loại tảo. Nồng độ P thường trong khoảng 6 Ờ 20 mg/l. Quá trình loại bỏ hợp chất photphat trong các chất tẩy rửa cĩ ảnh hưởng quan trọng đến khối lượng P trong nước thải.
- Các chất rắn: hầu hết các chất ơ nhiễm trong nước thải cĩ thể được xem là các
Khố Luận Tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Hồng Hưng
chuyển chúng sang dạng ổn định hơn và dễ xử lý. Các chất rắn cĩ thể được phân loại dựa vào thành phần hĩa học của chúng (hữu cơ hay vơ cơ), hoặc bởi các đặc tắnh vật lý (cĩ thể lắng đọng, nổi trên mặt nước, hay ở dạng keo). Nồng độ tổng các chất rắn trong nước thải thường dao động trong khoảng 350 Ờ 1200 mg/l.
+ Các chất rắn hữu cơ: bao gồm C, H, O, N, và cĩ thể được chuyển thành CO2 và H2O khi cháy ở nhiệt độ 550oC.
+ Các chất rắn vơ cơ: thường khơng bị ảnh hưởng bởi sự cháy.
+ Các chất rắn lơ lửng: loại chất rắn này thường bị giữ lại bởi các bể lọc đệm vật liệu xơ, và cĩ thể được phân loại nhỏ hơn như: tổng các chất răn lơ lửng (TSS), các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS), và các chất rắn lơ lửng cố định. Ngồi ra chúng cịn được phân loại thành 3 thành phần dựa vào khả năng lắng đọng: các chất rắn cĩ khả năng lắng đọng, các chất rắn nổi trên mặt và dạng keo. Tổng hàm lượng các chất rắn lơ lửng trong nước thải thường từ 100 Ờ 350 mg/l.
+ Các chất rắn tan: loại chất rắn này sẽ đi qua được các bể lọc đệm vật liệu xơ, và cũng được phân loại thành: tổng hàm lượng các chất rắn tan được (TDS), các chất rắn tan dễ bay hơi, và các chất rắn tan cố định. Tổng hàm lượng các chất rắn tan được nằm trong khoảng 250 Ờ 850 mg/l.
- Nước: luơn là thành phần cấu tạo chắnh của nước thải. Trong một số trường hợp, nước cĩ thể chiếm đến từ 99,5% - 99,9% trong nước thải (thậm chắ ngay cả trong nước thải ơ nhiễm nặng nhất thì hàm lượng các chất bẩn cũng chỉ chiếm 0,5%; cịn đối với nguồn nước thải được xem là sạch nhất thì nồng độ này là 0,1%).
2.3 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Các loại nước thải đều chứa các tạp chất gây nhiễm bẩn cĩ tắnh chất rất khác nhau: từ các loại chất rắn khơng tan, đến các loại chất khĩ tan và những hợp chất tan trong nước. Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất đĩ, làm sạch lại nước và cĩ thể đưa nước
Khố Luận Tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Hồng Hưng
đổ vào nguồn hoặc đưa tái sử dụng. Để đạt được những mục đắch đĩ chúng ta thường dựa vào những đặc điểm của từng loại tạp chất để lựa chọn phương pháp xử lý thắch hợp.
Thơng thường cĩ các phương pháp xử lý nước thải như sau:
- Xử lý bằng phương pháp cơ học.
- Xử lý bằng phương pháp hố lý và hố học. - Xử lý bằng phương pháp sinh học.
2.3.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học
Quá trình xử lý cơ học thường được áp dụng ở giai đoan đầu của quá trình xử lý nước thải hay cịn gọi là quá trình xử lý sơ bộ hay là quá trình tiền xử lý. Qúa trình này dùng để loại bỏ các tạp chất khơng tan cĩ trong nước thải, bao gồm các tạp chất vơ cơ và hữu cơ cĩ trong nước. Nĩ là một bước đệm nhằm đảm bảo tắnh an tồn cho các cơng trình và thiết bị của các quá trình xử lý tiếp theo của hệ thống xử lý nước thải. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học cĩ nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiên tuỳ theo thành phần và tắnh chất nước thải xử lý mà các cơng trình sau đây cĩ thể áp dụng:
2.3.1.1 Thiết bị chắn rác
Thiết bị chắn rác cĩ thể là song chắn rác hoặc lưới chắn rác, cĩ chức năng chắn giữ những rác bẩn thơ (giấy, rau, cỏ, rácẦ), nhằm đảm bảo đảm cho máy bơm, các cơng trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định. Song và lưới chắn rác được cấu tạo bằng các thanh song song, các tấm lưới đan bằng thép hoặc tấm thép cĩ đục lỗẦ tùy theo kắch cỡ các mắt lưới hay khoảng cách giữa các thanh mà ta phân biệt loại chắn rác thơ, trung bình hay rác tinh.
Thiết bị chắn rác thường đặt trước hệ thống xử lý nước thải hoạc cĩ thể đặt trước miệng xả của nhà máy sản xuất.
Lưới chắn rác thường đặt nghiêng một gĩc 45 - 60Ứ so với phương thẳng đứng, khe rộng mắt lưới thường 10 - 20mm.
Khố Luận Tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Hồng Hưng
Theo cách thức làm sạch thiết bị chắn rác ta cĩ thể chia làm 2 loại: loại làm sạch bằng tay, loại làm sạch bằng cơ giới.
