4. Rỏc thải sinh hoạt, cỏc thụng số chớnh của nước rỏc và cỏc
4.3. Cỏc phương phỏp xử lý nước thải
Thực tế cú rất nhiều phương phỏp xử lý nước thải. Cỏc phương phỏp chủ yếu sau đõy đó được sử dụng để xử lý nước bói rỏc Nam Sơn- Hà Nội.
Phương phỏp đó được sử dụng để xử lý nước rỏc Nam Sơn _ Hà Nội là phương phỏp đụng tụ và keo tụ. Phương phỏp này thường được sử dụng để tỏch cỏc chất bẩn ở dạng keo và hoà tan. Để tỏch cỏc hạt rắn cú kớch thước rất nhỏ này người ta cần trung hoà rồi liờn kết chỳng lại với nhau.
Quỏ trỡnh trung hoà điện tớch gọi là quỏ trỡnh đụng tụ.
Quỏ trỡnh tạo thành cỏc bụng lớn hơn từ cỏc hạt nhỏ gọi là quỏ trỡnh keo tụ.
Cơ sở của phương phỏp :
+ Cỏc hạt cặn bộ lơ lửng kớch thước vụ cựng nhỏ, mang điện tớch dương hoặc õm, cú bề mặt tiếp xỳc rất lớn. Khi thế cõn bằng điện động của nước bị phỏ vỡ, cỏc thành phần mang điện tớch sẽ kết hợp hoặc kết dớnh với nhau bằng lực liờn kết phõn tử và điện từ, tạo thành những hạt keo phõn tỏn lơ lửng trong nước.
+ Khi cho thờm nhõn tố keo tụ là những hoỏ chất, sẽ làm cho cỏc hạt keo kết dớnh với nhau thành những hạt lớn hơn cú khả năng lắng được bằng phương phỏp lắng cơ học.
Quy trỡnh tạo bụng gồm 2 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1 : sử dụng phốn nhụm, phốn sắt Al2(SO4)3. Fe2 (SO4)3 cho vào nước và khuấy trộn nhanh trong vài giấy để tạo cỏc bụng keo mới. Cỏc phản ứng xảy ra :
Al2(SO4)3 + 3 Ca( HCO3)2 2 Al(OH)3↓ + 3 CaSO4 + 6 CO2
Fe2 (SO4)3 + 3 Ca( HCO3)2 2 Fe(OH)3↓ +3 CaSO4 + 6 CO2
Vỡ thực tế Al2(SO4)3 hoà tan tốt trong nước, chi phớ thấp và hoạt động cú hiệu quả cao trong điều kiện pH = 5-7,5 nờn đó được sử dụng trong quỏ trỡnh đụng tụ và keo tụ nước rỏc Nam Sơn.
+ Giai đoạn 2: Keo tụ và tạo bụng
Cỏc bụng cặn Al(OH)3 , Fe(OH)3 cú khả năng kết tụ được với cỏc hạt keo
( cỏc hạt keo bẩn trong nước thường cú điện tớch õm trong khi Al(OH)3
, Fe(OH)3 mang điện tớch dương) thành những bụng cặn lớn.
Giai đoạn này thường xảy ra với thời gian lõu hơn giai đoạn trờn. Trong nhiều trường hợp quỏ trỡnh kết tụ cỏc hạt keo tạo thành những bụng nhỏ để tạo thành bụng lớn người ta thường bổ xung thờm cỏc chất trợ tạo bụng như dựng cỏc chất polyme hữu cơ vỡ cỏc chất này cú cấu trỳc phõn tử dạng khối nờn cho phộp tạo thành những bụng cặn lớn. Chất keo tụ Tỏc nhõn keo tụ Nước sạch Nước thải 1. Bể khuấy trộn 2. Bể keo tụ 3. Bể lắng 4. Bể lọc cỏt
Hỡnh 2: Sơ đồ nguyờn lý của phương phỏp keo tụ tạo bụng - lắng
4.3.2. Xử lý nước thải bằng phương phỏp sinh học.
Quỏ trỡnh xử lý sinh học là quỏ trỡnh dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật để phõn huỷ cỏc hợp chất hữu cơ gõy ụ nhiễm mụi trường nước thải. Cỏc vi sinh vật này sử dụng cỏc chất hữu cơ và một số chất khoỏng trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng tạo ra năng lượng và tổng hợp nờn tế bào mới.
