Nhuoc Tran, profile picture
Uploaded byNhuoc Tran
3,789 views

Bài giảng Xử lý nước thải công nghiệp

Tài liệu cung cấp kiến thức cơ bản về xử lý nước thải công nghiệp, bao gồm các phương pháp cơ học, hóa học và sinh học. Nó cũng đề cập đến vấn đề ô nhiễm nước và các quy chuẩn kỹ thuật liên quan. Mục tiêu là giúp sinh viên hiểu cách thiết kế và quản lý hệ thống xử lý nước thải.

Embed presentation

Downloaded 60 times
1 / 222
2 / 222
3 / 222
4 / 222
5 / 222
6 / 222
7 / 222
8 / 222
9 / 222
10 / 222
11 / 222
12 / 222
13 / 222
14 / 222
15 / 222
16 / 222
17 / 222
18 / 222
19 / 222
20 / 222
21 / 222
22 / 222
23 / 222
24 / 222
25 / 222
26 / 222
27 / 222
28 / 222
29 / 222
Most read
30 / 222
31 / 222
32 / 222
33 / 222
34 / 222
35 / 222
36 / 222
37 / 222
38 / 222
39 / 222
40 / 222
Most read
41 / 222
42 / 222
Most read
43 / 222
44 / 222
45 / 222
46 / 222
47 / 222
48 / 222
49 / 222
50 / 222
51 / 222
52 / 222
53 / 222
54 / 222
55 / 222
56 / 222
57 / 222
58 / 222
59 / 222
60 / 222
61 / 222
62 / 222
63 / 222
64 / 222
65 / 222
66 / 222
67 / 222
68 / 222
69 / 222
70 / 222
71 / 222
72 / 222
73 / 222
74 / 222
75 / 222
76 / 222
77 / 222
78 / 222
79 / 222
80 / 222
81 / 222
82 / 222
83 / 222
84 / 222
85 / 222
86 / 222
87 / 222
88 / 222
89 / 222
90 / 222
91 / 222
92 / 222
93 / 222
94 / 222
95 / 222
96 / 222
97 / 222
98 / 222
99 / 222
100 / 222
101 / 222
102 / 222
103 / 222
104 / 222
105 / 222
106 / 222
107 / 222
108 / 222
109 / 222
110 / 222
111 / 222
112 / 222
113 / 222
114 / 222
115 / 222
116 / 222
117 / 222
118 / 222
119 / 222
120 / 222
121 / 222
122 / 222
123 / 222
124 / 222
125 / 222
126 / 222
127 / 222
128 / 222
129 / 222
130 / 222
131 / 222
132 / 222
133 / 222
134 / 222
135 / 222
136 / 222
137 / 222
138 / 222
139 / 222
140 / 222
141 / 222
142 / 222
143 / 222
144 / 222
145 / 222
146 / 222
147 / 222
148 / 222
149 / 222
150 / 222
151 / 222
152 / 222
153 / 222
154 / 222
155 / 222
156 / 222
157 / 222
158 / 222
159 / 222
160 / 222
161 / 222
162 / 222
163 / 222
164 / 222
165 / 222
166 / 222
167 / 222
168 / 222
169 / 222
170 / 222
171 / 222
172 / 222
173 / 222
174 / 222
175 / 222
176 / 222
177 / 222
178 / 222
179 / 222
180 / 222
181 / 222
182 / 222
183 / 222
184 / 222
185 / 222
186 / 222
187 / 222
188 / 222
189 / 222
190 / 222
191 / 222
192 / 222
193 / 222
194 / 222
195 / 222
196 / 222
197 / 222
198 / 222
199 / 222
200 / 222
201 / 222
202 / 222
203 / 222
204 / 222
205 / 222
206 / 222
207 / 222
208 / 222
209 / 222
210 / 222
211 / 222
212 / 222
213 / 222
214 / 222
215 / 222
216 / 222
217 / 222
218 / 222
219 / 222
220 / 222
221 / 222
222 / 222
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BÀI GIẢNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP (Lưu hành nội bộ) ThS. Nguyễn Minh Kỳ Tp. HCM, 7/2016
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp i ThS. Nguyễn Minh Kỳ Mục lục Mở đầu...................................................................................................................................................iii Mục tiêu .................................................................................................................................................iv Thuật ngữ viết tắt.................................................................................................................................... v Danh mục các hình, biểu bảng..............................................................................................................vii CHƯƠNG 1 ............................................................................................................................................ 1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI........................................................................... 1 1.1. Tổng quan tài nguyên nước.......................................................................................................... 1 1.1.1. Chu trình nước trong tự nhiên............................................................................................... 1 1.1.2. Vai trò của nước đối với đời sống, sinh hoạt, sản xuất......................................................... 1 1.1.3. Tài nguyên nước trên thế giới............................................................................................... 1 1.1.4. Tài nguyên nước của Việt Nam ............................................................................................ 2 1.2. Tiêu chuẩn cấp nước.................................................................................................................... 2 1.3. Ô nhiễm môi trường nước và phân loại ....................................................................................... 3 1.4. Quan trắc và giám sát chất lượng nước........................................................................................ 4 1.5. Nguồn và tác nhân gây ô nhiễm nước.......................................................................................... 4 1.6. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước............................................................................................... 9 1.7. Hậu quả ô nhiễm nước............................................................................................................... 10 1.8. Quy chuẩn kỹ thuật chất lượng nước......................................................................................... 13 1.9. Ô nhiễm môi trường nước trong công nghiệp............................................................................ 13 1.10. Kiểm soát ô nhiễm nước .......................................................................................................... 13 1.11. Đo lưu lượng, lấy mẫu và phân tích nước thải......................................................................... 15 1.12. Cơ sở lựa chọn giải pháp xử lý nước thải ................................................................................ 16 1.13. Khái quát về các hệ thống xử lý nước thải............................................................................... 20 CHƯƠNG 2 .......................................................................................................................................... 22 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC.................................................................. 22 2.1. Song chắn rác............................................................................................................................. 22 2.2. Bể lắng ....................................................................................................................................... 25 2.3. Phân tách dầu............................................................................................................................. 32 2.4. Bể lọc (Filtration)....................................................................................................................... 33 2.5. Bể điều hoà ................................................................................................................................ 35 CHƯƠNG 3.. ........................................................................................................................................ 29 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ........................................ 37 3.1. Trung hòa................................................................................................................................... 37 3.2. Keo tụ - tạo bông (Coagulation – Flocculation)......................................................................... 39 3.3. Kết tủa........................................................................................................................................ 42 3.4. Hấp thụ....................................................................................................................................... 42 3.5. Hấp phụ...................................................................................................................................... 43 3.6. Phương pháp oxy hóa................................................................................................................. 49 3.7. Trao đổi ion................................................................................................................................ 51 3.8. Tuyển nổi (Flotation) ................................................................................................................. 56 3.9. Khử trùng................................................................................................................................... 62 3.10. Phương pháp điện hóa.............................................................................................................. 63 3.11. Màng lọc .................................................................................................................................. 64 3.12. Oxy hóa nâng cao AOPs (Advanced Oxidation Process) ........................................................ 77 CHƯƠNG 4 .......................................................................................................................................... 98 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC .............................................................. 98 4.1. Tổng quan vi sinh vật trong hệ thống xử lý nước thải sinh học................................................. 98 4.2. Động học quá trình phát triển vi sinh vật và quá trình oxy hóa sinh hóa................................... 99 4.3. Phương pháp hiếu khí (Aerobic).............................................................................................. 100 4.3.1. Khái quát........................................................................................................................... 100 4.3.2. Aerotank (Quá trình bùn hoạt tính)................................................................................... 101 4.3.3. Ổn định tiếp xúc................................................................................................................ 108 4.3.4. Mương oxy hóa................................................................................................................. 109
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp ii ThS. Nguyễn Minh Kỳ 4.3.5. Đĩa quay sinh học (Rotating biological contactor) ........................................................... 111 4.3.7. Hiếu khí mở rộng (Extended Aeration)............................................................................. 114 4.3.8. Bùn hoạt tính Step feed..................................................................................................... 114 4.3.9. Lọc nhỏ giọt (trickling filter) ........................................................................................... 115 4.3.10. Bể phản ứng lọc màng sinh học (MBR).......................................................................... 122 4.4. Phương pháp thiếu khí (Anoxic).............................................................................................. 124 4.4.1. Khái quát........................................................................................................................... 124 4.4.2. Bể Anoxic ......................................................................................................................... 124 4.5. Phương pháp kỵ khí (Anaerobic)............................................................................................. 125 4.5.1. Khái quát........................................................................................................................... 125 4.5.2. Quá trình phân hủy trong bể kỵ khí .................................................................................. 128 4.5.3. Yếu tố ảnh hưởng.............................................................................................................. 130 4.5.4. Thuận lợi và khó khăn của phương pháp kỵ khí............................................................... 131 4.5.5. Điều kiện quan trọng để xử lý kỵ khí hiệu quả................................................................. 133 4.5.6. Một số quá trình kỵ khí..................................................................................................... 133 4.6. Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên................................................................................. 141 4.6.1. Giới thiệu .......................................................................................................................... 141 4.6.2. Ao hồ sinh học .................................................................................................................. 141 4.6.3. Cánh đồng tưới (lọc) và bãi lọc......................................................................................... 144 4.7. Công nghệ Wetland.............................................................................................................. 149 4.8. Một số công nghệ xử lý nước thải hiện đại.......................................................................... 154 CHƯƠNG 5 ........................................................................................................................................ 158 XỬ LÝ NITƠ VÀ PHỐT PHO........................................................................................................... 158 5.1. Khử nitơ................................................................................................................................... 158 5.2. Loại phốt pho........................................................................................................................... 163 CHƯƠNG 6 ........................................................................................................................................ 167 XỬ LÝ BÙN CẶN ............................................................................................................................. 167 6.1. Khái quát.................................................................................................................................. 167 6.2. Nguồn gốc phát sinh và đặc điểm............................................................................................ 168 6.3. Công nghệ xử lý bùn................................................................................................................ 168 CHƯƠNG 7 ........................................................................................................................................ 175 HƯỚNG DẪN XỬ LÝ NƯỚC THẢI MỘT SỐ NGÀNH NGHỀ CÔNG NGHIỆP......................... 175 7.1. Công nghiệp nước giải khát..................................................................................................... 175 7.2. Công nghiệp chế biến thực phẩm............................................................................................. 177 7.3. Công nghiệp dệt nhuộm........................................................................................................... 179 7.4. Công nghiệp thuộc da .............................................................................................................. 181 7.5. Công nghiệp hóa chất BVTV và phân bón.............................................................................. 183 7.6. Công nghiệp luyện kim và dầu mỏ .......................................................................................... 185 7.7. Công nghiệp sản xuất giấy....................................................................................................... 188 7.8. Công nghiệp sản xuất mía đường ............................................................................................ 189 7.9. Công nghiệp chế biến cao su ................................................................................................... 191 7.10. Xử lý nước thải bệnh viện, trung tâm dịch vụ y tế................................................................. 193
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp iii ThS. Nguyễn Minh Kỳ Mở đầu Trong xu thế phát triển của nhân loại, các hoạt động kinh tế - xã hội là nhu cầu tất yếu và cũng là động lực thúc đẩy tiến bộ. Tuy vậy, mặt trái các quá trình đó sẽ tạo ra các dòng chất thải, nhất là nước thải công nghiệp và gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe. Nhằm mục đích cung cấp cho sinh viên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường những kiến thức, kỹ năng cơ bản về các quá trình xử lý nước thải nên tập tài liệu nhỏ được ra đời trên cơ sở tham khảo các tài liệu của các đồng nghiệp trong và người trường. Trong đó, bao gồm các nội dung từ tổng quan về nước thải cho tới các phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học, hóa lý, hóa học và sinh học. Ngoài ra, còn đề cập đến quá trình nâng cao xử lý các chất dinh dưỡng nitơ, phốt pho cũng như giải pháp loại bỏ bùn thải và giới thiệu một số nghiên cứu điển hình xử lý nước thải công nghiệp. Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng không thể tránh được sai sót, rất mong nhận được sự quan tâm của độc giả để tài liệu nhỏ được hoàn thiện hơn thời gian tới. Tác giả
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp iv ThS. Nguyễn Minh Kỳ Mục tiêu - Cung cấp những kiến thức cơ bản về nguyên tắc cấu tạo, nguyên lý hoạt động và tính toán thiết kế các biện pháp xử lý nước thải công nghiệp. - Có khả năng nhận diện, thiết kế một số công trình xử lý nước thải các ngành nghề công nghiệp cơ bản. - Hiểu biết ứng dụng cách thức quản lý và vận hành hệ thống xử lý nước thải nói chung và nước thải công nghiệp nói riêng.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp v ThS. Nguyễn Minh Kỳ Thuật ngữ viết tắt Aerotank: Quá trình bùn hoạt tính ACP: Bể tiếp xúc kỵ khí AF: Lọc kỵ khí AF: Anaerobic filter - Lọc kỵ khí AOPs: Advanced Oxidation Process – Oxy hóa nâng cao atm: An atmosphere BOD: Nhu cầu oxy sinh hóa COD: Nhu cầu oxy hóa học CT: Concentration-Time (mg*min/L) DO: Oxy hòa tan Fluidized bed reactor: Lò phản ứng tầng sôi F/M: Cơ chất/vi sinh vật h+ : Electron Hole hv: Photon Energy HCBVTV: Hóa chất bảo vệ thực vật HRT: Thời gian lưu thủy lực (Hydraulic Retention Time) Kgf: kilogram-force LASER: Ánh sáng khuếch đại bởi kích thích phát ra bức xạ (sự kích thích tăng cường bức xạ quang học) MBR: Bể phản ứng lọc màng sinh học MF: Vi lọc MeV: Megaelectron-volts MLSS: Chất rắn lơ lửng trộn lẫn chất lỏng (Mixed Liquor Suspended Solids) MLVSS: Chất rắn lơ lửng bay hơi trộn lẫn chất lỏng (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids) NB: nano-bubble NF: Nanofiltration - Lọc nano OLR: Tải trọng hữu cơ (Organic Loading Rate) PCPs: Polychlorophenol PCBs: Polychlorobiphenyl PAHs: Polycyclic Aromatic Hydrocarbon - Hydrocarbon thơm đa vòng Psi: Pound per square inch
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp vi ThS. Nguyễn Minh Kỳ RBC: Rotating biological contactor - Đĩa quay sinh học RO: Reverse Osmosis - Lọc thẩm thấu ngược SBR: Sequencing batch reactor - Bể phản ứng theo mẻ SRT: Thời gian lưu bùn (Solids Retention Time) SS: Chất rắn lơ lửng SVI: Chỉ số thể tích bùn UF: Siêu lọc UASB: Upflow anaerobic sludge blanket – Lọc ngược qua tầng bùn kỵ khí VFA: Axit béo dễ bay hơi
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp vii ThS. Nguyễn Minh Kỳ Danh mục các hình, biểu bảng Bảng 1.1. Tiêu chuẩn thiết kế cấp nước Việt Nam Bảng 1.2. Đặc điểm một số nước thải công nghiệp Bảng 1.3. Standard quality of industrial water Bảng 1.4. Typical auto water analyzers Bảng 1.5. Typical wastewater treatment processes and removal method Bảng 1.6. Phương pháp xử lý nước thải (chất ô nhiễm) Bảng 1.7. Phương pháp xử lý nước thải (bậc) Bảng 3.1. Mối quan hệ giữa kích thước hạt và thời gian lắng Bảng 3.2. Oxidation potential of most commonly reagents used in wastewater treatment Bảng 3.3. Đặc điểm các quá trình lọc màng Bảng 3.4. Mức độ nâng lực oxy hóa của các tác nhân (so với oxy) Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật thiết kế các loại bể lọc nhỏ giọt Bảng 4.2. So sánh phương pháp xử lý kỵ khí với hiếu khí Bảng 4.3. Một số nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp bằng lọc kỵ khí Bảng 4.4. Một số nghiên cứu xử lý nước thải bằng công nghệ UASB Bảng 4.5. Activated sludge process with membrane separator instead for settling tank Bảng 4.6. Comparisons of decolorizing methods Bảng 5.1. Typical phosphorous removal processes Bảng 5.2. Aluminum sulfate requirement for P removal Bảng 6.1. Chất tạo bông tách nước bùn thải Bảng 6.2. Đặc điểm các kiểu tách nước bùn thải Bảng 7.1a. Properties of carbonated drink Bảng 7.1b. Wastewater properties in carbonated drink factories Bảng 7.2. Nguồn gốc và tính chất nước thải Bảng 7.3. Rubber wastewater characteristics in Sri Lanka Hình 1.1. Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên Hình 1.2. Sự phân bổ nước trên Trái đất Hình 1.3. Criteria vs. Standards of water Hình 1.4. Hệ thống xử lý nước thải tiêu biểu Hình 1.5. Đặc điểm nước thải và phương pháp xử lý Hình 1.6. Classification of Wastewater Treatments Processes Hình 2.1. Song chắn rác lớn
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp viii ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 2.2. Bể lắng sơ cấp Hình 2.3a. Tấm lắng lamella Hình 2.3b. Cơ chế/nguyên lý hoạt động Hình 2.4. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bể lắng lamella Hình 2.5. Lamella Inclined Plate Clarifier Hình 2.6. Tính toán bể tách dầu Hình 2.7. Sơ đồ bể lọc nhanh Hình 2.8. Sơ đồ bể lọc chậm Hình 2.9. Sơ đồ bố trí bể điều hòa Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo bể trung hòa Hình 3.2. Bể keo tụ - tạo bông Hình 3.3. Wastewater electrocoagulation principle Hình 3.4. Example of Heavy Metal Removal Hình 3.5. Physical adsorption and chemical adsorption Hình 3.6. Biểu diễn quá trình hấp phụ Hình 3.7. Activated Carbon Basics Hình 3.8. Cơ chế hấp phụ chất bẩn trong lọc nước Hình 3.9. Những ứng dụng than hoạt tính Hình 3.10. Cơ chế hoạt động của than hoạt tính Hình 3.11. Cấu trúc Zeolit ((a) zeolite A (3D, 4.2 Å); (b) zeolite Y (3D, 7.4 Å); (c) Zeolite L (1D, 7.1 Å); (d) ZSM-5) Hình 3.12. Zeolite Process of Water Softening Hình 3.13. A comparison between absorption (hấp thụ) and adsorption (hấp phụ) Hình 3.14. Example of Organic Chemical Removal Hình 3.15. Ion Exchange Treatment Process Hình 3.16. Ion Exchange (khử khoáng) Hình 3.17. Quá trình làm mềm nước cứng Hình 3.18. Hạt trao đổi ion zeolite Hình 3.19. Hạt trao đổi ion nhựa tổng hợp Hình 3.20. Ion-exchange resin Hình 3.21. Ứng dụng khử độ cứng trong nước Hình 3.22. Khử Na+ bằng phương pháp trao đổi ion (H+ Form Cation Resin; Na+ Removal) Hình 3.23. A typical flotation system
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp ix ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.24. Bên trong hệ tuyển nổi Hình 3.25. Sơ đồ xử lý nước thải áp dụng phương pháp tuyển nổi Hình 3.26. Design of Flotation Systems Hình 3.27. Sơ đồ tuyển nổi khí hòa tan Hình 3.28. DAF Flow Diagram Hình 3.29. Công nghệ bể tuyển nổi Hình 3.30. Phân tách nhiễm bẩn dầu Hình 3.31. Nguyên lý phương pháp điện hóa Hình 3.32. Ưu điểm công nghệ điện hóa Hình 3.33. Quá trình điện hóa hóa học Hình 3.34. Electrochemical arsenic removal process Hình 3.35. Nguyên tắc lọc màng Hình 3.36. Sơ đồ mô tả yếu tố xác định hiệu quả màng Hình 3.37. Đặc điểm các loại màng lọc Hình 3.38. Màng vi lọc Hình 3.39. Màng siêu lọc Hình 3.40. Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động Hình 3.41. How Ultrafiltration membranes work Hình 3.42. Nguyên tắc hoạt động Hình 3.43. Hệ thống màng lọc nano Hình 3.44. Ứng dụng lọc nước biển Hình 3.45. Màng lọc RO Hình 3.46. Spiral wound (like a rolled up newspaper) Hình 3.47. Hollow fibers Hình 3.48. Quá trình Fenton Hình 3.49. Công thức O3 và H2O2 Hình 3.50. Ozone Decomposition Process by Hydroperoxide Ions Hình 3.51. Conventional Water Treatment without O3/H2O2 Process Hình 3.52. Typical Water Treatment with O3/H2O2 Process Hình 3.53. Process Flow Diagram in Metropolitan Water District of Southern California Hình 3.54. Typical Physical-Chemical Treatment Plant Hình 3.55. Example of Physical-Chemical Wastewater Treatment Process Hình 3.56. Phases of matter
