Trang 1/60 V. Chơng 5: Các phơng pháp xử lý nớc thải và bùn cặn. (15 tiết) 5.1 Thành phần, tính chất của nớc thải: (1.0 tiết) 5.1.1 Tính chất vật lý: - Theo trạng thái vật lý, ngời ta phân biệt dựa vào : màu, mùi, nhiệt độ, độ dẫn điện - Theo kích thớc của các phần tử chất bẩn ở trong nớc thải, phân ra : dạng không tan, keo, dạng tan. 1.10 -4 mm 1.10 -6 mm Không tan keo tan + Chất nổi lên mặt nớc. + Kỵ nớc + Phân ly ion. + Lơ lửng + a nớc + Không phân ly. + Lắng. 5.1.2 Thành phần hoá học: - Vô cơ : muối, nớc, các chất thuộc nguyên tố vi lợng (cát, hạt sét ) - Hữu cơ : prôtêin, hydrat cacbon, chất béo Trang 2/60 hc:20% hc:8% vc:2% Không lắng:20% lắng:20% vc:5% hc:15% hc:15% vc:5% vậy trong nuớc thải hc và vc chiếm nhu sau: vc:42%(40-50%) hc:58%(50-60%) tan keo không tan 50% 10% 40% vc:30% + Xác định hàm lợng cặn lơ lửng bằng cách lấy mẫu nớc thải lọc qua giấy lọc tiêu chuẩn, sấy khô ở 105 0 C đem cân sẽ đợc hàm lợng cặn lơ lửng. Mặt khác, những hạt cặn có kích thớc rất nhỏ chui lọt qua giấy lọc tiêu chuẩn gọi là cặn hoà tan. + Cặn lơ lửng(SS) gồm cặn lắng đợc và cặn dạng keo không lắng đợc. + Khi đem sấy cặn khô đến 550 o C-600 o C, toàn bộ cặn hữu cơ sẽ cháy và bay hơi hết gọi là cặn bay hơi. Lợng còn lại là cặn vô cơ hay gọi là độ tro của cặn. - Sinh học : Nớc thải sinh hoạt chứa vô số sinh vật chủ yếu là vi sinh. Nguồn chủ yếu đa vi sinh vào nớc thải là phân, nớc tiểu và từ đất. Phân loại vi sinh trong nớc thải bằng hình dạng : có thể phân làm ba nhóm + Vi khuẩn : đa số đóng vai trò quan trọng đầu tiên trong việc phân huỷ chất hữu cơ. Nếu không có hoạt động sống và sinh sản của vi khuẩn, quá trình phân huỷ sẽ không diễn ra. Một số loại vi khuẩn dạng lông tơ kết với nhau thành lới nhẹ nổi lên bề mặt làm ngăn cản quá trình lắng ở bể lắng đợt 2. Vi khuẩn hiếu khí : là loại vi khuẩn chỉ có thể hô hấp bằng ôxy hoà tan trong nớc. Trang 3/60 Vi khuẩn yếm khí : là loại vi khuẩn không thể tồn tại đợc khi có ôxy hoà tan trong nớc. Quá trình hoạt động và sinh sản của vi khuẩn phụ thuộc vào thành phần, tính chất của cớc thải : nồng độ các chất hữu cơ, nhiệt độ, PH, ôxy + Nấm : là loại vi sinh có kích thớc lớn hơn vi khuẩn. Nấm không có vai trò trong giai đoạn phân huỷ ban đầu các chất hữu cơ có trong quá trình xử lý nớc thải. Nấm có kích thớc lớn, tỷ trọng nhẹ nên nếu phát triển mạnh sẽ kết thành lới nổi lên mặt nớc làm ngăn cản quá trình lắng ở bể lắng đợt 2. Ngoài ra một số loại nấm gây bệnh về da có thể có trong nớc thải. + Tế bào nguyên sinh: là một loại vi sinh sử dụng nguồn thức ăn chính là vi khuẩn.