6.3.1. Nƣớc thải sinh hoạt từ cỏc khu dõn cƣ
Nguồn gốc nƣớc thải sinh hoạt
Nƣớc thỏi sinh hoạt là nƣớc đƣợc thải bỏ sau khi sử dụng cho cỏc mục đớch sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ,tẩy rửa, vệ sinh cỏ nhõn,… Chỳng thƣờng đƣợc thải ra từ cỏc căn hộ, cơ quan, trƣờng học, bệnh viện, chợ, và cỏc cụng trỡnh cụng cộng khỏc. Lƣợng nƣớc thải sinh hoạt của một khu dõn cƣ phụ thuộc vào dõn số, vào tiờu chuẩn cấp nƣớc và đặc điểm của hệ thống thoỏt nƣớc. Tiờu chuẩn cấp nƣớc sinh hoạt cho một khu dõn cƣ phụ thuộc vào khả năng cung cấp nƣớc của cỏc nhà mỏy nƣớc hay cỏc trạm cấp nƣớc hiện cú. Cỏc trung tõm đụ thị thƣờng cú tiờu chuẩn cấp nƣớc cao hơn so với cỏc vựng ngoại thành và nụng thụn, do đú lƣợng nƣớc thải sinh hoạt tớnh trờn một đầu ngƣời cũng cú sự khỏc biệt giữa thành thị và nụng thụn. Nƣớc thải sinh hoạt ở cỏc trung tõm đụ thị thƣờng thoỏt bằng hệ thống thoỏt nƣớc dẫn ra cỏc sụng rạch, cũn cỏc vựng ngoại thành và nụng thụn do khụng cú hệ thống thoỏt nƣớc nờn nƣớc thải thƣờng đƣợc tiờu thoỏt tự nhiờn vào cỏc ao hồ hoặc thoỏt bằng biện phỏp tự thấm.
Thành phần của nƣớc thải sinh hoạt gồm 2 loại:
Nƣớc thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con ngƣời từ cỏc phũng vệ sinh Nƣớc thải nhiễm bẩn do cỏc chất thải sinh hoạt: cặn bó từ nhà bếp, cỏc chất
rửa trụi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà.
Nƣớc thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phõn huỷ sinh học, ngoài ra cũn cú cả cỏc thành phần vụ cơ, vi sinh vật và vi trựng gõy bệnh rất nguy hiểm. Chất hữu cơ chứa trong nƣớc thải bao gồm cỏc hợp chất nhƣ protein(40- 50%); hydrat cacbon(40-50%). Nồng độ chất hữu cơ trong nƣớc thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150-450mg/l theo trọng lƣợng khụ. Cú khoảng 20-40% chất hữu cơ khú bị phõn huỷ sinh học. Ơ những khu dõn cƣ đụng đỳc, điều kiện vệ sinh thấp kộm, nƣớc thải sinh hoạt khụng đƣợc xử lý thớch đỏng là một trong những nguồn gõy ụ nhiễm mụi trƣờng nghiờm trọng.
Tỏc hại đến mụi trƣờng:
Tỏc hại đến mụi trƣờng của nƣớc thải do cỏc thành phần ụ nhiễm tồn tại trong nƣớc thải gõy ra.
COD, BOD: sự khoỏng hoỏ, ổn định chất hữu cơ tiờu thụ một lƣợng lớn và gõy thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hƣởng đến hệ sinh thỏi mụi trƣờng nƣớc. Nếu ụ nhiễm quỏ mức, điều kiện yếm khớ cú thể hỡnh thành. Trong quỏ trỡnh phõn huỷ yếm khớ sinh ra cỏc sản phẩm nhƣ H2S, NH3, CH4,..làm cho nƣớc cú mựi hụi thối và làm giảm pH của mụi trƣờng.
SS: lắng đọng ở nguồn tếp nhận, gõy điều kiện yếm khớ.
Nhiệt độ: nhiệt độ của nƣớc thải sinh hoạt thƣờng khụng ảnh hƣởng đến đời sống của thuỷ sinh vật nƣớc.
Vi trựng gõy bệnh: gõy ra cỏc bệnh lan truyền bằng đƣờng nƣớc nhƣ tiờu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da,…
Ammonia, Phốt pho: đõy là những nguyờn tố dinh dƣỡng đa lƣợng. NếU nồng độ trong nƣớc quỏ cao dẫn đến hiện tƣợng phỳ dƣỡng hoỏ ( sự phỏt triển bựng phỏt của cỏc loại tảo, làm cho nồng độ oxy trong nƣớc rất thấp vào ban đờm gõy
ngạt thở và diệt vong cỏc sinh vật, trong khi đú vào ban ngày nồng độ oxy rất cao do quỏ trỡnh hụ hấp của tảo thải ra ).