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp x ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.57. Phương pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu Hình 3.58. Flow chart of sonochemical synthesis of iron oxide Hình 3.59. Properties of Nano Fe Hình 3.60. Types of Nanoparticles Hình 3.61. Schematic diagram showing macro, micro and nanobubbles Hình 3.62. Cell-level biological treatment using Micro/Nano-bubbles Hình 3.63. Gaseous-affinity separation using Micro/Nano-bubbles Hình 3.64. Nano-bubble working principal Hình 3.65. Schematic diagram of a Nano-bubble system Hình 3.66. The deference of size between MB and NB Hình 3.67. The deference of life time between MB and NB Hình 3.68. Normal ozone water vs. Ozone nano-bubble Hình 4.1. Sơ đồ bùn hoạt tính Hình 4.2. Sơ đồ quá trình ổn định tiếp xúc Hình 4.3. Sơ đồ cấu tạo mương oxy hóa Hình 4.4. Mô tả minh họa hoạt động mương oxy hóa Hình 4.5. Sơ đồ cấu tạo đĩa quay sinh học Hình 4.6. Sơ đồ hoạt động bể SBR theo các pha vận hành Hình 4.7. Step-Feed activated Sludge Pracess Hình 4.8. Overview of the step-feed denitrification process Hình 4.9. Schematic Flow of Step-feed Anoxic/Aerobic Activated Sludge Process Hình 4.10. Màng sinh học xử lý nước thải Hình 4.11. Sơ đồ cấu tạo bể lọc nhỏ giọt Hình 4.12. Lọc nhỏ giọt tốc độ cao Hình 4.13. Sơ đồ vị trí bể lọc nhỏ giọt trong HTXLNT Hình 4.14. Lịch sử phát triển công nghệ xử lý kỵ khí Hình 4.15. Cấu tạo bể kỵ khí Hình 4.16. Ảnh hưởng của nhiệt độ Hình 4.17. Ảnh hưởng pH Hình 4.18. Quá trình phân hủy trong bể kỵ khí Hình 4.19. Quá trình phân hủy kỵ khí Hình 4.20. Sơ đồ bể tiếp xúc kỵ khí Hình 4.21. Cấu tạo chi tiết lọc kỵ khí
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp xi ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.22. Sơ đồ cấu tạo lọc kỵ khí Hình 4.23. Sơ đồ cấu tạo UASB Hình 4.24. Sơ đồ cấu tạo bể phản ứng SGBR Hình 4.25. Ao hồ sinh học Hình 4.26. Nhận thức về xử lý nước thải bằng ao hồ sinh học Hình 4.27. Cơ chế ao hồ tùy nghi Hình 4.28. Cánh đồng lọc chậm qua đất Hình 4.29. Cánh đồng thấm nhanh qua đất Hình 4.30. Cánh đồng lọc bằng chảy tràn mặt Hình 4.31. Bãi lọc xử lý nước thải Hình 4.32. Sơ đồ cấu tạo cánh đồng tưới và bãi lọc Hình 4.33. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống Wetland Hình 4.34. Mô hình chảy ngang Hình 4.35. Mô hình wetland chảy đứng Hình 4.36. Thực vật ngập trong nước Hình 4.37. Ví dụ ứng dụng cỏ vetiver xử lý nước thải Hình 4.38. Ứng dụng Horizontal Flow Hình 4.39. Hybrid activated sludge process combined with membrane separator Hình 5.1. Biological Nutrient Removal Processes Hình 5.2. Quá trình khử nitơ một pha Hình 5.3. Quá trình khử nitơ hai pha Hình 5.4. Quá trình Ludzack–Ettinger Hình 5.5. Quá trình MLE Hình 5.6. Quá trình bể phản ứng theo mẻ Hình 5.7. Bardenpho 4 giai đoạn Hình 5.8. Mương oxy hóa Hình 5.9. Anoxic Step Feed Hình 5.10. Công nghệ khử nitơ bằng hóa lý Hình 5.11. Basic process in biological phosphorous removal (AO process) Hình 5.12. Biological denitrification-phosphorous removal process (A2O) Hình 5.13. Single phase sludge process-circulating denitrification phosphorous removal process Hình 5.14. Phosphorous removal by phostripping process
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp xii ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 5.15. Cơ chế đơn giản hóa cho phốt pho thoát ra và hấp thu ATP Hình 6.1. Belt press dehydrator Hình 6.2. Centrifuge dehydrator Hình 6.3. Filter press dehydrator Hình 6.4. Vacuum filter dehydrator Hình 6.5. Screw press dehydrator Hình 6.6. Rotary dryer Hình 6.7. Multi-stage vertical dryer Hình 6.8. Thiết bị composting Hình 6.9. Sludge reduction process by thermophilic bacteria Hình 6.10. Sludge reduction process by ozone Hình 7.1. Carbonated beverage manufacturing process and wastewater Hình 7.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia truyền thống Hình 7.3. Sơ đồ công nghệ kết hợp xử lý nước thải sản xuất bia Hình 7.4. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất một số loại thực phẩm Hình 7.5. Various steps involved in processing textile in a cotton mill Hình 7.6. Hybrid Biogranule System Hình 7.7. Quy trình công nghệ thuộc da Hình 7.8. Quy trình công nghệ xử lý nước thải thuộc da hiệu quả Hình 7.9. Phosphor fertilizer manufacturing process Hình 7.10. Treatment technology - A phosphoric acid plant Hình 7.11. Refinery water balance Hình 7.12. Refinery flow diagram Hình 7.13. Thiết bị phân tách dầu Hình 7.14. Gas floatation cell Hình 7.15. Petroleum Reserve’s bio-treatment process Hình 7.16. Flow Diagram for Sugar Manufacturing Process Hình 7.17. Steps of rubber production processes
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 1 ThS. Nguyễn Minh Kỳ CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1. Tổng quan tài nguyên nước 1.1.1. Chu trình nước trong tự nhiên  Nước tồn tại dưới các dạng: rắn, lỏng và hơi  được tuần hoàn thông qua vòng tuần hoàn nước.  Nước: không màu, không mùi, không vị. Hình 1.1. Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên 1.1.2. Vai trò của nước đối với đời sống, sinh hoạt, sản xuất  Chiếm 75% cơ thể con người  Được ví như là « chất dinh dưỡng » quan trọng nhất  Phục vụ hoạt động sống thường ngày  Đảm bảo nhu cầu sản xuất, vận hành các hoạt động kinh tế- xã hội  An ninh và xung đột về nước 1.1.3. Tài nguyên nước trên thế giới
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 2 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 1.2. Sự phân bổ nước trên Trái đất  Phân bố không đồng đều về không gian và thời gian  Nguồn nước ngọt sử dụng được chiếm tỷ lệ rất nhỏ 1.1.4. Tài nguyên nước của Việt Nam  Khá phong phú nhưng phân bố không đều về mặt lãnh thổ và theo mùa  Tình trạng nhiễm bẩn nhiều lưu vực sông  Các dòng chảy lớn chủ yếu bắt nguồn từ bên ngoài lãnh thổ Việt Nam 1.2. Tiêu chuẩn cấp nước  Phụ thuộc vào khu vực: o Đô thị và nông thôn o Nước phát triển, đang phát triển  Theo MetCalf và Eddy: Q thải = 80-130% Q cấp Bảng 1.1. Tiêu chuẩn thiết kế cấp nước Việt Nam (Nguồn: Bộ Xây dựng)
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 3 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 1.3. Ô nhiễm môi trường nước và phân loại 1.3.1. Nước thải  Nước thải: Nước đã qua sử dụng được thải ra từ hộ gia đình, cộng đồng, nông trại hay nhà máy công nghiệp, có chứa chất hòa tan hay lơ lửng.  Nước thải công nghiệp: Là loại nước thải trong các nhà máy sản xuất quy mô công nghiệp. 1.3.2. Phân loại nước thải  Nước thải sinh hoạt: Khu vực dân cư, từ các hoạt động sinh hoạt và văn phòng  Thành phần nước thải sinh hoạt = hữu cơ + vô cơ. Bao gồm: cặn lắng, không lắng, hòa tan.  Đặc trưng nước thải sinh hoạt: SS, BOD5, COD, NH4+, P2O5, Cl-, vi sinh vật (Total coliform, fecal coliform)  Nước thải sản xuất: Khu vực sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp. Bảng 1.2. Đặc điểm một số nước thải công nghiệp Công nghiệp BOD, mg/l COD, mg/l SS, mg/l pH Bia 850 17.000 90 4-6 Đồ hộp (cam quýt) 2.000 - 7.000 axit Bơ sữa 600-1.000 2.000-4.000 200-400 axit Sản xuất khoai tây 2.000 3.500 2.500 11-13 Đường (củ cải đường) 450-2.000 600-3.000 800-1.000 7-8 Giết mổ gia súc 1.500-2.500 4.000-6.000 800 7 Lên men, ủ chua 50.000 70.000- 80.000 Thấp axit  Nước chảy tràn: Chảy tràn đô thị và chảy tràn nông nghiệp. Đặc điểm nước thải công nghiệp nhiễm axit  Công nghiệp nhẹ  Công nghiệp vật liệu  Công nghiệp hóa chất  Công nghệ cán thép  Sản xuất thuốc nhuộm
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 4 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Thuốc trừ sâu, dược phẩm  Chứa axit sunfuric, axit clohydric… Nước thải: Chứa các tạp chất hữu cơ như protein (đạm), HC (tinh bột), chất béo (lipit ~ dầu mỡ động thực vật)… Chất rắn: Chứa chất vô cơ như cát, muối, kim loại. Chất rắn trong nước thải gồm chất rắn hòa tan, chất rắn keo, chất rắn lơ lửng. TS = TDS + SS. Tác nhân trong nguồn nước thải: - Các chất trôi nổi, dầu, mỡ: gạn, lọc, tuyển nổi - Vi khuẩn: nhiệt, uv, ozon,.. - Kim loại: kết tủa, keo tụ, hấp phụ, hấp thụ - Chất hữu cơ: phân hủy, chuyển hóa - Hydrate carbon: phân hủy thành axit hữu cơ, CO2 - Hợp chất nitơ: NO3-, NO2-, NH4+/NH3, org-N 1.3.3. Ô nhiễm môi trường nước Theo Hiến chương châu Âu, “Sự ô nhiễm nước là một biến đổi chủ yếu do con người gây ra đối với chất lượng nước, làm ô nhiễm nước và gây nguy hại cho việc sử dụng, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi-giải trí, cho động vật nuôi cũng như các loài hoang dại”. Theo như quan điểm truyền thống ở Việt Nam: “Ô nhiễm nước là hiện tượng thay đổi xấu về chất lượng nước do trong nước có chứa quá mức các thành phần vật chất, các chất độc hại và các vi khuẩn, vi sinh vật gây bệnh đã làm giảm giá trị sử dụng của nước, ảnh hưởng xấu tới sự tồn tại và phát triển của các sinh vật cũng như tới sức khoẻ của con người“. Như vậy, có thể hiểu ô nhiễm nước là sự làm thay đổi thành phần và tính chất của nước gây ảnh hưởng đến hoạt động sống bình thường của con người và sinh vật. 1.4. Quan trắc và giám sát chất lượng nước  Giám sát nền  Giám sát đánh giá hoạt động sản xuất (giám sát tác động)  Giám sát khác (tuân thủ và xu hướng) Gần 90% nguồn nước cấp và sử dụng trong công nghiệp  thải ra môi trường. 1.5. Nguồn và tác nhân gây ô nhiễm nước 1.5.1. Nguồn gốc ô nhiễm nước 1.5.1.1. Nguồn gốc tự nhiên
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 5 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên là do mưa, nhiễm mặn, nhiễm phèn, lũ lụt,… Nước mưa rơi xuống mặt đất, mái nhà, đường phố đô thị, khu công nghiệp, kéo theo các chất bẩn xuống sông, hồ hoặc các sản phẩm của hoạt động sống của sinh vật, vi sinh vật kể cả các xác chết của chúng. Sự ô nhiễm này còn được gọi là ô nhiễm không xác định được nguồn. 1.5.1.2. Nguồn gốc nhân tạo Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo chủ yếu do xả nước thải từ các khu dân cư, khu công nghiệp, hoạt động giao thông vận tải, hóa chất bảo vệ thực vật (thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ) và phân bón trong nông nghiệp,… vào môi trường nước. Thực tế, nguồn gây ô nhiễm nước chủ yếu gắn liền với các hoạt động của con người. Dưới đây là các nguồn gây ô nhiễm nước chủ yếu có nguồn gốc liên quan đến các hoạt động của con người: a. Nguồn ô nhiễm do sinh hoạt Các khu vực đô thị, các vùng tập trung đông dân cư có dân số và mật độ dân cư rất cao so với các vùng khác, nên hàng ngày cũng thải ra môi trường một lượng rất lớn rác thải rắn và nước thải sinh hoạt. Nước thải sinh hoạt chứa một lượng các chất vô cơ, chất hữu cơ có nguồn gốc động thực vật và các mầm vi khuẩn gây bệnh. Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nguồn nước bị ô nhiễm làm suy giảm lượng hàm lượng oxy hoà tan trong nước dẫn đến những hậu quả xấu cho hệ sinh thái nước. Ngoài ra, việc xả thải nguồn nước thải từ hệ thống cơ sở y tế ở các đô thị là nguyên nhân làm lây lan dịch bệnh và ảnh hưởng tới sức khoẻ cộng đồng. b. Nguồn ô nhiễm do nông nghiệp Trong các hoạt động sản xuất nông nghiệp có thể gây ô nhiễm nước như: - Nước thải của chuồng trại chăn nuôi, nước chảy tràn trên bề mặt cuốn theo nhiều chất thải gia súc gia cầm là nguyên nhân làm ô nhiễm nguồn nước. - Việc sử dụng quá mức các loại phân bón để tăng năng suất cây trồng trong nông nghiệp nên dư lượng phân bón này ảnh hưởng xấu đến nguồn nước. Ngoài ra, phân bón hoá học chứa nhiều chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho. Chính vì vậy, làm phát sinh hiện tượng phú dưỡng nguồn nước ở các con sông, ao, hồ,.... Hậu quả của quá trình phát triển mạnh mẽ các loài rong tảo là sự phân hủy chúng gây mùi khó chịu, mất mỹ quan đô thị, tăng độc tố trong nguồn nước, giảm hàm lượng oxy hòa tan, ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc khai thác và sử dụng nguồn nước. - Dư lượng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, hóa chất kích thích sinh trưởng được sử dụng trong nông nghiệp không chỉ ảnh hưởng đến nông sản, nguồn nước mặt mà còn