(ví dụ : amid ) + Virus : chiếm số ít trong nớc thải sinh hoạt nhng rất khó tiêu diệt. + Tảo : là loại vi thảo mộc sống dới nớc cần có năng lợng ánh sáng mặt trời để phát triển. Tảo thờng đóng vai trò rất quan trọng trong việc cung cấp ôxy thông qua quá trình quang hợp. Nhng tảo phát triển nhanh sẽ làm bẩn nớc trong nguồn vì tảo nhẹ khó keo tụ và lắng. Mục đích khi thiết kế các công trình xử lý nớc thải bằng phơng pháp sinh học là tạo điều kiện môi trờng thuận lợi cho các vi sinh và sinh vật có năng suất phân huỷ chất hữu cơ cao, phát triển thuận lợi nhất và hạn chế các vi sinh ngăn cản quá trình làm sạch nh nấm, tảo 5.1.3 Các chất không tan trong nớc thải: Nồng độ nhiễm bẩn theo hàm lợng cặn: là hàm lợng chất không hoà tan trên một đơn vị thể tích nớc thải. Nồng độ nhiễm bẩn của nớc thải sinh hoạt: p = a.1000 q Trong đó : P- nồng độ nhiễm bẩn(mg/l). Trang 4/60 a- số lợng chất bẩn (g/ngời.ngđ). q- tiêu chuẩn thải nớc (l/ngời.ngđ). Nồng độ nhiễm bẩn của nớc thải hỗn hợp: phh = psh.Qsh+psx.Qsx Qsh+Qsx Trong đó : Psh- nồng độ nhiễm bẩn của nớc thải sinh hoạt (g/m 3 ). Qsh- lợng nớc thải sinh hoạt(m 3 ). Psx- nồng độ nhiễm bẩn của nớc thải sản xuất của từng nhà máy riêng biệt (g/m 3 ). Qsx- số lợng nớc thải sản xuất của từng nhà máy riêng biệt(m 3 ). 5.1.4 Các chất keo và các chất hoà tan: + Trong nớc thải sinh hoạt, thành phần hoá học của keo và các chất hoà tan chịu ảnh hởng chính bởi các chất : protein, hydrat cacbon, trong đó có chứa thành phần hoá học chủ yếu là N,P. + Ngoài ra nớc thải còn chứa một số lợng các chất :S,K,Na, Cl, Fe Đối với nớc thải sinh hoạt thì số lợng này ít thay đổi nhng trong nớc thải sản xuất thì số lợng thay đổi lớn phụ thuộc vào từng nhà máy. 5.1.5 Nhu cầu ôxy sinh hoá và nhu cầu ôxy hoá học: a/ý nghĩa: Nhu cầu ôxy sinh hoá và nhu cầu ôxy hoá học đặc trng cho lợng các chất hữu cơ có trong nớc thải. b/ Nhu cầu ôxy sinh hoá(BOD-NOS): là lợng ôxy cần thiết để ôxy hoá các chất bẩn hữu cơ trong nớc dới tác động của vi sinh vật hiếu khí. BOD 5 : - Xác định trị số BOD 5 : Lấy mẫu nớc đ bo hoà ôxy, đo lợng ôxy hoà tan ban đầu trong mẫu đợc a 0 (mg). Sau đó cho 1 lợng nhất định b(l) nớc thải vào mẫu khuấy đều thành dung dịch rồi đa vào tủ nuôi cấy ở Trang 5/60 nhiệt độ 20 0 C, sau 5 ngày đa mẫu ra và đo lợng ôxy còn lại trong mẫu sau 5ngày đợc a 1 (mg). Trị số BOD 5 = a 0 - a 1 (mg/l) b - Khái niệm: BOD 5 là lợng ôxy cần thiết để ôxy hoá các chất bẩn hữu cơ sau 5ngày dới tác động của vi sinh vật hiếu khí . BOD 20 : - Thực nghiệm chỉ ra rằng muốn phân huỷ hoàn toàn (>99.2%) chất hữu cơ có trong nớc thải trong điều kiện hiếu khí tự nhiên phải để mẫu trong tủ nuôi cấy ở 20 0 C trong 20ngày. - Khái niệm: BOD 20 là lợng ôxy cần thiết để ôxy hoá hoàn toàn các chất bẩn hữu cơ sau 20ngày trong điều kiện hiếu khí tự nhiên. BOD 5 = 0.68 0.7 BOD 20 Nồng độ nhiễm bẩn theo BOD 20 : là hàm lợng BOD 20 trên một đơn vị thể tích nớc thải. Nồng độ nhiễm bẩn của nớc thải sinh hoạt: L 20 = a.1000 q Trong đó : L 20 - nồng độ nhiễm bẩn theo BOD 20 (mg/l). a- lợng BOD 20 (g/ngời.ngđ). q- tiêu chuẩn thải nớc (l/ngời.ngđ). Nồng độ nhiễm bẩn của nớc thải hỗn hợp: Lhh = Lsh.Qsh+Lsx.Qsx Qsh+Qsx Trong đó : Lsh,Lsh - nồng độ nhiễm bẩn theo BOD 20 của nớc thải sinh hoạt và sản xuất (g/m 3 ). Qsh, Qsx - lợng nớc thải sinh hoạt và sản xuất (m 3 ). Trang 6/60 c/ Nhu cầu ôxy hoá học(COD-NOH): là lợng