2.3.1.2 Thiết bị nghiền rác
Là thiết bị cĩ nhiệm vụ cắt và nghiền vụn rác thành các hạt, các mảnh nhỏ lơ lửng trong nước thải để khơng làm tắc ống, khơng gây hại cho bơm. Trong thực tế cho thấy việc sử dụng thiết bị nghiền rác thay cho thiết bị chắn rác đã gây nhiều khĩ khăn cho các cơng đoạn xử lý tiếp theo do lượng cặn tăng lên như làm tắc nghẽn hệ thống phân phối khắ và các thiết bị làm thống trong các bể (đĩa, lỗ phân phối khắ và dắnh bám vào các tuabinẦ. Do vậy phải cân nhắc trước khi dùng.
2.3.1.3 Bể điều hịa
Là đơn vị dùng để khắc phục các vấn đề sinh ra do sự biến động về lưu lượng và tải lượng dịng vào, đảm bảo hiệu quả của các cơng trình xử lý sau, đảm bảo đầu ra sau xử lý, giảm chi phắ và kắch thước của các thiết bị sau này.
Cĩ 2 loại bể điều hịa:
− Bể điều hịa lưu lượng.
− Bể điều hịa lưu lượng và chất lượng.
Các phương án bố trắ bể điều hịa cĩ thể là bể điều hịa trên dịng thải hay ngồi dịng thải xử lý. Phương án điều hịa trên dịng thải cĩ thể làm giảm đáng kể dao động thành phần nước thải đi vào các cơng đoạn phắa sau, cịn phương án điều hịa ngồi dịng thải chỉ giảm được một phần nhỏ sự dao động đĩ. Vị trắ tốt nhất để bố trắ bể điều hịa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử lý, và phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tắnh của hệ thống thu gom cũng như đặc tắnh của nước thải.
2.3.1.4 Bể lắng cát
Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thơ, nặmg như: cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại, tro, than vụnẦ nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khắ dễ bị mài mịn, giảm cặn nặng ở các cơng đoạn xử lý sau.
Khố Luận Tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Hồng Hưng Bể lắng cát gồm những loại sau: − Bể lắng cát ngang. − Bể lắng cát đứng. − Bể lắng cát tiếp tuyến. − Bể lắng cát làm thống. 2.3.1.5 Quá trình lắng
Lắng là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn khơng hịa tan ra khỏi nước thải. Dựa vào chức năng và vị trắ cĩ thể chia bể lắng thành các loại:
− Bể lắng đợt 1: Được đặt trước cơng trình xử lý sinh học, dùng để tách các chất rắn,
chất bẩn lơ lửng khơng hịa tan.
− Bể lắng đợt 2: Được đặt sau cơng trình xử lý sinh học dùng để lắng các cặn vi sinh,
bùn làm trong nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận
Căn cứ vào chiều dịng chảy của nước trong bể, bể lắng cũng được chia thành các loại giống như bể lắng cát ở trên: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng tiếp tuyến (bể lắng radian).
2.3.1.6 Quá trình lọc
Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất phân tán cĩ kắch thước nhỏ khỏi nước thải, mà các bể lắng khơng thể loại được chúng. Người ta tiến hành quá trình lọc nhờ các vật liệu lọc, vách ngăn xốp, cho phép chất lỏng đi qua và giữ các tạp chất lại.
Vật liệu lọc được sử dụng thường là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi, thậm chắ cả than nâu, than bùn hoặc than gỗ. Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa phương.
Cĩ nhiều dạng lọc: lọc chân khơng, lọc áp lực, lọc chậm, lọc nhanh, lọc chảy ngược, lọc chảy xuơiẦ
2.3.1.7 Quá trình tuyển nổi
Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán khơng tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp
Khố Luận Tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Hồng Hưng
quá trình này cũng được dùng để tách các chất hịa tan như các chất hoạt động bề mặt. Quá trình như vậy được gọi là quá trình tách hay lám đặc bọt.
Trong xử lý nước thải về nguyên tắc tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học.
Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khắ nhỏ (thường là khơng khắ) vào trong pha lỏng. Các khắ đĩ kết dắnh với các hạt và khi lực nổi tập hợp các bĩng khắ và hạt đủ lớn sẽ kéo theo các hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đĩ chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu.
Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp lắng là cĩ thể khử hồn tồn các hạt nhỏ nhẹ, lắng chậm trongthời gian ngắn.
2.3.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hố lý và hố học
Bản chất chung của quá trình xử lý hố lý và hố học là áp dụng các quá trình vật lý và hố học để loại bớt các chất ơ nhiễm mà khơng thể dung phương pháp cơ học loại bỏ được.
Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng hố học diễn ra giữa các chất ơ nhiễm và các hố chất thêm vào. Các phương pháp thường được sử dụng là oxy hố và trung hồ. Đi đơi với các phương pháp này cịn kèm theo các quá trình kết tủa và nhiều hiện tượng khác.
Các cơng trình tiêu biểu của phương pháp này bao gồm: 2.3.2.1 Quá trình keo tụ, tạo bơng
Quá trình keo tụ tạo bơng được ứng dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và các hạt keo cĩ kắch thước rất nhỏ. Các chất này tồn tại ở dạng khuếch tán và khơng thể loại bỏ bằng quá trình lắng vì tốn rất nhiều thời gian. Để tăng hiệu quả lắng, giảm bớt thời