Màu: mất mỹ quan.
Dầu mỡ: gõy mựi, ngăn cản khuếch tỏn oxy trờn bề mặt.
6.3.2. Nƣớc thải cụng nghiệp
Nƣớc thải đƣợc sinh ra trong quỏ trỡnh sản xuất từ cỏc cụng đoạn sản xuất và cỏc hoạt động phục vụ cho sản xuất nhƣ nƣớc thải khi tiến hành vệ sinh cụng nghiệp hay hoạt động sinh hoạt của cụng nhõn viờn. Nƣớc thải cụng nghiệp rất đa dạng, khỏc nhau về thành phần cũng nhƣ lƣợng phỏt thải và phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại hỡnh cụng nghiệp loại hỡnh cụng nghệ sử dụng, tớnh hiện đại của cụng nghệ, tuổi thọ của thiết bị, trỡnh độ quản lý của cơ sở và ý thức cỏn bộ cụng nhõn viờn. Cơ sở để nhận biết và phõn loại nhƣ sau: nƣớc thải đƣợc sản sinh từ nƣớc khụng đƣợc dựng trực tiếp trong cỏc cụng đoạn sản xuất, nhƣng tham gia cỏc quỏ trỡnh tiếp xỳc với cỏc khớ. chất lỏng hoặc chất rắn trong quỏ trỡnh sản xuất. Loại này cú thể phỏt sinh liờn tục hoặc khụng liờn tục, nhƣng núi chung nếu sản xuất ổn định thỡ cú thể dễ dàng xỏc định đƣợc cỏc đặc trƣng của chỳng. Nƣớc thải đƣợc sản sinh ngay trong bản thõn quỏ trỡnh sản xuất. Vỡ là một thành phần của vật chất tham gia quỏ trỡnh sản xuất, do đú chỳng thƣờng là nƣớc thải cú chứa nguyờn liệu, hoỏ chất hay phụ gia của quỏ trỡnh và chớnh vỡ vậy những thành phần nguyờn liệu hoỏ chất này thƣờng cú nồng độ cao và trong nhiều trƣờng hợp cú thể đƣợc thu hồi lại. Vớ dụ nhƣ nƣớc thải này gồm cú nƣớc thải từ quỏ trỡnh mạ điện, nƣớc thải từ việc rửa hay vệ sinh cỏc thiết bị phản ứng, nƣớc chứa amonia hay phenol từ quỏ trỡnh dập lửa của cụng nghiệp than cốc,nƣớc ngƣng từ quỏ trỡnh sản xuất giấy. Do đặc trƣng về nguồn gốc phỏt sinh lờn loại nờn loại nƣớc thải này nhỡn chung cú nồng độ chất gõy ụ nhiễm lớn, cú thể mang tớnh nguy hại ở mức độ khỏc nhau tuỳ thuộc vào bản thõn quỏ trỡnh cụng nghệ và phƣơng thức thải bỏ. Nƣớc thải loại này cũng cú thể cú nguồn gốctừ cỏc sự cố rũ rỉ sản phẩm hoặc nguyờn liệu trong quỏ trỡnh sản xuất, lƣu chứa hay bảo quản sản phẩm, nguyờn liệu. Thụng thƣờng cỏc dũng nƣớc thải sinh ra từ cỏc cụng đoạn khỏc nhau của toàn bộ quỏ trỡnh sản xuất sau khi đƣợc sử lý ở mức
độ nào đú hoặc khụng đƣợc xử lý, đƣợc gộp lại thành dũng thải cuối cựng để thải vào mụi trƣờng (hệ thống cống, lƣu vực tự nhiờn nhƣ sụng, ao hồ...). Cú một điều cần nhấn mạnh: thực tiễn phổ biến ở cỏc đơn vị sản xuất, do nhiều nguyờn nhõn, việc phõn lập cỏc dũng thải (chất thải lỏng, dũng thải cú nồng độ chất ụ nhiễm cao với cỏc dũng thải cú tải lƣợng gõy ụ nhiễm thấp nhƣng lại phỏt sinh với lƣợng lớn nhƣ nƣớc làm mỏt, nƣớc thải sinh hoạt, nƣớc mƣa chảy tràn...) cũng nhƣ việc tuần hoàn sử dụng lại cỏc dũng nƣớc thải ở từng khõu của dõy chuyền sản xuất, thƣờng ớt đƣợc thực hiện. Về mặt kinh tế, nếu thực hiện tốt 2 khõu này sẽ giỳp doanh nghiệp giảm đỏng kể chi phớ sản xuất, chi phớ xử lý nƣớc thải . Thƣờng phõn loại nƣớc thải cụng nghiệp theo cỏc ngành cụng nghiệp sản sinh ra nƣớc thải đú nhƣng cũng cú thể phõn loại cỏc chất ụ nhiễm trong nƣớc thải theo phƣơng phỏp đƣợc sử dụng để xử lý.
6.3.3. Nƣớc mƣa chảy tràn
Nƣớc tràn mặt do mƣa. nƣớc thẩm lậu là tất cả cỏc loại nƣớc chảy vào hệ thống cống rónh do sự rũ rỉ, bể vỡ đƣờng ống hoặc thấm qua tƣờng chắn. Nƣớc chảy tràn là lƣợng nƣớc mƣa chảy vào hệ thống cống rónh từ hệ thống tiờu nƣớc mƣa, mỏi nhà, hố phố, ...
6.3.4. Cỏc hoạt động từ tàu thuyền
Ƣớc tớnh khoảng 1 tỷ tấn dầu đƣợc chở bằng đƣờng biển mỗi năm. Một phần của khối lƣợng này, khoảng 0,1 - 0,3% đƣợc nộm ra biển một cỏch tƣơng đối hợp phỏp: đú là sự rửa cỏc tàu dầu bằng nƣớc biển. Cỏc tai nạn đắm tàu chở dầu là tƣơng đối thƣờng xuyờn. éó cú 129 tai nạn tàu dầu từ 1973 - 1975, làm ụ nhiễm biển bởi 340.000 tấn dầu (Ramade, 1989).
6.3.5. Cỏc nguyờn nhõn khỏc
-Thổ nhƣỡng (đất trồng): -Sinh vật
-Cỏc yếu tố khỏc bao gồm : khớ hậu, địa hỡnh, chế độ thuỷ văn, sự phỏt triển của hệ thực vật thuỷ sinh…
CHƢƠNG 7. CƠ SỞ Lí THUYẾT CỦA Mễ HèNH CHẤT LƢỢNG NƢỚC
7.1. Cỏc phƣơng trỡnh cơ bản
Mụ tả sự xỏo trộn và lan truyền cỏc chất ụ nhiễm trong dũng chảy dựa trờn cơ sở lý thuyết của quỏ trỡnh khuếch tỏn rối. Lý thuyết này đó đƣợc thừa nhận rộng rói trờn thế giới. Phƣơng trỡnh vi phõn cơ bản mụ tả quỏ trỡnh lan truyền và khuếch tỏn rối vật chất trong dũng chảy dựa trờn cỏc giả thiết cơ bản sau :
- Chất lỏng khụng nộn.
- Trị số Reynold đủ lớn để khụng xột đến hiệu ứng của quỏ trỡnh khuếch tỏn phõn tử.
-Số lƣợng cỏc chất giải phúng trong một đơn vị thời gian trờn một đơn vị thể tớch là rất nhỏ và bỏ qua ảnh hƣởng của chỳng đến cấu trỳc của dũng chảy.
Trờn cơ sở định luật bảo toàn khối lƣợng, phƣơng trỡnh vi phõn mụ tả quỏ trỡnh xỏo trộn, lan truyền và chuyển húa cỏc chất ụ nhiễm trong chất lỏng lý tƣởng- phƣơng trỡnh tải.
-Khuếch tỏn nhƣ sau :
Trong đú :
Dx, Dy, Dz - Hệ số khuếch tỏn phõn tử, m2/s.
ux, uy, uz - Vận tốc dũng chảy theo cỏc phƣơng x,y,z, m/s.
F(S) - Số hạng đặc trƣng cho quỏ trỡnh chuyển hoỏ cỏc chất ụ nhiễm bởi cỏc quỏ trỡnh vật lý, hoỏ học và sinh học diễn ra trong dũng chảy.
Phƣơng trỡnh (2.1) là phƣơng trỡnh lý thuyết nửa kinh nghiệm mụ tả quỏ trỡnh tải và khuếch tỏn đối lƣu vật chất trong dũng chảy. Khi ỏp dụng phƣơng trỡnh vi phõn (2.1) giải bài toỏn xỏc định sự xỏo trộn vật chất trong dũng chảy rối trong đƣờng ống, Taylor (1954) từ cỏc nghiờn cứu thực nghiệm kiến nghị sử dụng hệ số
khuếch tỏn tớch phõn để cú thể xem xột ảnh hƣởng của trƣờng vận tốc trờn tiết diện của mặt cắt ƣớt đến quỏ trỡnh khuếch tỏn rối vật chất.
