TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁN CÔNG TÔN ĐỨC THẮNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG *** TÀI LIỆU GIẢNG DẠY KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ĐẠI CƯƠNG PHẦN NƯỚC CHƯƠNG KIỂM SOÁT Ô NHIỄM NƯỚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2006 MỤC LỤC phần Nước chương kiểm soát ô nhiễm nước MUÏC LUÏC danh muïc CÁC BẢNG danh mục Các hình 1.1 1.1.1 1.1.2 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.3 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 KIỂM SOÁT Ô NHIỄM NƯỚC Giảm thiểu nước thải Hệ thống cấp nước tuần hoàn Hệ thống nước khép kín Tổng quan phương pháp xử lý nước Các phương pháp xử lý chất ô nhiễm nước Phân loại theo chất phương pháp làm nước Các giai đoạn xử lý nước Phương pháp vật lí (cơ học) – physical treatment 10 Tiếp nhận 10 Điều hoà – equalization 10 Xaùo troän – mixing 10 Loïc qua – screening .10 1.3.4.1 Song chắn rác – bar rack 11 1.3.4.2 Lưới lọc, rây - screen 11 1.3.4.3 Cô cấu thu rác .11 1.3.5 Lắng tụ – sedimentation 11 1.3.5.1 1.3.5.2 1.3.5.3 1.3.5.4 1.3.5.5 Bể lắng caùt - sand settling 12 Bể lắng ngang – horisonal clarifier 12 Bể lắng đứng – vertical clarifier 13 Bể lắng hướng kính – radical clarifier 13 Bể lắng dạng bảng- plate settler 14 http://environment-safety.com 1.3.5.6 Bể lắng 16 1.3.6 Laéng kết hợp tách tạp chất 16 1.3.7 Ly taâm – centrifuge 17 1.3.7.1 Xiclon nước 17 1.3.7.2 Máy li tâm 18 1.3.8 1.3.9 1.4 1.4.1 Ép cặn – compression 18 Sử dụng xạ tử ngoại, sóng siêu âm… 19 Xử lý phương pháp hoá lý 19 Đông tụ, keo tụ – coagulation, flocculation .19 1.4.1.1 Đông tụ, keo tụ - coagulation 19 1.4.1.2 Trợ keo tuï - Flocculation 21 1.4.2 Tuyển – flotation .22 1.4.2.1 1.4.2.2 1.4.2.3 1.4.2.4 1.4.2.5 Tuyển biện pháp tách không khí từ dung dịch .23 Tuyển cách phân tán không khí cơ khí 25 Tuyển nhờ xốp 25 Các phương pháp tuyển khác 26 Xử lí phương pháp tách phân đoạn bọt (tách bọt) 26 1.4.3 Hấp phụ – adsorption .27 1.4.3.1 Chất hấp phụ 28 1.4.3.2 Hệ thống hấp phụ 28 1.4.3.3 Tái sinh chất hấp phụ 30 1.4.4 Trao đổi ion – ion exchange 30 1.4.4.1 Ionit tự nhiên tổng hợp 30 1.4.4.2 Cơ sở trình trao đổi ion 31 1.4.4.3 Taùi sinh ionit .32 1.4.5 Loïc – filtration 32 1.4.5.1 1.4.5.2 1.4.5.3 1.4.5.4 1.4.5.5 Lọc qua vách lọc 32 Thiết bị lọc qua vách ngăn hạt 33 Vi loïc - microfiltration 34 Thiết bị lọc từ .34 Lọc nhũ tương .34 1.4.6 Thaám lọc ngược siêu lọc – reverse osmosis and ultrafiltration 35 1.4.6.1 Thấm lọc ngược – reverse osmosis 35 1.4.6.2 Siêu lọc – Ultrafiltration .36 1.4.6.3 Ứng dụng 38 1.4.7 Tách khí 39 1.4.7.1 Nhả hấp thụ tạp chất bay 39 1.4.7.2 Tẩy uế 40 1.4.8 Trích ly - extraction 40 1.5 Xử lý phương pháp hoá học – chemical processes 41 1.5.1 Trung hoaø – neutralization .41 1.5.1.1 1.5.1.2 1.5.1.3 1.5.1.4 Trung hòa cách trộn .41 Trung hóa cách cho thêm tác chất .41 Trung hòa lọc nước axit qua vật liệu trung hòa 42 Trung hòa khí axit 42 1.5.2 Taïo tuûa – chemical precipitation .42 1.5.3 Oxy hoá khử – Oxidation and Reduction .47 1.5.3.1 Oxi hóa clo 47 http://environment-safety.com 1.5.3.2 1.5.3.3 1.5.3.4 1.5.3.5 1.5.3.6 Oxi hóa H2O2 .49 Oxi hóa oxi không khí 49 Oxi hoùa baèng piroluzit MnO2 50 Ozôn hóa 50 Xử lí phương pháp khử .51 1.5.4 Oxy hoá nhiệt 52 1.5.4.1 Phương pháp oxi hóa pha loûng 53 1.5.4.2 Phương pháp oxi hóa xúc tác pha 53 1.5.4.3 Phương pháp đốt cháy 53 1.6 Xử lý phương pháp sinh học – biological processes 54 1.6.1 Phân loại 54 1.6.2 Cơ sở lý thuyết trình phân huỷ sinh hoïc 55 1.6.2.1 1.6.2.2 1.6.2.3 1.6.2.4 1.6.2.5 1.6.2.6 Các số baûn 55 Thành phần bùn hoạt tính màng sinh học 55 Quy luật phân rã chất hữu 56 Cô chế chuyển hóa số chất 58 Động học phản ứng leân men .59 Sự tăng trưởng khối sinh học 60 1.6.3 Phương pháp hiếu khí – aerobic digestion .61 1.6.3.1 1.6.3.2 1.6.3.3 1.6.3.4 1.6.3.5 Sự thông khí – aeration 61 Ao sinh hoïc 62 Xử lí aerotank .62 Loïc sinh hoïc – biofiltration 65 Oxyten - Ứng dụng oxi để thông khí nước thải .66 1.6.4 Phương pháp kỵ khí – anaerobic digestion 67 1.6.4.1 UASB 67 1.6.4.2 Metan hoaù – methan 68 1.6.5 Kết hợp hiếu khí kỵ khí .68 1.6.5.1 Cánh đồng tưới .68 1.7 quy trình công nghệ xử lý nước tiêu biểu 69 1.7.1 Xử lý nước cấp 69 1.7.1.1 Nguồn nước mặt: nước sông 69 1.7.1.2 Nguồn nước ngầm .69 1.7.2 Xử lý nước thải sinh hoạt 69 Taøi liệu tham khảo 70 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Các yêu cầu chất lượng nước để bổ sung vào hệ thống cấp nước tuần hoàn công nghiệp hóa học Đặc tính thiết bị lọc liên tục gián đoạn 33 Giá trị pH trình lắng hydroxit kim loaïi 43 Phân loại công trình xử lý sinh học .54 Bảng xác định vận tốc oxi hóa trung bình 61 http://environment-safety.com DANH MUÏC CÁC HÌNH Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 10 Hình 11 Hình 12 Hình 13 Hình 14 Hình 15 Hình 16 Hình 17 Hình 18 Hình 19 Hình 20 Hình 21 Hình 22 Hình 23 Hình 24 Hình 25 Hình 26 Hình 27 Hình 28 Hình 29 Hình 30 Hình 31 Hình 32 Hình 33 Hình 34 Hình 35 Hình 36 Sơ đồ cấp nước tuần hoàn Phân loại phương pháp xử lí nước thải công nghiệp Cơ cấu lọc thu rác 11 Bể lắng ngang 12 Bể lắng hướng kính 14 Thiết bị lắng dạng bảng .15 Caùc dạng bể lắng 15 Bể lắng .16 Bể tách dầu 16 Xiclon nước 17 Sô đồ xử lí nước thải máy li tâm 18 Sô đồ ép cặn 19 Cơ chế đông tụ 20 Cơ chế trợ keo tuï 21 Sơ đồ hệ thống xử lí