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 6 ThS. Nguyễn Minh Kỳ tích lũy, di chuyển vào các tầng đất, mạch nước ngầm thông qua đó gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và môi trường. c. Nguồn ô nhiễm do công nghiệp Ô nhiễm chủ yếu là do các rác thải và nước thải công nghiệp bằng nhiều con đường khác nhau tập trung hoặc chảy vào sông, hồ, biển hoặc thấm xuống tầng chứa nước ngầm. Tuỳ theo từng ngành công nghiệp mà các nước thải công nghiệp có thành phần và đặc tính khác nhau. Nước thải của các ngành công nghiệp thực phẩm, thí dụ như nước thải các ngành công nghiệp chế biến lương thực, sản xuất sữa, công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy, công nghiệp dệt... thường có thành phần tương tự như nước thải sinh hoạt với đặc điểm chứa nhiều chất ô nhiễm hữu cơ, khi xả vào nguồn nước sẽ tiêu hao lớn lượng oxy hoà tan trong nước do quá trình phân huỷ sinh học. Đối với các nguồn nước thải công nghiệp của nhiều ngành sản xuất khác, thí dụ như nước thải của các nhà máy hoá chất, nhà máy luyện kim, các xí nghiệp mạ điện... có nhiều hoá chất độc hại, các kim loại nặng, khi xả vào môi trường nước nhiều chất khó bị phân huỷ, gây độc đối với các loài sinh vật trong nước. Nhiều chất ô nhiễm trong đó có các kim loại nặng có khả năng tích tụ sinh học qua dây chuyền thức ăn, ảnh hưởng đến các loài thuỷ sinh và đến đa dạng sinh học của hệ sinh thái. Nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn nước với khối lượng lớn có thể làm thay đổi các tính chất vật lý của nguồn nước như làm thay đổi nhiệt độ nước, làm tăng lượng chất rắn hoà tan, lượng chất rắn lơ lửng, ảnh hưởng đến màu, mùi của nước... Những thay đổi đó làm giảm giá trị sử dụng của nguồn nước, nhất là cho mục đích vui chơi giải trí. Ngoài các nguồn gây ô nhiễm nước chủ yếu nêu trên, các hoạt động phát triển khác cũng gây ô nhiễm nước như hoạt động xây dựng các công trình dân dụng như xây dựng nhà cửa trên các khu đô thị, xây dựng thủy lợi, thủy điện, làm đường giao thông... Các hoạt động làm tăng bùn cát hay độ đục của nước sông ở hạ lưu khu vực xây dựng do tăng lượng đất bị rửa trôi. Dầu mỡ máy móc thi công, các chất thải của khu vực lán trại công nhân cũng góp phần ô nhiễm thủy vực. Vì thế rất biện pháp quản lý chặt chẽ các nguồn thải các công trình để giảm thiểu ô nhiễm nước. d. Nguồn ô nhiễm do hoạt động giao thông Các hoạt động giao thông đường thủy ở hệ thống sông suối, ao hồ hay ở biển và đại dương là nguyên nhân làm ô nhiễm dầu mỡ cho nguồn nước. Các sự cố tai nạn về va chạm, chìm tàu, đặc biệt là các sự cố va chạm, vỡ, chìm tàu chở dầu trên biển và đại dương làm ô nhiễm dầu nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, các nguồn tài nguyên sinh học biển,... Hoạt động giao thông đường bộ và đường hàng không cũng góp phần gián tiếp gây ô nhiễm nguồn nước do sự phát thải các khí thải độc hại vào bầu không
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 7 ThS. Nguyễn Minh Kỳ khí. Mưa sẽ rửa sạch bầu không khí và kéo các chất bẩn đổ vào hệ thống ao hồ, sông suối... 1.5.2. Tác nhân gây ô nhiễm nước Có thể chia tác nhân gây ô nhiễm nước thành các nhóm cơ bản sau: 1.5.2. 1. Tác nhân hóa lý - Màu sắc: Khi nước chứa các chất rắn lơ lửng, các loại tảo, các chất hữu cơ…nó trở nên kém thấu quang ánh sáng tự nhiên. Từ đó, làm cản trở sự sống của các loài thủy sinh và suy giảm chất lượng môi trường nước. Để đánh giá màu sắc của nước người ta dùng máy đo màu hoặc may đo độ thấu quang của nước. - Mùi và vị: Nước tự nhiên sạch không có mùi và vị. Khi nguồn nước tiếp nhận các sản phẩm phân hủy chất hữu cơ, chất thải công nghiệp, các kim loại thì mùi vị của nước trở nên khó chịu. Thông thường, các chất có mùi bao gồm các chất hữu cơ từ cống rãnh khu dân cư, xí nghiệp chế biến thực phẩm; nước thải công nghiệp, hóa chất; sản phẩm từ sự phân hủy xác động thực vật... Để đánh giá mùi và vị của nước người ta dùng phương pháp pha loãng nhiều lần bằng một lượng nước cất để nó không còn mùi vị nữa. - Độ đục: Nguồn nước tự nhiên thường không có các chất rắn lơ lửng nên trong suốt và không màu. Khi chứa các hạt sét, mùn, vi sinh vật, hạt bụi, các hạt keo, chất kết tủa thì nước trở nên đục. Nước đục ngăn cản sự thấu quang ánh sáng xuống các tầng bên dưới các thủy vực do đo ảnh hưởng đến sự sống các loài thủy sinh. Độ đục được xác định bằng máy đo độ đục hiện trường hoặc phương pháp hóa lý trong phòng thí nghiệm. - Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết của môi trường. Các nguồn nước thải làm mát từ các nhà máy điện, phân xưởng sản xuất công nghiệp làm tăng nhiệt độ của nước. Nhiệt độ cao phá hủy các quá trình sinh, hóa, lý học của hệ sinh thái nước. Để đo nhiệt độ nước có thể dùng các loại nhiệt kế khác nhau hay máy đo nhanh hiện trường đa chỉ tiêu. - Chất rắn lơ lửng (SS): Là nồng độ các hạt chất rắn vô cơ hoặc hữu cơ không tan trong nước (thường có kích thước từ 10-1 đến 10-2 µm như khoáng sét, bụi than, mùn,…). Nồng độ các chất rắn lơ lửng được xác định bằng cách lọc mẫu nước qua giấy lọc tiêu chuẩn; cặn thu được trên giấy lọc sau khi sấy ở nhiệt độ 1050 C đến khi khối lượng không đổi đem cân xác định khối lượng. Đơn vị: mg/L. - Độ cứng: Độ cứng của nước do sự có mặt của các muối Ca và Mg gây ra. Độ cứng tạm thời là do các muối carbonate (CO3 2- ) hoặc bicarbonate (HCO3 - ) của Ca và Mg gây ra. Độ cứng vĩnh cửu của nước là do các muối sunphate (SO4 2- ) hoặc clorua (Cl- ) của Ca và Mg gây ra. Căn cứ vào hàm lượng CaCO3 có thể phân loại nước thành 3 loại: Nước mềm (<60mg/l CaCO3), nước cứng trung bình (60-180mg/l CaCO3) và
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 8 ThS. Nguyễn Minh Kỳ nước cứng (>180mg/l CaCO3). Có thể xác định độ cứng của nước bằng phương pháp chuẩn độ. - Độ dẫn điện: Độ dẫn điện của nước liên quan đến sự hiện diện của các ion muối kim loại như NaCl, KCl, Na2SO4, KNO3… trong nước. Tác động ô nhiễm của nước có độ dẫn điện cao thường liên quan tới tính độc hại của các ion hòa tan trong nước. Để xác định có thể sử dụng máy đo điện trở hoặc cường độ dòng diện. - Độ pH: Độ pH của nước được xác định theo công thức pH = -lg[H+]. Đối với nguồn nước tinh khiết có pH = 7, nước có tính axit pH<7 và nguồn nước có tính bazơ pH>7. Độ pH ảnh hưởng đến sự sống các loài thủy sinh. Ví dụ như cá thường không sinh sống được ở môi trường pH<4 hoặc pH>10. Độ pH có thể được xác định bằng phương pháp điện hóa, chuẩn độ hoặc sử dụng các loại thuốc thử khác nhau. - Hàm lượng oxy hòa tan (DO): Hàm lượng oxy hòa tan trong nước có vai trò quan trọng và rất cần thiết cho sự sống của các loài sinh vật ở nước. Oxy hòa tan được khuếch tán từ khí quyển hoặc do sự quang hợp của các loài tảo. Khi hàm lượng oxy hòa tan thấp các loài sinh vật sống trong nước sẽ thiếu oxy, giảm các hoạt động và có thể chết. Việc xác định oxy hòa tan có thể bằng phương pháp Winkler hoặc phương pháp điện cực. - Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): Là lượng oxy cần thiết sử dụng bởi các vi sinh vật hiếu khí để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước (đơn vị: mgO2/L). BOD dùng phổ biển để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, đặc biệt là chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học trong nước. Do quá trình oxy hóa sinh học trong nước xảy ra chậm (trên 20 ngày để oxy hóa gần hết), thông thường người ta xác định nhu cầu oxy sau 5 ngày gọi là BOD5. Nguyên tắc xác định BOD5 là xác định DO của mẫu ban đầu và DO sau 5 ngày ủ mẫu (trong chai kín, ở 200 C) rồi lấy hiệu số (quy trình thực tế có thể phức tạp hơn do phải pha loãng mẫu, cấy thêm vi sinh vật,…). - Nhu cầu oxy hóa học (COD): Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hóa học các hợp chất hữu cơ trong nước. Đơn vị mgO2/L. COD dùng để đánh giá ô nhiễm các chất hữu cơ, nhưng gồm cả chất hữu cơ bị oxy hóa và không bị oxy hóa sinh học. Thông thường COD được xác định bằng phương pháp hồi lưu kín-trắc quang với thuốc thử Bicromat (Cr2O7 2- ). - Các khí hòa tan (H2S, NH3,...): Các khí hòa tan này thường là sản phẩm của các quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nguồn nước. 1.3.2.2. Tác nhân hóa học - Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (các hydrocarbon, protein, lipit,...) có trong nước thải sinh hoạt và nước thải của một số ngành sản xuất công nghiệp như chế biến thủy sản, sản xuất bia,…
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 9 ThS. Nguyễn Minh Kỳ - Các chất hữu cơ bền vững như polychlorophenol (PCPs), polychlorobiphenyl (PCBs), các hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs: Polycyclic Aromatic Hydrocarbon). Các chất này có độc tính cao và bền vững trong môi trường. Chúng thường có trong nước thải công nghiệp (dệt, nhuộm, giấy,…) và nguồn nước chảy tràn qua các vùng nông, lâm nghiệp có sử dụng nhiều hóa chất BVTV. - Các nhóm anion vô cơ (NH4 + , NO3 - , NO2 - , PO4 3- ,...): Các nguyên tố N, P, S ở nồng độ thấp là các chất dinh dưỡng cho tảo và các vi sinh vật trong nước. Khi nồng độ cao chúng là các tác nhân gây ra sự phú dưỡng các thủy vực, làm biến đổi môi trường, hệ sinh thái. Ngoài ra, chúng còn có thể làm biến đổi sinh hóa trong cơ thể sinh vật và người. Nguồn nước ăn uống có nhiễm hàm lượng NO3 - cao có thể gây ra bệnh ung thư. - Các kim loại nặng (Hg, As, Cd, Pb, Mn,...) thường có trong nước thải của các ngành công nghiệp luyện kim, khai khoáng,… Hầu hết chúng ít tham gia vào các quá trình sinh hóa mà thường tích lũy lại trong cơ thể sinh vật, gây tác động nghiêm trọng đến các sinh vật theo chuỗi thức ăn. - Thuốc bảo vệ thực vật: Là những chất độc hại có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp hóa học, được dùng để phòng và trừ sinh vật có hại cho cây trồng nông sản với các tên gọi khác nhau như thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh, thuốc diệt cỏ… Có thể chia thuốc bảo vệ thực vật làm ba nhóm chính: nhóm clo hữu cơ, nhóm lân hữu cơ và nhóm cacbanat. Trong đó, nhóm clo hữu cơ là các hợp chất hóa học gốc clo rất bền vững trong môi trường tự nhiên và thời gian phân hủy. Thuộc nhóm này có Aldrin, Diedrin, DDT, Endrin,… Nhóm lân hữu cơ gồm hai hợp chất parathion và malathion. Nhóm này có thời gian phân hủy ngắn hơn so với nhóm clo hữu cơ nhưng lại có độ độc cao đối với người và động vật. Nhóm cacbanat gồm các hóa chất ít bền vững trong môi trường nhưng cũng rất độc với con người, động vật. Đại diện cho nhóm này gồm các hợp chất gốc cacbanat như Sevin, Puradan,… Nhìn chung, dư thuốc bảo vệ thực vật được tích lũy trong môi trường, nông sản và gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, sinh vật. 1.5.2.3. Tác nhân sinh học Tác nhân sinh học chủ yếu bao gồm các sinh vật gây bệnh như vi khuẩn, siêu vi khuẩn, ký sinh trùng gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn; virus gây tiêu chảy,…. Nguồn ô nhiễm sinh học cho môi trường nước chủ yếu do phân, rác, chất thải sinh hoạt, xác chết sinh vật, chất thải bệnh viện. Để đánh giá mức độ ô nhiễm sinh học thường hay sử dụng các thông số quan trọng như Total coliform, Fecal coliform, E.coli. 1.6. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước - Chất ô nhiễm thông thường: BOD, COD, TSS, pH, Fecal coliforms, dầu mỡ. - Chất ô nhiễm độc hại: + Kim loại (As, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, Ni, Zn, Ag)
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 10 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Chất độc hữu cơ:  Chất hữu cơ bay hơi (1,1,1-trichloroethane, benzene, ethylbenzene, methylene chloride, toluene, and trichloroethylene)  Chất hữu cơ bán bay hơi (di-n-butyl phthalate, naphthalene, p-chloro-m-cresol, and phenols)  Thuốc trừ sâu  Polychlorinated biphenyls (PCBs) - Chất hữu cơ không thông thường: Ammonia và Phosphate. 1.7. Hậu quả ô nhiễm nước Ảnh hưởng của sự ô nhiễm nước có thể được phân làm nhiều dạng. Một vài ảnh hưởng của quá trình ô nhiễm nước có thể được ghi nhận ngay lập tức và có một số ảnh hưởng ô nhiễm nước chỉ biểu hiện sau một thời gian từ vài tháng đến vài năm. Có nhiều cách để xem xét hậu quả của ô nhiễm nước. Căn cứ theo đối tượng bị ô nhiễm có thể làm rõ hậu quả của ô nhiễm nước theo sự phân dạng ô nhiễm nguồn nước như: Ô nhiễm nước mặt, ô nhiễm biển và ô nhiễm nước ngầm. a. Ô nhiễm nước mặt Các dạng ô nhiễm nước mặt thường gặp là ô nhiễm bởi các chất hữu cơ, vô cơ; phú dưỡng; ô nhiễm kim loại nặng, hóa chất độc hại; ô nhiễm vi sinh vật và ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật. * Phú dưỡng: - Phú dưỡng là hiện tượng thường gặp trong các hồ đô thị, các sông và kênh dẫn nước thải. Biểu hiện phú dưỡng của các hồ đô thị là nồng độ chất dinh dưỡng N, P cao, tỷ lệ P/N cao do sự tích luỹ tương đối P so với N, sự yếm khí và môi trường khử của lớp nước đáy thuỷ vực, sự phát triển mạnh mẽ của tảo và nở hoa tảo, sự kém đa dạng của các sinh vật nước, đặc biệt là cá, nước có màu xanh đen hoặc đen, có mùi khai thối do thoát khí H2S... - Nguyên nhân gây phú dưỡng là sự thâm nhập một lượng lớn N, P từ nước thải sinh hoạt của các khu dân cư, sự đóng kín và thiếu đầu ra của môi trường ao hồ. Sự phú dưỡng nước hồ đô thị và các sông kênh dẫn nước thải gần các thành phố lớn đã trở thành hiện tượng phổ biến ở hầu hết các nước trên thế giới. Hiện tượng phú dưỡng hồ đô thị và kênh thoát nước thải tác động tiêu cực tới hoạt động văn hoá của dân cư đô thị, làm biến đổi hệ sinh thái nước hồ, tăng thêm mức độ ô nhiễm không khí của đô thị. Hiện tượng phú dưỡng được chia ra do 2 nguyên nhân chính: + Nguồn điểm (point sourses): là nguồn gây ô nhiễm có thể xác định được vị trí, lưu lượng cụ thể, ví dụ như nguồn thải từ các hệ thống cống rãnh trong các khu thị trấn, thành phố, các khu công nghiệp, …
