Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm

LỜI NÓI ĐẦU -----YœZ----- Trong môi trường sống nói chung, vấn đề bảo vệ và cung cấp nước sạch là vô cùng quan trọng. Đồng thời với việc bảo vệ và cung cấp nước sạch, việc thải và xử lý nước thải trước khi đổ vào nguồn là một vấn đề bức xúc đối với toàn thể loài người. Trong những năm gần đây,cùng với sự phát triển của nền công ghiệp nước ta, tình hình ô nhiễm môi trường cũng gia tăng đến mức báo động. Do đặc thù của nền công nghiệp mới phát triển, chưa có sự quy hoạch tổng thể và nhiều nguyên nhân khác nhau như: điều kiện kinh tế của nhiều xí nghiệp còn khó khăn, hoặc do chi phí xử lý ảnh hưởng đến lợi nhuận nên hầu như chất thải công nghiệp của nhiều nhà máy chưa được xử lý mà thải thẳng ra môi trường. Mặt khác nước ta là một nước đông dân, có mật độ dân cư cao, nhưng trình độ nhận thức của con người về môi trường còn chưa cao, nên lượng chất thải sinh hoạt cũng bị thải ra môi trường ngày càng nhiều. Điều đó dẫn tới sự ô nhiễm trầm trọng của môi trường sống, ảnh hưởng đến sự phát triển toàn diện của đất nước, sức khỏe, đời sống của nhân dân cũng như vẻ mỹ quan của khu vực. Trong đó, ô nhiễm nguồn nước là một trong những thực trạng đáng ngại nhất của sự hủy hoại môi trường tự nhiên do nền văn minh đương thời. Ngày nay vấn đề xử lý nước và cung cấp nước sạch đang là một mối quan tâm lớn của nhiều quốc gia, nhiều tổ chức xã hội và chính bản thân mỗi cộng đồng dân cư. Và đây cũng là một vấn đề cấp bách cần giải quyết của nước ta trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Nhằm mục đích góp phần vào việc bảo vệ môi trường sống của con người, em chọn đề tài “MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XƯ LÝ NƯỚC Ô NHIỄM “. Trong đề tài này, em trình bày một cách cô đọng về thực trạng ô nhiễm nguồn nước và một số phương pháp xử lý nước hiện nay thông qua các tài liệu có liên quan mà em có điều kiện tham khảo được. Với sự cố gắng thực sự khi nghiên cứu một vấn đề khoa học nhưng không thể tránh khỏi thiếu sót, em rất mong được sự hướng dẫn và đóng góp của quý thầy cô và các bạn. MỤC LỤC Mục lục 7 Phần I: .10 1. Lý do chọn đề tài 11 2. Mục đích nghiên cứu .11 3. Đối tượng nghiên cứu .11 4. Nhiệm vụ nghiên cứu 11 5. Phương pháp nghiên cứu 11 Phần II: Tổng quan 12 Giới thiệu thông số đánh giá sự ô nhiễm nước .13 A. Tình hình ô nhiễm và các vấn đề môi trường trên thế giới và ở Việt Nam 15 I. Tình trạng môi trường thế giới 15 II. Tình trạng môi trường Việt Nam .19 B. Tình trạng ô nhiễm nước trên thế giới và ở Việt Nam 21 I. Tình trạng ô nhiễm nước trên thế giới .21 II. Tình trạng ô nhiễm nước ở Việt Nam .21 II.1. Tình hình chung 21 II.2. Ở đồng bằng Sông Cửu Long 22 II.3. Ở An Giang .23 C. Phân loại nước ô nhiễm và tính chất của nó 25 I. Phân loại .25 II. Tính chất 26 Phần III: Các phương pháp xử lý nước ô nhiễm 31 I. Các phương pháp sinh học 32 I.1. Các phương pháp hiếu khí .33 I.2. Các phương pháp thiếu khí 35 I.3. Các phương pháp kỵ khí 35 II. Các phương pháp hóa lý .36 II.1. Lọc qua song chắn rác 36 II.2. Lắng tụ 37 II.3. Lọc .38 II.4. Đông tụ và keo tụ 39 II.5. Tuyển nổi .41 II.6. Hấp phụ .45 II.7. Trao đổi ion .46 II.8 Thẩm thấu ngược .47 II.9. Siêu lọc 48 II.10. Thẩm tách và điện thẩm tách 49 II.11. Các phương pháp điện hóa .49 III. Các phương pháp hóa học 52 III.1. Phương pháp trung hòa .52 III.2. Phương pháp oxy hóa và khử 54 III.3. Loại kim loại nặng 57 IV. Các phương pháp hóa sinh .62 IV.1. Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên 63 IV.2. Xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo .64 #.Các công trình xử lý phụ khác 66 I. Khử trùng nước thải 66 I.1. Khử trùng bằng phương pháp vật lý 66 I.2. Khử trùng bằng phương pháp hóa học .67 II. Khử mùi và vị .68 III. Loại chất phóng xạ 68 Phần IV. Kết luận 70 Tài liệu tham khảo .74 Phụ lục .76

pdf81 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 24/04/2013 | Lượt xem: 5401 | Lượt tải: 42download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
tử ( phản ứng khử ), ( trang 106, [11] ). _ Các quá trình này được nghiên cứu để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất xyanua, sunfoxyanua, các amin, alcol, các alđêhit, hợp chất nitơ, thuốc nhuộm azo, sunfit, mecaptan,…. Trong quá trình oxy hóa điện hóa, các chất trong nước thải bị phân rã hoàn toàn thành CO2 , NH3 và nước hay tạo thành các chất không độc và đơn giản hơn để có thể tách bằng các phương pháp khác. _ Anot được làm từ các vật liệu không hòa tan khác nhau ( Pt, titan, thép không gỉ, than,….). _ Catot được làm bằng Mo, hợp kim của Vonfram với sắt hay niken, graphit, thép không gỉ,… • Cơ chế oxy hóa của anot ( oxy hóa điện hóa ): + Oxy hóa anot của xyanua xảy ra theo phản ứng : CNO- + 2H2O → NH4+ + CO32- hay quá trình oxy hóa có thể dẫn đến sự tạo thành nitơ: 2CNO- + 4OH- - 6e → 2CO2 + N2 + 2H2O. + Quá trình phá hủy xyanua xảy ra do sự oxy hóa điện hóa ở anot và oxy hóa bằng clo được giải phóng ở anot từ sự phân tách NaCl được mô tả như sau : Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 50 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Cl- - 2e → Cl2 CN- + Cl2 + 2OH- → CNO- + 2Cl- + H2O 2CNO- + 3Cl2 + 4OH- → 2CO2 + N2 + 6Cl- + 2H2O + Các sunfoxyanua được phân hủy theo sơ đồ sau : CNS- + 10OH- - 8e → CNO- + SO42- + 5H2O _ Các ion sunfit ở pH=7 bị oxy hóa tới sunfit. Khi pH nhỏ hơn lưu huỳnh có thể được tạo thành. Oxy hóa phenol khi có clorua trong nước ( khi hàm lượng phenol không lớn ) xảy ra theo các phản ứng sau: 4 OH- - 4 e → 2 H2O + O2 2 H+ + 2 e → H2 2 Cl- - 2 e → Cl2 Cl2 + H2O → HClO + HCl HClO + OH- → H2O + ClO- 12 ClO- + 6 H2O - 12e → 4 HCO3- + 8HCl + 3 O2 C6H5OH + 14 O → 6 CO2 + 3 H2O • Cơ chế khử điện hóa: Người ta ứng dụng quá trình khử điện khóa để loại các ion kim loại ra khỏi nước thải với sự tạo thành cặn, nhằm chuyển các cấu tử gây ô nhiễm thành các hợp chất ít độc hơn hoặc về dạng dễ tách khỏi nước như cặn, khí. Qúa trình này có thể được sử dụng để làm sạch nước thải ra khỏi các ion kim loại nặng như: Pb2+, Sn2+, Hg2+, Cu2+, As2+ và Cr2+. Quá trình khử của catot đối với các kim loại nặng xảy ra như sau: Men+ + ne → Me Ở đây các kim loại bám trên catot và có thể thu hồi chúng. _ Phản ứng khử hợp chất Crom: Cr2O72- + 14 H+ + 12e → 2 Cr + 7 H2O Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 51 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào _ Để xử lý nước thải chứa một số, kim loại nặng, người ta tiến hành quá trình làm sạch nước thải khỏi các ion Pb2+, Cd2+, Hg2+, Cu2+ bằng quá trình khử trên catot được làm từ hỗn hợp cacbon và lưu huỳnh. Các ion này lắng trên cực ở dạng sunfua hoặc bisunfua và có thể tách chúng bằng phương pháp cơ học. _ Quá trình khử NH4NO3 trên điện cực than chì xảy ra như sau: NH4NO3 + 2 