nước thải đông tụ .22 Sơ đồ hệ thống tuyển aùp suaát 24 Các sơ đồ tuyển áp lực 24 Sơ đồ hệ thống tuyển bơm dâng 25 Sơ đồ thiết bị xử lí nước thải phương pháp tách bọt - xạ 27 Sơ đồ hệ thống hấp phụ .29 Cơ chế lọc qua lớp vật liệu hạt 33 Bể lọc cát .34 Nguyên tắc lọc ngược 36 Hệ thống xử lý nước lọc ngược 36 Màng siêu lọc 37 Quy trình xử lý nước siêu lọc lọc ngược 38 Quy trình tách nhũ tương dầu nước thải .38 Sơ đồ nhả hấp benzen từ nước thaûi 39 Các dạng kết cấu bể tiếp xúc 48 Vaän tốc tăng trưởng vi sinh 60 Sơ đồ hệ thống xử lí sinh học .62 Aerotank với cấu trúc dòng nước thải bùn hoạt tính tuần hoàn khác .63 Các sơ đồ hệ thống xử lí nước thải aerotank .64 Sơ đồ nguyên tắc thông khí - lọc sinh hoïc 66 Sơ đồ cấu tạo USAB 67 Các phương án xử lí sinh học nước thải điều kiện tự nhiên 69 http://environment-safety.com KIỂM SOÁT Ô NHIỄM NƯỚC 1.1 GIẢM THIỂU NƯỚC THẢI Giảm thiểu nước thải quy trình sản xuất có ý nghóa quan trọng mang lại lợi nhuận cho đơn vị sản xuất Có nhiều cách giảm lượng nước thải: Nghiên cứu áp dụng quy trình công nghệ nước thải Hoàn thiện trình có Nghiên cứu áp dụng thiết bị đại Áp dụng thiết bị làm nguội không khí Sử dụng lại nước thải sau xử lí hệ thống nước tuần hoàn nước khép kín Con đường triển vọng để giảm nhu cầu nước sạch, thiết lập hệ thống cấp nước tuần hoàn khép kín 1.1.1 Hệ thống cấp nước tuần hoàn Sơ đồ cấp nước tuần hoàn trình bày hình sau Trong cấp nước tuần hoàn, cần thiết phải làm nước thải, làm nguội nước tuần hoàn sử dụng lại nước thải SẢN XUẤT XỬ LÍ SẢN XUẤT Nước bổ sung LÀM NGUỘI Hình Sơ đồ cấp nước tuần hoàn Ứng dụng cấp nước tuần hoàn cho phép giảm 10 - 50 lần nhu cầu nước tự nhiên Ví dụ, để chế biến cao su sản xuất cũ (cấp nước trực tiếp) yêu cầu 2.100m3 nước, cấp nước tuần hoàn cần 165m3 Nước tuần hoàn chủ yếu sử dụng thiết bị truyền nhiệt để giải nhiệt Phần lớn nước bị bay theo khí Ngoài ra, bị ô nhiễm cố độ kín thiết bị không tuyệt đối Tỉ lệ phần thất thoát nước sau: bay khoảng 2,5%; theo khí 0,30,5%; thải 6-10%; tổng thất thoát khác 1% Lượng nước thất thoát cần bổ sung liên tục nước nước sau xử lí Lượng nước thải 6-10% cần thiết để giải lớp cặïn bao phủ thiết bị, tính ăn mòn phát triển vi sinh nước tuần hoàn Các yêu cầu chất lượng nước bổ sung hệ thống nước làm lạnh tuần hoàn đưa bảng sau http://environment-safety.com Bảng Các yêu cầu chất lượng nước để bổ sung vào hệ thống cấp nước tuần hoàn công nghiệp hóa học Chỉ số Độ cứng đương lượng, g/m Cacbonat Cố định Tổng hàm lượng muối Độ oxi hóa permanganat, g/m3 Nhu cầu oxi hóa học, g/m3 Clorua, g/m3 Sunfat, g/m3 Photpho nitơ (tổng), g/m3 Hạt lơ lửng, g/m3 Dầu chất tạo nhựa, g/m3 1.1.2 Nước tuần hoàn Nước bổ sung Thải 8% 2,5 1200 8-15 70 300 350-500 30 0,3 900 11,8-12,8 55 237 277-395 2,4 23,6 0,25 Không thải 0,9 1,9 445 3-5,7 26 112 119-187 1,1 11,2 0,1 Hệ thống nước khép kín Khuynh hướng giảm lượng nước thải khống chế ô nhiễm nguồn nước xây dựng hệ thống cấp nước khép kín Hệ thống cấp nước khép kín hiểu hệ thống mà nước sử dụng nhiều lần sản xuất, không xử líù xử lí, không hình thành không thải nước nguồn tiếp nhận Hệ thống nước khép kín toàn khu công nghiệp hiểu hệ thống bao gồm việc sử dụng nước mặt, nước thải công nghiệp sinh hoạt sau xử lí cho xí nghiệp công nghệp, để tưới đồng ruộng, hoa màu, để tưới rừng, để giữ mực nước ổn định nguồn nước, loại trừ tạo thành nước thải không thải nước bẩn vào nguồn Nước bổ sung cho hệ thống cấp nước khép kín cho phép trường hợp nước sau xử lí không đủ để bù đắp lượng thất thoát trường hợp nước thải xử lí không thỏa mãn yêu cầu công nghệ vệ sinh Nước tiêu hao cho mục đích uống sinh hoạt Cần thiết phải thành lập hệ thống cấp nước sản xuất khép kín do: nước quý hiếm, ưu kinh tế so với việc sử liù nước thải đạt yêu cầu cho phép thải Vì vậy, tổ chức hệ thống khép kín hợp liù, chi phí cho việc phục hồi nước chất thải chế biến chúng thành sản phẩm hàng hóa hay nguyên liệu thứ cấp thấp tổng chi phí cho việc xử lí làm nước đến tiêu cho phép thải Hệ thống nước khép kín phải đảm bảo sử dụng hợp liù nước tất trình công nghệ, thu hồi tối đa chất nước thải, giảm bớt chi phí phí đầu tư chi phí hoạt động, điều kiện vệ sinh cho người lao động http://environment-safety.com 1.2 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC Các nội dung nghiên cứu • Nguyên tắc, khái niệm, chất, phản ứng • Thiết bị • nh hưởng • p dụng • Thông số kiểm soát 1.2.1 Các phương pháp xử lý chất ô nhiễm nước Để xây dựng hệ thống khép kín, nước thải phải làm phương pháp học, hóa học, hóa liù, sinh học nhiệt đến chất lượng cần thiết, tùy theo yêu cầu Phân loại phương pháp xử lí ô nhiễm nứơc tổng hợp sơ đồ sau NƯỚC THẢI Xử lí tạp huyền phù nhũ tương Xử lí tạp chất thô Xử lí tạp chất mịn Tiêu huỷ tạp chất tan không tan Xử lí tạp hòa tan Xử lí tạp chất vô Cô đặc Lắng Đông tụ Tiêu hủy Lọc Keo tụ Bơm xuống giếng Trao đổi ion Tuyển Đông tụ điện Chôn Lắng cặn lơ lửng Tuyển điện Xử lí tạp chất hữu Xử lí khí Phân huỷ Thổi khí Trích li Hóa sinh Đun nóng Lọc ngược Chưng cất Oxi hóa pha lỏng Hóa học Bơm xuống đáy biển Điện thẩm tích Hấp phụ Oxi hóa pha Tiêu huỷ nhiệt Lọc li tâm Tái sinh Đóng băng Hóa học Hình Lọc ngược siêu lọc Oxi hóa Oxi hóa xạ Oxi hóa điện hóa Phân loại phương pháp xử lí nước thải công nghiệp Các phương pháp nêu chia tái sinh phân huỷ Phương pháp