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 11 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Nguồn diện hay phân tán (non-point or diffuse sourses): là nguồn gây ô nhiễm không xác định được cụ thể vị trí, lưu lượng, ví dụ nước chảy tràn từ khu vực sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, các khu đô thị, nước mưa bị ô nhiễm, ... * Ô nhiễm kim loại nặng và các chất nguy hại khác - Nguyên nhân chủ yếu là do nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý không đạt tiêu chuẩn thải vào môi trường. - Kim loại nặng và các chất nguy hại khác sẽ tích lũy trong chuỗi thức ăn vào cơ thể động vật và người. - Nguồn nước mặt bị ô nhiễm kim loại nặng và các chất nguy hại khác sẽ kéo theo ô nhiễm đất, ô nhiễm nguồn nước ngầm, ô nhiễm không khí,… * Ô nhiễm vi sinh vật nguồn nước mặt - Thường gặp ở các vực nước nhận nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện. - Các loại vi khuẩn, ký sinh trùng, sinh vật gây bệnh sẽ theo nguồn nước bị ô nhiễm lan truyền bệnh cho người và động vật, đặc biệt là các khu đông dân sống tập trung. * Ô nhiễm nước mặt bởi dư lượng thuốc bảo vệ thực vật và phân bón hóa học - Phổ biến ở các khu thâm canh nông nghiệp - Trong quá trình sử dụng, một lượng lớn thuốc bảo vệ thực vật và phân bón hóa học không được cây trồng tiếp nhận, chúng sẽ lan truyền, tích lũy trong môi trường đất, nước và các sản phẩm nông nghiệp thâm nhập vào cơ thể người và động vật theo chuỗi thức ăn. * Mưa axit Các nguồn nước trong vùng có mưa axit sẽ làm gia tăng thành phần SO4 2- , đây là nhân tố làm tổn hại đến đời sống các loài cá và thực vật thủy sinh ở các ao hồ, sông suối. * Làm tổn hại đến chuỗi thức ăn trong tự nhiên Khi độc chất đi vào trong nước, các loài sinh vật tiêu thụ và sử dụng chúng, sau đó gây nhiễm độc cho con người khi chúng ta sử dụng các sinh vật bị nhiễm độc trong nước. * Lan truyền dịch bệnh theo con đường ô nhiễm nước Các bệnh truyền nhiễm như thương hàn và tả có thể lan truyền từ nguồn nước nhiễm bẩn hoặc bị ô nhiễm. Tim và thận của con người rất có thể gặp phải những bất lợi khi sử dụng các nguồn nước ô nhiễm một cách thường xuyên. Vấn đề kèm theo khác về sức khỏe của sự ô nhiễm nước là làm chậm quá trình lưu thông máu trong cơ thể, tổn
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 12 ThS. Nguyễn Minh Kỳ thương về da, sự nôn mửa và tổn thương hệ thần kinh. Thực tế, ô nhiễm nước có thể được nói như là một trong những nguyên nhân gây ra sự chết chóc toàn cầu. b. Ô nhiễm nước ngầm - Nước ngầm là nguồn cung cấp nước sinh hoạt chủ yếu ở nhiều vùng quốc gia và vùng dân cư. Do đó, ô nhiễm nước ngầm có ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống con người. - Các tác nhân làm ô nhiễm nước ngầm: + Các tác nhân tự nhiên: nhiễm mặn, nhiễm phèn, hàm lượng cao của Fe, Mn và một số kim loại khác. + Các tác nhân nhân tạo như kim loại nặng, các anion, vi sinh vật,… - Biểu hiện và hậu quả của suy thoái nguồn lợi nước ngầm là mất khả năng khai thác, hạ thấp mực nước, sụt lún đất,… c. Ô nhiễm biển - Các biểu hiện và hậu quả của ô nhiễm biển: + Sự gia tăng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước biển như dầu, kim loại nặng, hóa chất độc,… + Gia tăng nồng độ các chất ô nhiễm tích tụ trong trầm tích biển ven bờ,… + Suy thoái các hệ sinh thái biển như hệ sinh thái san hô, hệ sinh thái rừng ngập mặn,… Suy giảm trữ lượng các loài sinh vật biển và giảm đa dạng sinh học biển. + Xuất hiện các hiện tượng như thủy triều đỏ, tích tụ các chất ô nhiễm trong các sản phẩm lấy từ biển. + Ô nhiễm trong nước sẽ làm biến đổi tính chất, thành phần hóa học của nước: Các chất ô nhiễm là nguyên nhân làm thay đổi tính axit, độ dẫn điện và nhiệt độ của nước. Đặc biệt các nhân tố này sẽ tác động xấu lên sự sống của đại dương. + Ô nhiễm nhiệt độ nước trong đại dương do con người gây ra là nguyên nhân làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự sống các loài sinh vật. - Các nguồn gây ô nhiễm biển: Bao gồm các ngồn ô nhiễm tự nhiên (núi lửa phun, động đất, sóng thần, lũ lụt,…) và các nguồn ô nhiễm nhân tạo. Trong đó, gây ô nhiễm biển chủ yếu là các nguồn nhân tạo có liên quan tới các hoạt động của con người.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 13 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 1.8. Quy chuẩn kỹ thuật chất lượng nước Hình 1.3. Criteria vs. Standards of water  Để kiểm soát, ngăn chặn ô nhiễm phải giảm thiểu chất ô nhiễm trước khi thải ra môi trường.  Xây dựng quy chuẩn chất lượng môi trường được dựa trên luật bảo vệ môi trường.  Tiêu chuẩn chất lượng môi trường liên quan tới chất lượng nước và sức khỏe con người. Tiêu chuẩn sống ở các ao hồ, sông suối, biển liên quan tới BOD, COD, N, P. Bảng 1.3. Standard quality of industrial water 1.9. Ô nhiễm môi trường nước trong công nghiệp  3 kiểu cống thải: o Công cộng o Lưu vực sông o Chảy tràn đô thị  Khi nước thải công nghiệp đổ vào cống thải cộng cộng hoặc cống thải lưu vực sông và ảnh hưởng đến môi trường. 1.10. Kiểm soát ô nhiễm nước Kiểm soát ô nhiễm nước được thực hiện thông qua các nhóm giải pháp sau:
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 14 ThS. Nguyễn Minh Kỳ a. Giải pháp về quản lý Ban hành và hoàn chỉnh hóa hệ thống luật, các văn bản dưới luật, các tiêu chuẩn chất lượng nước,... - Ngày nay, ô nhiễm nước xảy ra có quy mô khu vực và toàn cầu do đó các luật lệ kiểm soát ô nhiễm nước không những mang tính quốc gia mà còn mang tính khu vực và toàn thế giới. - Xác định các tiêu chuẩn cho phép thải nước thải vào các nguồn nước dùng cho các mục đích khác nhau còn gọi là chỉ tiêu chất lượng nước. Các chỉ tiêu như vậy được nghiên cứu cho từng vùng, từng mục đích sử dụng và được tiêu chuẩn hóa thành tiêu chuẩn chất lượng môi trường nước. - Các loại tiêu chuẩn liên quan đến môi trường nước như sau: + Tiêu chuẩn chất lượng nước nguồn dùng cho các mục đích như cấp nước cho sinh hoạt dân cư đô thị, nông thôn, cho từng lĩnh vực hoạt động sản xuất nông nghiệp hay công nghiệp riêng biệt, nguồn nước dùng để vui chơi, giải trí, thể dục thể thao, nuôi trồng thủy sản,… + Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp trực tiếp (sau khi xử lý nước nguồn) cho từng đối tượng trên như cấp nước cho ăn uống, sinh hoạt, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dệt nhuộm,… + Tiêu chuẩn chất lượng nước của các dòng nước thải cho phép xả vào các vực nước tự nhiên như sông, hồ, biển,… Mỗi quốc gia sẽ đưa ra tiêu chuẩn chất lượng nước riêng trên cơ sở các lưu vực nước tự nhiên, yêu cầu phát triển kinh tế, xã hội và tiêu chuẩn gây hại cho sức khỏe con người và các sinh vật trong nước. b. Giải pháp về tài chính - Quy định thu lệ phí xả thải (theo lượng nước dùng, lượng chất thải, lượng nước thải). - Quy định xử phạt hành chính đối với các hành vi vi phạm. - Các khoản tài chính khuyến khích, hỗ trợ hoạt động, giải pháp kiểm soát ô nhiễm,… - Một nguyên tắc quản lý ô nhiễm nước là "người gây ô nhiễm phải trả cho sự ô nhiễm”. c. Giải pháp kỹ thuật - Các giải pháp giảm sự phát sinh chất thải (thay đổi công nghệ, tách riêng các dòng thải, sản xuất sạch hơn...).
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 15 ThS. Nguyễn Minh Kỳ - Các giải pháp giảm chất thải sau phát sinh (xử lý nước thải, tái sử dụng chất thải,...). - Các giải pháp cải thiện khả năng tiếp nhận thải của nơi nhận thải (như thông khí, khơi thông dòng chảy,...). - Các giải pháp sinh thái (sử dụng các hệ động thực vật tự nhiên đồng hóa chất thải). 1.11. Đo lưu lượng, lấy mẫu và phân tích nước thải  Sự cần thiết quan trắc chất lượng môi trường: o Ngăn ngừa ô nhiễm môi trường o Phát hiện sớm o Khắc phục kịp thời  Trách nhiệm của doanh nghiệp (đơn vị xả thải) - quan trắc nồng độ đầu ra. Tính tải lượng Li (kg/d) = Ci(mg/l).Q(m3 /d).10^-3 Trong đó, L: tải lượng chất ô nhiễm i đầu ra; C: nồng độ quan trắc; Q: lưu lượng thải  Trách nhiệm của cơ quan quản lý nhà nước: Quan trắc chất lượng môi trường (đánh giá, theo dõi biến động, can thiệp/khắp phục kịp thời - thực hiện chức năng quản lý nhà nước) Bảng 1.4. Typical auto water analyzers
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 16 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 1.12. Cơ sở lựa chọn giải pháp xử lý nước thải  Xử lý nước thải nhằm loại bỏ các hạt rắn, chất hòa tan trong nước hoặc chuyển hóa chúng thành chất ít độc và ổn định.  Xử lý gồm vật lý (cơ học), hóa học, hóa lý và sinh học.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 17 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Bảng 1.5. Typical wastewater treatment processes and removal method  Xử lý cần quan tâm: o Đặc điểm nước thải o Tiêu chuẩn xả thải o Kinh phí o Điều kiện môi trường o Chính sách doanh nghiệp Một số lưu ý:  Tiền xử lý bằng song chắn rác: Vật liệu thô, nhựa, bao bì… Sau tiền xử lý, BOD được xử lý bằng bùn hoạt tính.  Khi BOD quá lớn nên sử dụng phương pháp kỵ khí. Tỷ lệ loại BOD bằng phương pháp kỵ khí dao động 80-90%.  RO có thể tái sử dụng nguồn nước.  Việc thải bùn tạo ra vấn đề nghiêm trọng về kinh tế và môi trường. Bùn được tận dùng làm composting hoặc phân bón. Ngày nay, chi phí xử lý và thải bỏ bùn chiếm kinh phí lên tới 70% tổng kinh phí vận hành hệ thống xử lý nước thải.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 18 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 1.4. Hệ thống xử lý nước thải tiêu biểu Bảng 1.6. Phương pháp xử lý nước thải (chất ô nhiễm) TT Chất ô nhiễm Phương pháp 1 Chất hữu cơ dễ phân hủy BOD Sinh học hiếu khí (bùn hoạt tính/aerotank, ao hồ sinh học, lọc sinh học) 2 SS, chất hữu cơ khó phân hủy UASB, hồ yếm khí 3 SS Lắng, tuyển nổi 4 Dầu, mỡ Tuyển nổi 5 Kim loại nặng Trao đổi ion, kết tuả 6 Kiềm, axit Trung hòa Bảng 1.7. Phương pháp xử lý nước thải (bậc) Chất ô nhiễm Xử lý sơ bộ Bậc 2 Nâng cao pH Trung hòa
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 19 ThS. Nguyễn Minh Kỳ SS Lọc, lắng Keo tụ/lắng, trích lọc BOD Lắng, keo tụ/lắng Bùn hoạt tính, lọc nhỏ giọt Hấp phụ bằng carbon hoạt tính, RO COD Lắng, keo tụ/lắng Bùn hoạt tính, lọc nhỏ giọt Hấp phụ bằng carbon hoạt tính, RO, oxy hóa với Cl2, O3 Dầu Phân ly Cô đặc CN- Bùn hoạt tính Phân tách với O3 Điện hóa Cr Giảm và lắng Trao đổi ion, điện hóa Sắt Lọc bằng OH- Trao đổi ion, điện hóa Kim loại nặng Lọc bằng OH- hoặc S2- Trao đổi ion, điện hóa Clorine Trung hòa với kiềm Carbon hoạt tính Xây dựng/thiết kế hệ xử lý quan tâm: Quá trình sản xuất, tiêu chuẩn nước thải, khảo sát môi trường xung quanh để lựa chọn công nghệ thích hợp và kinh tế nhất. Các tiêu chí lựa chọn công nghệ xử lý nước thải Căn cứ Nghị định 80/2014/NĐ-CP thoát nước và xử lý nước thải: 1. Hiệu quả xử lý của công nghệ: Đảm bảo mức độ cần thiết làm sạch nước thải, có tính đến khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận. 2. Tiết kiệm đất xây dựng. 3. Quản lý, vận hành và bảo dưỡng phù hợp với năng lực trình độ quản lý, vận hành của địa phương. 4. Chi phí đầu tư hợp lý trong đó tính đến cả sự phụ thuộc vào công nghệ nhập khẩu. 5. Phù hợp với đặc điểm điều kiện khí hậu, địa hình, địa chất thủy văn của khu vực và khả năng chịu tải của nguồn tiếp nhận. 6. An toàn và thân thiện với môi trường
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 20 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 7. Có khả năng mở rộng về công suất hay cải thiện hiệu quả xử lý trong tương lai. 8. Đảm bảo hoạt động ổn định khi có sự thay đổi bất thường về chất lượng nước đầu vào, thời tiết và biến đổi khí hậu. 9. Mức độ phát sinh và xử lý bùn cặn. 10. Tiết kiệm năng lượng, có khả năng tái sử dụng nước thải, bùn thải sau xử lý. Hình 1.5. Đặc điểm nước thải và phương pháp xử lý 1.13. Khái quát về các hệ thống xử lý nước thải Hình 1.6. Classification of Wastewater Treatments Processes