các chất bẩn hữu cơ bị ôxy hoá bởi các chất ôxy hoá mạnh. (ví dụ : tác nhân ôxy hoá mạnh là kali dicromat K 2 Cr 2 O 7 ). - ý nghĩa: Chỉ tiêu nhu cầu ôxy sinh hoá BOD 5 không đủ để phản ánh khả năng ôxy hoá các chất hữu cơ khó bị ôxy hóa nhất là nớc thải công nghiệp. Vì vậy, cần phải xác định nhu cầu ôxy hoá học để ôxy hoá hoàn toàn các chất bẩn có trong nớc thải. - Trị số COD luôn luôn lớn hơn trị số BOD. Tỷ số COD/BOD càng nhỏ thì xử lý sinh học càng dễ. 5.2 Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ :(0.5 tiết) - Quá trình hiếu khí : là quá trình trong đó những vi sinh vật tồn tại và hoạt động cần có ôxy phân tử. - Quá trình yếm khí(kỵ khí) : là quá trình trong đó những vi sinh vật tồn tại và hoạt động không cần có ôxy phân tử. - Quá trình tuỳ tiện : là quá trình trung gian giữa hiếu khí và kỵ khí nhng nghiêng về kỵ khí. 5.2.1 Trong điều kiện hiếu khí : Cơ chế phân huỷ diễn ra nh sau : Trang 7/60 1 2 3 5 4 7 6 1- chất bẩn truơc khi xử lý 2- chất bẩn bị giữ lại trên bề mặt tế bào - bị khử 3- chất bẩn còn lại trong nuơc thải sau khi xử lý 4- chất bẩn bị ôxy hoá trực tiếp thành co2 và H2o sinh năng luợng 5- chất bẩn bị đồng hoá đuợc tổng hợp để tăng sinh khối 6- tự ôxy hoá của vi sinh vật thành co2 và nuớc do men hô hấp nội bào 7- phần du của vi sinh vật Ôxy hoá các chất hữu cơ chứa C (VD :hydrat cacbon): dới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí gồm 3 giai đoạn + Ôxy hoá chất hữu cơ : C x H y O z + O 2 CO 2 +H 2 O + H + Tổng hợp để xây dựng tế bào : C x H y O z +NH 3+ O 2 C 5 H 7 NO 2 + CO 2 +H 2 O - H Tế bào VK + Tế bào vi khuẩn bị ôxy hoá: C 5 H 7 NO 2 + O 2 CO 2 +H 2 O + NH 3 + - H H : Lợng nhiệt (năng lợng) toả ra, hấp phụ vào. Ôxy hoá các chất hữu cơ chứa N (VD : prôtêin) : + Quá trình amôn hoá : là quá trình trong đó dới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí để chuyển hoá các chất hữu cơ thành các muối amôn. Trang 8/60 rch cooh nh2 n tác dụng của vi sinh vật nh2 coohch r nh3 (nh4 ) axít amin Quá trình nitrat hoá : + Nitrit hoá: NH 4 + +3/2O 2 +H 2 O= NO 2 - +2H 3 O + + H + Nitrát hoá: NO 2 - +1/2O 2 = NO 3 - + Điều kiện để thực hiện quá trình này là T 0 >4 0 C, phải có ôxy và vi sinh vật hiếu khí. 5.2.2 Trong điều kiện yếm khí : Quá trình khử nitrat: là quá trình dới tác dụng của những vi sinh vật kỵ khí, các muối nitrat chuyển hoá thành nitơ và bay vào trong không khí. NO 3 - NO 2 - NO N 2 O N 2 5.3 Quá trình hoà tan và tiêu thụ ôxy:(0.5 tiết) + Thông thờng để xử lý nớc thải cần phải có ôxy để ôxy sinh hoá các chất bẩn hữu cơ trong nớc thải. + Tốc độ của quá trình ôxy hoá các chất hữu cơ phụ thuộc trớc hết là lợng ôxy tự do chứa trong nớc thải và trong nớc nguồn. Khi thiếu ôxy trong nớc, để ôxy hoá các chất hữu cơ sẽ sử dụng một phần ôxy chứa trong các muối NO 2 - và muối NO 3 - qua quá trình khử nitơ. 5.3.1 Tốc độ ôxy hoá (tốc độ tiêu thụ ôxy) : - ở điều kiện nhiệt độ không đổi , ở mỗi thời điểm tốc độ tiêu thụ ôxy tỷ lệ thuận với số lợng các chất hữu cơ có trong nớc. Lt = La.10 -K1.T Trang 9/60 Lt Lợng ôxy cần thiết để ôxy hoá các chất hữu cơ sau thời gian t.