tái sinh bao gồm việc thu hồi chế biến tiếp tục chất có giá trị Trong phương pháp phân huỷ, chất ô nhiễm chịu phân huỷ oxi hóa khử Sản phẩm phân huỷ http://environment-safety.com loại khỏi dạng khí cặn Việc chọn phương pháp làm thiết kế hệ thống phụ thuộc yếu tố: Các yêu cầu công nghệ vệ sinh nước Số lượng nước thải Các điều kiện nhà máy nhiệt lượng vật chất (hơi, nhiên liệu, không khí nén, điện năng, tác chất, chất hấp thụ) điện tích cần thiết cho hệ thống xử lí Hiệu xử lí 1.2.2 • Phân loại theo chất phương pháp làm nước Phương pháp vật lý (cơ học) Điều hoà Xáo trộn Chắn rác, Lọc qua Lắng cặn Ly tâm Ép tách nước Sử dụng xạ tử ngoại, sóng siêu âm, • Phương pháp hoá lý Keo tụ đông tụ Tuyển Lọc màng, Lọc ngược, thấm lọc Hấp phụ Trao đổi ion Các phương pháp điện Các phương pháp nhiệt • Phương pháp hoá học Trung hoà Kết tủa Oxy hoá khử Khử trùng hoá chất Oxy hoá nhiệt • Phương pháp sinh học, Phân hủy hiếu khí Bùn hoạt tính http://environment-safety.com Lọc sinh học Thông khí Mương oxy hoá Phân hủy kợ khớ On ủũnh Meõ tan hoaự 1.2.3 ã Caực giai đoạn xử lý nước Tiền xử lý xử lý bậc (sơ cấp, sơ bộ): gồm công trình thu gom từ song chắn rác đấn sau công trình lắng bậc Giai đoạn khử vật rắn có kích thước lớn tạp chất lắng để bảo vệ bơm đường ống Tiếp nhận nước Ổn định lưu lượng nồng độ Chắn rác Tách hạt lơ lửng Lắng Lọc Ly tâm Tuyển Trung hoà • Xử lý bậc hai (thứ cấp): nhằm xử lý chất hoà tan chất keo phương pháp hoá lý, hầu hết chất hữu hoà tan phân hủy sinh học phương pháp sinh học Keo tụ, đông tụ Xử lý chất hữu phân hủy sinh học Xử lý bùn • Xử lý bậc cao (bậc ba): nhằm mục địch xử lý chất dinh dưỡng, chất hoà tan lại Vi lọc, tủa hoá học, thẩm thấu, trao đổi ion… Xử lý N, P Khử mùi vị Khử trùng • Thải bỏ chất thải cuối cùng: gồm công trình thải nước vào nguồn http://environment-safety.com 1.3 PHƯƠNG PHÁP VẬT LÍ (CƠ HỌC) – PHYSICAL TREATMENT Phương pháp vật lý dùng để loại chủ yếu tạp chất không tan khỏi nước 1.3.1 Tiếp nhận Hố thu nước hay ngăn tiếp nhận công trình đón nhận nước thải, tạo điều kiện cho công trình phía sau hoạt động ổn định đảm bào chế độ tự chảy 1.3.2 Điều hoà – equalization Nước thải công nghiệp có lưu lượng, thành phần, tính chất đa dạng, phụ thuộc vào công nghệ sản xuất, không ngày đêm thời điểm năm Sự dao động lưu lượng nồng độ chất ô nhiễm nước thải ảnh hưởng đến chế độ vận hành hệ thống xử lý, tốn xây dựng quản lý hệ thống Phân loại theo chức năng, người ta chia bể điều hoà thành hai loại: • Điều hoà lưu lượng Yêu cầu đặt gần nơi tạo nước thải • Bể điều hoà nồng độ, lưu lượng nhỏ, đặt phạm vi trạm xử lý, sau bể lắng Nếu lưu lượng lớn, bể điều hoà nồng độ đặc trước bể lắng dây chuyền xử lý Phân loại theo nguyên tắc chuyển động dòng nước: • Đẩy lý tưởng: nồng độ đồng mặt cắt ngang dòng chảy • Trộn lý tưởng: nồng độ đồng toàn thể tích bể thời điểm Quá trình xáo trộn thực cưỡng tự nhiên 1.3.3 Xáo trộn – mixing Trộn phương pháp làm đồng nồng độ troàn thể tích nước Các biện pháp xáo trộn phân loại theo chất sau: • Trộn thuỷ lực: trộn diễn thay đổi hướng chuyển động vận tốc dòng nước Chế độ chảy tạo dòng xoáy rối ứng dụng kết cấu tạo bước nhảy thủy lực kênh hở, ống ventury, đường ống, bơm • Xáo trộn khí để tạo dòng chảy xoáy rối: cánh khuấy động • Khí động lực: sục khí Phương pháp ứng dụng kênh thông khí ứng dụng xử lý hiếu khí Hai yếu tố quan trọng phận phun khí • Xáo trộn tónh: công trình trộn cấu chuyển động Tiêu hao lượng dòng chảy công trình lượng trình xáo trộn Mức độ khuấy trộn xác định dựa vào thông số lượng khuấy trộn 1.3.4 Lọc qua – screening Lọc qua công đoạn tách tạp chất thô nước http://environment-safety.com 10 trùng sâu bọ, cóc nhái rong tảo Tất thể sống sống bùn hoạt tính, chúng gồm 12 dạng vi sinh động vật nguyên sinh Bùn hoạt tính hệ keo vô định hình, pH= 4-9 có điện tích âm Mặc dầu nước thải khác thành phần nguyên tố hóa học bùn hoạt tính gần Ví dụ: thành phần hóa học bùn hoạt tính hệ thống xử lí nước thải nhà máy than cốc có công thức C97H199O53N28S2, nhà máy phân nitơ-C90H167O52N24S8, hỗn hợp PCV BCV - C111H212O82N20S nước thải đô thị - C54H212O82N8S7 Chất khô bùn hoạt tính chứa 70-90% hữu 10-30% vô Chất bùn hoạt tính đến 90% phần chết rắn rêu tảo phần sót rắn khác 1.6.2.3 Quy luật phân rã chất hữu Để cho trình oxi hóa sinh học chất hữu có nước thải xảy ra, phải xâm nhập vào tế bào vi sinh Các chất tiến đến bề mặt tế bào nhờ khuếch tán đối lưu phân tử, vào tế bào - nhờ khuếch tán qua màng bán thấm chênh lệch nồng độ vật chất bên tế bào bên Tuy nhiên, phần lớn chất xâm nhập vào bên tế bào nhờ chất vận chuyển protit đặc biệt Tổ hợp hòa tan tạo thành vật chất Chất vận chuyển khuếch tán qua màng vào tế bào Ở bị phân hủy protit - chất vận chuyển tham gia vào chu kỳ vận chuyển Quá trình chuyển hóa chất diễn bên tế bào vi sinh đóng vai trò chủ yếu trình xử lí nước thải Các trình kết thúc oxi hóa vật chất với tạo lượng tổng hợp chất với tiêu hao lượng Bên tế bào vi sinh diễn trình chuyển hóa hóa học liên tục phức tạp Một lượng lớn phản ứng diễn theo trình tự định với vận tốc cao Vận tốc phản ứng trình tự chúng phụ thuộc dạng, nồng độ men, đóng vai trò xúc tác Men thúc đẩy phản ứng tự xảy với vận tốc nhỏ Các men (hay enzim) hợp chất protit phức tạp với khối lượng phân tử đến hàng trăm hàng triệu Theo cấu trúc phân tử, men