Từ cỏc nghiờn cứu trờn, phƣơng trỡnh vi phõn (2.1) mụ tả sự khuếch tỏn rối vật chất trong dũng chảy đƣợc viết lại là :
Trong đú :
εx; εy; εz - Hệ số khuếch tỏn rối tớch phõn tại điểm đang xột, hệ số xỏo trộn rối theo cỏc phƣơng x,y,z.
Từ cỏc phƣơng trỡnh (2.1), (2.2) cho thấy sự lan truyền cỏc chất trong dũng chảy rối trong mọi trƣờng hợp phụ thuộc vào vận tốc dũng chảy tại điểm đang xột. Trong dũng chảy tự nhiờn, trờn kờnh, sụng... sự xỏo trộn, khuếch tỏn của cỏc chất tại một điểm luụn luụn chịu ảnh hƣởng của trƣờng vận tốc theo phƣơng ngang và phƣơng thẳng đứng, để làm rỏ sự khỏc biệt này so với dũng chảy trong ống thƣờng sử dụng hệ số phõn tỏn rối. Phƣơng trỡnh 2.2 đƣợc viết lại là :
Trong đú :
Ex Ey Ez - Hệ số (phõn tỏn rối) khuếch tỏn rối vật chất theo phƣơng x,y,z tại mặt cắt. Nhƣ vậy, quỏ trỡnh phõn tỏn rối vật chất trong dũng chảy là tổ hợp của quỏ trỡnh khuếch tỏn rối vật chất trong trƣờng vận tốc dũng chảy cú hƣớng và vận tốc khỏc nhau.
7.2. Hệ số khuếch tỏn rối
Nhƣ đó phõn tớch ở trờn, sự khuếch tỏn vật chất trong dũng chảy là quỏ trỡnh khuếch tỏn phõn tử qua màng và khuếch tỏn đối lƣu. Hệ số khuếch tỏn rối chịu ảnh hƣởng của sự xỏo trộn giữa cỏc lớp dũng chảy rối cú vận tốc khỏc nhau qua mặt cắt
ngang /2,10,11/. Cỏc phƣơng xỏo trộn của nƣớc thải với nƣớc sụng tại một điểm trờn mặt cắt ngang dũng chảy đƣợc thể hiện ở hỡnh 2:
Hỡnh.2 Cỏc phƣơng xỏo trộn của dũng chảy.
Trong thực tế, cỏc hệ số khuếch tỏn rối thƣờng đƣợc xỏc định giỏ trị trung bỡnh với tiết diện mặt cắt ƣớt của dũng chảy, khụng phụ thuộc vào tọa độ điểm tớnh toỏn và độ lớn của nú phụ thuộc vào cỏc yếu tố thủy lực của dũng chảy tại mặt cắt.
• Hệ số khuếch tỏn rối theo phƣơng thẳng đứng εz:
Hệ số khuếch tỏn rối theo chiều thẳng đứng tại một điểm trờn mặt cắt ngang đƣợc xỏc định theo cụng thức :
Với :
u gdS : vận tốc trƣợt (vận tốc động lực) của dũng chảy tại mặt cắt. z : tọa độ điểm tớnh toỏn, m.
k : hệ số rối Von Karman (k ≈ 0,40 ).
d : chiều sõu trung bỡnh của dũng chảy tại mặt cắt. S : độ dốc đỏy của dũng chảy, m/m.
g : gia tốc trọng trƣờng, m/s2.
Gọi Z là hệ số khuếch tỏn rối trung bỡnh cho mặt cắt.
Jobson và Sayer (1970) ; Csanady (1976) bằng cỏc nghiờn cứu thực nghiệm Xỏc định hệ số khuếch tỏn rối và đề xuất cụng thức kinh nghiệm về hệ số khuếch tỏn rối εz tại một mặt cắt ngang của dũng chảy.
• Hệ số xỏo trộn theo phƣơng ngang εy:
Fischer (1967,1969) bằng thực nghiệm xỏc định hệ số khuếch tỏn rối và đƣa ra cụng thức tớnh hệ số khuếch tỏn rối εy tại một điểm trờn mặt cắt ngang của dũng chảy.
y du
0 15, (2.6)
Lau và Krishnapan (1977) bằng cỏc thực nghiệm trong cỏc dũng chảy tự nhiờn trờn kờnh, sụng cú cỏc chế độ chảy khỏc nhau, kiến nghị mức độ sai số của hệ số εy. Dũng chảy trong kờnh thẳng hỡnh thang :
y du 015. 50% (2.7) Sụng cú chế độ chảy ờm : y du 0 6, 50% (2.8) Sụng hỡnh dạng cong, khỳc khủy : u R d u c y 2 3 2 25 (2.9) Trong đú :
u :vận tốc trung bỡnh tại mặt cắt ngang dũng chảy, L.T-1 Rc :bỏn kớnh thủy lực, L
d : chiều sõu trung bỡnh, L.