2 3 4
Cỏc phương phỏp sinh học gồm cú: + Phương phỏp hiếu khớ
+ Phương phỏp yếm khớ
* Phương phỏp hiếu khớ: Là phương phỏp xử lý sử dụng cỏc nhúm vi sinh vật hiếu khớ. Để đảm bảo hoạt động sống của chỳng cần cung cấp oxi liờn tục và duy trỡ nhiệt độ trong khoảng từ 20 - 40o C
* Phương phỏp yếm khớ: Là phương phỏp sử dụng cỏc vi sinh vật yếm khớ núi chung trong xử lý nước thải cụng nghiệp, cỏc phương phỏp hiếu khớ được sử dụng rộng rói hơn cả.
Nguyờn lý chung của quỏ trỡnh: Quỏ trỡnh xử lý nước thải bằng phương phỏp sinh học là quỏ trỡnh gồm ba giai đoạn :
+ Giai đoạn 1: Di chuyển cỏc chất gõy ụ nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh vật do khuyếch tỏn đối lưu hoặc phõn tử.
+ Giai đoạn 2: Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bỏn thấm bằng khuyếch tỏn do sự chờnh lệch nồng độ ở trong và ngoài tế bào.
+Giai đoạn 3: Quỏ trỡnh chuyển hoỏ cỏc chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh năng lượng và quỏ trỡnh tổng hợp cỏc chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng lượng.
Cỏc giai đoạn trờn cú quan hệ rất chặt chẽ với nhau và quỏ trỡnh chuyển hoỏ cỏc chất đúng vai trũ chớnh trong quỏ trỡnh xử lý nước thải.
Phương trỡnh tổng quỏt cỏc phản ứng tổng của quỏ trỡnh oxi hoỏ sinh hoỏ ở điều kiện hiếu khớ cú dạng như sau :
CXHYOZN + (x + y /4+z/3 +3/4)O2 x CO2 + (y -3)/2 H2O +NH3 +
∆H
Men VSV
CXHYOZN +NH3 + O2 C 5H7NO2 + CO2+ ∆H Trong đú:
CXHYOZN: Chất hữu cơ cú trong nước thải
C 5H7NO2: Cỏc nguyờn tố chớnh của tế bào vi sinh vật
∆H: Năng lượng
Nếu tiếp tục tiến hành quỏ trỡnh oxy hoỏ thỡ khụng đủ chất dinh dưỡng sẽ xảy ra quỏ trỡnh phõn huỷ chất liệu tế bào ( tự OXH - tế bào vi khuẩn tự bị oxy hoỏ)
C 5H7NO2 +5 O2 5CO2+ NH3+ 2H2O+∆H
NH3+ O2 HNO2 + O2 HNO3
- Nước thải cú thể xử lý bằng phương phỏp sinh học sẽ đạt được đặc trưng bởi chỉ tiờu BOD hoặc COD
Phương phỏp sinh học thường sử dụng trong quỏ trỡnh xử lý nước rỏc Nam Sơn:
Đú là phương phỏp hồ sinh học
Trong hồ, nước thải được làm sạch bằng cỏc quỏ trỡnh tự nhiờn bao gồm tảo, vi khuẩn
*. Đặc điểm :
+ Tốc độ oxy hoỏ chậm.
+ Thời gianlưu thuỷ lực tương đối lõu ( 30-50 ngày). Cơ chế phõn huỷ chất thải trong hồ:
Cỏc vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ quỏ trỡnh quang hợp của tảo, oxy được hấp thụ từ khụng khớ để phõn huỷ cỏc hợp chất hữu cơ. Sau đú, tảo sẽ sử dụng CO2, NH4+ ,PO43- và cỏc chất được giải phúng từ quỏ trỡnh phõn huỷ cỏc hợp chất hữu cơ để thực hiện quỏ trỡnh quang hợp.
Men VSV
Điều kiện: cần khống chế pH dũng vào, nhiệt độ và cỏc điều kiện tự nhiờn khỏc. *. Phõn loại gồm cú: + Hồ hiếu khớ + Hồ hiếu - yếm khớ + Hồ yếm khớ
- Hồ hiếu khớ: Cú quỏ trỡnh hiếu khớ xảy ra trong tự nhiờn và oxy cung cấp làm thoỏng khụng khớ qua bề mặt một cỏch tự nhiờn hoặc nhờ hệ thống cấp khớ. Tỏch được 40 đến 60% BOD5, khụng tỏch được chất rắn lơ lửng.