chia làm men đơn (một cấu tử ) men kép (hai cấu tử) Men đơn protit đơn giản - protein, men kép protit phức tạp - protein mà phân tử gồm hai phần: phần protit gọi chất mang, phần thứ hai protit gọi coenzim Coenzim có hoạt tính xúc tác, chất mang protit làm tăng hoạt tính Các phản ứng xúc tác diễn bề mặt phân tử enzim, xuất tâm tích cực So với chất xúc tác hóa học, enzim có khả hoạt động điều kiện mềm hơn, nghóa nhiệt độ không cao, áp suất thường môi trường gần trung tính Một đặc điểm khác enzim enzim tương tác với hợp chất hóa học định xúc tác số biến đổi mà hợp chất hóa học tham gia Khi thay đổi thành phần nồng độ vật chất yêu cầu enzim có thành phần khác Như enzim xúc tác phản ứng Khi sản phẩm phản ứng chất cho phản ứng Tất điều khác biệt rõ rệt xúc tác enzim Vận tốc phản ứng hóa học xác địng hoạt tính men, phụ thuộc vào nhiệt độ, pH có mặt chất khác nước thải Vận tốc trình lên men tăng theo nhiệt độ đến giới hạn định Đối với loại men có http://environment-safety.com 56 nhiệt độ tối ưu, cao vận tốc phản ứng giảm Để phân hủy hỗn hợp hữu phức tạp cần phải có 80-100 men khác Các chất làm tăng hoạt tính men vitamin cation Ca+, Mg2+, Mn2+ Trong đó, muối kim loại nặng, axít xianic, chất kháng sinh chất kìm hãm Chúng bao bọc tâm men tích cực, ngăn cản phản ứng men với chất lên men, nghóa làm giảm mạnh hoạt tính men Vận tốc tạo thành phân rã men phụ thuộc vào điều kiện tăng trưởng vi sinh xác định tốc độ xâm nhập chất kìm hãm hay hoạt hóa trình sinh học vào tế bào Tế bào dạng vi sinh có tổ hợp men định Một số không phụ thuộc chất thường xuyên có mặt tế bào vi sinh Còn men khác tổng hợp tế bào thay đổi môi trường xung quanh Ví dụ: thay đổi thành phần hay nồng độ chất ô nhiễm nước thải Các men xuất giai đoạn thích nghi vi sinh với thay đổi môi trường, chúng gọi men thích nghi Thời hạn thích nghi khác kéo dài từ vài hàng chục, hàng trăm ngày Nếu nước thải có số chất trình oxi hoa phụ thuộc nồng độ cấu trúc tất chất hữu hòa tan Đầu tiên oxi hóa chất cần thiết để tạo vật liệu tế bào để thu lượng Các chất khác tiêu thụ vi sinh phụ thuộc vào tổ hợp men với vận tốc oxi hóa khác nhau, đồng thời nối tiếp Bậc oxi hóa chất ảnh hưởng đến thời gian xử lí nước thải Trong oxi hóa vật chất nối tiếp thời gian xử lí xác định tổng thời gian oxi hóa chất riêng lẻ Bên tế bào hợp chất hóa học chịu chuyển hóa khác đồng hóa xúc tác Sự chuyển hóa đồng thể dẫn đến tổng hợp tế bào mới, chuyển hóa xúc tác nguồn lượng cần thiết cho tế bào Phản ứng tổng cộng oxi hóa sinh học điều kiện hiếu khí trình bày dạng sau: Men y z s y−3 + + ) O2 → xCO2 + H2O + NH3 + ∆H 4 Men CxHyOzN + NH3 + O2 → C5H7NO2 + CO2 + ∆H CxHyOzN + (x + Phản ứng đầu đặc trưng oxi hóa vật chất để thảo mãn nhu cầu lượng tế bào, phản ứng thứ hai - để tổng hợp chất tế bào Sự tiến hóa oxi cho phản ứng BOD hoàn toàn nước thải Nếu trình oxi hóa tiếp tục xảy ra, chuyển hóa chất tế bào Men C5H7NO2 + 5O2 → 5CO2 + NH3 + 2H2O + ∆H Men Men NH3 + O2 → HNO2 + O2 → HNO3 Với CxHyOzN - toàn chất hữu nước thải, C5H7NO2 - Tỉ lệ trung bình nguyên tố chất tế bào vi khuẩn, ∆H - lượng Tổng tiêu hao oxi cho bốn phản ứng gần hai lần oxi tiêu hao cho hai phản ứng đầu Từ phản ứng ta thấy rõ biến đổi hóa học nguồn lượng cần thiết vi sinh Một số lượng lớn phản ứng sinh hóa thực với tham gia coenzim A Coenzim A (hoặc CoA, CoA - SH, coenzim axyl hóa) dẫn xuất acid β mercaptanetolamic C21H36O167P3S http://environment-safety.com 57 Khối lượng phân tử 767,56 CoA tinh khiết - bột vô định hình màu trắng, tan tốt nước, axit mạnh, với kim loại nặng tạo thành mercaptic không tan nước, dễ bị oxi hóa (bởi I2, H2O2, KMnO4 oxi không khí) tạo thành disunfua, đặc biệt với có mặt vết kim loại nặng CoA hoạt hóa axit cacbonic, tạo thành hợp chất trung gian, CoA dẫn xuất axyl hóa Vi sinh có khả oxi hóa nhiều hợp chất hữu cơ, yêu cầu thời gian thích ứng khác Axit benzoic, etylic, amilic, glycol, clohydric, axeton, glyxerin, anilin, caùc este phức tạp dễ bị oxi hóa Cồn một, hai ba nguyên tử cồn bậc hai dễ bị oxi hóa, cồn bậc ba bị oxi hóa với vận tốc không lớn Các hợp chất hữu dẫn xuất clo có vận tốc oxi hóa khác hợp chất chứa nitơ khó bị oxi hóa Sự có mặt nhóm sau làm tăng khả phân hủy hợp chất theo thứ tự: -CH3, -OOCCH3, -CHO, -CH2OH, -CHOH, -COOH, -CN, NH2, -OHCOOH, -SO3H Sự có mặt nối đôi số trường hợp làm dễ dàng phân hủy sinh học Khối lượng phân tử chất tăng vận tốc oxi hóa sinh học giảm Các chất hoạt động bề mặt bị oxi hóa với vận tốc khác Như vậy, chất oxi hóa sinh học với vận tốc khác Các chất nước thải trạng thái keo phân tán bị oxi hóa với vận tốc nhỏ chất hòa tan nước 1.6.2.4 Cơ chế chuyển hóa số chất • Sự oxi hóa chất hữu đến CO2 H2O diễn qua số giai đoạn Oxi hóa caùc hidrocacbon: Enzim Enzim C6H12O6 → C3H4O3 → CH3-CO-S-CoA → CKA → CO2 + H2O CKA - Chu kì axit (chu kì Crebs, chu kì axit chanh, chu kì axit cacbonic) bao gồm chuỗi phản ứng nối tiếp, xúc tác mười enzim khác • Nitric hóa khử nitric Trong xử lí nước thải tác dụng vi khuẩn nitric diễn trình nitric hóa khử nitric Vi khuẩn nitric oxi hóa nitơ liên kết amôn thành nitric sau thành nitrat Đây giai đoạn khoáng hóa cuối chất hữu có chứa nitơ Men Men NH4+ + O2 → HNO2 + O2 → HNO3 Khử nitric - trình nhiều giai đoạn xảy với tạo thành amoniac, nitơ phân tử oxit nitơ Trong xử lí nước thải khử nitric tạo