Đề tài Công nghệ xừ lý nước thải cần phải phân biệt các loại nước thải có nguồn gốc khác nhau

dạng sinh học (BDI): BDI được sử dụng để đánh giá đa dạng thủy sinh vật dựa vào quan trắc thực địa. Trên cơ sở chất lượng nước của các lưu vực nước tự nhiên, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội, tiêu chuẩn gây hại cho sức khoẻ của con người, của các sinh vật sống trong nước mà các quốc gia đều đưa ra tiêu chuẩn chất lượng nước của quốc gia mình. Bảng 2. Đánh giá tổng hợp chất lượng nguồn nước mặt ST T Trạng thái nước nguồn pH NH +, 4 mg/l NO -, 3 mg/l PO 3-, 4 mg/l O2 bão hòa % COD, mg/l BOD5, mg/l 1 Nước rất sạch 7 – 8 < 0,05 < 0,1 < 0,01 100 6 2 2 Nước sạch 6,5 -8,5 0,05 - 0,4 0,1 - 0,3 0,01 - 0,05 100 6 - 20 2 - 4 3 Nước hơi bẩn 6 – 9 0,4 - 1,5 0,3 - 1,0 0,05 - 0,1 50 -90 20 -50 4 - 6 4 Nước bẩn 5 – 9 1,5 - 3,0 1 - 4 0,1 - 0,15 20 – 50 50 - 70 6 - 8 5 Nước bẩn nặng 4 - 9,5 3,0 - 5,0 4 - 8 0,15 - 0,3 5 - 20 70-100 8- 10 6 Nước rất bẩn 3 – 10 > 5,0 > 8 > 0,3 < 5 > 100 10 2. Quy chuẩn quốc gia. QCVN 14 : 2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt  QCVN 40 : 2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp III. Cấp độ xử lý. Dựa theo yêu cầu chất lượng nuosc sau khi xử lý có thể phân ra 3 cấp. 1.Xử lý cấp I. Gồm các quá trình sơ bộ chủ yếu dung cách lắng, gạn nhăfm loại bỏ các vật trôi nổi có kích thước lớn rồi thu gom vào bể lắng cấp I. Tại bể này sẽ tạo ra 3 lớp: các chất rắn có kích thước nhỏ lơ lửng( hạt huyền phù) sẽ lắng xuống đáy tùy thuộc kích thước hạt và khối lương riêng. Khi thời gian lắng kéo dài các chất keo cũng lắng xuống dần. Tất cả sẽ tạo lớp bùn dưới đáy bể và được loại ra và xử lý. Các chất dầu mỡ sẽ nổi lên trên tạo lớp váng và được thu gom. 2. Xử lý cấp II. Căn cứ nguồn gốc phát sinh chất thải hòa tan để lựa chọn phương pháp hóa học hay sinh học hoặc kết hợp cả hai phương pháp. Đối với các chất vô cơ thường thiên về phương pháp hóa học vì lợi dụng được khả năng diễn nhanh chóng các phản ứng tách pha bằng cách kết tủa hoặc bay hơi. Đối vói các hợp chất hữu cơ có 2 loại. Một là có nguồn gốc từ động vật và thực vật dung làm thực phẩm: Gluxit( tinh bột, xenlulozo), Lipit( các chất béo là dầu mỡ thực vật và động vật), Protein( chất đạm gồm thịt, cá, trưng, sữa,), Axit Nucleoic(cấu tạo nên tế bào) và một số phân tử khác xuất hiện trong sự sống có khối lượng phân tủ nhỏ hơn như vitamin, chất màuCác họp chất này vi sinh vật phân giải được nên chủ yếu dung các phương pháp sinh học để xử lý. Một loại khác là sản phẩm của quá trình biến đổi hóa học do tự nhiên hoặc do con người tạo ra như dầu mỏ, chất dẻo, phẩm nhuộm, thuốc,chỉ được vi sinh vật phân hủy khi đã có sụ can thiệp nhất định của quá trình hóa học và thường cần thời gian dài để các vi sinh vật thích nghi dần với các nguồn thức ăn mới. Trong trường hợp này, phải kết họp nhiều phương pháp xử lý, nhưng vai trò nòng cốt vẫn là hóa học và sinh học. 3. Xử lý cấp III. Các phương pháp xử lý hữu hiệu và nhanh chóng tương đối tốm kém. Xử lý nguồn thải chỉ có COD không có BOD hay chỉ số COD quá cao hoặc thuần túy hợp chất vô cơ và những trường hợp đã xủ lý cấp I và cấp II nhưng không đạt tiêu chuẩn.Là quá trình xử lý cần biện pháp tinh vi nhằm đạt đến mức độ như nước cấp và tái sử dụng được. Đó là phương pháp vi lọc, thẩm thấu ngược, trao đổi ion, hấp phụ, sát trùng.. IV. Các phương pháp xử lý. Nước thải chứa rất nhiều các tạp chất có bản chất khác nhau. Vì vậy mục đích của việc xử lý nước thải là khử tạp chất đó sao cho nước sau khi xủ lý đạt tiêu chuẩn chất lượng theo các tiêu chuẩn đã đặt ra. Các tiêu chuẩn đó phụ thuộc vào mục đích sử dụng và cách thức sử dụng. Tùy thuộc vào nguồn phát sinh, quy mô lượng nước thải, tính chất của các loại nước thải( nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp hoặc hỗn hợp nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt,...) từ đó phân tích xác định các tiêu chuẩn qua đó đánh giá ô nhiễm và điều kiện môi trường- kinh tế- kỹ thuật mà quyết định phương án xử lý. Các phương pháp xử lý sau đây thường được áp dụng: vật lý, sinh học, hóa học. Trong thực tế, một nhà máy xử lý nước thải thường có thể kết hợp cả ba phương pháp: vật lý, hóa học và sinh học hoặc sử dụng từng phương pháp riêng rẽ. Ví dụ, khi xử lý nước thải sinh hoạt chỉ chứa chất thải dễ phân hủy bằng vi sinh vật, thường kết hợp phương pháp vật lý  (lưới chắn rác, khuấy trộn, lắng...), phương pháp sinh học (hiếu khí hoặc kỵ khí hoặc cả hai) vàphương pháp hóa học (khử trùng). Nhiều loại nước thải có thành phần phức tạp (chứa kim loại nặng, hàm lượng COD cao) như nước thải dệt nhuộm, nước thải thuộc da, xi mạ,... cần phải kết hợp cả ba phương pháp với tất cả các kỹ thuật mới đạt hiệu quả xử lý. 1. Phương pháp vật lý. Nước thải thường chứa các chất tan và không tan ở dạng hạt lơ lửng. Các chất lơ lửng có thể ở dạng rắn và lỏng, chúng tạo với nước thành hệ huyền phù. Để tách các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải, người ta sử dụng quá trình thủy cơ, lọc qua song chắn hoặc lưới , lắng dưới tác dụng của lực trọng trường hoặc lực ly tâm và lọc. Song chắn rác. Trong hầu hết các công trình xử lý nước thải bằng biện pháp xử lý cơ học đều có song chắn rác. Song chắn rác là hạng mục công trình xử lý sơ bộ đầu tiên nhằm ngăn giữ rác bần thô gồm giấy, bọc nylon, chất dẻo, cỏ cây, vỏ đồ hộp, gỗ, ... Các loại rác này có thể làm tắt nghẽn đường dẫn nước hoặc làm hư hỏng máy bơm. Song chắn rác là một hay nhiều lớp thanh đan xen kẽ với nhau (còn gọi là mắc song) đặt ngang đường dẫn nước thải. Rác sau khi lấy ra khỏi nước thải thường được đem qua bộ phận nghiền, đốt hoặc chôn tùy theo mức độ, kinh phí và công nghệ. Hình: Sơ đồ trạm xử lý cơ học Một số kiểu song chắn rác. Song chắn rác cào bằng tay, đây là loại được dùng phổ biến ở các công trình đầu mối của trạm bơm nước thải. Khi thiết kế cần lưu ý là chiều dài rãnh làm sạch bằng tay không nên vượt quá khoảng cách thuận lợi cho việc cào rác bằng tay, khoảng 3 m.  