- Hồ hiếu - yếm khớ: Là loại phổ biến nhất. Trong hồ tồn tại cả hai dạng vi sinh vật hiếu và yếm khớ ( đỏy hồ). Khả năng xử lý BOD khoảng 300 kg/ha . ngày
- Hồ yếm khớ: Trong hồ diễn ra quỏ trỡnh phõn huỷ yếm khớ. Hiệu suất khử BOD là 70%. Thường sử dụng để xử lý nước thải cú nồng độ lớn.
*. Ưu điểm của hồ sinh học: Chi phớ vận hành và bảo quản thấp. *. Nhược điểm: Tốn diện tớch, thời gian lưu lõu.
4.4. Đặc tớnh nước rỏc Nam Sơn Hà Nội.
4.4.1. Bói chụn lấp Nam Sơn.
Bói rỏc Nam Sơn là bói rỏc được xõy dựng với quy mụ lớn. Bói là nơi sử dụng để xử lý rỏc thải của thành phố Hà Nội. Bói được vận hành từ năm 1999, lượng chụn lấp rỏc trong năm 2000 trung bỡnh là 1200 - 1400 tấn / ngày. Lượng rỏc thải của Hà Nội liờn tục tăng với số lượng rỏc trong năm 2001- 2002 thể hiện ở bảng 1. Lượng nước rỏc tớnh toỏn là 400-450 m3 / ngày.
Bảng 1: Khối lượng rỏc thải tại bói Nam Sơn Hà Nội năm 2001-2002.
Thỏng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Rỏc năm 2001(t) 4427 5 4210 0 3974 5 3966 3 4122 9 4040 3 4200 0 4362 1 4058 0 4361 5 4198 3 4576 5
Rỏc năm 2002(t) 4741 5 4463 5 4441 6 4574 4 4913 0 4953 2 4800 5 4817 9 4471 4 4524 5 4780 0 4760 0 Cỏc giai đoạn chụn lấp :
+ Giai đoạn 1: đổ rỏc vào ụ số 1, lần lượt sử dụng ụ 2 và ụ 3 như hồ sinh học, sau đú lấp đầy cỏc ụ ( ụ số 1 cú diện tớch 2,2 ha , ụ số 2 cú diện tớch 2,79 ha, ụ số 3 cú diện tớch 2,5 ha) . Cao độ chụn lấp trung bỡnh là 20 m.
+ Giai đoạn 2 : Chụn lấp tại cỏc ụ B, C, D, E, G, H, I, ụ A được sử dụng nh hồ sinh học với diện tớch 3 ha gồm hồ H1, H2, H3 được xõy dựng vận hành đầu năm 2002. Nước rỏc được tỏch ra khỏi bói chụn, gom về hồ sinh học để xử lý trước khi thải ra mụi trường. Sự biến động về nồng độ chất hữu cơ và hợp chất nitơ của nước rỏc dưới sự tương tỏc của vi sinh vật, điều kiện vật lý, thực vật được quan tõm nghiờn cứu.
4.4.2. Sự biến động nồng độ chất hữu cơ và pH của nước rỏc Nam Sơn.
Nồng độ chất hữu cơ được đặc trưng bởi chỉ số BOD5, COD. Tỷ lệ COD/ BOD5 phụ thuộc vào sự phõn huỷ của rỏc và nước rỏc, độ phõn huỷ càng cao thỡ tỷ lệ này càng lớn. Đặc biệt vào cỏc mựa mưa.
Trong hồ yếm khớ lượng oxy hoà tan thấp, vi sinh yếm khớ hoạt động thuận lợi cho sự giảm nồng độ chất hữu cơ trong nước rỏc. Sinh khối khụng được tỏch ra chỳng chết lắng xuống đỏy hồ tiếp tục phõn huỷ tạo ra nguồn hữu cơ mới.
Trong hồ tuỳ nghi cú vi sinh hiếu khớ, yếm khớ và tảo ảnh hưởng rất lớn tới sự biến đổi nồng độ chất hữu cơ
PHẦN THỰC NGHIỆM
2.1.Hoỏ chất, thiết bị
2.1.1. Hoỏ chất
- Propylen biến tớnh tinh khiết. - Xenluloaxetat tinh khiết. - Axeton tinh khiết.
- K2Cr2O7 0,25 N.