Từ cụng thức (2.5) và (2.6) dễ dàng nhận thấy εz, εy ≈ 10 nhƣ vậy quỏ trỡnh khuếch tỏn rối theo phƣơng ngang của dũng chảy lớn hơn rất nhiều so với quỏ trỡnh khuếch tỏn rối theo phƣơng thẳng đứng.
• Hệ số khuếch tỏn rối εx:
Tƣơng tự nhƣ việc xỏc định εz và εy , Elder (1959) bằng thực nghiệm đó xỏc định hệ số khuếch tỏn rối tại một điểm trờn mặt cắt ngang theo chiều dũng chảy εx.
du
x 5,93
(2.10)
So sỏnh εx; εy và εz cho thấy : εx >> εy >> εz nhƣ vậy quỏ trỡnh xỏo trộn và pha loảng cỏc chất ụ nhiễm diễn ra chủ yếu theo theo chiều của dũng chảy. Hay núi một
cỏch khỏc sự xỏo trộn, khuếch tỏn rối chất ụ nhiễm tại một điểm nào đú tại mặt một điểm nào đú trờn cắt ngang dũng chảy chịu ảnh hƣởng chủ yếu vào trƣờng vận tốc của dũng chảy tại mặt cắt ngang đú.
• Hệ số phõn tỏn dọc dũng chảy Ex:
Khi xem xột ảnh hƣởng của trƣờng vận tốc tại mặt cắt ngang lờn sự khuếch tỏn dọc theo chiều dũng chảy Fischer (1967) kiến nghị thay thế hệ số khuếch tỏn rối εx bằng hệ số phõn tỏn dọc dũng chảy E . Hệ số này đƣợc xỏc định bằng cỏch chia nhỏ mặt cắt dũng chảy ra thành nhiều đơn vị nhỏ để cú thể xột đƣợc ảnh hƣởng của trƣờng vận tốc tại mặt cắt lờn sự xỏo trộn và phõn tỏn vật chất. y w y y i x uddydydy d u u A E 0 0 0 1 1 (2.11) Với :
w : chiều rộng của dũng chảy tại mặt cắt đang xột, L ui : vận tốc trung bỡnh qua đơn vị mặt cắt i ,L.T-1 u : vận tốc trung bỡnh trờn toàn bộ mặt cắt, L.T-1 d : chiều sõu của mặt cắt đơn vị thứ i , L
εy = 0,6du* hệ số khuếch tỏn rối theo phƣơng ngang giữa tiết diện đơn vị mặt cắt thứ i và i-1.
Tớch phõn (2.11) ta đƣợc hệ số phõn tỏn theo chiều dũng chảy tại mặt cắt ngang của dũng chảy.
Từ cỏc số liệu thực nghiệm Fisher đề xuất cụng thức kinh nghiệm tớnh hệ số phõn tỏn dọc Ex tại mặt cắt ngang dũng chảy.
du u W Ex 2 2 011 . 0 (2.12)
7.3. Sự chuyển hoỏ cỏc chất trong dũng chảy
Từ sơ đồ ở hỡnh 2.1 cho thấy sự thay đổi nồng độ cỏc chất hữu cơ dễ phõn hủy trong dũng chảy cú liờn quan đến cỏc quỏ trỡnh : vật lý, húa học và sinh học diễn ra trong dũng chảy. Cỏc quỏ trỡnh phõn hủy sinh học, chuyển húa đều cú liờn quan đến cỏc quỏ trỡnh sinh thỏi diễn ra trong dũng chảy : sự phỏt triển của thực vật nƣớc, và cỏc quỏ trỡnh cú liờn quan khỏc ...
7.3.1. Chu trỡnh nitơ trong nguồn nƣớc và quỏ trỡnh nitrat húa
Chu trỡnh tuần hoàn nitơ:
Nitơ cựng với phốt pho và cỏc bon là cỏc thành phần dinh dƣỡng chủ yếu ảnh hƣởng đến sự sản xuất trong thủy vực nƣớc. Tồn tại trong nƣớc dƣới một số dạng