H+ + 2e → NH4NO2 + H2O NH4NO2 → N2 + 2 H2O ( trang 162-165, [13] ). II.11.2. Tuyển nổi điện: Trong quá trình làm sạch nước thải bằng phương pháp này, việc tách các hạt lơ lửng là nhờ các bọt khí tạo thành trong điện phân nước. Ở anot là nhờ các bóng khí oxy, còn ở catot là hyđro. Khi sử dụng các điện cực tan ( sắt hoặc nhôm ) thì ở catot sẽ diễn ra quá trình hòa tan kim loại. Kết quả là sẽ có các cation ( sắt hoặc nhôm ) chuyển vào nước cùng với nhóm hyđroxyl tạo thành hyđroxit là những chất keo tụ phổ biến trong thực tế xử lý nước thải. Do đó, không gian các điện cực sẽ đồng thời diễn ra quá trình tạo bông keo tụ và tạo bọt khí, tạo điều kiện để bọt khí bám vào bông cũng như quá trình keo tụ chất bẩn, quá trình hấp phụ, dính kết,…, diễn ra mạnh, hiệu suất tuyển nổi cao hơn ( trang 78-79, [10] ). II.11.3. Đông tụ điện: Để làm sạch nước thải công nghiệp chứa các tạp chất phân tán trong nước có độ bền cao, người ta tiến hành quá trình điện phân với việc sử dụng điện cực bằng Al. Dưới tác dụng của dòng điện xảy ra quá trình hòa tan các điện cực, dẫn đến các cation nhôm chuyển vào nước gặp nhóm hydrôxyl tạo thành hydrôxit của các kim loại đó ở dạng bông và quá trình đông tụ xảy ra mãnh liệt. Ưu điểm của phương pháp này là thiết bị gọn và điều khiển đơn giản không sử dụng tác nhân hóa học, ít nhạy cảm với sự thay đổi điều kiện tiến hành quá trình làm sạch, không có các chất độc; bùn cặn có tính chất hóa học và cấu trúc tốt. Nhưng phương pháp này có nhược điểm là tiêu tốn kim loại và chi phí điện năng cao. Phương pháp đông tụ điện được ứng dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm, hóa chất, giấy, bột giấy, lọc nước phù sa, phẩm màu phân tán. III. Các phương pháp hóa học: Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 52 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Các phương pháp hóa học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trung hòa, oxy hóa và khử. Tất cả các phương pháp này đều dùng các tác nhân hóa học nên là phương pháp đắt tiền. Người ta sử dụng các phương pháp hóa học để khử các chất hòa tan và trong các hệ thống cấp nước khép kín. Đôi khi các phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là một phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn nước ( trang169, [13] ). III.1. Phương pháp trung hòa: Nước thải chứa các axit vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa pH về khoảng 6,5 ÷ 8,5 trước khi thải vào nguồn nước hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo. Trung hòa nước thải có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau: _Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm: Phương pháp này được sử dụng khi nước thải của xí nghiệp là axit còn xí nghiệp gần đó có nước thải là kiềm: Cả hai loại nước thải này đều không chứa các cấu tử gây ô nhiễm khác ( trang 169, [13]). _ Trung hòa bằng bổ sung các tác nhân hóa học: Để trung hòa nước axit , có thể sử dụng các tác nhân hóa học như NaOH, KOH, Na2 CO3 , nước amoniac NH4OH, CaCO3, MgCO3 , đolomit ( CaCO3 . MgCO3 ) và xi măng. Tác nhân rẻ nhất là sữa vôi 5 đến 10% Ca(OH)2 , tiếp đó là sođa và NaOH ở dạng phế thải . Đôi khi người ta sử dụng các chất thải khác nhau của sản xuất để trung hòa nước thải. Để trung hòa nước thải kiềm người ta sử dụng các axit khác nhau hoặc khí thải mang tính axit như CO2 ,SO2, NO2,…(trang 169, [13] ). _ Trung hòa nước thải bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa: Người ta thường dùng các vật liệu như manhêtit (MgCO 3 ), đolomit , đá vôi, đá hoa,…và các chất thải rắn như xỉ, xỉ tro làm vật liệu lọc. Quá trình trung hòa được tiến hành trong các thiết bị lọc - trung hòa đặt nằm ngang hoặc đứng. Các thiết bị lọc này dùng để trung hòa nước axit có nồng độ không vượt quá 1,5mg/l và không chứa muối của kim loại nặng. _ Trung hòa bằng các khí axit : Để trung hòa nước thải kiềm, trong những năm gần đây, người ta đã dùng khí thải chứa CO2 ,SO2, NO2,… Việc sử dụng khí axit không những cho Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 53 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào phép trung hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu suất làm sạch chính khí thải khỏi các cấu tử độc hại. Việc sử dụng CO2 để trung hòa nước thải kiềm có nhiều ưu điểm với việc dùng H2SO4 hay HCl và cho phép giảm rất đáng kể chi phí cho quá trình trung hòa. Do độ hòa tan CO2 kém nên mức nguy hiểm do oxy hóa quá mức các dung dịch được trung hòa cũng giảm xuống, các ion CO32- được tạo thành có ứng dụng nhiều hơn so với ion SO42- , Cl- , ngoài ra tác động ăn mòn và độc hại của ion CO32- trong nước nhỏ hơn các ion SO42- , Cl- (trang 174,[13]). III.2. Phương pháp oxy hóa và khử: Để làm sạch nước tự nhiên và nước thải người ta có thể dùng các chất oxy hóa như Clo dạng khí và dạng lỏng, điclooxit, CaOCl2, Ca(ClO)2 và Na, KMnO4, K2Cr2O7, H2O2, O2 , O3 ,MnO2 … Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải chuyển thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hóa học, do đó oxy hóa hóa học chỉ được dùng để loại các tạp chất gây nhiểm bẩn trong nước mà không thể tách bằng phương pháp khác như khử xyanua hay hợp chất hòa tan của As (trang 175,[13]). III.2.1. Oxy hóa bằng Clo : Clo và các chất chứa Clo hoạt tính là chất oxy hóa thông dụng nhất, thường được dùng để tách hydrosunfua, hydrosunfit, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi chất thải. Ví dụ: Quá trình tách xyanua ra khỏi nước thải được tiến hành ở môi trường kiềm (pH = 9 ). Xyanua có thể bị oxy hóa tới N2 và CO2 theo phương trình sau: CN- + 2 OH- + Cl2 → CNO- + 2Cl- + H2O 2CNO- + 4 OH- + Cl2 → CO2 + 6Cl- + N2 + H2O ( trang 176,[13]) III.2.2. Oxy hóa bằng hydro peoxit: H2O2 được dùng để oxy hóa các nitrit, xyanua, phenol, các chất thải chứa lưu huỳnh và các chất nhuộm mạnh. Trong môi trường axit, H2O2 thể hiện rõ chức năng oxy hóa, còn trong môi trường kiềm là chức năng khử. Trong môi trường axit, H2O2 chuyển Fe2+ thành Fe3+ , HNO2 thành HNO3, SO32- thành SO42-, CN- bị oxy hóa trong môi trường kiềm ( pH= 9÷12 ) thành CNO-. Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 54 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Ngoài tính oxy hóa, người ta còn dùng tính khử của H2O2 để loại Clo ra khỏi nước: H2O2 + Cl2 → O2 + 2 HCl H2O2 + NaClO → O2 + NaCl + H2O III.2.3. Oxy hóa bằng oxy không khí: _ O2 trong không khí được dùng để tách Fe ra khỏi nước theo phản ứng: 4 Fe2+ + O2 + 2 H2O → 4 Fe3+ + 4 OH- Fe3+ + 3 H2O → Fe(OH)3 ↓ + 3 H+ _ O2 trong không khí còn được dùng để oxy hóa sunfua trong nước thải của các nhà máy giấy, chế biến dầu mỏ và hóa dầu. Quá trình oxy hóa hydrosunfua thành sunfua lưu huỳnh diễn ra như sau: S-2 → S → SnO62-→ S2O32- → SO32- → SO42- Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng và mức oxy hóa sunfua và hydrosunfua tăng ( trang 177, [13] ). III.2.4. Oxy hóa bằng MnO2: MnO2 được dùng để oxy hóa As3+ đến As5+ theo phản ứng sau: H3AsO3 + MnO2 + H2SO4 → H3AsO4 + MnSO4 + H2O Khi tăng nhiệt độ ( nhiệt độ tối ưu 70-800 ) thì mức oxy hóa tăng. Quá trình oxy hóa này thường được tiến hành bằng cách lọc nước thải qua lớp vật liệu MnO2 hoặc trong thiết bị có khuấy trộn với vật liệu đó ( trang 178, [13] ). III.2.5. Ozon hóa: Oxy hóa bằng ozon cho phép các tạp chất nhiễm bẩn, màu, mùi vị lạ đối với nước, hay có thể làm sạch nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu mỏ, H2S, các hợp chất của As, chất hoạt động bề mặt, xyanua, chất nhuộm, hiđrocacbon thơm, thuốc sát trùng. Trong xử lý nước bằng ozon, các hợp chất hữu cơ bị phân hủy và xảy ra sự khử trùng đối với nước. Các vi khuẩn chết nhanh hơn so với xử lý nước thải bằng Clo vài nghìn lần. Ozon có thể oxy hóa tất cả các chất vô cơ và hữu cơ. Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 55 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Ví dụ: oxy hóa Fe2+, Mn2+ tạo thành kết tủa hyđroxit hay đioxit permanganat không tan: 2 FeSO4 + H2SO4 + O3 → Fe2(SO4)3 + H2O + O2 MnSO4 + O3 + 2 H2O → H2MnO3 + O2 + H2SO4 2 H2MnO3 + 3 O3 → 2 HMnO4 + 3 O2 + H2O Oxy hóa NH3 trong môi trường kiềm như sau: NH3 + 4 O3 → NO3- + 4 O2 + H2O + H+ III.2.6. Làm sạch bằng khử: Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi để xử lý các hợp chất thủy ngân, crom, asen. Trong phương pháp này, hợp chất thủy ngân vô cơ được khử đến thủy ngân kim loại và tách ra khỏi nước nhờ lắng, lọc hoặc keo tụ. Các hợp chất thủy ngân đầu tiên được oxy hóa phân hủy, sau đó các cation thủy ngân được khử đến kim loại. Để khử thủy ngân và các hợp chất của chúng có thể dùng sunfat sắt, hydroxit natri, bột sắt, H2S, bột nhôm,… Phương pháp phổ biến để khử asen là cho nó lắng dưới dạng các hợp chất khó tan, còn các hợp chất chứa crom hóa trị 6 người ta khử nó đến crom hóa trị 3 và cho nó lắng dưới dạng hydroxit trong môi trường kiềm. Chất khử có thể là than hoạt tính, sunfat sắt, bisunfat natri, hydro, dioxit lưu huỳnh, các phế thải hữu cơ. Khử bằng dung dịch bisunfat natri: 4 H2CrO4 + 6 NaHSO3 + 3 H2SO4 → 2 Cr2(SO4)3 + 3 Na2SO4 + 10 H2O Để lắng Cr(III), người ta ứng dụng tác chất kiềm Ca(OH)2, NaOH ( giá trị tối ưu là pH= 8-9,5 ): Cr3+ + 3OH- → Cr(OH)3 Sử dụng sunfat sắt sẽ thu được kết quả tốt. Trong môi trường axit: 2 CrO3 + 6 FeSO4 + 6 H2SO4 → 3 Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + 6 H2O Trong môi trường kiềm: Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 56 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào 2 Cr2O3 + 6 FeSO4 + 6 Ca(OH)2 + 6 H2O → 2 Cr(OH)3 + 6Fe(OH)3 + 6 CaSO4 ( trang 121, [11] ). Có thể lắng Cr(III) bằng axetat bari ( Cr(VI) lắng dưới dạng cromat bari ). Ưu điểm của phương pháp này là có thể xử lý đồng thời Cr(VI) và ion SO42-. III.3. Loại các ion kim loại nặng: Các ion kim loại nặng như thuỷ ngân, crom, cadimi, kẽm, chì, đồng, niken, asen được loại ra khỏi nước thải bằng phương pháp hoá học. Bản chất của phương pháp này là chuyển các chất tan trong nước thành không tan, bằng cách thêm tác chất vào và tách chúng ra dưới dạng kết tủa. Chất phản ứng dùng là hydroxit canxi và natri, cacbonat natri, sulfit natri, các chất thải khác nhau như xỉ sắt – crom chứa: CaO – 51,3%, MgO – 9,2%, SiO2 – 27,4%, Cr2O3 – 4,13%, Al2O3 – 7,2%, FeO – 0,73%. a. Xử lý hợp chất thuỷ ngân: Nước thải bị ô nhiễm thuỷ ngân và các hợp chất thuỷ ngân được tạo thành trong sản xuất clo, NaOH, trong các quá trình điện phân dùng điện cực thuỷ ngân, do sản xuất thuỷ ngân, điều chế thuốc nhuộm, các hidrocacbon, do sử dụng thủy ngân làm chất xúc tác. Thuỷ ngân trong nước có thể tồn tại ở dạng kim loại, các hợp chất vô cơ: oxit, clorua, sunfat, sunfua, nitrat, xianua ( Hg(CN)2 ), thioxanat ( Hg(NCS)2 ), xianat ( Hg(OCN)2 ). Thuỷ ngân kim loại được lọc và lắng. Các hạt không lắng được oxy hoá bằng clo hoặc NaOCl đến HgCl2. Sau đó, xử lý nước bằng chất khử ( NaHSO4 hoặc Na2SO3 ) để loại chúng và clo dư. Thuỷ ngân có thể được tách ra khỏi nước bằng phương pháp khử với các chất khử là sunfat sắt, bisunfit natri, bột sắt, khí H2S, hydrazin. Để lắng thuỷ ngân trước tiên cho vào nước thải sulfat natri, bisunfit natri hoặc khí H2S. Sau đó xử lý nước bằng clorua natri, kali, magiê, canxi hoặc sunfit magiê với lượng 0,1 g/l. Khi đó, thuỷ ngân sẽ lắng ở dạng hạt. Để loại các hạt keo phân tán cao, dùng chất keo tụ Al2(SO4)3. 18H2O, FeSO4. 7H2O… Các hợp chất thuỷ ngân trước tiên bị phân huỷ bằng oxy hoá ( bằng khí clo ), sau khi loại clo dư, cation thuỷ ngân được khử đến Hg kim loại hoặc chuyển sang dạng sunfua khí, rồi loại cặn. b. Xử lý các hợp chất kẽm, đồng, niken, chì, cadimi, coban: Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 57 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Muối các kim loại này, hoá chất chứa trong nước thải tuyển quặng, luyện kim, chế tạo máy, chế biến kim loại, hoá chất, dược phẩm, chế biến sơn, dệt… Xử lý nước thải chứa muối kẽm bằng natri hydroxit: Zn2+ + OH- → Zn(OH)2 Khi pH= 5,4 hydroxit kẽm bắt đầu lắng. Khi pH= 10,5 bắt đầu tan các hydroxit kẽm lưỡng tính. Do đó, quá trình xử lý cần tiến hành với pH= 8-9. Khi sử dụng sođa ta có phản ứng: 2 ZnCl2 + 2 Na2CO3 + H2O → 4 NaCl + (ZnOH)2CO3 ↓ + CO2 Khi pH= 7-9,5 hình thành cacbonat có thành phần 2 ZnCO3, 3 Zn(OH)2; khi pH ≥10 thành phần hydroxit tăng. Xử lý nước thải chứa ion đồng bằng hydroxit: Cu2+ + 2 OH- → Cu(OH)2 2 Cu2+ + 2 OH- + CO32- → (CuOH)2CO3 ↓ Có thể dùng feroxianua kali để tách đồng và các ion kim loại nặng ra khỏi nước. Để loại đồng và cadimi cho nước thải tiếp xúc với SO2 hoặc các sunfit và bột kim loại như kẽm, sắt. Khi đó kim loại khử sunfit thành sunfua, cùng với kim loại nặng hình thành sunfua khó tan. Xử lý niken bằng hydroxit, cacbonat: Ni2+ + 2 OH- → Ni(OH)2 ↓ 2 Ni2+ + 2 OH- + CO32- → (NiOH)2CO3 ↓ Ni2+ + CO32- → NiCO3↓ Cation chì trong dung dịch chuyển thành cặn lắng ở một trong ba dạng dung dịch khó tan: Pb2+ + 2 OH- → Pb(OH)2↓ 2 Pb2+ + 2 OH- + CO32- → (PbOH)2CO3↓ Pb2+ + CO32- → PbCO3↓ Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 58 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Hydroxit chì bắt đầu lắng ở pH= 6. Xử lý coban và cadimi trong nước thải bằng sữa vôi đạt kết quả tối đa. Nước thải có thể chứa nhiều kim loại khác nhau, chúng thường được loại đồng thời bằng canxi hydroxit. Lắng đồng thời vài kim loại khác nhau có hiệu quả tốt hơn so với khi lắng từng kim loại do hình thành tinh thể hỗn hợp và hấp phụ kim loại trên bề mặt pha rắn. Xử lý nước thải bằng kiềm cho phép giảm nồng độ kim loại nặng đến đại lượng thải vào hệ thống nước thải sinh hoạt. Khi độ sạch yêu cầu cao hơn thì phương