- Dung dịch muối Morh . - Ag2SO4
- HgSO4
- Chỉ thị feroin.
2.1.2 Thiết bị.
- Dụng cụ chế tạo màng.
- Mỏy khuấy hoà tan cao phõn tử. - Thiết bị thử màng.
- Bỡnh cầu - Sinh hàn - Pipet
2.2.Cỏc chỉ tiờu đỏnh giỏ chất lượng màng.
• Hai đại lượng quan trọng nhất để đỏnh giỏ chất lượng ( hiệu quả tỏch) của màng là : Độ lưu giữ R và năng suất lọc J:
• Độ lưu giữ: R= 0 0 C C C − . 100 [ ]%
Với C0: Nồng độ dung dịch trước khi qua màng. C : Nồng độ dung dịch sau khi qua màng.
• Năng suất lọc: J= SV.t m h l . 2 Với V: Thể tớch dịch lọc. S: Diện tớch màng lọc t: Thời gian lọc.
- Để kiểm tra độ lưu giữ và năng suất lọc của màng lọc chế từ Xelluloaxetat và PolyPropylen biến tớnh, chỳng tụi đó dựng bia non ( là bia được lấy sau cụng đoạn lờn men phụ ). Chất cần tỏch ở đõy là nấm men và cỏc vi sinh vật khỏc cú trong bia. Độ lưu giữ của màng lọc bia được đỏnh giỏ qua khả năng lưu giữ vi sinh vật ( chủ yếu là nấm men) trờn bề mặt màng . Đại lượng này được xỏc định thụng qua độ đục ( độ hấp thụ tại bước súng 500nm) của dịch lọc hoặc kiểm tra vi sinh vật cú trong dịch lọc bằng phương phỏp nuụi cấy.
Do đú, đũi hỏi của màng lọc bia là phải giữ men tốt và năng suất lọc vẫn cao.
2.3. Cỏc phương phỏp phõn tớch kiểm tra độ lưu giữ của màng lọc
2.3.1. Phương phỏp quang học.
- Xỏc định độ màu tương đối bằng khả năng hấp thụ ỏnh sỏng ( phương phỏp trắc quang).
Phương phỏp này dựa vào tớnh chất hấp phụ phần ỏnh sỏng của chựm tia tới chiếu thẳng vào dung dịch. Độ đục hay sự hấp phụ ỏnh sỏng của dung dịch đo hoàn toàn là do sinh khối của vi sinh vật trong dịch đo gõy ra.
Phương phỏp đo:
- Cắm điện, bật mỏy, chọn bước súng của nguồn sỏng thớch hợp. Dựng 2 cuvet để đo, một cuvet đựng nước cất, một cuvet đựng dịch đo. Lắp cuvet nước cất vào mỏy, ấn Call để ABS = 0 ở bước súng đó chọn, bỏ cuvet nước cất ra và cho cuvet chứ dịch cần đo vào ta được giỏ trị ABS độ hấp thụ cần đo.
2.3.2. Phương phỏp phõn tớch xỏc định chỉ số COD trong nước thải.
a. Nguyờn tắc.
Dựng K2Cr2O7 là chất oxy hoỏ mạnh để oxy hoỏ cỏc hợp chất hữu cơ. Sau đú, chuẩn độ lượng K2Cr2O7 dư bằng dung dịch muối Morh với chỉ thị feroin.
Để oxy hoỏ hoàn toàn cỏc chất hữu cơ mạch thẳng, cỏc hydrocacbon thơm khú bị oxy hoỏ cú mặt trong nước rỏc, cần phải cho Ag2SO4 làm xỳc tỏc, 80-90% cỏc chất trờn được oxy hoỏ. Trong nước cú ion Cl- phải dựng HgSO4
để trỏnh sai số khi phõn tớch. b. Chuẩn bị hoỏ chất.
*. Chuẩn bị dung dịch K2Cr2O7 0,25 N:
Sấy khụ K2Cr2O7 loại PA ở 1050C trong 2 giờ, để nguội trong bỡnh hỳt ẩm.
Cõn chớnh xỏc 12,258 g K2Cr2O7 hoà tan trong nước cất 2 lần, rồi định mức 1000ml.
*. Chuẩn bị dung dịch amoni sunfat (dung dịch muối Morh) 0,1 N: Hoà tan 39,2 g sắt amoni sunfat Fe(NH4)2SO4.6H2O loại PA trong 20ml H2SO4
đặc, cho vào bỡnh định mức 1000ml bằng nước cất.