Song chắn rác có bộ phận lấy rác bằng cơ giới rất đa dạng về hình kiểu, mỗi loại đều có ưu điểm và khuyết điểm riêng. bộ phận cào rác vận hành bằng xích quay theo một đầu dẫn, rác được cuốn theo chiều đi xuống của dây xích và đưa lên một máng lọc đổ. Ưu điểm của kiểu này là việc lấy rác tương đối triệt để nhất là các loại rác "mềm" như giấy, vải, nylon,... các thanh chắn được bảo vệ khỏi bị hư hại do các mãnh vỡ gây ra. Khuyết điểm là nó thỉnh thoảng bị kẹt do các loại rác "cứng" gây ra, đồng thời gặp khó khăn khi chỉnh sửa bánh xích và cần thiết phải tháo nước khỏi lòng kênh. một kiểu lấy rác theo cách trượt, bộ phận cào rác di chuyển theo một giá đỡ, lên đến đâu giá đỡ, rác sẽ tự rơi xuống và đưa đi nơi khác. Độ nghiêng của giá đỡ có thể điều chỉnh tùy theo tình trạng rác thải. Ưu điểm của kiểu này là hầu hết các bộ phận lấy rác đều nằm trên mực nước, có thể dễ dàng làm sạch và quản lý mà không cần phải tháo sạch nước trong lòng kênh. Khuyết điểm của nó là bộ phần cào rác chỉ hoạtđộng trên một chiều giá đỡ thay vì liên tục như loại xích quay. một hình thức lấy rác theo kiểu tời quay, bộ phận cào rác được giữ trên giá đỡ nhờ vào trọng lượng của dây xích. Ưu điểm của kiểu nàu là bộ phận đầu bánh răng cơ khí không bị ngập chìm trong nước thải. Khuyết điểm của nó là chiếm nhiều không gian lắp đặt. cho một kiểu lấy rác bằng đầu cáp, bộ phận cào rác đi lên xuống trên một giá trục qua sự chuyển động của hệ thống dây cáo và đầu trống quay. Bộ phận cào đi xuống bằng trọng lượng bản thân và nâng lên bằng cáp quay. Ưu điểm của kiểu này là bộ phận cào rác tự trọng lượng bản thân nó đảm nhận một phần việc vận hành cơ học khi rơi vào vùng nước thải. Khuyết điểm của nó là khả năng cào rác bị giới hạn, quản lý hơi phức tạp, cuộn cáp hay bị vướng do chất thải rắn và bộ phận thắng hãm cơ học thường bị trục trặt Bể láng cát. Bể lắng cát dùng để chắn giữ những hạt cát, sạn nhỏ có trong nước thải, đặc biệt là những hệ thống thoát nước mưa và nước thải chảy chung. Các hạt cát này có thể gây hư hỏng máy bơm và làm nghẽn các ống dẫn bùn của các bể lắng. + Bể lắng cát ngang nước chảy vòng + Bể lắng cát có sục khí + Bể lắng cát đứng Bể láng sơ cấp. Bể lắng sơ cấp là một trong những tiến trình xử lý nước thải cổ điển nhất, nó có nhiệm vụ giữ lại các chất không hòa tan, trôi lơ lửng trong nước thải. Các chất có thể bị giữ lại trong bể gồm: Các chất rắn có khả năng lắng; Các chất dầu, mỡ và các vật liệu nổi khác; Một phần các chất tải hữu cơ. Theo tác giả Gerard Kiely (Environmental engineering, 1997), nếu bể lắng sơ cấp được thiết kế và vận hành tốt thì có khoảng 50 - 70 % chất rắn lơ lửng bị giữ lại và làm giảm 25 - 40 % hàm lượng BOD5 trưóc khi đi vào việc xử lý bằng phương pháp sinh học  + Bể lắng sơ cấp hoạt động gián đoạn: loại này áp dụng khi lượng nước thải ít và chế độ thải không đồng đều (ví dụ ở xưởng giặt áo quần). Bể loại này có nguyên tác hoạt động tương đối đơn giản là ta cứ việc xả nước thải vào một bể chứa (xem cách xác định cách cân bằng dòng chảy ở phần 2.3.5, chương 2) và để nước đứng yên trong một khoảng thời gian nhất định (khoảng 1,5 - 2,5 giờ), sau khi để các chất rắn lắng xuống, ta tháo nước ra và cho lượng xả mới vào. + Bể lắng hoạt động liên tục: nước thải được xả liên tục vào bể và trong quá trình di chuyển các chất rắn lơ lửng bị giữ lại. Có nhiều kiểu bể loại này: bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng hình tròn. Hình 3.11 và 3.12 là sơ đồ các kiểu bể lắng chữ nhật và hình tròn, các bể này ngoài chức năng lắng bùn cát còn thêm nhiệm vụ thu hớt các chất cặn ván như xăng dầu, mỡ, dầu nhờn, chất dẽo nhẹ và các chất thải nổi khác. 1.4. Bể thu dầu mỡ. Dầu mỡ trong nước thải từ các nhà máy lọc dầu, xưởng sửa chữa xe cộ, xí nghiệp chế biến thực phẩm gia súc, ... là các chất độc hại cho môi trường sinh thái. Cách tính toán kích thước và kết cấu hai loại bể thu dầu và bể thu mỡ thì tương tự. 1.5. Bể lọc. Người ta có thể dùng các hạt sạn sỏi, cát, than ... để loại bỏ một phần các chất rắn lơ lửng của nước thải và lượng BOD trước khi cho qua các công trình xử lý sinh học hay hóa học khác. Bể lọc thấm hay bể lọc nhỏ giọt (percolating hay trickling filters) là một trong các hình thức lọc cổ điển với dạng hình hộp tròn , hình chữ nhật bằng bê tông hoặc thép chứa sỏi, đá vôi (có đường kính hạt khoảng 25 - 100 mm). Kích thước các bể thường vào khoảng 1,0 - 2,5 m theo chiều sâu và có đường kính khoảng 5 - 50 m, đáy bể là các tấm lược để thu hồi nước thải đã qua xử lý bể lọc thấm. Gần đáy bể có một lỗ nhỏ thông khí. Sơ đồ bể như hình vẽ. Hình 3.14: Sơ đồ một bể lọc thấm Các yếu tố ảnh hưởng đến việc xử lý và thiết kế bể lọc: Thành phần và khả năng xử lý của nước thải; Loại vật liệu lọc và bề dày lớp lọc; Tính dẫn tải thủy lực và hữu cơ; Tỉ số quay vòng và sắp xếp nước thải; Nhiệt độ nước thải; Sự vận hành của hệ thống phân phối nước thải 2. Phương pháp hóa học và hóa lý. 2.1. Đông tụ và keo tụ. Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ. Để tách các hạt đó một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp thành các hạt, nhằm làm tăng tốc độ láng của chúng. Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau. Quá trình trung hòa điện tích thường gọi là quá trình đông tụ còn quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trinh keo tụ. Trong tự nhiên, tùy thuộc vào nguồn gốc xuất xứ cũng như bản chất hóa học, các hạt cặn lơ lửng đều mang điện tích âm hoặc dương. Ví dụ, các hạt rắn có nguồn gốc silic, các hợp chất hữu cơ đều có điện tích âm, ngược lại các hydroxyt sắt và nhôm mang điện tích dương. Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết hợp hoặc kết với nhau bằng lực liên kết phân tử và điện tử, tạo thành tổ hợp các phân tử, nguyên tử, ion tự do. Các tổ hợp trên gọi là các hạt bông keo. Theo thành phần cấu tạo người ta chia chúng thành hai loại keo: keo kỵ nước là loại chống lại các phân tử nước và keo háo nước là loại hấp thụ các phân tử nước như vi khuẩn, vi rút..., trong đó keo kỵ nước đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý nước. Cơ chế quá trình đông tụ. Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu. Một số các ion trái dấu đó bị hút chặt vào các hạt rắn đến mức chúng chuyển động cùng hạt rắn, do đó tạo thành một mặt trượt. Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này là lớp ion bên ngoài mà hầu hết là ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bám vào một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra. Khi các hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua chất lỏng thì điện tích âm đó bị giảm bởi các ion mang điện dương ở lớp bên trong. Những hạt rán lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu. Một số các ion trái dấu đó bị hút chặt vào hạt rán đến mức chúng chuyển động cùng hạt rắn, do đó tạo thành một mặt trượt. Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này là lớp lon bên ngoài mà hầu hết là các ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bám vào một cách lỏng lẻo và có thể dẻ dàng bị trượt ra. Khi các hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua chất lỏng thì điên tích âm đó bị giảm bởi các ion mang điện tích dương ở lớp bên trong. Hiệu số điện năng giữa các lớp cố định và lớp chuyển động gọi là thế zeta ( 0 hay thế điện động. Khác với thế nhiệt động E (là hiệu số điện thế giữa bề mặt hạt và chất lỏng). Thế zeta phụ thuộc vào E và chiều dày hai lớp, giá trị của nó sẽ xác định lực tĩnh điện đẩy của các hạt. Nếu như điện tích âm thực là điên tích đẩy và thêm vào đó tất cả các hạt còn có lực hút tĩnh điện - lực Van der Waals - do cấu trúc phân tử của các hạt. Tổng của hai loại điện tích này là điện tích đẩy thực hay là một hàng rào năng lượng cản trở các hạt rắn liên kết với nhau. Như vậy mục tiêu của đông tụ là giảm thế zeta - tức là giảm chiều cao hàng rào năng lượng này tới giá trị tới hạn, sao cho các hạt rán không đẩy lẫn nhau bàng cách thêm các ion có điện tích dương. Như vậy trong đông tụ diễn ra quá trình phá vỡ ổn định trạng thái keo của các hạt nhờ trung hòa điện tích. Hiệu quả đông tụ phụ thuộc vào hóa trị của ion, chất đông tụ mang điện tích trái dấu với điện tích của hạt. Hóa trị của lon càng lớn thì hiệu quả đông tụ càng cao. Liều lượng của các chất đông tụ tùy thuộc vào nồng độ tạp chất rắn trong nước thải. Các chất đông tụ thường dùng là các muối nhôm, sát hoặc hỗn hợp của chúng. Việc lựa chọn chất đông tụ phụ thuộc vào các tính chất hóa lý, chi phí, nồng độ tạp chất ương nước, pH và thành phần muối trong nước. 2.2. Phương pháp trung hòa. Nước thải có độ pH dưới 6.5 hoặc cao hơn 8.5 phải được trung hòa để thải, hoặc sử dụng cho các công nghệ xử lí tiếp theo. Nguyên tắc chung là thực hiện 1 phản ứng trung hòa giữa axit và bazo. Tùy hoàn cảnh cụ thể, có thể dùng các tác nhân phản ứng thích hợp và thực hiện việc trung hòa bằng các cách sau: Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm Bổ sung các tác nhân phản ứng Lọc nước axit đi qua lớp vật liệu có tác dụng trung hòa Hấp thụ khí axit bằng dung dịch kiềm hoặc hấp thụ khí amoniac bằng axit. 2.2.1. Trung hòa bằng cách trộn lẫn hai loại nước thải. Khi có hai nguồn nước thải ở gần nhau nhưng khác loại nhau (axit và bazo) nên tận dụng là tốt nhất. Trong trường hợp này, chỉ cần trộn 2 dòng nước thải lại với nhau trong 1 bể có cánh khuấy, hay sục khí vào và theo dõi độ pH. Tùy điều kiện thực tế cho phép, có thể lựa chọn tiến hành liên tục hay gián đoạn. 2.2.2. Trung hòa bằng cách bổ sung các tác nhân phản ứng. - Đối với axit, sử dụng các tác nhân phản ứng là các chất bazo như vôi (CaO), vôi tôi (Ca(OH)2), xút (NaOH), nước amoniac (NH4OH), hoặc muối của 1 bazo mạnh và 1 axit yếu như soda (Na2CO3), đá vôi (CaCO3) Trong thực tế, rẻ hơn cả vẫn là đá vôi nếu pH của nước thải thấp và dùng vôi hay sữa vôi ( vôi tôi được hòa trộn với nước ở dạng như sữa) nếu pH của nước thải cao hơn. Tuy nhiên, dùng đá vôi hay sữa vôi sẽ xuất hiện các kết tủa tạo bởi một số gốc axit trong nước thải với ion canxi, ví dụ như tạo ra thạch cao CaSO4, canxi photphat Ca3(PO4)2, Trong trường hợp này, các kết tủa được thu gom và xử lí như chất thải rắn. - Đối với bazo, về nguyên tắc tiến hành sẽ ngược lại với axit, nghĩa là các tác nhân cần dùng ở đây là các axit, thường là axit sunfuric H2SO4, axit clohidric HCl, khí cacbonic CO2. Vì khí cacbonic tồn tại trong không khí nên trong các trường hợp môi trường bị ô nhiễm bazo (pH cao) thường có xu thế giảm dần. Khác với môi trường axit, môi trường bazo thường khó lan tỏa vì khi gặp một số ion kim loại tồn tại trong tự nhiên, các gốc bazo (OH-) sẽ tạo khác hidroxit kết tủa, ví dụ: Fe(OH)3; Zn(OH)2; Cu(OH)2, - Đối với các ion kim loại, chủ yếu là các kim loại nặng, được xử lí như axit, nghĩa là dùng bazo để tạo các hidroxit kim loại đó kết tủa, hoặc dùng muối tan có gốc axit tạo với kim loại đó một muối không tan. Các kết tủa sau đó được thu gom và xử lí như chất thải rắn. Bazo thường dùng là vôi sống, vôi tôi (sữa vôi), xút. Muối hay dùng là Na2CO3. 2.2.3. Trung hòa bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa Trường hợp này chủ yếu dùng đối với môi trường axit. Ví dụ, để trung hòa nước thải có axit clohidric (HCl) hay axit nitric (HNO3), người ta cho chảy qua một lớp đá vôi. Có thể lọc từ trên xuống, cũng có thể lọc ngược từ dưới lên và cũng có thể lọc ngang bằng cách cho chảy theo mương đã xếp đá vôi. Nước thải có axit sunfuric cũng áp dụng được như cách trên, song phải định kì thu gom xử lí kết tủa sinh ra là sunfat canxi. 