(mg/l) La- Lợng ôxy cần thiết để ôxy hoá các chất hữu cơ lúc ban đầu của quá trình sinh hoá.(mg/l) K1- Hệ số tỷ lệ (hằng số tốc độ tiêu thụ ôxy) của quá trình sinh hoá- phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao thì K1 càng lớn. T- thời gian tiêu thụ ôxy. 5.3.2 Tốc độ hoà tan ôxy : - ở điều kiện nhiệt độ không đổi, ở mỗi thời điểm tốc độ hoà tan ôxy tỷ lệ thuận với độ thiếu hụt ôxy hay nói cách khác tỷ lệ nghịch với mức độ bo hoà ôxy ở trong nớc. Dt = Da.10 -K2.T Dt Độ thiếu hụt ôxy sau thời gian t (mg/l). Da Độ thiếu hụt ôxy lúc ban đầu (mg/l). K2- Hệ số tỷ lệ (hằng số tốc độ hoà tan ôxy), phụ thuộc vào : + Bản chất không khí. + Nhiệt độ môi trờng. + Trạng thái bề mặt tiếp xúc. + Điều kiện khuấy trộn nớc với không khí. 5.4 Nguồn nớc và bảo vệ nguồn nớc khỏi bị nhiễm bẩn bởi nớc thải:(1.0 tiết) 5.4.1 Sự ô nhiễm của nguồn nớc: - Ô nhiếm tự nhiên : là ô nhiếm do điều kiện tự nhiên gây ra(VD : xói lở ) - Ô nhiễm nhân tạo : do hoạt động của con ngời (VD : nớc thải sinh hoạt, công nghiệp, hoạt động nông nghiệp : phân bón, thuốc trừ sâu ) Trang 10/60 - Nguồn ô nhiễm có thể là nguồn ô nhiễm với dòng xả tập trung (nguồn ô nhiễm điểm) hoặc nguồn ô nhiễm chảy tràn không xác định (VD : nớc ma chảy tràn hai bên bờ sông ). 5.4.2 Đánh giá tác động việc xả nớc thải vào các nguồn sông, hồ: - Làm thay đổi tính chất vật lý nớc nguồn : hiện tợng là nớc có màu, nớc có bọt váng nổi lên, có chất huyền phù, nhũ tơng, làm thay đổi vị, độ trong, độ đục, độ dẫn điện , tạo các chất lắng cặn. - Làm thay đổi thành phần hoá học của nớc nguồn, gồm các chất vô cơ, hữu cơ, thậm chí có cả kim loại nặng Mặt khác, quá trình ôxy sinh hoá và tiêu thụ ôxy làm lợng ôxy hoà tan giảm xuống, vi sinh vật phát triển nên nguồn nớc không phù hợp cho các nhu cầu sử dụng đặc biệt là nớc cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. 5.4.3 Các quy chế bảo vệ nguồn nớc: Nguồn nớc mặt đợc chia làm hai loại : - Nguồn loại I : bao gồm các nguồn nớc dùng vào mục đích cấp nớc sinh hoạt, ăn uống hoặc cho sản xuất trong các xí nghiệp công nghiệp thực phẩm. - Nguồn loại II : bao gồm nguồn nớc để tắm , bơi lội, thể dục thể thao, vui chơi giải trí. - Một số chỉ tiêu vệ sinh của nớc nguồn sau khi xáo trộn với nớc thải : có thể tham khảo TCVN5945-1995. 5.4.4 Quá trình tự làm sạch của nguồn nớc : - Khái niệm: Nớc sông có chứa ôxy nên có thể sử dụng một phần để ôxy hoá các chất bẩn hữu cơ có trong nớc thải khi xả vào nguồn. Quá trình này gọi là khả năng tự làm sạch của nguồn. - Khả năng tự làm sạch của nguồn diễn ra 3 quá trình : + Quá trình pha long : là quá trình mang tính chất vật lý thuần tuý. Phụ thuộc vào các yếu tố thuỷ động lực học của dòng chảy (lu lợng, vận [...]