thành chủ yếu nitơ (NH3 tạo thành) NO3- → NO2 → NO → NH2OH → NH3 → N O → N2 Caùc hợp chất chứa nitơ phân hủy tạo thành nitơ dạng NH3 Ví dụ cacbamit phân hủy NH3 + CO2 + H2O theo phương trình: CO(NH2)2 + 2H2O → (NH3)2CO3 • Oxi hóa chất chứa lưu huỳnh http://environment-safety.com 58 Các vi khuẩn lưu huỳnh oxi hóa lưu huỳnh H2S, thiosunfat, polythinat hợp chất chứa lưu huỳnh khác thành axit sunfuric sunfat Nitơ, photpho, kali lượng nhỏ sắt, magiê, đồng, kẽm, bo, mangan, số trường hợp thúc đẩy mạnh phát triển vi khuẩn lưu huỳnh thionic Quá trình oxi hóa diễn theo sơ đồ sau: HS- → S → S2O32- → S4O62- → SO42hoaëc: HS- → S2O22- → S2O32- → S2O52- → S2O72- → SO42Oxi hoùa H2S diễn theo hai giai đoạn: Đầu tiên tạo thành S, tích lũy tế bào dạng dự trữ H2S + O2 → 2H2O + 2S + ∆H Sau không đủ H2S xảy phản ứng: 2S + 3O2 + H2O → 2H2SO4 + ∆H Thioxianat bị oxi hóa theo hai giai đoạn: Giai đoạn tạo thành xianat sunfua CHNS + H2O → HONC + H2S Sau xianat bị phân hủy thành CO2 vaø NH3 ONC + H2O → CO2 + NH3 Còn sunfua bị oxi hóa đến sunfat • Oxi hóa sắt mangan Vi khuẩn sắt tiếp thu lượng oxi hóa muối sắt nhị thành sắt tam 4FeCO3 + CO2 + 6H2O → 4Fe(OH)3 + 4CO2 + ∆H Mangan hóa trị hai thành hóa trị bốn Mn2+ + 1/2O2 + 2HO- → MnO2 + H2O Các muối kim loại nặng có tính hủy diệt vi khuẩn, song có loại thích nghi ổn định 1.6.2.5 Động học phản ứng lên men Động học phản ứng lên men xác định dựa vào phương trình đốc độ phản ứng Phương trình tiêu biểu phương trình Mikhaelis Menten xác định vận tốc phản ứng bên tế bào vi sinh ES → P + E; k1= số tốc độ phản ứng thuận, k2 – Xét phản ứng: S + E số tốc độ phản ứng nghịch, k3 – số tốc độ phản ứng cuối tạo sản phẩm Trong đường phản ứng phân tử chất S tương tác với men E, tạo thành tổ hợp ES Sau tổ hợp chuyển thành sản phẩm cuối P với phục hồi men Phản ứng thứ hai thuận nghịch, nghóa tạo thành tổ hợp ES từ P E, trường hợp điều kiện ổn định nồng độ ES không đổi, nghóa vai trò định động học phản ứng chuyển hóa ES thành sản phẩm Khi đó, phương trình động học theo Mikhaelis-Menten sau: http://environment-safety.com 59 V = Vmax [S] k m + [S] với dP = V , k3[Eo] = Vmax, dτ Hằng số km gọi số Mikhaelis-Menten, đặc trưng cho phụ thuộc vận tốc phản ứng lên men vào nồng độ chất lên men trạng thái ổn định Hằng số có đơn vị đo mol/L Nếu V = 0,5Vmax km = [S] 1.6.2.6 Sự tăng trưởng khối sinh học Trong trình xử lí nước thải diễn trình tăng trưởng khối sinh học, mà phụ thuộc vào chất hóa học chất ô nhiễm, dạng tuần hoàn vi sinh, BOD COD, phụ thuộc nồng độ photpho nitơ nước thải, vào nhiệt độ Sự tăng trưởng khối sinh học phụ thuộc vào vận tốc nhân đôi vi sinh có dạng phụ thuộc phức tạp vào thời gian Đối với trình gián đoạn dạng tổng quát trìng tăng trưởng vi sinh theo thời gian biểu diễn đường cong hình sau µ I II III IV V Hình 30 Vận tốc tăng trưởng vi sinh τ Sự tăng trưởng vi sinh phụ thuộc vào vận tốc chia làm năm pha Pha I - tế bào tăng theo kích thước số lượng không tăng Pha II - tế bào nhân lên với vận tốc tối đa Pha III - tăng trưởng chậm, chất dinh dưỡng bị cạn Pha IV - pha tăng trưởng ổn định, số lượng vi sinh không thay đổi Pha V - vi sinh chết Hệ số góc đường cong vận tốc tăng trưởng tức thời, thay đổi khoảng thời gian khác Pha II giai đoạn phát triển vi sinh nhanh Đủ chất dinh dưỡng vận tốc tăng trưởng không bị giới hạn sản phẩm phân rã Sự tăng trưởng khối sinh học diễn với vận tốc không đổi theo đường thẳng Hệ số góc đường thẳng µmax gọi vận tốc tăng trưởng riêng phần Vận tốc tăng trưởng riêng phần đặc trưng cho loại vi sinh môi trường Sự phụ thuộc vào nồng độ chất lên men xác định phương trình Monod µ= µ max [S] k m + [S] km lớn 0, [S]/km + [S] nhỏ 1, đạt µmax Hệ số K đặc trưng cho chất lượng bùn hoạt tính xác định thực nghiệm thay đổi khoảng 0,1 + 0,9 Trong điều kiện xử lí liên tục, thường xuyên nhập chất men lấy sản phẩm phân hủy, giữ vận tốc nhân đôi vi khuẩn cao cách điều chỉnh nồng độ chất dinh dưỡng sản phẩm phân rã mức xác định cố định http://environment-safety.com 60 1.6.3 Phương pháp hiếu khí – aerobic digestion 1.6.3.1 Sự thông khí – aeration Độ hòa tan oxi nước thấp (phụ thuộc nhiệt độ áp suất), để bão hòa oxi nước cần sử dụng lượng lớn không khí Độ hòa tan oxi nước áp suất 0,1 MPa sau o t ,C Độ hòa tan, mg/l 10 12 14 16 12,8 11,3 10,8 10,3 9,8 18 9,4 20 9,0 22 8,7 24 8,3 26 8,0 28 7,7 Khi thông khí cần phải bảo đảm bề mặt tiếp xúc lớn không khí, nước thải bùn, điều kiện cần để xử lí đạt hiệu cao Trong thực tế người ta sử dụng biện pháp thông khí khí động, học khí - Chọn biện pháp thông khí phụ thuộc kiểu aerotank cường độ thông khí cần thiết Trong thông khí khí động không khí nén nhờ quạt thổi cho qua ống sứ xốp Trong thông khí học có khuấy trộn nước cấu khác để bảo đảm phân nhỏ tia không khí Thông khí khí - áp dụng trường hợp yêu cầu khuấy trộn mãnh liệt công suất oxi hóa cao Trường hợp không khí nén qua vành sục khí có lỗ lớn bị phá vỡ thành bọt nhỏ Điều cho phép tăng hiệu sử dụng oxi giảm chi phí lượng cho việc thành lập bọt khí nhỏ so với thông khí qua ống xốp Bảng Loại nước thải Nước thải thành phố Nhà máy trích colofan Bảng xác định vận tốc oxi hóa trung bình K, mg/g.h 12 – 15 12 Nhà máy divinylstirol Nhà máy metylstyren 13 Nhà máyclopren 16 Nhà máy isopren 12 Nước thải chứa phenol - chế biến đá phiến - Khi chế biến than nâu