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 21 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Xử lý bậc 1: Xử lý sơ bộ (song chắn rác, bể lắng, lọc đơn giản) nhằm loại vật thô, tách các chất không tan trong nước thải. Tạo điều kiện phù hợp cho quá trình xử lý tiếp theo. Loại bỏ hạt chất rắn lơ vô cơ và hữu cơ, dầu, mỡ. Đồng thời, loại bỏ một vài hợp chất nitơ hữu cơ, phốt pho hữu cơ, kim loại nặng phối kết với chất rắn. Hiệu quả xử lý BOD là 30-40% và SS là 40-60%. • Sedimentation • Primary Settling Tanks • Coagulation • Secondary Settling Tank • Flocculation  Xử lý bậc 2: Thông thường xử lý bậc 2 là các công trình xử lý sinh học dùng để oxy hoá sinh hoá các chất hữu cơ còn lại dạng tan, keo và không tan (nhưng không lắng được). Loại bỏ các chất hữu cơ còn lại, hạt keo, SS, màu, mầm bệnh. Khả năng loại bỏ SS, BOD tương ứng 85-90%. • Activated Sludge Process • Oxidation Ponds and lagoons • Trickling Filter  Xử lý bậc 3 (xử lý triệt để): Thường được thực hiện theo yêu cầu xử lý có chất lượng cao hơn. Đó là các trường hợp cần thiết phải áp dụng các biện pháp như triệt khuẩn, khử tiếp các chất bẩn còn lại trong nước thải như nitrat, photphat, sunphat, kim loại, mầm bệnh.... Xử lý nước thải bậc cao là một công nghệ xử lý tạo ra dòng thải đạt chất lượng cao. Xử lý bậc cao gồm: • Membrane Filtration and Separation • Dechlorination and Disinfection Systems • Reverse Osmosis (RO) Systems • Ion Exchange • Activated Carbon Adsorption • Physical/Chemical Treatment Điều quan trọng của hệ thống xử lý nước thải là đảm bảo hiệu quả đầu ra. Hướng dẫn ôn tập 1. Trình bày khái niệm và phân loại nước thải? 2. Phân tích đặc điểm cơ bản của các loại nước thải? Cho ví dụ? 2. Cơ sở đề xuất thiết kế hệ thống xử lý nước thải? Ví dụ minh họa? 2. Khái quát cơ bản về hệ thống xử lý nước thải? Minh họa cụ thể? -Hết-
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 22 ThS. Nguyễn Minh Kỳ CHƯƠNG 2 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC 2.1. Song chắn rác (Screening) a. Mục đích • Loại chất thải có kích thước lớn trôi lơ lửng, tránh tắc nghẽn bơm, đường ống, kênh dẫn. • Bảo đảm an toàn và điều kiện làm việc của toàn hệ thống. b. Phân loại  Theo kích thước khe hở: Lớn, trung bình, nhỏ.  Theo hình dạng: Trụ, vuông.  Theo phương pháp làm sạch: Thủ công, cơ giới.  Theo cách cố định hoặc di động bề mặt song chắn rác. Kích thước lưới (khe hở) song chắn rác thường 15-50 mm. Đối với song chắn rác mịn có kích thước lưới nhỏ hơn 15 mm (fine screens). c. Song chắn rác lớn (Coarse screen – Bar screen)   Đặt trước song chắn rắn trung bình (normal screen) để loại vật liệu lớn và bảo vệ song chắn rắn trung bình.  Khe hở 25-50 mm, nghiêng 700 , vận tốc dòng chảy chậm. Tính toán tổn thất áp lực (hr): Với, α: góc nghiêng của thanh chắn, t: độ dày thanh chắn (m), β: hệ số phụ thuộc hình dạng thanh chắn, b: độ rộng khe hở (m), v: vận tốc dòng nước thải trước song chắn rác (m/s) Xác định hệ số β
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 23 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 2.1. Song chắn rác lớn d. Song chắn rác trung bình (normal screen)  Bảo vệ các thiết bị, máy móc trong hệ thống. e. Song chắn rác mịn/nhỏ (fine screen)  Loại các vật liệu nhỏ ảnh hưởng tới quá trình vi sinh. f. Lưu ý  Song, lưới chắn rác o Thủ công (khi lượng rác < 0,1 m3 /d), o Cơ giới (khi lượng rác ≥0,1 m3 /d, kết hợp máy nghiền).  Tính toán: Chiều rộng, dài, số khe hở, số thanh, tổn thất áp lực, lượng rác giữ lại trên song chắn rác. g. Bài tập  Giới thiệu và thực hành trên lớp  Tài liệu tham khảo Tính toán thiết kế song chắn rác lớn (Bar Screens): * Vận tốc dòng chảy: - Vận tốc tối ưu qua song chắn rác lớn: 0,6 m/s - Vận tốc tối đa: 0,75-1,0 m/s (ngăn ngừa đẩy các vật liệu qua khe SCR) - Vận tốc tối thiểu: 0,4 m/s (ngăn ngừa sự phân hủy các chất rắn) - Khoảng vận tốc điển hình: 0,6-1,0 m/s
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 24 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Ghi chú: V: vận tốc đi qua SCR (m/s), v: vận tốc trước SCR (m/s). * Tổn thất áp lực (hL hay ∆H):  hL = 0,05 – 0,15 m đối với nước cấp (drinking water)  hL = 0,10 – 0,40 m đối với nước thải (wastewater) Trường hợp 1. Tổn thất áp suất qua song chắn rác là hàm số của:  Vận tốc dòng chảy trong kênh dẫn (u);  Vận tốc dòng qua song chắn rác (v). Trong đó: - hL: tổn thất áp suất (m); - 0,7: hệ số thải nghiệm tính đến tổn thất áp suất do quá trình chảy rối và xoáy; - v : vận tốc dòng chảy qua khe hở giữa các thanh chắn; - u : vận tốc của dòng chảy trong kênh dẫn (m/s); - g : gia tốc trọng trường (m/s2 ). Trường hợp 2. Tổn thất áp suất qua song chắn rác là hàm số của: - Vận tốc dòng chảy trong kênh dẫn (u); - Loại thanh chắn (); - Độ dốc đặt SCR (). Tổn thất áp lực tính theo công thức Kirchmer’s equation như sau:
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 25 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Trong đó: - hL : tổn thất áp suất (m); - W: chiều rộng lớn nhất của thanh chắn (m); - b : khe hở nhỏ nhất giữa các thanh chắn (m); - u : vận tốc dòng chảy trong kênh dẫn (m/s); -  : góc nghiêng của thanh chắn so với phương ngang; - g : gia tốc trọng trường (m/s2 ); -  : hệ số phụ thuộc vào hình dạng của thanh chắn. * Góc nghiêng song chắn rác: 10-700 2.2. Bể lắng (Clarifiers, Sedimentation) Hình 2.2. Bể lắng sơ cấp
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 26 ThS. Nguyễn Minh Kỳ a. Tổng quan các chất lơ lửng  Những chất lơ lửng (huyền phù) là những chất có kích thước hạt lớn hơn 10-1 mm.  Những chất lơ lửng trong nước thải gồm những hạt hoặc tập hợp hạt khác nhau về hình dạng, kích thước, trọng lượng riêng và bản chất xuất xứ.  Tính chất cơ bản của các chất dạng huyền phù lơ lửng là không có khả năng giữ nguyên tại chỗ ở trạng thái lơ lửng.  Thời gian tồn tại của chúng tùy thuộc vào kích thước hạt. Các hạt lớn sẽ lắng hoặc nổi lên mặt nước dưới tác dụng của trọng lực. b. Chức năng bể lắng  Loại SS là chủ yếu.  Bể lắng nước thải: Tách cặn sơ cấp và bùn thứ cấp (chủ yếu thành phần hữu cơ) ra khỏi dòng nước thải để tiếp tục xử lý dòng nước thải. Các kiểu lắng  Type I: Discrete particle settling - Particles settle individually without interaction with neighboring particles.  Type II: Flocculent Particles – Flocculation causes the particles to increase in mass and settle at a faster rate.  Type III: Hindered or Zone settling –The mass of particles tends to settle as a unit with individual particles remaining in fixed positions with respect to each other.  Type IV: Compression – The concentration of particles is so high that sedimentation can only occur through compaction of the structure. Các dạng lắng và ứng dụng thực tế: Dạng lắng Mô tả Ứng dụng Hạt rời rạc (loại 1) Dạng lắng các hạt rời rạc thường xảy ra trong nước thải có hàm lượng chất lơ lửng thấp. Các hạt lắng như một thực thể rời rạc và không có sự tương tác với các hạt xung quanh. Loại bỏ cát, mảnh kim loại, võ trứng, mảnh xương, hạt trái cây… Bông cặn (loại 2) Dạng lắng bông xảy ra trong nước thải có hàm lượng SS tương đối thấp. Các hạt này có khả năng keo tụ và tạo bông trong quá trình lắng, vì vậy kích thước và khối Loại bỏ cặn lơ lửng trong bể lắng 1 và phần trên lắng 2. Loại bỏ các bông cặn hình thành từ quá trình hóa học/hóa lý
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 27 ThS. Nguyễn Minh Kỳ lượng hạt lớn dần, hạt lắng với tốc độ nhanh hơn. trong bể lắng (keo tụ- tạo bông) Cản trở (loại 3) Xảy ra trong nước thải có hàm lượng chất lở lửng cao và trung bình, trong đó lực liên kết giữa các hạt đủ lớn để cản trở quá trình lắng của các hạt lân cận. Các hạt có khuynh hướng giữ vị trí cố định so với các hạt khác và khi đó khối hạt lắng xuống như một vật thể. Giao tuyến lớp nước và lớp hạt bên trong hình thành rõ rệt. Xảy ra trong lắng 2 (lắng bùn hoạt tính, màng sinh học) Nén (loại 4) Xảy ra trong dung dịch có hàm lượng chất lở lửng cao, trong đó các hạt tạo thành một cấu trúc. Cấu trúc này bị nén do các hạt lắng xuống từ lớp nước phía trên. Thường xảy ra ở lớp bùn bên dưới (đáy bể lắng 2, bể nén bùn) c. Phân loại Bể lắng  Theo chuyển động dòng chảy có: o Bể lắng ngang, đứng, ly tâm – nước chuyển động từ trong ra ngoài và từ dưới lên.  Lắng ngang  Áp dụng khi Q >15.000 m3 /d  Lắng đứng  Áp dụng khi Q <20.000 m3 /d  Lắng ly tâm  Áp dụng khi Q >20.000 m3 /d o Nguyên tắc chung: Lắng trọng lực.  Theo vị trí trong dây chuyển xử lý: o Bậc 1, 2. o Tính toán hiệu quả, chiều dài, rộng, cao, đường kính đối với ly tâm (kích thước). Bể lắng cát  Tách tạp chất thô, chủ yếu hạt vô cơ trước khi đưa dòng nước thải vào bể phản ứng sinh học.  Nguyên tắc: Lắng trọng lực các hạt vô cơ có kích thước lớn, tỷ trọng lớn hơn nước.  Bao gồm: + Bể lắng cát đứng (dòng chảy theo phương thẳng đứng) + Bể lắng cát ngang (dòng chảy theo phương ngang) + Bể lắng cát chuyển động (tiếp tuyến, thổi khí)
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 28 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Lắng lamella Giới thiệu  Công nghệ lắng với việc thiết kế vùng lắng được chia thành nhiều lớp mỏng với khoảng không gian nhỏ bằng cách đặt các tấm lamella nghiêng 60°. Các tấm lamella có dạng nửa lục giác và khi ghép lại tạo thành khối ống có mặt cắt ngang như những ống lục giác ghép lại.  Cấu trúc Lamella thiết kế bằng vật liệu như nhựa PVC. Hình 2.3a. Tấm lắng lamella Cấu tạo Bể lắng lamella gồm 3 vùng: - Vùng phân phối nước - Vùng lắng - Vùng tập trung và chứa cặn Hình 2.3b. Cơ chế/nguyên lý hoạt động Nguyên lý  Nguồn nước từ bể phản ứng vào bể lắng sẽ di chuyển theo chiều từ dưới lên theo các tấm lắng lamella (hoặc ống lắng) được thiết kế nghiêng 60°. Trong quá trình di chuyển các cặn lắng kết tủa hay bông lắng sẽ va chạm vào nhau và bám vào bề mặt tấm lắng lamella.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 29 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 2.4. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bể lắng lamella  Khi các bông lắng kết dính với nhau trên bề mặt tấm lắng lamella đủ nặng và thắng được lực đẩy của dòng nước đang di chuyển từ phía dưới lên thì bông kết tủa sẽ trượt xuống theo chiều ngược lại và rơi xuống đáy bể lắng (hoặc hố thu cặn), từ đó theo chu kỳ xả đi. Ứng dụng Bể lắng lamella sử dụng rộng rãi trong các công trình xử lý nước thải, xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. Cụ thể:  Sử dụng hiệu quả cho tất cả các loại bể lắng trong công trình xử lý nước sạch, xử lý nước thải.  Phù hợp với công trình cải tạo, nâng cấp bể lắng đứng, bể lắng ngang thành bể lắng lamella.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 30 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 2.5. Lamella Inclined Plate Clarifier  Sử dụng được cho các loại bể với nhiều hình dáng khác nhau như: Hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật.  Ứng dụng lọc chất thải, bùn bả trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn. Ưu điểm của bể lắng - Nâng cao hiệu suất lắng và ổn định. - Rút ngắn thời gian lắng, giảm diện tích xây dựng. - Lắp đặt đơn giản, có thể thi công từng mảng rời và vận chuyển thuận tiện. - Vận hành đơn giản, dễ dàng bảo trì/bảo dưỡng và chuyển đổi vị trí đặt bể lắng. Lưu ý quan trọng:  Nghiên cứu sơ đồ cấu tạo  Nguyên tắc hoạt động d. Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng  Kích thước hạt, nhiệt độ nước  Tỷ trọng các hạt  Độ nhớt nước e. Tính toán vận tốc lắng hạt  Nếu tỷ trọng các hạt bằng chất lỏng sẽ không có hiện tượng lắng. Trong trường hợp tỷ trọng các hạt khác biệt với chất lỏng, ta có công thức trọng lực Fg:
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 31 ThS. Nguyễn Minh Kỳ V: thể tích hạt, cm3 ; p1: tỷ trọng của hạt, g/cm3 ; p2: tỷ trọng chất lỏng, g/cm3 ; g: gia tốc trọng trường, cm/s2 ; lực kéo FD (lực ma sát) gây ra bởi quán tính: Với, CD : hệ số ma sát (phụ thuộc chế độ thủy động học dòng chảy); v: vận tốc cài đặt hạt; A: diện tích bề mặt hạt  Khi lực ma sát và trọng lực cân bằng các hạt sẽ rơi theo vận tốc không đổi:  Giả sử các hạt có dạng hình cầu với đường kính D Vận tốc cài đặt v:  Hệ số ma sát CD phụ thuộc kích thước hạt, đặc trưng bởi chuẩn số Reynolds (R) : hệ số độ nhớt (N.s/m2 ); : hệ số độ nhớt động học ( = /w) (m2 /s)  Lúc này: FD lực ma sát đối với các hạt kích thước nhỏ di chuyển với vận tốc chậm:  Theo luật Stokes, hệ số ma sát CD = 24/R và vận tốc cài đặt:  Vận tốc cài đặt các hạt trong chất lỏng (công thức Stokes) – là vận tốc lắng của hạt. f. Ví dụ/Bài tập  Giới thiệu và thực hành trên lớp  Tài liệu tham khảo * Tính toán hiệu quả lắng SS và khử BOD5 của bể lắng 1 (Trịnh Xuân Lai, 2008): R = t/(a+b*t)