pháp này không đáp ứng. Để làm sạch hơn xử lý nước thải bằng sunfua natri, vì độ hoà tan của các sunfua kim loại thấp hơn của các hidroxit và cacbonat rất nhiều. Quá trình lắng sunfua diễn ra khi pH thấp hơn so với khi lắng hydroxit và cacbonat. Để loại kim loại cũng có thể sử dụng pirit hạt hoặc bột, sunfua các kim loại không độc. Nhược điểm của phương pháp này là hình thành cặn khó tách ra khỏi nước. Ngoài ra, nước sau khi xử lý chứa lượng lớn muối canxi, khó sử dụng lại trong hệ thống tuần hoàn nước. c. Xử lý hợp chất asen: Để xử lý asen trong nguồn nước ứng dụng phương pháp phản ứng, hấp phụ, điện hoá, chiết và các phương pháp khác. Lựa chọn phương pháp xử lý phụ thuộc vào dạng asen hoà tan, thành phần, độ axit và các chỉ số khác của nước. Khi nồng độ asen cao có thể ứng dụng phương pháp lắng hoá học dưới dạng các chất khó tan ( asenat, asenit các kim loại kiềm thổ và kim loại nặng, sunfua và hydroxit asen ). Asen là một chất độc mạnh có tác dụng tích lũy và có khả năng gây ung thư và đây cũng là một chất khó xử lý. Gần đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra một phương pháp xử lý asen đạt hiệu quả cao và chi phí thấp. Đó là phương pháp xử lý bằng cây dương xỉ. Một số nhà khoa học Mỹ vừa phát hiện ra một loài dương xỉ có tên là Pteris vittata có khả năng hút chất asen ra khỏi nước bị nhiễm độc. Loài thực vật này sẽ làm giảm mức độ ô nhiễm xuống mức giới hạn an toàn, do Cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ đặt ra, chỉ trong vòng một ngày. Phương pháp "lọc sinh vật" này sẽ giúp mang lại một phương thức rẻ tiền để loại bỏ chất asen ra khỏi nguồn nước sinh hoạt. Người ta sẽ trồng loại dương xỉ này trực tiếp trong nước để hút asen, tương tự như việc dùng thảm lau sậy để loại bỏ các chất thải hữu cơ hiện nay. Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 59 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Pteris vittata là một loài thực vật hấp thụ asen được phát hiện ba năm trước đây. Loài thực vật này có khả năng chứa được tới 22g asen/kg thân cây, đồng thời có khả năng sinh trưởng rất nhanh và khỏe mạnh. Trên những vùng đất không bị ô nhiễm, hàm lượng asen trong dương xỉ thay đổi từ 11,8-64 phần triệu. Tuy nhiên, những cây dương xỉ mọc trong vùng đất ô nhiễm tại miền Trung Florida lại có nồng độ cao từ 1.442-7.526 phần triệu. Asen tập trung phần lớn trên những chiếc lá xanh dạng dải hay lá hình lược của dương xỉ. Dương xỉ diều hâu xuất xứ từ châu Phi, châu Á và Australia. Hiện nay chúng đã thích nghi được với các vùng đất ấm hơn ở châu Mỹ. Ông Mark Elless thuộc Công ty Hệ thống Edenspace cùng các đồng sự đã phân tích một thử nghiệm công dụng của loại dương xỉ này bằng cách đo đạc thời gian và lượng asen mà chúng hút được. Kết quả là trong 24 giờ, loại cây này đã giảm được tới 200 microgram asen trong mỗi lít nước. Những cây này có thể được sử dụng nhiều lần. Không giống như một số phương pháp loại bỏ asen khác, phương pháp lọc sinh học này không tạo ra các chất thải hóa học giàu asen khó xử lý. Thay vào đó, chất nhựa được ép ra từ thân cây dương xỉ này có ¾ là asen, có thể chiết xuất ra để dùng trong công nghiệp. Ông Andrew Maharg, một chuyên gia nghiên cứu về khả năng hấp thụ chất asen của cây cối tại Đại học Aberdeen (Anh) cho rằng "đây là một công nghệ thú vị". Nhưng ông cho rằng công nghệ này sẽ có tác dụng tốt nhất nếu được sử dụng để lọc nước với quy mô nhỏ tại các nước đang phát triển. Nguồn nước sinh hoạt và tưới tiêu được lấy từ tầng nước ngầm bị nhiễm độc asen hiện đang là một mối đe dọa sức khỏe lớn tại Bangladesh và Ấn Độ. Khi nguồn nước bị nhiễm độc này được dùng để tưới tiêu, chất độc sẽ theo nước nhiễm vào ngũ cốc, hoa màu. Theo ước tính, có khoảng ba nghìn người Bangladesh có thể chết mỗi năm do nhiếm độc asen. Elless và các đồng nghiệp hy vọng rằng khám phá của họ sẽ có thể giúp làm sạch nguồn nước ở những nước này; đặc biệt, loài dương xỉ tỏ ra thích hợp với những vùng khí hậu nóng, ẩm như ở các quốc gia Đông Á này. Nhưng ông Meharg thì thận trọng hơn. Ông chỉ ra rằng loài dương xỉ này có thể sẽ khó mà lọc được một lượng nước tưới tiêu lớn, và ở Bangladesh thiếu những cơ sở hạ tầng cần thiết để bảo trì những cơ sở lọc nước như vậy. Cho tới nay, phương pháp này tỏ ra có hiệu quả ở những nước giàu hơn. Thí dụ, hàng nghìn hệ thống cung cấp nước ở Mỹ đã đạt được tiêu chuẩn mới của EPA (tới tháng 1-2006 mới có hiệu lực) về nồng độ asen trong nước sinh hoạt thấp: chỉ 10 microgram trong mỗi lít nước. Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 60 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào (VnExpress, Thứ hai, 3/3/2003). d. Xử lý muối sắt: Sắt chứa trong nước thải nhà máy hoá chất, luyện kim, chế tạo máy, chế biến kim loại, dệt, nhuộm, hoá dầu, dược phẩm… Để khử sắt ứng dụng phương pháp sục khí, hoá học, hấp phụ, lọc ngược… Quá trình lọc diễn ra như sau: 4 Fe2+ + O2 + 2 H2O → 4 Fe3+ + 4 OH- Fe3+ + 3 H2O → Fe(OH)3↓ + 3 H+ Nếu trong nước có ion bicacbonat: 4 Fe2+ + 8 HCO3- + O2 + 2 H2O → 4 Fe(OH)3 ↓ + 8 CO2 Cặn Fe(OH)3 được loại ra khỏi nước bằng lắng hoặc lọc. Khi nồng độ sắt cao, phương pháp sục khí không cho phép loại chúng hoàn toàn, vì vậy phải dùng phương pháp hoá học. Chất phản ứng có thể là clo, clorat canxi, permanganat kali, ozon, oxit canxi, sođa…Phản ứng liên kết với clo: 2 Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 → 2 Fe(OH)3 ↓ + 6 CO2 ↑ + CaCl2 Phản ứng liên kết với permanganat kali: 3 Fe(HCO3)2 + KMnO4 + 2 H2O → 3 Fe(OH)3 ↓ + 5 CO2 + MnO2 + KHCO3 Nếu sắt ở dạng các hợp chất hữu cơ hoặc keo thì ta ứng dụng phương pháp ozon hoá. e. Xử lý các hợp chất mangan: Các hợp chất mangan chứa trong nước thải nhà máy luyện kim, chế tạo máy và hoá chất. Khi nồng độ mangan lớn hơn 0,05 mg/l nước có màu tối. Loại mangan ra khỏi nước có thể ứng dụng các phương pháp sau: _ Xử lý bằng permanganat kali. Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 61 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào _ Sục khí với sự vôi hoá. _ Lọc nước qua cát mangan hoặc cation mangan. _ Ozon hoá, clo hoá hoặc oxy hoá bằng dioxit clo. Khi xử lý bằng permanganat kali sẽ hình thành dioxit mangan: 3 Mn2+ + 2 MnO4- + 2 H2O → 5 MnO2 ↓ + 2 H2 ↑ Khi pH= 9,5 mangan được loại hoàn toàn, còn khi pH< 7,5 nó gần như không bị oxy hoá bởi oxy không khí. Để kết thúc quá trình oxy hoá sau khi sục khí cho thêm vào nước Ca(OH)2 hoặc sođa để tăng pH. Mn(II) có thể loại ra khỏi nước nhờ oxy hoá bởi clo, ozon hoặc dioxit clo. Tiêu hao clo cho oxy hoá 1 mg Mn là 1,3 mg, tiêu hao ClO2 là 1,35 mg và O3 là 1,45 mg. Tuy nhiên để sử dụng các chất khử này cần xây dựng các thiết bị phức tạp nên trong thực tế chúng không được ứng dụng. Trong các phương pháp trên hiệu quả nhất là phương pháp xử lý bằng permanganat kali vì nó không đòi hỏi thiết bị phức tạp và dễ kiểm tra (trang 122-124, [11]). IV. Phương pháp hóa sinh: Phương pháp hóa sinh xử lí nước thải dựa trên khả năng của vi sinh sử dụng đối với các chất này làm chất dinh dưỡng trong hoạt động sống - các chất hữu cơ đối với vi sinh là nguồn cacbon. Phương pháp vi sinh được ứng dụng để loại các chất hữu cơ hoà tan và một số hữu cơ ra khỏi nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp. Khi tiếp xúc với các chất hữu cơ vi sinh phân huỷ chúng một phần thành nước, khí cacbonic, ion nitric và ion sulfat…. Phần khác tạo thành khối sinh học. Sự phân hủy chất hữu cơ được gọi là oxy hóa sinh học. Có hai phương pháp xử lý sinh hóa là hiếu khí và yếm khí. Phương pháp hiếu khí dựa vào việc sử dụng nhóm vi sinh hiếu khí, đối với hoạt động của của chúng cần có dòng oxy cố định và nhiệt độ 20 – 400C. Khi thay đổi chế độ oxy và nhiệt độ thì thành phần và khối lượng vi sinh thay đổi. Trong xử lý hiếu khí các vi sinh được cất trong bùn hoạt tính hoặc trong màng sinh học. Các phương pháp yếm khí diễn ra không cần oxy, chúng được ứng dụng chủ yếu để khử chất cặn độc. Bùn hoạt tính là hệ keo vô định hình, khi pH = 4 – 9 thì nó có điện tích âm. Thành phần bùn hoạt tính của hệ thống xử lý nước thải nhà máy than cốc có công thức C97H199O53N28S2, của nhà máy nitơ C90H167O24N28S8, của hỗn hợp PCV và BCV là C11H212O82N20S và của nước thải đô thị là C54H212O82N8S7. Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 62 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Chất khô của bùn hoạt tính chứa 70 – 90% hữu cơ và 10 – 30% vô cơ. Chất nền trong bùn hoạt tính có thể đến 90% là phần chất rắn của rêu tảo và các phần rắn khác nhau. IV.1. Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên: Các quá trình xử lý sinh học có thể diễn ra trong điều kiện tự nhiên và trong các công trình nhân tạo. Trong điều kiện tự nhiên việc xử lý xảy ra trên các cánh đồng tưới, cánh đồng lọc và các ao sinh học. Các công trình nhân tạo là các bể thông khí (aerotank) và các thiết bị lọc sinh học. Kiểu công trình xử lý được chọn phụ thuộc vào vị trí nhà máy, điều kiện khí hậu, nguồn cấp nước, thể tích nước thải công nghiệp và sinh hoạt, thành phần và nồng độ chất ô nhiễm. Trong các công trình nhân tạo, các quá trình xử lý xảy ra lớn hơn trong điều kiện tự nhiên. a) Cánh đồng tưới: Đó là khu đất được chuẩn bị riêng biệt để sử dụng đồng thời hai mục đích: Xử lý nước thải và gieo trồng. Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên diễn ra dưới tác dụng của hệ vi thực vật dưới đất, mặt trời, không khí và dưới ảnh hưởng của thực vật. Trong đất, cánh đồng tưới có vi khuẩn, men, nấm, rêu tảo, động vật nguyên sinh và động vật không xương sống. Nước thải chứa chủ yếu là vi khuẩn. Trong lớp đất tích cực xuất hiện sự tương tác phức tạp của các vi sinh vật có bậc cạnh tranh. Số lượng vi sinh vật trong cánh đồng tưới phụ thuộc vào thời tiết trong năm. Vào mùa đông, số lượng vi sinh vật nhỏ hơn rất nhiều so với mùa hè. Nếu trên các cánh đồng không gieo trồng cây nông nghiệp và chúng chỉ được dùng để xử lý sinh học nước thải thí chúng được gọi là các cánh đồng lọc nước. Các cánh đồng tưới sau khi xử lý sinh học nước thải, làm ẩm và bón phân được xử dụng để gieo trồng cây có hạt và cây ăn tươi, cỏ, rau cũng như để trồng cây lớn và cây nhỏ (dạng cây bụi, khóm). Cánh đồng tưới có các ưu điểm sau so với các aerotank: 1. Giảm chi phí đầu tư và vận hành. 2. Không thải nước ra ngoài phạm vi diện tích tưới. 3. Bảo đảm được mùa cây nông nghiệp lớn và bền. 4. Phục hồi đất bạc màu. Trong quá trình xử lý sinh học, nước thải đi qua lớp đất lọc, trong đó các hạt lơ lửng và keo được giữ lại, tạo thành màng trong lỗ xốp của đất. Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 63 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Sau đó màng được tạo thành này hấp thụ các hạt keo và các chất tan trong nước thải. Oxy từ không khí xâm nhập vào lỗ xốp oxy hóa các chất hữa cơ, chúng chuyển thành các hợp chất vô cơ. Oxy khó xâm nhập và lớp đất dưới sâu, vì vậy sự oxy hóa mãnh liệt nhất diễn ra trong lớp đất phía trên (0,2 – 0,4m). Nếu không đủ oxy sẽ xảy ra các quá trình yếm khí. Các cánh đồng tưới tốt nhất nên bố trí trên cát, đất sét thịt và đất đen. Nước ngầm không được cao hơn 1,25m tính từ mặt đất. Nếu nước ngầm cao hơn thì cần phải lắp hệ thống thoát nước. b) Ao sinh học: Ao sinh học là dãy ao gồm 3 – 5 bậc, qua đó nước thải chảy với vận tốc nhỏ, được lắng trong và xử lý sinh học. Các ao được ứng dụng để xử lý sinh học và xử lý bổ sung trong tổ hợp với các công trình xử lý khác. Ao được chia thành 2 loại: ao thông khí tự nhiên và ao nhân tạo. Ao thông khí tự nhiên không sâu (0,5 – 1m) được sưởi nóng bằng mặt trời và các vi sinh vật nước. Để hoạt động bình thường cần phải đạt pH tối ưu và nhiệt độ không thấp hơn 6oC. Kích thước ao phải bảo đảm thời gian lưu cần thiết của nước thải và vận tốc oxy hóa được đánh giá theo BOD của chất phân huỷ chậm nhất. IV.2. Xử lý nước thải trong công trình nhân tạo: Việc xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo được tiến hành trong bể thông khí (aerotank) hoặc thiết bị sinh học. a) Xử lý trong bể thông khí: Aerotank là bể chứa bằng beton cốt sắt được thông khí. Quá trình xử lý trong aerotank diễn ra theo dòng nước thải được sục khí và trộn với bùn hoạt tính. Nước thải được đưa vào bể lắng, để tăng cường sự lắng các hạt lơ lửng có thể đưa vào một phần bùn hoạt tính, sau đó nước trong đi vào bể ổn định - thông khí sơ bộ, đưa thêm vào đây một phần bùn hoạt tính từ bể lắng đợt II. Ở đây nước thải được sục khí trong 15 – 20 phút. Trong trường hợp cần thiết có thể đưa thêm chất dinh dưỡng vào bể này. Từ bể ổn định nước thải được đưa vào bể aerotank, trong đó bùn hoạt tính được tuần hoàn từ ngăn. Các quá trình sinh học được xảy ra trong aerotank được chia thành 2 giai đoạn: 1. Hấp thụ các chất hữu cơ trên bề mặt bùn hoạt tính và khoáng hoá các chất dễ bị oxy hoá với sự tiêu thụ mãnh liệt oxy. 2. Oxy hóa bổ sung các chất khó bị oxy hóa, tái sinh bùn hoạt tính. Ở giai đoạn này oxy hóa tiêu thụ chậm. Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 64 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Aerotank là bể lộ thiên có chiều sâu 2-5m, được chia thành 2 phần: phần tái sinh (25% thể tính chung) và phần thông khí, trong đó diễn ra quá trình xử lý chính. Sự hiện diện của phần tái sinh cho phép xử lý nước thải đậm đặc hơn và tăng nămg suất của hệ. Trước bể aerotank nước thải không được chứa hơn 150 mg/l hạt lơ lửng và 25 mg/l sản phẩm dầu mỏ. Nhiệt độ nước thải không thấp hơn 60C và không cao hơn 300C, pH= 6,5-9. b. Xử lý trong thiết bị lọc sinh học: Thiết bị lọc sinh học là thiết bị mà bên trong thân của nó có bố trí đệm dạng thỏi và cơ cấu phân phối nước và không khí . Trong thiết bị lọc sinh học nước thải được lọc qua lớp vật liệu bao phủ màng vi sinh. Vi sinh trong màng oxy hóa các chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Như vậy , chất hữu cơ được tách ra khỏi nước còn khối lượng màng sinh học tăng lên. Màng sinh học chết trôi theo nước ra khỏi thiết bị. Vật liệu đệm là vật liệu có độ xốp cao, khối lượng riêng nhỏ và bề mặt riêng lớn như đá dăm, xỉ, đá cuội, keramit, các vòng sứ nhựa hoặc kim loại… Màng sinh học đóng vai trò như bùn hoạt tính, nó hấp thụ và phân huỷ các chất hữu cơ trong nước thải. Cường độ oxy hóa trong thiết bị lọc sinh học thấp hơn trong aerotank. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý trong thiết bị lọc sinh học là: BOD của nước thải, bản chất của chất hữu cơ ô nhiễm, vận tốc oxy hóa, cường độ thông khí, chiều dài màng sinh học, thành phần vi sinh, diện tích và chiều cao. Thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt có năng suất thấp nhưng đảm bảo xử lý tuần hoàn. Tải trọng thuỷ lực của chúng là 0,5 – 3m3/(m2.ngày đêm). Chúng được sử dụng để xử lý nước với năng suất đến 100m3/ngày đêm nếu BOD < 200mg/l. Thiết bị sinh học cao tải hoạt động với tải trọng thuỷ lực 10 - 30m3/(m2.ngày đêm), lớn hơn thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt 10 – 15 lần nhưng nó không đảm bảo xử lý sinh học tuần hoàn. Để hòa tan oxy tốt hơn tiến hành không khí. Thể tích không khí không vượt quá 16m3 trên 1 m3 nước thải. Khi BOD20 > 300 mg/l nhất định phải tuần hoàn nước thải. Tháp sinh học cho xử lý nước thải có năng suất đến 5000m3/ngày đêm. Thiết bị thông khí lọc - sinh học là các nửa ống hình trụ đường kính 80 mm được bố trí nằm ngang xen kẻ nhau. Nước thải đi vào từ trên, đổ đầy vào nửa ống trụ và chảy tràn xuống dưới. Ở mặt ngoài của ống hình thành các máy sinh học, còn bên trong ống là khối sinh vật giống như bùn hoạt tính. Nước Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 65 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào được bảo hòa oxy khi chảy từ trên xuống. Thiết bị này có năng suất và hiệu quả xử lý cao. c) Phương pháp yếm khí: Phương pháp này được ứng dụng để lên men cặn tạo thành trong xử lý hóa sinh nước thải sản xuất và xử lý bậc một nước thải đậm đặc (BODtp = 4 – 5 g/l), chứa các chất hữu cơ bị phân huỷ bởi các vi sinh yếm khí. Tuỳ thuộc vào sản phẩm cuối mà được chia thành các dạng lên men: cồn, axit, sữa, mêtan…Sản phẩm cuối tương ứng là cồn, axit, axeton và khí (CO2, H2, CH4). Quá trình lên men được tiến hành trong thiết bị metanten – là bình chứa kín được trang bị cơ cấu nhập và tháo cặn. Phương pháp yếm khí có thể được sử dụng để xử lý chất thải đậm đặc của công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, chế biến len, axit béo tổng hợp. Trong điều kiện lên men ấm thời gian lưu của nước thải trong bể metanten là 7 – 15 ngày đêm; trong điều kiện không thông thuỷ 15 – 30 ngày đêm. Sau khi lên men BODtp trong nước thải là 1,5 – 2g/l sẽ được xử lý tiếp trong aerotank. Lượng khí lên men rất lớn, đến 0,5 – 0,7m3/kg BODtp (trang 124-133, [11]). # Các công trình xử lý phụ khác: I. Khử trùng nước thải: Qua các công trình xử lý cơ học cũng như sinh học không loại trừ được một cách triệt để các loại vi khuẩn, nhất là vi khuẩn gây bệnh, bởi vậy nước thải cần được khử trùng trước khi xả vào nguồn. Để khử trùng nước thải, người ta có thể sử dụng hai phương pháp là : phương pháp vật lí và phương pháp hóa học. I.1. Khử trùng bằng phương pháp vật lý: I.1.1. Phương pháp nhiệt: Đây là phương pháp đơn giản và lâu đời nhất, giết được các vi thể gây bệnh như các vi khuẩn, vi trùng, nang , trứng. Đó là biện pháp hiệu quả trong xử lý phạm vi hộ gia đình, song không khả thi trong xử lý nước cấp cho cộng đồng, chỉ sử dụng trong trường hợp khẩn cấp ( trang 121, [19] ). I.1.2. Khử trùng bằng tia cực tím: Là phương pháp khử trùng đối với nước trong, hiệu quả giảm đang kể khi nước đục hoặc chứa các phần tử như nitrat, sunfat và sắt ( trang 221, [19] ). Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 66 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Nước làm sạch bằng phương pháp này không bị thay đổi tính chất và vị của nó. Tuy nhiên, phương pháp này giá thành cao chỉ thấy ở các nước phát triển ( trang 221, [19] và trang 59, [11] ). I.1.3. Khử trùng bằng siêu âm: Đây là một phương pháp khử trùng triệt để nhưng tốn kém. Dưới tác dụng của sóng siêu âm giết chết các tế bào thực, động vật, các vi sinh và cả những cơ thể lớn hơn rất độc có trong nước uống và nước kỹ thuật ( trang 59, [11] ). I.2. Khử trùng bằng phương pháp hóa học: Cơ sở của phương pháp này là sử dụng các chất oxy hóa mạnh để oxy hóa men của tế bào vi sinh vật và tiêu diệt chúng. Các hóa chất thường dùng là các halogen như: clo, brôm, iod, clodioxit và các hợp chất khác của clo, ozon, kali permanganat, hydro, peoxit,…Phương pháp khử trùng hóa học có hiệu suất cao nên được sử dụng rất rộng rãi và cho mọi quy mô ( trang 168, [20] ). I.2.1. Sát trùng nước bằng clo và các hợp chất của clo: Bản chất tác dụng khử trùng của clo là quá trình oxy hóa khử diễn ra khi tương tác clo và các hợp chất của nó với các chất hữu cơ ở mạng vi sinh. Axit tham gia vào phản ứng với men khuẩn và phá hủy trao đổi trong mạng khuẩn. Tẩy trùng bằng clo sẽ diễn ra quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, thí dụ các chất mùn khoáng thành CO2, sắt(II) oxy hóa thành sắt (III); Mn (II) thành Mn(IV), các chất huyền phù bền vững chuyển thành không bền vững do sự phân hủy của chất keo bảo vệ. Clo hóa có vai trò to lớn trong việc làm sạch các tạp chất lơ lửng phân tán mịn trong nước, khả năng làm mất màu nước và tạo điều kiện thuận lợi để làm trong nước và lọc nước. Clo hòa tan vào trong nước thành hai axit – clorua và clorat: H2O + Cl2 → HCl + HClO Axit clorat rất yếu và sự phân ly của nó phụ thuộc vào pH của môi trường. pH càng thấp nồng độ axit clorat càng cao và do có thế oxy hóa khử cao tạo điều kiện khử trùng nước. Vì vậy, khử trùng nước bằng clo và các hợp chất chứa clo nên tiến hành trước khi cho chất kiềm vào nước ( trang 56- 57, [11] ). Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 67 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Sử dụng phương pháp này diệt khuẩn cho nước rất phổ biến vì hiệu quả cao và kinh tế. I.2.2. Khử khuẩn bằng ozon: Phương pháp ozon hóa được dùng ngày càng nhiều để xử lý nước thải và nước uống nhất là ở các nước phát triển, vì nó có hiệu quả trong việc khử các hợp chất gây mùi vị khó chịu hay màu cho nước. Tuy nhiên, do thiết bị ozon hóa phức tạp, giá thành khử trùng cao nên việc sử dụng ozon ở các nước đang phát triển còn bị hạn chế ( trang 222-223, [19] ). I.2.3 Khử khuẩn bằng iod: Khử khuẩn bằng Iod cần liều lượng cao, nhưng không hiệu quả khi nước khử trùng có màu hoặc đục. Do dễ bay hơi trong các dịch thể nên phương pháp này chỉ sử dụng khi khẩn cấp và bị hạn chế nhiều ( trang 222, [19] ). I.2.4. Khử khuẩn bằng KMnO4: Là chất oxy hóa mạnh, có hiệu quả chống lại vi khuẩn gây bệnh thổ tả nhưng không hiệu quả đối với các mầm bệnh khác. Nó để lại các vệt màu trong thùng đựng nên phương pháp này cũng rất ít sử dụng. II. Khử mùi và vị ( tẩy uế ): Tẩy uế là xử lý nước với mục đích khử các mùi hôi và vị gây nên bởi các chất khác nhau có mặt trong nước đôi khi với lượng không xác định được qua phân tích. Mùi trong nước có thể do: H2S, C6H5OH, Cl2, các muối hòa tan,…, các chất hoạt động bề mặt trong nước hay các chất độc trong nông nghiệp đưa đến. Tẩy uế bằng cách lọc qua lớp than hoạt tính. Để khử phenol và clophenol ứng dụng clo hóa nước, nhận được dẫn xuất polyclo không có mùi hôi. Tác dụng khử mùi và vị của clo có thể tăng lên nếu thêm permanganat. Phương pháp ozon hóa cũng là phương pháp làm vị nước tốt hơn. Phương pháp này được dùng trong làm sạch các chất hoạt động bề mặt có trong nước ( trang 61-62, [11]). III. Loại chất phóng xạ: Trong nước tự nhiên có chứa các chất phóng xạ có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo. Có thể khử hoạt tính của nước bằng hai cách: Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 68 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào _ Giữ nước trước khi đưa đi sử dụng một khoảng thời gian đủ để phân hủy các đồng vị có thời gian sống ngắn. _ Loại các chất phóng xạ lơ lửng. Loại các chất phóng xạ trong nước bằng cách chưng cất, để lắng, lọc, keo tụ, hấp phụ ( bằng đất sét, than hoạt tính, các chất hấp phụ kim loại và các chất khác ) trao đổi ion và kết hợp giữa các phương pháp trên ( trang 75, [11]). Trong ngành công nghiệp xử lý các chất phóng xạ từ trước đến nay người ta thường chôn chúng trong các hố khoan sâu trong lòng đất ở các nơi hoang vắng, cách xa các khu dân cư. Đối với các chất thải phóng xạ có cường độ thấp người ta thường pha loãng rồi đổ xuống biển hay đại dương ( ! ). Trong một số trường hợp nguy hiểm người ta trộn bả thải khô với một số chất phụ gia rồi nấu chảy thành thủy tinh sau đó cất giữ các khối thủy tinh rắn này vào trong các hầm chứa đặc biệt. Hiện nay, người ta cho rằng đây là phương pháp bảo quản chất thải phóng xạ bảo đảm nhất và an toàn nhất ( trang 97, [6]). Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 69 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào PHẦN VI: KẾT LUẬN Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 70 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Về phương diện khoa học, môi trường là một lĩnh vực liên ngành, đa ngành; còn về phạm vi ảnh hưởng của nó là một trong những đối tượng mang tính toàn cầu rõ rệt nhất. Nếu sự ô nhiễm môi trường là một tai họa thì “ tai họa này không phải của riêng ai “, mà là chung của tất cả các quốc gia, của toàn nhân loại. Vâng ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm nguồn nước nói riêng đang là một vấn đề đáng quan tâm hiện nay. Ngày nay, với sự phát triển công nghiệp, đô thị và sự bùng nổ dân số đã làm cho nguồn nước tự nhiên bị hao kiệt và ô nhiễm dần. Vì thế, con người phải biết xử lý các nguồn nước cấp để có đủ số lượng và đảm bảo đạt chất lượng cho mọi nhu cầu sản xuất công nghiệp và sinh hoạt, cho chính mình và giải quyết hậu quả của chính mình. Vấn đề xử lý nước nói chung đang trở thành vấn đề cấp bách mang tính chất xã hội và chính trị của cộng đồng. Nước ta là một nước đang phát triển, nền công nghiệp mới bắt đầu được xây dựng, chưa có những khu công nghiệp lớn và tập trung, giao thông vận tải chưa phát triển, số lượng xe cộ chưa nhiều…cho nên nếu nhìn tổng thể thì mức độ ô nhiễm ở nước ta chưa nghiêm trọng, tỉ trọng của các ngành công nghiệp trong các yếu tố gây ô nhiễm chưa cao. Tuy nhiên, nếu xét cục bộ thì ở một số thành phố lớn như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh; một số thị xã, thị trấn và vùng phụ cận của một số nhà máy, xí nghiệp…tình trạng ô nhiễm đôi khi là nghiêm trọng. Ở các thành phố lớn và các khu đông dân cư, các yếu tố gây ô nhiễm chủ yếu là các chất thải sinh hoạt. Mấy năm gần đây, tình hình ô nhiễm ở các khu vực này ngày càng trở nên trầm trọng hơn vì tốc độ đô thị hóa ngày càng cao, trong khi sự phát triển cơ sở hạ tầng chưa đáp ứng kịp. Cũng cần phải thừa nhận rằng tình trạng nghèo khó, dân trí còn thấp, trình độ quản lý đô thị còn thấp, mật độ dân số cao…cũng là những yếu tố làm cho vấn đề ô nhiễm trở nên nặng nề hơn. Ở các khu công nghiệp và vùng phụ cận, tuy quy mô không lớn nhưng do hầu hết các nhà máy đều có công nghệ cũ, lạc hậu, không có công đoạn xử lý chất thải, tất cả các chất thải đều được thải trực tiếp vào môi trường, cho nên ở các khu vực này tình trạng ô nhiễm là nghiêm trọng, đôi khi sự ô nhiễm còn ảnh hưởng cả đến các vùng khác qua các con đường lan truyền tương ứng. … Các chất thải từ hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt của người dân mà các nguồn nước ở nước ta hiện nay đang bị ô nhiễm với các mức độ khác nhau, đặc biệt là ở các thành phố lớn, các khu công nghiệp và các vùng phụ cận… Một trong những mục tiêu và nhiệm vụ chủ yếu của thời kỳ đẩy mạnh Công nghiệp hóa- Hiện đại hóa đất nước mà Đại hội Đảng lần thứ VIII đã đề ra là: “ dân cư thành thị và 80% dân số nông thôn được cung cấp nước sạch ” và cần “ xây dựng quy hoạch bảo vệ và khai thác hợp lý nguồn nước,đáp ứng yêu cầu của sản xuất và đời sống”. Để làm được điều đó chúng ta phải “ bằng và dựa vào khoa học và công nghệ ” ( Nghị quyết Trung ương lần thứ II, khóa III ). Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 71 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Để có được nguồn nước sạch để sinh hoạt và sản xuất, thì các nguồn nước thải nói chung cần phải được xử lý qua các công đoạn khác nhau đảm bảo không bị ô nhiễm trước khi đổ vào nguồn. Hiện nay có rất nhiều các phương pháp xử lý khác nhau. Mỗi phương pháp đều có ưu điểm của nó, tùy theo nguồn nước thải mà ta sử dụng phương pháp thích hợp. Đối với nước ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên hay nước thải sinh hoạt thường chứa các chất hữu cơ hòa tan dễ bị vi sinh vật phân hủy thì ta dùng phương pháp sinh học ( hiếu khí, kỵ khí, thiếu khí ). Nếu lượng nước thải bé và không chứa các thành phần độc hại thì các quá trình tự nhiên như sa lắng, oxy hóa sinh học…đủ sức làm sạch chúng, và do đó người ta có thể thải trực tiếp nước thải vào sông, hồ hay biển. Tuy nhiên, ngày nay ở các thành phố và khu công nghiệp lớn, lượng nước thải sinh hoạt rất lớn (bình quân 200 l/người/ngày) và có chứa nhiều thành phần độc hại, mặt khác nguồn nước tự nhiên ngày nay cũng đã bị ô nhiễm nhiều hơn do ảnh hưởng từ các nguồn nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Vì vậy chúng cần được xử lý trước khi thải vào môi trường. Quá trình xử lý nước thải trường hợp này thường được chia thành ba giai đoạn sau: giai đoạn xử lý sơ bộ để loại các chất phân tán lớn, giai đoạn hai là loại bỏ các tạp chất hữu cơ có mặt trong nước ở hàm lượng lớn bằng cách dùng quá trình oxy hóa sinh học, sau cùng là giai đoạn loại bỏ triệt để các tạp chất có hại đến mức đạt tiêu chuẩn của nước uống, người ta có thể tiến hành các công việc như lọc , keo tụ, loại phot phat, loại các hợp chất của nitơ, sử dụng các phương pháp điện hóa, khử mùi, vị, sát trùng nước. Đối với nước thải công nghiệp thì thường dùng phương pháp hóa lí và hóa học để loại bỏ các chất khó tan, khó bị vi sinh vật phân hủy hoặc các kim loại nặng từ các nhà máy công nghiệp hóa chất, mạ điện, công nghiệp dệt, sản xuất thuốc trừ sâu… nên việc xử lý nước thải công nghiệp khó hơn nhiều so với việc xử lý nước thải sinh hoạt. Việc làm sạch các nguồn nước thải công nghiệp được thực hiên cũng gần giống như đối với nước thải thông thường. Các phương pháp xử lý sơ bộ, lắng, lọc, keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, điện hóa,…cũng được sử dụng một cách rộng rãi, cũng như một số phương pháp sinh hóa sử dụng vi sinh vật đối với một số hợp chất hữu cơ đặc biệt. Đối với các kim loại độc như Cd, Pb, Hg, As,… hay không độc hại nhưng cũng nguy hiểm đến sức khỏe con người và sinh vật được loại ra bằng cách kết tủa hóa học, trao đổi ion hay chiết bằng dung môi. Đối với các muối tan và lơ lửng, người ta dùng các phương pháp như kết tủa, trao đổi ion, điện phân, điện thẩm tách, các chất oxy hóa mạnh, điện hóa,…Đối với các chất phóng xạ thì có thể cô đặc rồi chứa trong những thùng chứa đặc biệt và cất giữ cẩn thận, nếu các chất phóng xạ có thời gian bán hủy lớn thì có thể pha loãng rồi thải ra biển. Nếu có sự giám sát thường xuyên và không có sự tập trung các đồng vị phóng xạ bởi các sinh vật thì cách xử lý này hoàn toàn vô hại. Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 72 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Tuy nhiên, có một số phương pháp hóa – lí học không có giá trị kinh tế cao, tốn kém năng lượng, hóa chất và thiết bị đắt tiền,…hoặc rẻ tiền như phương pháp sinh học nhưng cần có mặt bằng rộng, thời gian xử lý dài.v.v... Do đó, trong thực tế người ta thường kết hợp các phương pháp đó với nhau sao cho hiệu quả xử lý cao nhất, chi phí thấp nhất là ở các nước đang phát triển như nước ta. Với sự phát triển của khoa học công nghệ ngày nay, có khá nhiều phương pháp mới đang được nghiên cứu hoặc đã ứng dụng vào quy trình xử lý nhằm làm sạch nước thải đồng thời có thể thu hồi các chất có giá trị mà em chưa có điều kiện cập nhật được. Những phương pháp này có thể khắc phục được một số khuyết điểm khác của các phương pháp trên. Kính mong quý thầy cô hướng dẫn thêm cho em. Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 73 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Tài liệu tham khảo 1. Lý Kim Bảng, Hoàng Kim Cơ, Dương Đức Hồng, Lương Đức Phẩm, Trần Hữu Uyển - Kỹ thuật môi trường - Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 2. Th.S. Võ Văn Bé, TS. Huỳnh Thu Hà - Môi trường và con người. Đại học Cần Thơ. 3. Võ Thị Diễm Châu - Luận văn tốt nghiệp: Khảo sát một số phương pháp xử lý nước thải nhà máy dệt nhuộm - Năm 1999. 4. PTS. Nguyễn Ngọc Dung - Xử lý nước cấp - Đại học Kiến Trúc Hà Nội. 5. Nguyễn Quang Dương - Kỹ thuật xử lý nước lò hơi. Nhà xuất bản Công Nghệ Kỹ Thuật. 6. Vũ Đăng Độ - Hóa Học Và Sự Ô Nhiễm Môi Trường - Nhà xuất bản giáo dục - 1997. 7. Trần Đức Hạ - Xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ và vừa - Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 8. Tô Phước Hải, Văng Văn Khoa, Trịnh Phát, Đỗ Huỳnh Tuấn Trung, Đặng Hoàng Tuấn - Đề tài sưu tầm: “ Ô nhiễm môi trường nước “ – Khoa Nông Nghiệp – Tài Nguyên Thiên Nhiên, Ngành Phát Triển Nông Thôn, Đại Học An Giang. 9. PGS. PTS. Hoàng Huệ - Xử lý nước thải - Đại học Kiến Trúc Hà Nội. 10. Hoàng Đức Liên, Tống Ngọc Tuấn - Kỹ thuật và thiết bị xử lý chất thải bảo vệ môi trường - Nhà xuất bản nông nghiệp – Hà Nội –2003. 11. Lưu Cẩm Lộc - Hóa học xử lý môi trường. 12. McGRAW – HILL Book Company ( third edition ) - Wastewater engineering Treatment, Disposal and Reuse – Metcalf and Eddy. 13. Ngô Thị Nga, Trần Văn Nhân - Giáo trình công nghệ xử lý nước thải - Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – Hà Nội – 1999. 14. PGS. PTS. Trần Hiếu Nhuệ - Xử lý nước thải. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 15. PGS. TS. Lương Đức Phẩm – Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học - Nhà xuất bản giáo dục. Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 74 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào 16. Nguyễn Hữu Phú - Cơ sở và lý thuyết công nghệ xử lý nước tự nhiên. 17. PTS. Nguyễn Văn Phước- Kỹ thuật xử lý nước thải công nghiệp - Đại học kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. 18. Trần Minh Quang - Công nghệ mạ điện - Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 19. Nguyễn Duy Thiện - Các công trình cung cấp nước sạch cho thị trấn và cộng đồng dân cư nhỏ - Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 20. Nguyễn Thị Thu Thủy - Xử lý nước cấp sinh hoạt và công nghiệp - Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – Hà Nội – 2000. 21. Hội thảo Công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường ngành dệt nhuộm. Trung Tâm Công Nghệ Môi Trường ( ECO ). 22. Tuyển tập công trình nghiên cứu khoa học và công nghệ năm 2001 - Viện Công Nghệ Hóa Học. 23. Tạp chí Bảo Vệ Môi Trường ( Số 5 – 2003) - Tạp chí của Cục Bảo Vệ Môi Trường - Bộ Tài Nguyên Và Môi Trường. 24. Tạp chí Khoa Học Công Nghệ - Môi Trường ( Số 7 – 2002, số 10 – 2001, số 8 – 2002, số 6 - 2002 ) - Bộ Khoa Học, Công Nghệ Và Môi Trường – Trung tâm thông tin tư liệu khoa học và công nghệ quốc gia. 25. Tạp chí Nước sạch vệ sinh môi trường ( số 7 – 12/2000 ) – Ban chỉ Đạo Quốc gia về cung cấp nước sạch và vệ sinh môi trường. Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 75 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào PHỤ LỤC Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 76 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 77 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 78 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 79 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 80 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 81 Một số phương pháp xử lý nước ô nhiễm Phan Anh Đào Đề tài nghiên cứu khoa học Trang 82

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfMột số phương pháp xử lý nước ô nhiễm.pdf
Luận văn liên quan