Nhà máy giấy xenlulo - Sunfit - Sunfat http://environment-safety.com Loại nước thải Nước thải chứa dầu - Trạm chưng khử muối - Nhà máy hóa dầu Nước thải sản xuất glyxerin - Tiokol - Axetat Nhà máy canxi sunfat Nước thải sản xuất sợi tổng hợp Nước thải chế biến khí than Nước thải sản xuất axit béo - Benzen - Benzoic Nước thải sinh hoaït K, mg/g.h 6,6 10 30 36 15 15 20-25 12 16 3,3 9,4 61 1.6.3.2 Ao sinh học Ao sinh học dãy ao gồm 3-5 bậc, qua nước thải chảy với vận tốc nhỏ, lắng xử lí sinh học Các ao ứng dụng để xử lí sinh học xử lí bổ sung tổ hợp với công trình xử lí khác Ao chia làm ao với thông khí tự nhiên nhân tạo Ao với thông khí tự nhiên không sâu (0,5-1m), đun nóng mặt trời gieo vi sinh vật nước Vi khuẩn sử dụng oxi sinh từ rêu tảo trình quang hợp oxi từ không khí để oxi hóa chất ô nhiễm Rêu tảo đến lượt tiêu thụ CO2, photphat nitrat amon, sinh từ phân hủy sinh học chất hữu Để hoạt động bình thường cần phải đạt giá trị pH nhiệt độ tối ưu Nhiệt độ không thấp 6oC Trong tính toán ao người ta xác định kích thước bảo đảm thời giam lưu cần thiết nước thải vận tốc oxi hóa đánh giá theo BOD chất phân huỷ chậm Để tăng vận tốc hòa tan oxi và tăng vận tốc oxi hóa người ta xây dựng ao thông khí Sự thông khí tiến hành khí khí động Thông khí cho phép tăng tải lượng chất ô nhiễm đến - 3,5 lần tăng chiều sâu đến 3,5 m Để nạp không khí thông khí khí động người ta sử dụng máy nén thấp áp Khi bão hòa nước oxi diễn khuấy trộn Tính rêu tảo nước ảng hưởng đến hiệu trình xử lí nước ao Nó tiêu thụ phần tử gien sinh học hòa tan nước Trước sử dụng nước, xử lí bổ sung ao sinh học, hệ thống cấp nước kỹ thuật cần xử lí clo Trong ao ổn định đồng thời xảy trình động tụ sinh học, lắng tụ, tổng hợp quang học ổn định bùn hoạt tính Các ao sinh học sử dụng hợp liù bổ sung nước thải 1.6.3.3 Xử lí aerotank Aerotank bể chứa nước bê tông cốt sắt thông khí Quá trình xử lí aerotank diễn theo dòng nước thải sục khí trộn với bùn hoạt tính Nước thải Không khí Nườc 1- bể lắng đợt 1; 2- bể sục khí sơ bộ; 3- aerotank; 4- bể phục hồi; 5- bể lắng đợt hai Bùn hoạt tính Hình 31 Sơ đồ hệ thống xử lí sinh học http://environment-safety.com 62 Nước thải cho vào bể lắng (1), để tăng cường lắng hạt lơ lửng cho vào phần bùn hoạt tính Sau nước vào bể ổn định - thông khí sơ (2), vào người ta cho thêm phần bùn hoạt tính từ bể lắng đợt hai (5) nước thải sục khí sơ khoảng 15-20 phút Trong trường hợp cần thiết chất dinh dưỡng cho vào bể Từ bể ổn định nước thải chảy vào bể aerotank, bể bùn hoạt tính tuần hoàn ngăn (4) Các trình sinh học xảy aerotank chia làm hai giai đoạn: • Hấp thụ chất hữu bề mặt bùn hoạt tính khoáng hóa chất dễ bị oxi hóa với tiêu thụ oxi mãnh liệt • Oxi hóa bổ sung chất hữu khó bị oxi hóa, tái sinh bùn hoạt tính Ở giai đoạn oxi tiêu thụ chậm Aerotank chia làm hai phần: phần tái sinh (25% thể tích chung) phần thông khí, diễn trình xử lí Sự diện phần tái sinh cho phép xử lí nước thải đậm đặc tăng suất hệ thống Trước bể aerotank nước thải không chứa 150 mg/l hạt lơ lửng 25mg/l sản phẩm dầu mỏ Nhiệt độ nước thải không thấp 6oC cao 30oC, pH khoảng 6,5 - Sau tiếp xúc nước thải bùn vào bể lắng đợt hai (5) Ở bùn tách khỏi nước Phần lớn bùn tuần hoàn trở lại aerotank, bùn dư đưa vào bể thông khí sơ (2) Aerotank hồ nước lộ thiên, trang bị cấu sục khí cưỡng Chúng dạng 2, hành làng Chiều sâu aerotank 2-5 m Aerotank xếp loại theo dấu hiệu sau: • Theo chế độ thủy động - aerotank đẩy, aerotank khuấy aerotank kiểu trung gian • Theo phương thức tái sinh bùn hoạt tính - aerotank với phần tái sinh riêng biệt aerotank phần tái sinh riêng • Theo tải trọng bùn hoạt tính - cao tải (xử lí không hoàn toàn), trung bình tải thấp • Theo số bậc - một, hai hay nhiều bậc • Theo chế độ nạp nước thải - chảy, bán chảy, với mức hoạt động thay đổi tiếp xúc • Theo dấu hiệu cấu trúc Phổ biến aerotank hành lang, hoạt động mô hình đẩy, khuấy kết hợp Bùn hoạt tính Nước thải Bùn hoạt tính Hình 32 Nước thải Hỗn hợp bùn nước a Aerotank với cấu trúc dòng nước thải bùn hoạt tính tuần hoàn khác b Hỗn hợp bùn nước a aerotank - đẩy; b aerotank - khuấy trộn http://environment-safety.com 63 Trong aerotank - đẩy nước bùn cho vào đầu thiết bị, hỗn hợp lấy từ đầu Aerotank có 1-4 hành lang Chế độ chảy liù thuyết dòng đẩy liù tưởng khuấy trộn dọc Tuy nhiên thực tế có khuấy trộn dọc đáng kể Sự thay đổi thành phần nước theo chiều dài aerotank tạo khó khăn cho thích nghi bùn giảm hoạt tính Các aerotank loại ứng dụng để xử lí nước thải sản xuất loãng (đến 300 mg/l theo BODhoàn toàn) Trong aerotank - khuấy trộn nước bùn cho dọc theo hành lang aerotank Sự khuấy trộn hoàn toàn nước thải bùn aerotank kiểu bảo đảm đồng nồng độ bùn vận tốc trình oxi hóa sinh học Các aerotank dùng để xử lí nước thải sản xuất đậm đặc (BODhoàn toàn đến 100 mg/l) Các sơ đồ công nghệ chủ yếu xử lí nước thải aerotank trình bày hình sau Nước thải Nước thải Nước Bùn Nước Bùn Bùn tuần hoàn Bùn Bùn tuần hoàn a b Bùn dư Bùn dư Nước thải Nước Bùn Bùn Bùn tuần hoàn Bùn tuần hoàn 3 Bùn dư Bùn dư c Nước thải Bùn tuần hoàn Nước Bùn Bùn Bùn tuần hoàn Bùn Bùn dư d Bùn dư Hình 33 Các sơ đồ hệ thống xử lí nước thải aerotank a- aerotank bậc không tái sinh bùn; b- aerotank bậc có tái sinh bùn; caerotank hai bậc không tái sinh bùn; d- aerotank hai bậc có tái sinh bùn 1- aerotank; 2- bể