2.2.4. Trung hòa bằng cách hấp thụ các khí thải chứa các oxit axit hoặc axit bay hơi Nguồn khí thải (CO2, SO2, NO2, N2O3, HCl, HF, ) được cho lội qua một dung dịch kiềm ( NaOH) hoặc kiềm thổ (nước vôi). Cũng có thể cho dòng dung dịch kiềm phun mưa đi ngược chiều với dòng khí đi lên, sau đó cho khí thoát ra ngoài qua hệ thống ống khói của nhà máy. 2.3. Phương pháp hấp phụ. Phương pháp hấp thụ được xem là phương pháp ưu việt nhất. Sử dụng phương pháp này sẽ xử lí được triệt để, có thể loại bỏ hầu hết các chất vô cơ và hữu cơ, loại cả màu sắc lẫn mùi vị, không để lại ô nhiễm phụ sau xử lí (ô nhiễm thứ cấp), thu gom và kiểm soát được hoàn toàn chất thải. Tuy nhiên, điều này cũng còn phụ thuộc vào khả năng chất hấp phụ sử dụng và kinh phí cho phép. 2.3.1. Hấp phụ là gì? Hấp phụ là hiện tượng liên kết các phân tử của một chất lỏng, hoặc khí lên bề mặt của một chất rắn khác bởi lực tương tacsgiuwax các vật thể (lực hấp dẫn Van Der Waals) và lực hút tĩnh điện. Trường hợp này ta gọi là hấp phụ vật lí và sự hấp phụ xảy ra có thể là lớp đơn phân tử hoặc đa lớp đơn phân tử. Trong trường hợp giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ tạo ra một liên kết hóa học thì hiện tượng này được gọi là hấp phụ hóa học và sự hấp phụ chỉ xảy ra duy nhất một lớp đơn phân tử. Các hiện tượng hấp phụ xảy ra cân bằng động và sẽ dẫn đến hiện tượng bão hòa khi bề mặt đã bị choán hết chỗ. Lúc này chất hấp phụ sẽ không còn khả năng hấp phụ và phải thay thế bằng một thể tích chất hấp phụ mới, hoặc tái sinh chất hấp phụ cũ để dùng lại. Khả năng bị hấp phụ đối với một chất nào đó phụ thuộc vào bản chất của chất ấy và các điều kiện của quá trình tiến hành như áp suất, nhiệt độ Tuy nhiên đối với chất hấp phụ thì điều quan trọng nhất là bề mặt riêng của nó. Điều này có nghĩa là, chất hấp phụ phải rất tơi xốp để có bề mặt riêng lớn. Ví dụ than hoạt tính được xem mà chất hấp phụ đầu bảng, có diện tích bề mặt đạt từ 600 – 1200m2/g than. Trong tự nhiên đất sét hay silic oxit cũng có khả năng hấp phụ. Bentonit là chất hấp phụ được biến tính từ đất sét có bề mặt riêng có thể đạt tới 800m2/g. Các chất tạo bông trong nước như nhôm hidroxit, sắt hidroxit cũng tạo ra được bề mặt riêng từ 300 – 400m2/g nên cũng có khả năng hấp phụ. Điều này giải thích quá trình dùng phèn không chỉ để thu gom các chất huyền phù, mà còn góp phần thu gom một số chất hòa tan dưới dạng hấp phụ. 2.3.2. Giới thiệu về than hoạt tính. - Than hoạt tính là chất hấp phụ đầu bảng, có phổ sử dụng rất rộng. Nó có khả năng hấp phụ cả chất vô cơ và hữu cơ, các chất phân cực và không phân cực, đặc biệt là chất hữu cơ có phân tử lớn. Than hoạt tính khử màu, khử mùi rất tốt. Ngoài ra trên bề mặt của than, các vi sinh vật còn có thể tạo màng bám dính như đối với các chất màng khác để tồn tại và phát triển, góp phần phân giải các chất được than hấp phụ. Than hoạt tính sau khi sử dụng có thể được tái sinh bằng một số phương pháp nhưng giá thành cho xử lí than đôi khi ngang với giá than ban đầu. Than sau khi sử dụng, nếu không tái sinh, sẽ được xử lí như đối với chất thải rắn nói chung. - Than hoạt tính được dùng để: + Lọc nước uống hoặc nước công nghiệp với độ tinh khiết cao. + Xử lý nước thải công nghiệp khi nước thải này không thể phân hủy ngay bằng vi sinh vật được, hay trong đó có chứa các chất hữu cơ độc hại. Trong những trường hợp này, cần sử dụng than hoạt tính trước để có thể giữu được một cách chọn lọc các chất độc hại, sau đó mới sử dụng phương pháp hóa sinh như nước thải bình thường khác. + Xử lí bậc III đối với nước thải đã qua xử lí những vẫn còn các chất trơ với vi sinh vật, dể giảm chỉ số COD xuống đến đạt tiêu chuẩn quy định. -Than hoạt tính thương phẩm có thể là than bột hoặc than hạt. Than hạt thường có thêm các chất phụ gia và chất kết dính lại được nén ép thành từng viên nên khả năng hấp phụ kém hơn nhiều so với than bột. Giá thành của than bột khác nhau tùy thuộc vào quấ trình chế biến để tạo ra các chất lượng khác nhau. + Than hạt chủ yếu được dùng như lớp lọc, có thể lọc ngược hoặc lọc xuôi, Khả năng hấp phụ của than hạt phụ thuộc rất nhiều vào thời gian lưu của nước qua bể lọc. +Than bột có thể sử dụng theo 2 cách: *Sử dụng như một lớp lọc. Lớp lọc này thường rất xít và rất khó kiểm soát được tốc độ lọc. song về chất lượng lọc thì rất tốt. *Sử dụng với sự hỗ trợ của thiết bị bằng cách cho than bột vào ngay bể nước và đảo trộn bằng máy khuấy hoặc máy sục khí. Cách này sẽ nhanh hơn nếu sau một thời gian lưu nhất định được tính toán là than đã hấp phụ bão hòa, lúc đó ta coi than như chất huyền phù trong nước và dùng biện pháp lắng nhanh với các chất tạo bông và keo tụ đã đề cập ở phần trên. Than hoạt tính qua sử dụng có thể tái sinh bằng các phương pháp sau: -Tái sinh bằng hơi nước. Phương pháp này chỉ áp dụng với than đã hấp phụ các chất dễ bay hơi . Đương nhiên việc sử dụng hơi nước sẽ làm cho thông thoáng bề mặt của than và diệt trùng cho than. -Tái sinh bằng hóa chất. Dùng các dung môi hữu cơ, hoặc các dung dịch axit hay kiềm để rửa giải. Than sau xử lí vẫn phải dùng một lượng nước nhất định để rửa lại nhiều lần và sấy khô, đồng thời cũng phải tiến hành xử lí các dung dịch rửa giải. -Tái sinh bằng nhiệt. Nung than trong điều kiện yếm khí ở 800 độ C, các chất hữu cơ sẽ hát hết và trả lại bề mặt thông thoáng cho than. Vowsu phương pháp này phải đầu tư tốn kém để xây dựng lò đốt và không loại trừ than cũng bị cháy theo, thường hao gijt từ 7-10% và chỉ có thể tái sinh chừng 10-14 lần. Có thể sử dụng lò điên (lò hồng ngoại, lò cảm ứng) cho phép giảm được tổn thất nhưng khá đắt tiền 2.4. Phương pháp trao đổi ion. Phương pháp này dựa trên cơ sở lợi dụng khả năng có thể trao đổi ion của một số hợp chất cao phân tử thiên nhiên và nhân tạo gọi là ionit. Những hợp chất có khả năng trao đổi cation được gọi là cationit, những hợp chất có khả năng trao đổi anion được gọi là anionit. Một cationit thường dùng để làm mềm nước (loại ion Ca2+ ,Mg 2+) là zeolit có nguồn gốc tự nhiên, có thành phần là NaAlSiO.xHO, ion Na ở trong mạng lười tinh thể của zeolit có khả năng di chuyển ra dung dịch nước nhường chỗ lại cho các ion Ca,Mg và Fe có ở trong nước. Kết quả là trong dung dịch nước bây giờ chỉ có ion Na. Để tái sinh lại zeolit đã qua sử dụng, người ta cho dung dịch bão hòa NaCL đi qua zeolit đó. Bằng phương pháp nhân tạo người ta đã chế ra các loại chất nhựa(polymer) không tan trong nước nhưng khi có mặt trong dung dịch chúng có khả năng trao đổi cation, đó là các phân tử hữu cơ chứa nhóm axit, có công thức chung là RCOOH (R là gốc hữu cơ phức tạp). Cũng bằng phương pháp nhân tạo, người ta chế ra một loại hạt nhựa khác có khả năng trao đổi anion, đó là các phân tử hữu cơ chứa nhóm bazo, có công thức chung là RNHOH. Với việc lựa chọn những nhữ trao đổi ion thích gợp, người ta có thể loại hết tất cả các cation và anion có trong nước, làm cho nước trở nên tinh khiết. Tuy