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 32 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Trong đó, R là hiệu quả khử BOD5 hoặc SS biểu thị bằng %; t là thời gian lưu nước (giờ); a, b là các hằng số thực nghiệm (tra bảng). Chỉ tiêu Hằng số thực nghiệm a b Khử BOD5 0,018 0,02 Khử cặn lơ lửng SS 0,0075 0,014 * Tính toán bể lắng cát ngang (Lâm Minh Triết và nnk, 2015) - Chiều dài (L, m): L = (1000*K*vmax*Hmax)/U0 Trong đó, vmax là tốc độ chuyển động dòng nước thải trong bể lắng ngang ứng với lưu lượng lớn nhất (vmax = 0,3 m/s, theo TCXD-51-84); Hmax là độ sâu lớp nước trong bể lắng ngang; U0 là kích thước thủy lực hạt cát (tra bảng); K là hệ số thực nghiệm tính đến ảnh hưởng của đặc tính dòng chảy của nước đến tốc độ lắng của hạt cát trong bể lắng cát (Theo TCXD- 51-84: K = 1,3 ứng với U0 = 24,2 mm/s; K = 1,7 ứng với U0 = 18,7 mm/s). Quan hệ giữa kích thước hạt cát và kích thước thủy lực d, mm 0,1 0,12 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,5 U0, mm/s 5,12 7,37 11,5 18,7 24,2 28,3 34,5 40,7 51,6 Ghi chú: d - Đường kính hạt cát, mm; U0 - Kích thước thủy lực, mm/s. - Diện tích mặt thoáng bể lắng cát ngang (F, m): F = Qmax,s/U0 Với, Qmax,s là lưu lượng nước thải cực đại trong bể lắng (lít/s); U0 - Kích thước thủy lực (mm/s). - Chiều ngang tổng cộng bể lắng cát ngang (B, m): B = F/L 2.3. Phân tách dầu (Oil–Water Separator) a. Chức năng:  Tách dầu mỡ  Tránh ảnh hưởng đến quá trình xử lý tiếp theo b. Nguyên tắc  Thông thường dầu trong nước thải trôi nổi và được phân tách từ nước nhờ sự khác biệt về tỷ trọng của dầu và nước. Định luật Stokes mô tả sự trôi nổi (vận tốc) của dầu trong nước:  Trong đó, Vr: vận tốc trôi nổi hạt dầu, cm/s; g: gia tốc trọng lực, cm/s2 ; μ: Độ nhớt tuyệt đối, P; Pw: tỷ trọng của nước, g/cm3 ; Po: tỷ trọng của dầu, g/cm3 ; D: đường kính hạt dầu, cm. c. Ví dụ
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 33 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 2.6. Tính toán bể tách dầu  Trong trường hợp hạt dầu có kích thước 150μ (D=0,015cm)  phân tách theo dòng chảy với vận tốc: Vr = (980/18*0,01)*(1,0-0,9)*0,015^2 = 0,12 cm/s  Giả sử vận tốc dòng thải VH=90cm/min = 1,5 cm/s, độ sâu của nước d= 240 cm  Thời gian để hạt dầu di chuyển từ A đến B là t = d/Vr = 240/0,12 = 2000 s = 33,2 min.  Tức để nước thải đi từ A đến D trong thời gian t, chiều dài L cần tính: L = (VH/Vr)d = VH*t = 1,5*2000 = 3000 cm = 30 m 2.4. Bể lọc (Filtration) a. Giới thiệu  Lọc là quá trình tách các hạt rắn ra khỏi pha lỏng hoặc pha khí bằng cách cho dòng khí hoặc lỏng có chứa hạt chất rắn chảy qua lớp vật liệu lọc (lớp ngăn xốp: khe hở/độ rỗng).  Các hạt rắn sẽ bị giữ lại trên bề mặt lớp vật ngăn còn khí hoặc chất lỏng sẽ thấm qua vật ngăn.  Nguyên lý: Dựa trên cơ chế o Ngăn giữ cơ học o Hấp phụ bề mặt o Màng vi sinh vật (bề mặt) b. Phân loại:  Lọc nhanh  Lọc chậm (nhà máy công suất nhỏ)
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 34 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 2.7. Sơ đồ bể lọc nhanh Hình 2.8. Sơ đồ bể lọc chậm Bảng 2.1. Đặc điểm các bể lọc thông dụng Properties Rapid sand filter Slow sand filter Area Small area Large area Rate of filtration(L/m2 /hr) 4.000-7.500 100-400 Sand size (diameter) 0.4-0.7 mm 0.2-0.3 mm Pretreatment Coagulation and sedimentation Sedimentation Filter cleaning Backwashing Scraping Operation More skilled Less skilled Removal of colour Good Better
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 35 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Removal of bacteria 98-99% 99.9%-99.99% Prior water storage Storage needed No need c. Chức năng:  Loại bỏ vật liệu hữu cơ, hạt keo, vi sinh vật.  Rapid filtration is used as the final clarifying step in municipal water treatment plants. d. Lưu ý  Chỉ hiệu quả khi kích thước hạt >1μm  Phải giảm hàm lượng SS để tránh nghẽn cột lọc e. Bài tập  Giới thiệu và thực hành trên lớp  Tài liệu tham khảo 2.5. Bể điều hoà (Equalization tank) a. Dẫn nhập  Thông thường: Lưu lượng, nhiệt độ, hàm lượng các chất ô nhiễm trong dòng thải thay đổi theo thời gian, không gian.  Nhu cầu điều hòa lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm. Hình 2.9. Sơ đồ bố trí bể điều hòa b. Mục đích  Điều chỉnh sự biến thiên về lưu lượng của nước thải.  Tránh sự biến động về hàm lượng chất hữu cơ làm ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuẩn trong các bể xử lý sinh học.  Kiểm soát pH của nước thải để tạo điều kiện tối ưu cho các quá trình sinh học, hóa học sau đó. c. Equalization Tank Operation and Maintenance  Keep air mixing on at all times.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 36 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Ensure that the air flow/mixing is uniform over the entire floor of the tank.  Adjust the placement of diffusers and the air- flow rate needed.  Keep the equalization tank in wastewater treatment nearly empty before the expected peak load hours (otherwise it will over flow)  Check and clean clogged diffusers at regular intervals.  Manually evacuate settled much/sediments at least once in a year. Phương pháp cơ học xử lý nước thải là tiền đề quan trọng cho các công đoạn/quá trình xử lý tiếp theo. Hướng dẫn ôn tập 1. Trình bày cấu tạo, chức năng nhiệm vụ và vị trí của song chắn rác trong hệ thống xử lý nước thải? 2. Trình bày cấu tạo, chức năng nhiệm vụ và vị trí của bể lắng trong hệ thống xử lý nước thải? 3. Trình bày cấu tạo, chức năng nhiệm vụ và vị trí của phân tách dầu trong hệ thống xử lý nước thải? 4. Trình bày cấu tạo, chức năng nhiệm vụ và vị trí của bể lọc (filtration) trong hệ thống xử lý nước thải? 5. Trình bày cấu tạo, chức năng nhiệm vụ và vị trí của bể điều hoà trong hệ thống xử lý nước thải? Hướng dẫn bài tập: 1. Tính toán các thông số cơ bản song chắn rác. 2. Tính toán thông số cơ bản các loại bể lắng quan trọng. 3. Tham khảo tài liệu: Trịnh Xuân Lai (2009), Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây dựng. -Hết-
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 37 ThS. Nguyễn Minh Kỳ CHƯƠNG 3 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ - Các phương pháp xử lý hoá học và hoá lý được sử dụng rộng rãi trong kiểm soát ô nhiễm nước thải công nghiệp, đặc biệt khi cần phải xử lý ở mức cao hoặc cần phải quay vòng nước. - Phương pháp này được dùng để thu hồi các chất hoặc khử các chất độc, các chất có ảnh hưởng xấu đối với giai đoạn làm sạch sinh hoá sau này. - Những biện pháp hoá lý để xử lý nước thải đều dựa trên cơ sở ứng dụng các quá trình: Keo tụ, hấp phụ, trích ly, bay hơi, tuyển nổi, trao đổi ion, tinh thể hoá, dùng màng bán thấm, cô đặc, khử hoạt tính phóng xạ, khử khí, khử màu. - Cơ sở của các phương pháp hoá học là các phản ứng hoá học, các quá trình lý hoá diễn ra giữa chất ô nhiễm với hoá chất cho thêm vào. Những phản ứng diễn ra có thể là phản ứng oxy hoá khử, các phản ứng tạo chất kết tủa hoặc các phản ứng phân huỷ chất độc hại. 3.1. Trung hòa (Neutralization) * Nước thải công nghiệp có thể mang tính axit hoặc kiềm. Tính axit và kiềm thể hiện qua giá trị pH:  pH = 7 nước có tính trung tính  pH < 7 nước có tính axit  pH > 7 nước có tính kiềm Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo bể trung hòa
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 38 ThS. Nguyễn Minh Kỳ * Để tránh được hiện tượng ăn mòn, phá huỷ vật liệu của hệ thống ống dẫn, công trình thoát nước, cũng như đảm bảo độ pH cho phép của nguồn nước tiếp nhận như sông, ngòi, ao hồ, nước thải công nghiệp có tính axit hoặc kiềm mạnh phải được xử lý trước khi thải vào hệ thống thải chung của nhà máy hoặc thải vào các nguồn tiếp nhận. * Mục đích của phương pháp này là xử lý để nước thải đạt được độ trung hoà. Trong công nghệ xử lý nước thải, giá trị pH cho phép thải ra nguồn tiếp nhận phải theo QCVN. Mặt khác, nếu nước thải cần xử lý bằng phương pháp sinh học thì thường trước tiên phải được xử lý bằng phương pháp trung hoà vì ở độ pH trung tính thường là điều kiện tối ưu cho các quá trình phân hủy chất ô nhiễm. * Bản chất của phương pháp trung hoà là phản ứng hóa học giữa axit và kiềm hoặc giữa muối với axit hoặc kiềm có trong nước thải. Chất được chọn để thực hiện phản ứng với các axit hoặc kiềm có trong nước thải gọi là tác nhân trung hoà hoá học. * Tác nhân trung hoà thường được dùng để xử lý chất thải chứa axit là đá vôi, đá dolomit (CaMg(CO3)2), vôi các loại, xút, sôđa (NaHCO3) và để xử lý các chất thải chứa kiềm. Quá trình trung hoà có thể thực hiện theo phương thức gián đoạn hoặc liên tục. * Lựa chọn tác nhân và phương pháp trung hoà thích hợp căn cứ trên một số yếu tố cơ bản sau: - Lượng nước thải cần xử lý - Loại nước thải (nước thải chứa axít hay kiềm) - Chất lượng nước thải (độ pH, các chất có trong nước thải và nồng độ của nó,...) - Yêu cầu cần xử lý (độ pH cần đạt) - Tác nhân trung hoà rẻ tiền, dễ kiếm - Thiết bị đơn giản, dễ vận hành và dễ chế tạo - Tổng chi phí sao cho nhỏ nhất * Phương pháp trung hoà thường sử dụng - Trộn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm với nhau - Xử lý nước thải bằng vôi (cho nước thải chảy qua lớp đệm đá vôi) CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2CO3 - Trung hoà bằng xút (NaOH) hoặc sôđa (Na2CO3) 2NaOH + H2CO3 → Na2SO4+ 2H2O Na2CO3 + H2CO3 → 2NaHCO3
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 39 ThS. Nguyễn Minh Kỳ hay NaOH + H2SO4 → NaHSO4 + H2O NaHSO4 + NaOH → Na2SO4 + H2O - Nếu dòng thải thiếu dinh dưỡng (N và P) thì dùng Na3PO4 hoặc NH4H2PO4 thêm vào dung dịch (nếu tiếp theo sẽ là xử lý sinh học) - Xử lý nước thải chứa kiềm bằng cách sục khí CO2, trung hòa bằng axit sunfuric, axit clohydric (thêm axit H2SO4 hoặc HCl vào dòng thải). CO2 + H2O → H2CO3 H2CO3 + 2NaOH → Na2CO3 + 2H2O 2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O 3.2. Keo tụ - tạo bông (Coagulation – Flocculation) * Hạt mịn trong nước thải là nguyên nhân gây độ đục và màu, do đó cần loại bỏ. Khi chúng kết hợp hạt có kích thước lớn sẽ dễ dàng xử lý hơn. Bảng 3.1. Mối quan hệ giữa kích thước hạt và thời gian lắng * Hạt keo: 2 dạng chính – Keo kỵ nước: đất sét, oxit kim loại,… • Không có ái lực với môi trường nước • Dễ keo tụ • Đa số là những hạt keo vô cơ – Keo ưa nước: proteins, polymers,… • Thể hiện ái lực với nước • Hấp thụ nước và làm chậm quá trình keo tụ • Đa số là những hạt keo hữu cơ * Đặc tính của hạt keo
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 40 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Khả năng lắng rất chậm (chuyển động Brown gây cản trở quá trình lắng dưới tác động của trọng lực);  Là tác nhân gây ô nhiễm nước như tăng độ đục (turbidity);  Đặc tính bề mặt (điện thế ζ,…) là yếu tố quan trọng (surface properties): – Có xu hướng kết hợp với các chất từ môi trường xung quanh (tỉ lệ diện tích bề mặt: khối lượng); – Có xu hướng tăng điện tích. * Mục đích  Tách các hạt cặn có kích thước 0,001µm < Φ < 1µm, khó tách loại được bằng các quá trình lý học thông thường như lắng, lọc, tuyển nổi.  Chủ yếu loại SS.  Giảm vi sinh vật (di chuyển vào bông bùn): Bacteria 90%, Virus 60%, Protozoa 90% (khả năng hấp thụ vi sinh của bùn) Hình 3.2. Bể keo tụ - tạo bông *Chất keo tụ:  Muối kim loại oxit, hợp chất carbon đa phân tử  Polyme hữu cơ tổng hợp, nhôm (Al2(SO4)3), muối sắt (FeCl3, Fe2(SO4)3)  Thực tế: FeSO4, FeCl3 rẻ hơn Al2(SO4)3 nên được sử dụng nhiều hơn * Cơ chế:  Chất keo tụ khuếch tán vào nước, trộn với hạt làm tăng kích thước, mật độ và tỷ trọng.  Tạo bông là quá trình làm keo tụ các hạt keo hoặc dính các hạt nhỏ lại thành một tập hợp hạt lớn hơn để lắng bằng cách đưa vào chất lỏng các tác nhân tạo bông có tác dụng phá keo hoặc hấp phụ các hạt nhỏ lên bề mặt của nó hoặc dính các hạt nhỏ lại với nhau.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 41 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Khi các hạt keo tiếp xúc với nhau, chúng tạo thành các hạt có kích thước lớn hơn, tạo bông và kết tủa. Nước thải thường chứa các hạt keo mang điện tích (thường điện tích âm). Chính điện tích ngăn cản không cho chúng va chạm, kết hợp với nhau nên giữ dung dịch nước thải có trạng thái ổn định. Khi thêm tác nhân keo tụ thì dung dịch bị mất tính ổn định, gia tăng sự kết hợp giữa các hạt tạo những bông cặn có kích thước đủ lớn để loại bỏ bằng quá trình lọc hoặc lắng. * Yếu tố ảnh hưởng:  Liều lượng  Chế độ khuấy trộn  pH  Nhiệt độ * Một số chất keo tụ sử dụng loại bỏ các chất rắn lơ lửng trong nước thải: + Phèn Al(SO4)nH2O (n = 13-18) + Sôđa kết hợp với phèn Na2CO3 + Al2(SO4)3 + Sắt sunphat FeSO4.7H2O + Nước vôi Ca(OH)2 + Natrialuninat Na2Al2O4 + Sắt clorua và sắt (III) sunphat FeSO4 * Ví dụ: Cơ chế tạo bông lắng trong môi trường kiềm (thí dụ nước thải chứa Ca(OH)2) Al(OH)3 và Fe(OH)3 là keo dương, các hạt bùn trong nước là keo âm sẽ trung hoà và dính vào nhau hoặc các hạt keo Al(OH)3 và Fe(OH)3 sẽ hấp phụ các hạt bùn vào nó làm thành tập hợp hạt dễ lắng hơn. * Keo tụ điện hóa