lắng; 3- trạm bơm bùn; 4- bể tái sinh bậc một; 5- aerotank bậc hai; 6- bể tái sinh bậc hai http://environment-safety.com 64 Sơ đồ bậc không tái sinh bùn ứng dụng BODhoàn toàn nước thải không lớn 150 mg/l, có tái sinh-lớn 150 mg/l có tạp độc hại Sơ đồ hai bậc ứng dụng xử lí nước thải đậm đặc Để tăng cường trình xử lí sinh hóa nước thải trước aerotank cần xử lí chất oxi hóa (ví dụ, ozôn) với mục đích giảm COD Để đạt mục đích người ta nghiên cứu trình xử lí nước thải hầm sâu Trong hầm người ta lắp ống đứng với chiều sâu đến tận đáy hầm Nước thải không khí cho đồng thời vào ống Dưới tác dụng áp suất thủy tỉnh cao oxi không khí hòa tan hòa toàn nước thải Khi mức độ sử dụng oxi vi sinh gia tăng Hỗn hợp nước, bùn theo ống nâng lên sau khử khí (CO2, O2) vào bể lắng Hệ thhống xử lí kiểu chiếm diện tích nhỏ Trong hoạt động không tạo mùi hiệu xử lí cao Quá trình xử lí sinh hóa với tách bùn thiết bị tuyển nghiên cứu Nước thải vào bể lắng để tách cặn, vào bể aerotank Sau hỗn hợp nước, bùn đưa lên thiết bị tuyển nổi, bùn hoạt tính nhờ bong bóng không khí nâng lên tập trung bề mặt nước Một phần bùn hoạt tính quay trở lại aerotank, phần khác nước đưa vào bể chứa tiếp xúc, Ở bùn tách Việc sử dụng thiết bị tuyển cho phép tăng nồng độ bùn hoạt tính aerotank đến 10-12g/l suất đến 2-3 lần Quá trình áp dụng để xử lí nước thải có nồng độ chất ô nhiễm đậm đặc 1.6.3.4 Lọc sinh học – biofiltration Thiết bị lọc sinh học thiết bị mà bên thân bố trí đệm dạng thỏi cấu phân phối nước không khí Trong thiết bị lọc sinh học nước thải lọc lớp vật liệu, bao phủ màng vi sinh vật Vi sinh màng sinh học oxi hóa chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng lượng Như vậy, chất hữu tách khỏi nước khối lượng màng sinh học tăng lên Màng sinh vật chết trôi theo nước đưa khỏi thiết bị lọc sinh học Vật liệu đệm vật liệu có độ xốp cao, khối lượng riêng nhỏ bề mặt riêng phần lớn Màng sinh học đóng vai trò bùn hoạt tính Nó hấp thụ phân hủy chất hữu nước thải Cường độ oxi hóa thiết bị lọc sinh học thấp aerotank Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lí thiết bị lọc sinh học là: BOD nước thài, chất chất hữu ô nhiễm, vận tốc oxi hóa, cường độ thông khí, chiều dài màng sinh học, thành phân vi sinh, diện tích chiều cao Thiết bị lọc sinh học, đặc tính vật liệu đệm (kích thước, độ xốp bề mặt riêng phân), tính chất vật liù nước thải, nhiệt độ trình tải trọng thủy lực, cường độ tuần hoàn, phân phối đồng thời nước thải Thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt có suất thấp bào đảm xứ liù tuần hoàn Tải trọng thủy lực chúng 0,5 đến 3m3/(m2 ngày đêm) Chúng áp dụng để xử lí nước với suất đến 100m3/ngày đêm BOD không lớn 200 mg/l http://environment-safety.com 65 Thiết bị lọc sinh học cao tải hoạt động với tải trọng thủy lực 10-30m3/(m2.ngày đêm), lớn thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt 10-15 lần Nhưng không bảo đảm xử lí sinh học tuần hoàn Để hòa tan oxi tốt người ta tiến hành thông khí Thể tích không khí không vượt 16m3 1m3 nước thải Khi BOD20 > 300 mg/l định phải tuần hoàn nước thải Tháp lọc sinh học sử dụng để xử lí nước thải với suất đến 5.000m3/ngày đêm Hình trình bày thiết bị thông khí - lọc sinh học Thiết bị có nửa ống trụ đường kính 80mm bố trí nằm ngang xen kẽ Nước thải vào từ trên, đổ đầy ống nửa trụ chảy tràn xuống Ở mặt ngoại ống hình thành máy sinh học, bên ống khối sinh vật giống bùn hoạt tính Nước bão hòa oxi chảy từ xuống Thiết bị có suất hiệu xử lí cao Hình 34 Sơ đồ nguyên tắc thông khí - lọc sinh học Để loại tạp chất hữu tiến hành trình nitric hóa, khử nitric, người ta sáng chế thiết bị “Hei Flon” Phần tháp với lớp vật liệu hạt giả lỏng (cát), mà bề mặt vi sinh vật gieo cấy Nước thải sau bão hòa oxi sơ cho chảy vào tháp từ lên với vận tốc 25 đến 60m/h Trong tháp tạo thành lớp giả lỏng với bề mặt tải 3.200m2/m3, 20 lần lớn aerotank 40 lần lớn thiết bị lọc sinh học Quá trình xử lí diễn với vận tốc lớn Ví dụ BOD giảm 85 đến 90% vòng 15 phút thiết bị này, aerotank cần đến 6-8h 1.6.3.5 Oxyten - Ứng dụng oxi để thông khí nước thải Hiện bắt đầu sử dụng oxi kỹ thuật để thông khí nước thải thay cho oxi Quá trình gọi lắng sinh học Nó tiến hành thiết bị kín gọi oxiten Việc áp dụng oxi thay cho không khí để thông khí nước thải có nhiều ưu điểm: • Hiệu suất sử dụng oxi tăng từ 8-9 đến 20-25% • Cường độ oxi hóa tăng 5-6 lần • Để bảo đảm nồng độ oxi nước thải yêu cầu vận tốc khuấy trộn thấp hơn, bùn tạo thành dạng to chặt nên dẽ lắng lọc, cho phép tăng nồng độ bùn đến 10g/l mà không cần tăng kích thước bể lắng đợt II • Khi nồng độ oxi cao vi khuẩn không phát triển • Trong nước xử lí nồng độ oxi dư lớn nên thúc đẩy trình xử lí • Trong trình xử lí không tạo mùi tiến hành thiết bị kín http://environment-safety.com 66 • Chi phí đầu tư nhỏ Tuy nhiên, phương pháp đắt tốn cho việc sản xuất oxi, ứng dụng trường hợp xí nghiệp có sẵn oxi Trong oxiten nồng độ CO2 cao aerotank nên pH giảm đáng kể Thời gian xử lí giảm gây cản trở trình nitric hóa Đồng thời hệ số tăng trưởng bùn giảm từ 0,6-1,2 aerotank 0,4-0,6 oxiten Phụ thuộc vào thành phần nước thải nồng độ oxi tối ưu nước thải oxiten 10-12mg/l, liều lượng bùn 7-10g/l 1.6.4 Phương pháp kỵ khí – anaerobic digestion Phương pháp ứng dụng để lên men cặn tạo thành xử lí hóa sinh nước thải sản xuất, để xử liù