nhiên, cần phải phân tích để xác định khi nào thì phải dừng và tiến hành tái sinh lại nhựa. Việc tiến hành tái sinh các cột trao đổi ion không phức tạp, chỉ cần cho dung dịch axit vào cột trao đổi cation; cho dung dịch kiềm vào cột trao đổi anion; ngâm trong thời gian thích hợp; sau đó rửa lại cột bằng nước sạch. Đương nhiên phải phân tích để xác định mức sạch của cột và xử lí dung dịch thải ra sau khi ngâm để xử lí cột. Các chất nhựa trao đổi ion được gia công thành các hạt có đường kính nhỏ hơn 1mm và được bán theo thể tích nhất định để thuận tiện cho người sử dụng. Hiện nay, trên thị trường có bán nhiều loại nhựa trao đổi ion và mỗi loại nhựa đều có chỉ dẫn của các nhà sản xuất. Thảo chỉ dẫn này sẽ thiết kế hợp lí cho hệ thống. Để xử lí cả cation và anion, nên bố trí thiết bị theo sơ đồ hình 5.2. Khi cần tái sinh có thể cho chạy ngược lại. Cũng có thể sử dụng hỗn hợp các hạt cationit và anionit trong cùng một tháp. Tuy nhiên, cách này không hiệu quả vì các hạt phân bố không đều dẫn đến sự thải các ion cần loại không cân bằng nhau. 2.5. Phương pháp lọc màng. Kỹ thuật lọc màng ngày càng đóng vai trò quan trọng trong xử lí nước nói chung và xử lí nước thải nói riêng. Các chất thải khác nhau không những về bản chất hóa học mà còn khác nhau về kích thước, cho dù kích thước đó là rất nhỏ chỉ tính bằng nanomet. Kỹ thuật ngày nay cho phép gới hạn những phần tử có kích thước phù hợp mới đi qua được màng. Trong dung dịch nước, phân tử hoặc ion các chất hòa tan không đứng độc lập mà tồn tại dưới dạng hidrat hóa, tức là có lực hút giữa phân tử hoặc ion chất tan với phân tử nước tạo ra lớp áo nước bao quanh, đồng thời giữa các phân tử nước cũng có lực liên kết. Vì vậy, muốn cho phân tử nước đi qua lỗ nhỏ của màng nước phải tác động một lực để phá vỡ các liên kết này. Để tách các phân tử nước ra khỏi dung dịch đi qua màng, cần phải tạo ra sự chênh lệch áp suất trên hai phía bề mặt của màng bằng bơm áp lực. Dựa vào kích thước lỗ của màng và chênh lệch áp suất trên bề mặt màng, người ta phân ra 2 loại màng lọc là siêu lọc và lọc thẩm thấu ngược. Dựa vào kích thước lỗ của màng và chênh lệch áp suất trên bề mặt màng, người ta phân ra 2 loại màng lọc là siêu lọc và lọc thẩm thấu ngược. Siêu lọc được sử dụng để tách dung dịch có khối lượng phân tử trên 500dvC và có áp suất thẩm thấu nhỏ (ví dụ : các vikhuaarn, tinh bột, protein, đất sét, ) còn thẩm thấu ngược còn được dùng để tách các chất có khối lượng phân tử thấp và có áp suất thẩm thấu cao. Giới thiệu về lọc thẩm thấu ngược (Reverce Hiện tượng thẩm thấu ngược là hiện tượng di chuyển tự nhiên của dung môi từ một dung dịch loãng và một dung dịch đậm đặc qua màng bán thẩm. Hình 5.4 minh họa hiện tượng thẩm thấu ngược. Tại một áp suất nhất định của một dung dịch xác định, sự cân bằng được thiết lập thì áp suất đó được gọi là áp suất thẩm thấu. Như vậy nếu dung dịch càng đặc và nhiệt độ càng cao thì áp suất thẩm thấu càng cao , có nghĩa là áp suất làm việc cũng phải cao mới thực hiện được quá trình lọc thẩm thấu ngược . Khác với lọc thông thường có thể tách hoàn toàn các phần không tan ra khỏi dung dịch , lọc thẩm thấu ngược cho 2 phần dung dịch. Phần dung dịch bên trên màng có nồng độ chất tan đậm đặc hơn dung dịch đưa vào, còn dung dịch thu được qua màng thì nồng độ chất tan rất loãng, hầu như không còn chất tan. Sau một thời gian sử dụng, cần phải rửa và nếu ngừng không hoạt động cần được ngâm chất diệt khuẩn để vi khuẩn không bám trên bề mặt của màng, sẽ dẫn đến phá hủy màng. Thiết bị lọc thẩm thấu ngược được chế tạo một cách công phu và đắt tiền. Trên thị trường có bán sẵn các môđun của các hãng chế tạo dùng để sản xuất nước tinh khiết, hoặc xử lý nước trong những trường hợp đặc biệt, ví dụ cần phải lọc nước biển để lấy nước ngọt cho sinh hoạt. 2.6. Phương pháp điện hóa. Nước thải có thể làm sạch các tap chất hòa tan, hoặc phân tán nhờ tác dụng của dòng điện một chiều khi xáy ra quá trình oxy hóa ở điện cực dương (anot) và khử hóa ở điệncực âm (catot). Phương pháp điện hóa cho phép lấy ra từ nước thải các sản phẩm có giá trị bằng các sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản, dễ tự động hóa và có thể không cần, hoặc cần rất ít hóa chất thông thường. Hiệu suất của các phương pháp điện hóa được tính bằng các yếu tố như mặt độ dòng điện, điện áp, hệ số sử dụng hữu ích điện áp, hiệu suất theo dòng, hiệu suất theo năng lượng. 2.6.1 Điện phân dung dịch Khi có 2 điện cực cùng nhúng trong một dung dịch và cho dòng điện một chiều đi qua, tại cực dương (anot), các ion âm sẽ cho electron, nghĩa là xảy ra phản ứng oxy hóa điện hóa; ngược lại tại cực âm (catot), các ion dương sẽ nhận eletron, nghĩa là xảy ra phản ứng khử. Quá trình điện phân đã được ngiên cứu để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất xyanua, sunfoxyanua, ancol, các andehyt, hợp chất nitơ (như các amin, phẩm nhuộm azo), sufit, mecaptan, Trong quá trình oxy hóa điện hóa, các chất trong nước thải bị phân rã hoàn toàn tạo thành CO2, tách ra bằng các phương pháp khác. 2.6.2. Đông tụ điện Khi sử dụng các điện cực không tan có thể xảy ra quá trình đông tụ do hiện tượng sinh điện và phóng điên của các hạt mang điện trên các điện cực, phá vỡ hiện tượng solvat (hiện tượng chất tan liên kết với phân tử nước) làm cho một số chất trước đây hòa tan được nhờ hiện tượng solvat hóa thì nay kết tủa trở lại. Nhờ quá trình này có thể làm sạch nước chứa hàm lượng các hạt keo của các chất gây ô nhiễm. Sơ đồ hện thống thiết bi đông tụ điện được thể hện trên hình 5.6 Khi sử dụng các điện cực tan, ví dụ như sắt hay nhôm, thì các cation sắt hay nhôm sẽ phản ứng với nước tạo ra các hydroxyt của các kim loại này ở dạng bông và quá trình đông tụ sẽ được tạo ra. 2.6.3. Tuyển nổi bằng điện Trong quá trình điện phân có các bọt khí sinh ra, đó là do quá trình điện phân nước đi kèm tạo ra khí oxy và hydro ở các điện cực anot và catot. Khi các bóng khí này nổi lên, gặp và kéo theo các hạt lơ lửng cùng nổi lên bề mặt nước. Khi sử dụng các điện cực hòa tan thì xảy ra đồng thời việc tạo thành các bông và các bọt khí nên các bông sẽ nổi lên và có thể tuyển nổi được. 2.7. Phương pháp oxi hóa khử. Để làm sạch nước thải, người ta có thể sử dụng các chất oxy hóa như clo ở dạng khí hay lỏng, nước Giaven (dung dịch của hỗn hợp NaOCl và NaCl), clorua vôi (CaOCl2), thuốc tím (KMnO4), hydro peoxyt còn gọi là nước oxy (H2O2), ozon (O3), oxy nguyên chất hoặc oxy già của không khí, Nhờ các chất oxy hóa đưa vào nước thài, phản ứng oxy hóa – khử đã xảy ra chuyển các chất độc hại thành các chất ít độc hại hơn. Phản ứng phụ thuộc vào hoạt độ các chất oxy hóa. Hoạt độ các chất oxy hóa được xác định bởi thế oxy hóa. Trong các chất tự nhiên, Flo được xem là chất oxy hóa mạnh nhất nhưng là nguyên tố không phổ biến nên không được ứng dụng trong thực tế. 2.7.1. Oxy hóa bằng clo Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxy hóa thông dụng nhất. Người ta dùng chúng để tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi nước thải. Khi sục clo vào nước, xảy ra các phản ứng sau: Tổng clo, HOCl và OCl- được gọi là clo tự do hay clo hoạt tính. Sục clo vào kiềm cho ta nước Giaven: Sục clo vào vôi cho ta clorua vôi và hypoclorua canxi Clo hoặc clorua vôi hay hypoclorua canxi sẽ làm mất màu một số chất hữu cơ, kể cả phẩm nhuộm. 2.7.2. Oxy hóa bằng hydro peoxyt (H2O2) Hydro peoxyt là một chất lỏng không màu và có thể hòa tan vô hạn trong nước.H2O2 được dùng để oxy hóa các nitrit, các aldehyt, phenol, xyanua, các chất thải chứa lưu huỳnh, thuốc nhuộm. Ưu việt của việc dùng H2O2 làm chất oxy hóa là sau khi thực hiện phản ứng, sản phẩm cuối cùng của nó là nước. Trong môi trường axit, H2O2 thể hiện tính oxy hóa: Trong môi trường kiềm, H2O2 thể hiện tính khử: Trong các dung dịch loãng, quá trình oxy hóa các chất hữu cơ xáy ra chậm, do vậy cần sử dụng thêm các chất xúc tác là các ion kim loại có hóa trị thay đổi như Fe2, Cu2, Mn2, Cr3, Ag Đặc biệt phản ứng Felton sử dụng H2O2 với xúc tác Fe2+ trong môi trường axit có sự chiếu sángđã rất hiệu quả để xử lý màu của nước thải dệt nhuộm cũng như một số hợp chất hữu cơ khác. Tính khử của H2O2 được sử dụng để loại một số chất oxy hóa khác trong quá trình xử lý nước thải. Ví dụ oại bỏ clo trong nước. 2.7.3. Oxy hóa bằng ozon Oxy hóa bằng ozon cho phép đồng thời khử tạp chất nhiễm bẩn, khử màu, khử các mùi vị lạ đối với nước. Sử dụng ozon có thể làm sạch nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu mỏ, hydrosunfua, các hợp chất asen, chất hoạt động bề mặt, xyanua, phẩm nhuộm, Độ hòa tan của ozon trong nước phụ thuộc vào pH và hàm lượng các chất hòa tan. Với môi trường axit và có muối trung tính sẽ làm tăng độ hòa tan của ozon, ngược lại, trong môi trường kiềm sẽ làm giảm độ hòa tan của ozon. Ozon có thể oxy hóa các chất vô Ozon có thể oxy hóa các chất hữu cơ đặc biệt các hợp chất có liên kết đôi, liên kết ba và tạo thành các ozonua và cuối cùng đi đến đứt liên kết tạo ra các hợp chất có mạch cacbon ngắn hơn. Quá trinh làm sạch nước thải bằng ozon Công nghệ ngày nay cho phép sản xuất máy sinh ozon không còn phức tạp như trước đây. Các máy ozon bán trên thị trường được hế tạo một cách gọn nhẹ, nhiều chủng loại và giá cũng không cao. Mộ ưu điểm quan trọng của sử dụng ozon là không để lại ô nhiễm thứ cấp, nên chắc chắn phương pháp này sẽ được phát triển mạnh trong thời gian tới đây. 2.8. Phương pháp diệt khuẩn. Để đạt được tiêu cuẩn vệ sinh của nước sau xử lý cần có thêm hệ thống diệt khuẩn. Phương pháp truyền thống là sử dụng chất sát trùng. Các chất sát trùng thường dùng là các chất oxy hóa mạnh như khí clo, nước Giaven, thuốc tím, nước oxy, cloamin, TCCA (Tricloxyanuric axit), Ngày nay, để hạn chế tác dụng phụ, xu thế đang được thay bằng các chất hóa học ít độc hại hơn bằng phương pháp vật lý. Đó là sục khí có chứa ozon, khí có chứa các ion âm hoặc chiếu tia cực tím, hoặc lọc qua màng lọc vi khuẩn. 3. Phương pháp sinh học. Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hoà tan có trong nước thải cũng như một số chất ô nhiễm vô cơ khác như H2S, sunfit, ammonia, nitơ dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển. Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể chia làm 2 loại: • Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy; • Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá. Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hoà tan, cả chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo 3 giai đoạn chính như sau: • Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật; • Khuyếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào; • Chuyển hoá các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới. Tốc độ quá trình oxy hoá sinh hoá phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hoá là chế độ thuỷ động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng. 3.1. Hiếu khí. Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau: - Oxy hoá các chất hữu cơ: CxHyOz + O2 => CO2 + H2O + DH - Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + NH3 + O2 => CO2 + H2O + DH - Phân huỷ nội bào: C5H7NO2 + 5O2 => 5CO2 + 5 H2O + NH3 ± DH Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều hiện tối ưu cho quá trình oxy hoá sinh hoá nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tuỳ theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:  • Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân huỷ hiếu khí. Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank) là quá trình phổ biến nhất. • Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate hoá với màng cố định. 3.1.1. Xử lý nước thải bùn hoạt tính hiếu khí. rong bể bùn hoạt tính hiếu khí với sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân huỷ xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Bản chất của phương pháp là phân huỷ sinh học hiếu khí với cung cấp ôxy cưỡng bức và mật độ vi sinh vật được duy trì cao (2.000mg/L –5.000mg/L) do vậy tải trọng phân huỷ hữu cơ cao và cần ít mặt bằng cho hệ thống xử lý. Tuy nhiên hệ thống có nhược điểm là cần nhiều thiết bị và tiêu hao nhiều năng lượng. Nồng độ oxy hoà tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2 không được nhỏ hơn 2 mg/l. Tốc độ sử dụng oxy hoà tan trong bể bùn hoạt tính phụ thuộc vào: • Tỷ số giữa lượng thức ăn (CHC có trong nước thải) ø lượng vi sinh vật: tỷ lệ F/M; • Nhiệt độ; • Tốc độ sinh trưởng và hoạt động sinh lý của vi sinh vật; • Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất; • Lượng các chất cấu tạo tế bào; • Hàm lượng oxy hoà tan. Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hoá thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị oxy hoá hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3-, SO42-, Một cách tổng quát, vi sinh vật tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm nhiều loại vi khuẩn khác nhau cùng tồn tại. Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải được đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 150 mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25mg/l, pH = 6,5 – 8,5, nhiệt độ 6oC< toC< 37oC. 3.1.2. Lọc sinh học. Bể lọc sinh học trong xử lý nước thải là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp vật liệu lọc. Bể lọc hiện đại bao gồm một lớp vật liệu dễ thấm nước với vi sinh vật dính kết trên đó. Nước thải đi qua lớp vật liệu này sẽ thấm hoặc nhỏ giọt trên đó. Vật liệu lọc thường là đá dăm hoặc hoặc khối vật liệu lọc có hình thù khác nhau. Nếu vật liệu lọc là đá hoặc sỏi thì kích thước hạt dao động trong khoảng 0,5 -2,5 m, trung bình là 1,8 m. Bể lọc với vật liệu là đá dăm thường có dạng tròn. Nước thải được phân phối trên lớp vật liệu lọc nhờ bộ phận phân phối. Bể lọc với vật liệu lọc là chất dẻo có thể có dạng tròn, vuông, hoặc nhiều dạng khác với chiều cao biến đổi từ 4 – 12 m. Ba loại vật liệu bằng chất dẻo thường dùng là (1) vật liệu với dòng chảy thẳng đứng, (2) Vật liệu với dòng chảy ngang, (3) vật liệu đa dạng. Chất hữu cơ sẽ bị phân huỷ bởi quần thể vi sinh vật dính kết trên lớp vật liệu lọc. Các chất hữu cơ có trong nước thải sẽ bị hấp phụ vào màng vi sinh vật dày 0,1 – 0,2 mm và bị phân huỷ bởi vi sinh vật hiếu khí. Khi vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, bề dày lớp màng tăng lên, do đó, oxy đã bị tiêu thụ trước khi khuếch tán hết chiều dày lớp màng sinh vật. Như vậy, môi trường kị khí được hình thành ngay sát bề mặt vật liệu lọc. Khi chiều dày lớp màng tăng lên, quá trình đồng hoá chất hữu cơ xảy ra trước khi chúng tiếp xúc với vi sinh vật gần bề mặt vật liệu lọc. Kết quả là vi sinh vật ở đây bị phân huỷ nội bào, không còn khả năng dính bám lên bề mặt vật liệu lọc và bị rửa trôi. 3.2. Kỵ khí. Quá trình phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hoá phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hoá trong điều kiện kị khí có thể biểu diễn đơn giản như sau: Chất hữu cơ             =====>              CH4  +  CO2  + H2   +  NH3  + H2S  +  tế bào mới Một cách tổng quát, quá trình phân huỷ kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Thuỷ phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử; - Giai đoạn 2: Acid hoá; - Giai đoạn 3: Acetate hoá; - Giai đoạn 4: Methane hoá. Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử như protein, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin, trong giai đoạn thuỷ phân, sẽ được cắt mạch tạo thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân huỷ hơn. Các phản ứng thuỷ phân sẽ chuyển hoá protein thành amino acids, carbohydrates thành đường đơn, và chất béo thành các acid béo. Trong giai đoạn acid hoá, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hoá thành acetic acid, H2 và CO2. Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid, propionic acid và lactic acid. Bên cạnh đó, CO2 và H2O, methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrates. Vi sinh vật chuyển hoá methane chỉ có thể phân huỷ một số loại cơ chất nhất định như CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines và CO. Các phương trình phản ứng xảy ra như sau: 4H2  +  CO2 => CH4   +  2H2O 4HCOOH  => CH4  + CO2  + 2H2O CH3COOH  => CH4  +  CO2  4CH3OH  => 3CH4  +  CO2  +  2H2O 4(CH3)3N  +  H2O  => 9CH4  +  3CO2  +  6H2O  +  4NH3  Tuỳ theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành:  ·  Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí, quá trình xử lý bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB). ·  Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc kỵ khí. Trong quá trình xử lý nước thải bằng công nghệ kỵ khí, các chất hữu cơ trong nước thải được chuyển hoá thành mêtan và khí cacbonic, quá trình được thực hiện không có mặt của oxy. Hệ thống xử lý kỵ khí có thể là các ao kỵ khí hoặc các dạng khác nhau của bình phản ứng tải trọng cao. Hồ kỵ khí được sử dụng để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ và hàm lượng cặn cao. Độ sâu hồ kỵ khí phải lớn 2,4 m (8 ft), có thể đạt đến 9,1 m với thời gian lưu nước dao động trong khoảng 20–50 ngày. Quá trình ổn định nước thải trong hồ xảy dưới tác dụng kết hợp của quá trình kết tủa và quá trình chuyển hoá chất hữu cơ thành CO2, CH4, các khí khác, các acid hữu cơ và tế bào mới. Hiệu suất chuyển hoá BOD5 có thể đạt đ Đây là một trong những quá trình kị khí được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do 2 đặc điểm chính sau: • Cả 3 quá trình, phân huỷ – lắng bùn – tách khí, được lắp đặt trong cùng một công trình; • Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng. Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học kỵ khí sử dụng UASB còn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như: • Ít tiêu tốn năng lượng vận hành; • Ít bùn dư, nên giảm chi phí xử lý bùn; • Bùn sinh ra dễ tách nước; • Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sung dinh dưỡng; • Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí methane; • Có khả năng hoạt động theo mùa vì kỵ khí có thể phục hồi và hoạt động được sau một thời gian ngưng không nạp liệu. Hệ thống UASB (Up-flow Anaerobic Slugle Blanked) được phát triển từ hệ thống xử lý kỵ khí đối với các loại nước thải có nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ cao. Trong những năm gần đây UASB đã được nghiên cứu chuyên sâu và triển khai áp dụng rộng rãi trên thế giới do các ưu điểm sau: • Tải trọng phân huỷ hữu cơ cao do vậy mặt bằng yêu cầu cho hệ thống xử lý nhỏ. • Nhu cầu tiêu thụ năng lượng thấp do không cần phải cung cấp oxy. • Có khả năng thu hồi năng lượng. Câu hỏi và trả lời: Câu 1: Theo các bạn, phương pháp hóa học trong xử lý nước thải phải sử dụng đến các chất oxi hóa để xử lý, điều đó có ảnh hưởng xấu đến sinh vật thủy sinh không. Trả lời: Khi xử lý nước thải bằng cách sử dụng các chất oxi hóa thì sẽ tính toán lượng chất oxi hóa cần thiết cho việc xủ lý nước thải cho nên nước sau khi đã được xử lý và thải ra ngoài tự nhiên sẽ không ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh. Câu 2: Các giải pháp công ghệ xử lý nước thải được nêu phù hợp với đối tượng nước thải nào để đạt hiệu quả xử lý tốt mà tiết kiệm chi phí. Trả lời: Nước thải chứa rất nhiều các tạp chất có bản chất khác nhau. Vì vậy mục đích của việc xử lý nước thải là khử tạp chất đó sao cho nước sau khi xủ lý đạt tiêu chuẩn chất lượng theo các tiêu chuẩn đã đặt ra. Các tiêu chuẩn đó phụ thuộc vào mục đích sử dụng và cách thức sử dụng. Tùy thuộc vào nguồn phát sinh, quy mô lượng nước thải, tính chất của các loại nước thải( nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp hoặc hỗn hợp nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt,...) từ đó phân tích xác định các tiêu chuẩn qua đó đánh giá ô nhiễm và điều kiện môi trường- kinh tế- kỹ thuật mà quyết định phương án xử lý. Các phương pháp xử lý sau đây thường được áp dụng: vật lý, sinh học, hóa học. Trong thực tế, một nhà máy xử lý nước thải thường có thể kết hợp cả ba phương pháp: vật lý, hóa học và sinh học hoặc sử dụng từng phương pháp riêng rẽ. Ví dụ, khi xử lý nước thải sinh hoạt chỉ chứa chất thải dễ phân hủy bằng vi sinh vật, thường kết hợp phương pháp vật lý  (lưới chắn rác, khuấy trộn, lắng...), phương pháp sinh học (hiếu khí hoặc kỵ khí hoặc cả hai) vàphương pháp hóa học (khử trùng). Nhiều loại nước thải có thành phần phức tạp (chứa kim loại nặng, hàm lượng COD cao) như nước thải dệt nhuộm, nước thải thuộc da, xi mạ,... cần phải kết hợp cả ba phương pháp với tất cả các kỹ thuật mới đạt hiệu quả xử lý. Câu 3: Có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải được đề xuất cùng với quy định quản lý nước thải nhưng tại sao hiện tượng ô nhiễm nguồn nước ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt ở các khu công nghiệp, thành phố lớn. Trả lời: Một phần do điều kiện môi trường - kỹ thuật không đáp ứng được yêu cầu, bên cạnh đó còn do nhận thức về bảo vệ môi trường của người dân còn kém. Nguyên nhân quan trọng là do các nhà máy xí nghiệp vì lợi nhuận chưa thực sự quan tâm đầu tư cho việc xử lý nước thải mà xả trực tiếp nguồn thải ra ngoài môi trường. Và cũng do các cơ quan chức năng chưa thực sự có tâm huyết nghề nghiệp buông lỏng làm ngơ cho các nhà máy xí nghiệp xả thải không qua xử lý. Câu 4: Nêu cách xử lý cặn thải. Trả lời: Khi xử lý nước thải sẽ tạo ra nhiều bùn cặn, chúng cần được giảm khối lượng để giảm sự nhiễm bẩn môi trường. Số lượng, thành phần, tính chất hóa lý của cặn bùn phụ thuộc vào loại nước thải ban đầu và phương pháp xử lý. Nguồn phát sinh ra bùn cặn ương xử lý nước thảiở các công đoạn sau: Ì. Lọc qua lưới làm cho các chất rắn có kích thước lớn bị giữ lại; 2. Lắng thô (láng cát) để tách các hạt rắn thô (cát, gạch đá...) và váng bọt; 3. Láng sơ cấp (LI) để tách cặn hữu cơ và váng bọt; 4. Aeroten tạo ra chất rắn huyền phù - sản phẩm. của quá trình chuyển hóa chất hữu cơ của vi sinh vật 5. Láng thứ cấp (L2) để tách bùn hoạt tính. Các bùn cặn trên được chia thành ba nhóm : bùn cặn vô cơ, bùn cặn hữu cơ, bùn cặn hỗn hợp chứa cả các chất vô cơ và hữu cơ. Bùn cặn được đặc trưng bởi hàm lượng chất khô tính theo g/1 hoặc %, hàm lượng chất hữu cơ / hoặc chất tro tính theo % khối lượng chất khô, thành phần các nguyên tố, độ nhớt, thành phần kích thước hạt... Bùn cặn thường là hổn hợp huyền phù khó lọc. Trở lực lọc riêng của bùn cặn nước thải biến động trong giới hạn rất rộng. Đây là một chỉ số quyết định cho việc lựa chọn phương pháp xử lý bùn. Trong bùn cặn, nước tự do chiếm tới 60 đến 65%, còn nước liên kết nằm trong khoảng 30 đến 35%, trong đó nước tự do có thể được tách ra khỏi bùn cặn một cách dễ dàng còn nước liên kết -ẩm, nước liên kết keo và hút nước, khó tách hơn nhiêu. Để xử lý và khứ độc bùn cặn có thể sử dụng các quá trình công nghệ khác nhau. Quá trình nén chặt làm đặc bùn có thể thực hiện bằng láng trọng lực, thiết bị có tên là thiết bị nén đặc bùn (thickener), tuyển nổi hoặc ly tâm. Quá trìnhổn định bùn nhằm phân hủy phần các chất hữu cơ có thể phân hủy bằng con đường sinh học thành C0 2, CH 4 và H 20, giảm vấn đề mùi hoặc loại trừ sự thối rữa của bùn cặn. Quá trình này cũng có tác dụng giảm số lượng vi khuẩn gây bệnh và giảm thể tích bùn cặn. Quá trình ổn định bùn có thể thực hiện bằng phương pháp hóa học, nhiệt hoặc sinh học. Quá trình tách nước nhằm giảm độ ẩm của bùn cặn và thường sử dụng phương pháp lọc chân không, sân phơi bàng cát. Để chuẩn bị cho quá trình này thường người ta tiến hành điều hòa bùn trước khi lọc. Quá trình điều hòa bùn nhằm giảm trờ lực lọc riêng, cải thiện tính chất của mối liên kết nước (dạng và cấu trúc liên kết của nước với bùn). Thường bùn được xử lý bằng các tác nhân đông tụ như các muối sắt, nhôm (FeS04, Fe2(S04),, FeCl3, Al 2(S0 4)j) và vôi. Các chất đông tụ này được đưa vào bùn cận ở dạng dung dịch 10%. Cũng có thể sử dụng các chất thải chứa FeCl,, A12(S04)3. Trong thực tế dùng FeCl, cùng với vôi cho hiệu quả cao nhất. Liều lượng FeCl, vào khoảng 8%, vôi vào khoảng 15 đến 30% theo rắn khô của bùn cặn. Nhược điểm của phương pháp dùng tác nhân hóa học là chi phí cao, khả năng ân mòn vật liệu tăng, thiết bị vận hành phức tạp, thêm phần lưu giữ và thiết bị định lượng. Người ta cũng có thể dùng các chất keo tụ thay cho các chất đông tụ nhi polyacrylamit. Cuối cùng là công việc xử lý và thải bã cặn bùn. Công việc này có thể được thực hiện bàng cách xử lý nhiệt: sấy khô sau đó bùn được chế biến thành phân bón NPK, thiêu đốt để lấy nhiệt hoặc chôn lấp các vùng trũng tạo mặt bằng xây dựng các công trình mới.