Mỗi lần dựng muối Morh phải kiểm tra lại nồng độ bằng cỏch chuẩn bằng dung dịch K2Cr2O7 chuẩn biết trước nồng độ.
Nồng độ dung dịch muối Morh tớnh theo cụng thức : NMorh=
Morh V
VK2Cr2O7.0,25
*. Chuẩn bị chỉ thị feroin:
Hoà tan 1,48g Octo- phenan throlin Monohydrat với 0,695 g FeSO4.7H2O trong nớc cất 2 lần, định mức 100ml.
Lấy Vm (ml) mẫu cho vào bỡnh cầu, thờm V1 ml dung dịch K2Cr2O7
0,25 N và một ít HgSO4 tinh thể lắc đều. Cho thờm 2-3 viờn đỏ bọt, lắp sinh hàn hồi lưu.
Hoà tan một ít Ag2SO4 tinh thể trong H2SO4 đặc. Đổ từ từ H2SO4 trờn vào bỡnh cầu.
Đun hồi lưu 2 giờ, để nguội. Chuyển toàn bộ dung dịch trong bỡnh cầu sang bỡnh nún, trỏng bỡnh cầu bằng nước cất từ 2- 3 lần. Thờm 1-2 giọt chỉ thị feroin. Chuẩn K2Cr2O7 dư bằng muối Morh 0,1 N, khi dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu nõu đỏ thỡ kết thỳc phộp chuẩn độ. COD = (V1ìN1- V2ì
N2)ì8 ì1000/ Vm (mg/l)
Vm : Thể tớch mẫu đem phõn tớch. V1 : Thể tớch K2Cr2O7 .
V2 : Thể tớch muối Morh.
N1 : Nồng độ đương lượng của K2Cr2O7.
2.4. Nghiờn cứu chế tạo màng lọc bia từ Xelluloaxetat và Polypropylen biến tớnh.
2.4.1. Quy trỡnh cụng nghệ.
Chỳng tụi đó chế tạo màng theo quy trỡnh sau: - Hoà tan cao phõn tử trong dung mụi thớch hợp. - Gạt dung dịch thành lớp mỏng.
- Bốc hơi. - Đụng tụ.
2.4.2. Màng Xelluloaxetat kộo trờn kớnh.
- Hoà tan Xelluloaxetat trong axeton. Với cỏc nồng độ khỏc nhau. Chế tạo màng từ dung dịch thu được. Chất lượng màng được đỏnh giỏ qua kết quả lọc bia ( sau khi lờn men phụ ) tại ỏp suất 1 bar.
- Kết quả được trỡnh bày trong bảng 1.
Nồng độ chất tạo màng (g/l) Thời gian lọc (phỳt) Năng suất lọc (l/m2.h) Độ đục Nhận xột 80 2 1321 0,284 Bia đục, men khụng bị giữ lại trờn màng 85 2 896 0,231 Bia đục, cú một ít men giữ lại trờn màng 90 2 423 0,213 Bia đục, cú một ít men giữ lạ trờn màng
95 2 237 0,198 Bia tương đối trong, men
giữ khỏ hơn
100 2 28 0,163 Bia khỏ trong, men giữ
khỏ hơn
Nhận xột :
- Qua kết quả thớ nghiệm cho thấy : Nồng độ Xelluloaxetat ( vật liệu tạo màng) càng cao thỡ năng suất lọc càng giảm và độ lưu giữ tăng lờn. Song ngay cả, khi năng suất lọc giảm xuống rất thấp, bia vẫn cũn hơi đục màng chưa giữ được toàn bộ nấm men. Ngoài ra, loại màng này cũn cú nhược điểm: Chịu lực kộm nờn chỉ dựng cho mỏy lọc đĩa chứ khụng được dựng cho
mỏy lọc khung bản 2.4.3. Màng Xelluloaxetat cú đế vải.
- Để tăng độ bền cơ học của màng và cú thể dựng cho mỏy lọc khung bản, chỳng tụi đó chế tạo màng cú đế vải. Kết quả được trỡnh bày trong bảng 2
Bảng 2 : Kết quả kiểm tra chất lượng màng Xelluloaxetat cú đế vải. Nồng độ chất tạo màng (g/l) Thời gian lọc (phút) Năng suất lọc