bậc nước thải sản xuất đậm đặc (BODtp ≈ 4-5 g/l), chứa chất hữu bị phân hủy vi sinh yếm khí Tùy thuộc vào dạng sản phẩm cuối cùng, người ta chia thành dạng lên men: cồn, axit, sữa, metan Sản phẩn cuối lên men cồn, axit, axeton, khí (CO2, H2, CH4) Ở điều kiện xác định sản phẩm cuối amoniac 1.6.4.1 UASB Hình 35 Sơ đồ cấu tạo USAB http://environment-safety.com 67 1.6.4.2 Metan hoá – methan Quá trình lên men tiến hành thiết bị metanten - bình chứa kín trang bị cấu nhập tháo cặn Sơ đồ metantank trình bày hình sau Trước nhập vào metanten cặn cần khử nước đến mức Sự lên men cặn nước thải công nghiệp metanten cần phải tiến hành với tải trọng giảm 25 đến 50% nồng độ ẩm, muối kim loại chất khử bẩn cao Khả lên men tối đa chất không tro cặn xác định theo công thức: a = (0,92z + 0,62y + 0,36x)100 (12.27) z, y, x nồng độ mỡ, hydrocacbon protit g/g chất không tro cặn Phương pháp yếm khí sử dụng để xử lí nước thải đậm đặc công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, chế biến len, axit béo tổng hợp Chỉ nên cho lên men phần nước thải đậm đặc Sau lên men BODtp nước thải 1,5 ÷ 2g/l xử lí tiếp tục aerotank Lượng khí lên men lớn, đến 0,5 ÷ 0,7 m3/Kg BODtp 1.6.5 Kết hợp hiếu khí kỵ khí 1.6.5.1 Cánh đồng tưới Đó khu đất chuẩn bị riêng biệt để sử dụng đồng thời cho hai mục đích: xử lí nước thải gieo trồng Xử lí nước thải điều kiện tự nhiên diễn tác dụng hệ vi thực vật đất, mặt trời, không khí ảnh hưởng thực vật Trong đất cánh đồng tưới có vi khuẩn, men, nấm, rêu tảo, động vật nguyên sinh động vật không xương sống Nước thải chứa chủ yếu vi khuẩn Trong lớp đất tích cực xuất tương tác phức tạp vi sinh vật có bậc cạnh tranh Số lượng vi sinh vật đất cánh đồng tưới phụ thuộc vào thời tiết năm Vào mùa Đông, số lượng vi sinh vật nhỏ nhiều so với mùa hè Nếu cánh đồng không gieo trồng nông nghiệp chúng dùng để xử lí sinh học nước thải chúng gọi cánh đồng lọc nước Các cánh đồng tưới sau xử lí sinh học nước thải, làm ẩm bón phân sử dụng để gieo trồng có hạt ăn tươi, cỏ, rau để trồng lớn nhỏ (cây dạng bụi, khóm) Các cánh đồng tưới có ưu điểm sau so với aerotank: • Giảm chi phí đầu tư vận hành • Không thải nước phạm vi diện tích tưới • Bảo đảm mùa nông nghiệp lớn bền • Phục hồi đất bạc màu Trong trình xử lí sinh học, nước thải qua lớp đất lọc, hạt lơ lửng keo giữ lại, tạo thành màng lỗ xốp đất Sau màng tạo thành hấp phụ hạt keo chất tan nước thải Oxi từ không khí xâm nhập vào lỗ xốp oxi hóa chất hữu cơ, chuyển chúng thành hợp chất vô Oxi khó xâm nhập vào lớp đất sâu, ôxy hóa mãnh liệt diễn lớp đất phía (0,2÷0,4m) Nếu không đủ oxi bắt đầu xảy trình yếm khí Các cánh đồng http://environment-safety.com 68 tưới tốt nên bố trí cát, đất sét thịt đất đen Nước ngầm không cao 1,25m tính từ mặt đất Nếu nước ngầm cao cần phải lắp hệ thống thoát nước Một phần lãnh thổ cánh đồng tưới dùng làm cánh đồng lọc dự trữ, có giai đoạn năm không cho phép đưa nước thải cánh đồng tưới Xử lí nước thải với sử dụng đồng thới nước để tưới bón phân tiến hành theo phương án khác Sản xuất Nước thải Nước Nước tưới Nước tưới Nước Nơi nhận nước Hình 36 Các phương án xử lí sinh học nước thải điều kiện tự nhiên 1- công trình xử lí học; 2- công trình xử lí hóa liù; 3- công trình xử lí sinh học; 4- ao nén bùn ao sinh học; 5- rãnh thoát; 6- ao bay hơi; 7- cánh đồng lọc; 8- cánh đồng tưới - Phương án Nước thải sau xử lí học vào ao chứa, sau theo rãnh vào ao bay ánh đồng tưới - Phướng án Nước thải sau xử lí hóa liù đưa đến ao sinh học, sau cánh đồng tưới cánh đồng lọc, sau đến cánh đồng tưới - Phương án Nước thải sau xử lí học, hóa liù sinh học đưa đến cánh đồng tưới, giai đoạn không tưới thải vào nơi tiếp nhận nước Trong thời gian gần tưới đất thổ nhưỡng nước thải phổ biến rộng rãi Nước phân bố qua thiết bị làm ẩm ống xi măng ống polietylen Sự tưới cho phép sử dụng hoàn toàn tính chất phân bón nước thải, tự động hóa trình tưới bảo đảm yêu cầu vệ sinh môi trường 1.7 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC TIÊU BIỂU 1.7.1 Xử lý nước cấp 1.7.1.1 Nguồn nước mặt: nước sông 1.7.1.2 Nguồn nước ngầm 1.7.2 Xử lý nước thải sinh hoạt http://environment-safety.com 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Phước Quá trình thiết bị công nghiệp hoá học Tập 13 Kỹ thuật xử lý chất thải công nghiệp Trường ĐH Bách Khoa TPHCM 1998 [2] Trần Hiếu Nhuệ Thoát nước xử lý nước thải công nghiệp NXB Khoa học & Kỹ thuật [3] Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga Giáo trình công nghệ xử lý nước thải NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 1999 [4] Tăng Văn Đoàn – Trần Đức Hạ Kỹ thuật Môi trường NCB Giáo dục Hà Nội 2001 [5] UC Berkerley; WU.nl [6] Leonard W Casson http://environment-safety.com 70 ... cấu thoát nước người ta đặt lớp vật liệu đỡ, vật liệu lọc Các đặc trưng quan trọng môi trường xốp độ rỗng (ε) bề mặt riêng (a) Độ rỗng phụ thuộc cấu trúc môi trường xốp, liên quan với kích thước,... phương pháp chiết dung môi hữu có nhiệt độ bay với nước dugn môi hữu sử dụng metanol, benzen, toluen, dicloetan Sau xử lí phần dung môi lại than loại nước khí trơ Trong trường hợp chất thải không... khác Khi nước thải chảy tầng qua từ trường hạt có từ tính kích thước đến 50µm Các hạt tách lọc lắng trọng trường Hướng dòng nước thải trùng với hướng trường trường để tạo điều kiện thuận lợi cho