... lý cặn từ nớc thải: + ý nghĩa : trong các trạm xử lý nớc thải, cặn bùn đợc tạo ra từ bể lắng đợt I v bể lắng đợt II, chiếm 1tỷ lệ đáng kể khoảng 1%-2% lu lợng nớc thải Do vậy, để đảm bảo chống ô nhiễm đồng thời tận dụng các chất quý trong bùn cặn, ngời ta phải xử lý cặn bùn đó + Phơng pháp xử lý : dùng phơng pháp kỵ khí l chủ yếu (các công trình nh đ nêu ở trên) Ngo i ra, ngời ta có thể sử dụng các. .. Các công trình xử lý nớc thải trong điều kiện hiếu khí : bể lọc sinh học, bể aêroten, đĩa sinh học Các công trình xử lý nớc thải trong điều kiện kỵ khí : bể mêtan, bể lên men phân huỷ kỵ khí, bể lắng hai vỏ, bể tự hoại, bể lọc kỵ khí bể UASB Nhìn chung, các công trình l m việc trong điều kiện kỵ khí đợc áp dụng để xử lý nớc thải đậm đặc hoặc bùn cặn hữu cơ từ các công trình xử lý cơ học - Xử lý. .. khí để ổn định cặn bùn Các sản phẩm phân huỷ của các công trình kỵ khí thờng l khí CH4, vì vậy có thể tận dụng l m khí đốt hoặc nhiên liệu Cặn bùn đ phân huỷ (cặn bùn chín) phục vụ cho nông nghiệp, các chủng vi sinh vật quý có thể dùng cho công nghệ sinh học - Hiệu quả xử lý: + Theo h m lợng cặn lơ lửng : Elơ lửng = 90%-95% E(BOD) = 85%-95% 5.6 Một số ví dụ về sơ đồ công nghệ xử lý nớc thải: (0.5 tiết)... Phơng pháp sinh học: - Khái niệm: l phơng pháp sử dụng khả năng sống v hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các tạp chất hữu cơ v vô cơ trong nớc thải - Các loại công trình: + Các công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên : hồ sinh vật, kênh tuần ho n, cánh đồng tới, cánh đồng lọc + Các công trình xử lý trong điều kiện nhân tạo : Tuỳ thuộc v o mối quan hệ với ôxy, ngời ta phân biệt các công trình xử lý. .. Phơng pháp hoá lý: l phơng pháp nhờ các tác nhân vật lý tác động v o nớc thải để tách các chất bẩn ra khỏi nớc Ví dụ : + Phơng pháp trích ly (cốc chiết) : sử dụng một loại dung môi không tan trong nớc nhng có khả năng ho tan các chất bẩn để tách hỗn hợp dung môi v chất bẩn ra khỏi nớc + Phơng pháp tuyển nổi : sục khí v o nớc dới dạng các bọt rất nhỏ Các bọt n y sẽ hấp phụ các chất bẩn trong nớc thải. .. song chắn 5.7.2 Bể lắng cát : - Chức năng: + Bể lắng cát dùng để tách các tạp chất vô cơ không tan(gạch đá, thuỷ tinh ) để bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị m i mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý tiếp theo Nếu không xử lý các tạp chất n y thì sẽ gây tắc v ngăn cản việc xử lý tiếp theo -áp dụng: Trang 20/60 + Đối với các trạm xử lý Q 50000 (m3/ngđ) : Sơ đồ giống sơ đồ 5.7.6, nhng ở công trình 5 chỉ nên dùng bể aerôten với bùn hoạt tính 5.7 Các công trình thiết bị để xử lý nớc thải bằng phơng pháp cơ học:(4.0 tiết) 5.7.1 Song chắn rác : - Chức năng: + Song chắn l thiết bị để giữ lại các tạp chất thô, kích thớc lớn để chuẩn bị cho việc xử lý tiếp theo - . chung, các công trình làm việc trong điều kiện kỵ khí đợc áp dụng để xử lý nớc thải đậm đặc hoặc bùn cặn hữu cơ từ các công trình xử lý cơ học. - Xử lý cặn. V. Chơng 5: Các phơng pháp xử lý nớc thải và bùn cặn. (15 tiết) 5.1 Thành phần, tính chất của nớc thải: (1.0 tiết) 5.1.1 Tính chất vật lý: - Theo