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 42 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.3. Wastewater electrocoagulation principle  Phương pháp cải tiến nâng cao hiệu quả keo tụ xử lý nước thải  Tài liệu đọc thêm 3.3. Kết tủa (Precipitation)  Đây là phương pháp phổ biến nhất loại bỏ kim loại nặng trong nước thải.  Thường chúng được kết tủa dạng hydroxyt (OH-).  Cho base để tăng pH và tạo kết tuả, làm giảm mức độ thấp nhất khả năng hòa tan. Hình 3.4. Example of Heavy Metal Removal Lưu ý:  Cần loại bỏ các chất cản trở quá trình kết tủa trong nước thải để tăng hiệu quả xử lý.  Quá trình kết tủa cũng được áp dụng nhằm khử phốt pho trong nước thải. 3.4. Hấp thụ (Absorption) * Cơ sở của phương pháp:
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 43 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Dựa trên sự tương tác giữa chất cần hấp thụ (thường là khí hoặc hơi) với chất hấp thụ (thường là chất lỏng) hoặc dựa vào khả năng hòa tan khác nhau của các chất khác trong chất lỏng để tách chất. * Phân loại: Dựa vào bản chất của sự tương tác - Hấp thụ vật lý: Là quá trình dựa trên sự tương tác vật lý thuần túy; nghĩa là chỉ bao gồm sự khuếch tán, hòa tan các chất cần hấp thụ vào trong lòng chất lỏng và sự phân bố của chúng giữa các phần tử chất lỏng. - Hấp thụ hóa học: Hấp thụ hóa học là một quá trình luôn đi kèm với một hay nhiều phản ứng hóa học. Một quá trình hấp thụ hoá học bao giờ cũng bao gồm 2 giai đoạn: Giai đoạn khuếch tán và giai đoạn xảy ra các phản ứng hóa học. Như vậy sự hấp thụ hóa học không những phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của chất khí vào trong chất lỏng mà còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển hóa các chất - tốc độ phản ứng của các chất. 3.5. Hấp phụ (Adsorption) * Khái quát  Phương pháp hấp phụ dùng để khử mùi vị, màu, chất bẩn hữu cơ khó phân hủy, kim loại nặng,... ra khỏi nước thải công nghiệp.  Phương pháp này thường được sử dụng khi nước thải cần xử lý đạt tiêu chuẩn cao hoặc tái sử dụng lại nước thải.  Hấp phụ tách các chất hữu cơ và khí hoà tan khỏi nước thải bằng cách tập trung các chất đó trên bề mặt chất rắn (hấp phụ vật lý) hay bằng cách tương tác các chất bẩn hoà tan với các chất rắn (hấp phụ hoá học). Hình 3.5. Physical adsorption and chemical adsorption  Phương pháp hấp phụ được dùng như là phương pháp xử lý cuối cùng, sau xử lý sinh học.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 44 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Hấp phụ là quá trình tách các cấu tử độc hại nằm trong pha khí hoặc pha lỏng với nồng độ rất thấp lên bề mặt hoặc trong các lỗ mao quản của chất hấp phụ là pha rắn xốp.  Hấp phụ lỏng - rắn dùng để tách các chất độc hại: Phenol, các thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, các hợp chất nào của cácbuahydro thơm, các hợp chất bề mặt, các chất màu ra khỏi nước thải.  Chất hấp phụ rắn thường dùng là than hoạt tính, tro, xỉ, silica gel...  Sử dụng loại bỏ các hợp chất hữu cơ trong nước. * Nguyên lý Hấp phụ là một hiện tượng (quá trình) gây ra sự tăng nồng độ của một chất hoặc một hỗn hợp chất trên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha (rắn - khí, rắn - lỏng, lỏng - khí). Hình 3.6. Biểu diễn quá trình hấp phụ * Các chất hấp phổ biến Than hoạt tính là một chất hấp phụ rắn, xốp, không phân cực và có bề mặt riêng rất lớn. Về bản chất nguyên tố, nó thuộc nhóm graphit - một dạng thù hình của carbon gồm các tinh thể nhỏ có cấu trúc bất trật tự; nhưng khác với graphit là trong tinh thể của than hoạt tính các vòng sáu nguyên tử carbon sắp xếp kém trật tự hơn. Vì vậy than hoạt tính có cấu tạo xốp hơn và tạo nên nhiều lỗ hổng nhỏ không đồng đều và rất phức tạp.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 45 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.7. Activated Carbon Basics Hình 3.8. Cơ chế hấp phụ chất bẩn trong lọc nước Than hoạt tính được coi như là một chất hấp phụ chủ yếu trong công nghệ xử lý làm sạch môi trường: - Làm sạch nước để uống, xử lý nước sinh hoạt hoặc xử lý nước thải của các công trình có độ nhiễm bẩn thấp. Trong những trường hợp này, than hoạt tính sẽ giữ lại các hợp chất hữu cơ hoà tan, nhất là các chất gây mùi, gây màu và cả vết những kim loại nặng. Than hoạt tính đặc biệt có hiệu quả xử lý cao đối với nước bị nhiễm nhẹ các chất diệt trừ dịch hại.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 46 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.9. Những ứng dụng than hoạt tính - Xử lý nước thải công nghiệp: Người ta sử dụng than hoạt tính trong những trường hợp hấp phụ các chất kém hoặc không bị vi sinh vật phân hủy, các chất gây độc hại đối với các vi sinh vật. Trong trường hợp này xử lý chọn lọc bảng than hoạt tính đóng vai trò như là quá trình tiền xử lý cho các bước xử lý sinh học tiếp theo. - Xử lý triệt để nước thải công nghiệp và đô thị: Khi than đã hấp phụ bão hòa, nó không còn khả năng hấp phụ tiếp tục nữa. Đối với than hoạt tính, trong trường hợp này không phải bỏ đi mà có thể tái sinh và sử dụng lại được. Đại đa số các chất hấp phụ trên than hoạt tính đều có thể giải hấp bằng nhiệt. Khi ở trong môi trường có nhiệt độ cao, các chất hữu cơ cũng như các phân tử axit dễ bay hơi đã tách khỏi bề mặt của than. Đối với mỗi một chất sẽ có một nhiệt độ xử lý phù hợp. Với các hợp chất của kim loại thì thông thường phải giải hấp bằng axit sau đó rửa bằng nước và sấy để tái sinh.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 47 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.10. Cơ chế hoạt động của than hoạt tính Zeolit là các hợp chất alumosihcat có cấu trúc tinh thể. Tính chất của zeolit phụ thuộc vào tỷ lệ Si và Al và mức độ tạo tinh thể của sản phẩm cuối cùng.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 48 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.11. Cấu trúc Zeolit ((a) zeolite A (3D, 4.2 Å); (b) zeolite Y (3D, 7.4 Å); (c) Zeolite L (1D, 7.1 Å); (d) ZSM-5) * Ưu nhược điểm - Ưu điểm: Khả năng làm sạch cao, có thể tái sinh. - Nhược điểm: Không thể sử dụng đối với nguồn thải có mức độ ô nhiễm cao (hiệu quả thấp). Hình 3.12. Zeolite Process of Water Softening * Chất hấp phụ phải thoả mãn các yêu cầu  Hấp phụ chọn lọc  Bề mặt riêng lớn  Dễ hoàn nguyên  Đảm bảo độ bền cơ và nhiệt  Không có hoạt tính xúc tác với các phản ứng oxy hoá
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 49 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Dễ kiếm, rẻ tiền * Các yếu tố ảnh hướng tới quá trình hấp phụ  Diện tích bề mặt chất hấp phụ  Bản chất của sự hấp phụ  Độ pH  Nồng độ dung dịch  Thời gian tiếp xúc  Bản chất của hệ tiếp xúc Hình 3.13. A comparison between absorption (hấp thụ) and adsorption (hấp phụ) 3.6. Phương pháp oxy hóa (Oxidation Processes) - Nguyên tắc: Sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh như O3, KMnO4, H2O2 để giảm tiềm năng ô nhiễm, độc tính bằng cách chuyển hóa thành các chất ít độc.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 50 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Bảng 3.2. Oxidation potential of most commonly reagents used in wastewater treatment (Nguồn: Hunsberger, 1977) - Đối tượng xử lý:  Oxy hóa hóa học xử lý thành phần vô cơ như Mn(II), Fe(II), S2- , CN- , SO3 2- .  Các hợp chất hữu cơ như phenols, amines, humic acids, mùi vị, màu, hợp chất độc, vi khuẩn, tảo. Hình 3.14. Example of Organic Chemical Removal - Các chất oxy hóa phổ biến: NaClO, H2O2, O3, KMnO4 + Ozon  Là chất oxy hoá có hoạt tính cao và độ hoà tan trong nước lớn gấp 10 lần O2 được sử dụng xử lý nước thải có chứa các chất bẩn hữu cơ dạng hoà tan và keo.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 51 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Ozon làm sạch nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu H2S, hợp chất của As, hợp chất bề mặt, CN-, các chất màu, hydrocarbon thơm, thuốc trừ sâu và còn có khả năng tiêu diệt các vi khuẩn. CN- + O3 = CNO- + O2  Nếu kết hợp chiếu tia cực tím thì tốc độ oxy hoá bằng ozon sẽ tăng 102 - 104 lần. - H2O2  Là chất oxy hoá mạnh dùng để oxy hóa phenol, CN-, các hợp chất chứa lưu huỳnh (S) và các ion kim loại.  Quá trình xảy ra mãnh liệt khi có mặt của chất xúc tác như Fe2+ , Fe3+ , Cu2+ , Cr3+ , pH tối ưu: 3 – 4. - KMnO4 o Là chất oxy hoá tương đối mạnh được dùng để oxy hoá phenol, CN- và các hợp chất chứa S. o Độ pH của quá trình là 9,5 (pH càng cao thì phản ứng xảy ra càng nhanh). 3.7. Trao đổi ion (Ion Exchange) 3.7.1. Khái quát và cơ sở phương pháp Là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn. Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (ví dụ như hạt nhựa trao đổi). Có thể hiểu, trao đổi ion là quá trình tương tác của dung dịch với pha rắn có tính chất trao đổi. RA + B+ = A+ + RB Where, R is the resin (as cation exchanger) and A+ and B+ the cations competing for the binding site. Việc trao đổi phải có một cấu trúc mạng mở hữu cơ hoặc vô cơ có thể mang theo các ion. Quá trình trao đổi ion phụ thuộc vào từng loại nhựa trao đổi và bản chất các loại ion khác nhau.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 52 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.15. Ion Exchange Treatment Process Hình 3.16. Ion Exchange (khử khoáng) Trao đổi ion có thể sử dụng với cation và anion hữu cơ hoặc vô cơ. Tuy nhiên, phần lớn ứng dụng trao đổi ion đều liên quan đến các loại chất vô cơ vì các chất hữu cơ thường đòi hỏi chất tái sinh có nồng độ rất cao hoặc sử dụng các dung môi hữu cơ để khử chất hữu cơ.  Ví dụ 1: Quá trình làm mềm nước (R: Tác nhân trao đổi ion) 2RNa+ + Ca2+  R2Ca2+ + 2Na+
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 53 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.17. Quá trình làm mềm nước cứng  Ví dụ 2: Quá trình làm mềm nước bằng tác nhân trao đổi ion zeolite (X)  Ví dụ 3: Khử chất ô nhiễm ROH– + A–  RA– + OH– R: Nhựa trao đổi ion Resin; A– : Các anion phổ biến như Cl– , SO4 2– and NO3 – 3.7.2. Vật liệu và phương pháp trao đổi ion Vật liệu trao đổi ion là những chất không hòa tan có chứa các ion mà có thể được trao đổi với các ion khác trong dung dịch khi tiếp xúc với nó. Những trao đổi này diễn ra mà không có bất kỳ thay đổi vật lý của vật liệu trao đổi ion. a. Phân loại - Vật liệu trao đổi ion tự nhiên: Vật liệu trao đổi ion hữu cơ tự nhiên, vật liệu trao đổi ion vô cơ tự nhiên. - Vật liệu trao đổi ion nhân tạo: Vật liệu trao đổi ion hữu cơ nhân tạo, vật liệu trao đổi ion vô cơ nhân tạo. Ví dụ: Một số hạt trao đổi ion như zeolite tự nhiên, nhựa tổng hợp…
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 54 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.18. Hạt trao đổi ion zeolite Hình 3.19. Hạt trao đổi ion nhựa tổng hợp b. Nhựa trao đổi ion Nhựa trao đổi ion còn gọi là ionit, các ionit có khả năng hấp thu các ion dương (gọi là cationit), ngược lại các ionit có khả năng hấp thu các ion âm gọi là anionit. Các ionit có khả năng hấp thu cation lẫn anion được gọi là ionit lưỡng tính. Hình 3.20. Ion-exchange resin Về cấu tạo của chất trao đổi ion, có thể phân ra hai phần: Một phần gọi là gốc của chất trao đổi ion, một phần khác gọi là nhóm ion có thể trao đổi (nhóm hoạt tính).
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 55 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Thông qua phương pháp tổng hợp hoá học, người ta chế tạo chất trao đổi ion hữu cơ gọi là nhựa trao đổi ion (Resin). Resin được tạo ra bởi sự trùng ngưng từ styren và divinylbenzen (DVB). Phân tử styren tạo nên cấu trúc cơ bản của Resin. DVB là những cầu nối giữa các polime có tính không hoà tan và giai bền. Cầu nối trong Resin là cầu nối 3 chiều và Resin có cấu trúc rỗng. Về phân loại: Có 4 loại Resin - Resin cation acid mạnh - Resin cation acid yếu - Resin anion base mạnh - Resin anion base yếu c. Phương pháp trao đổi ion Có hai phương pháp trao đổi ion chính: - Trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động, vận hành và tái sinh liên tục. - Trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên, vận hành và tái sinh gián đoạn. Trong đó, phương pháp trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh là phổ biến hơn cả. 3.7.4. Ứng dụng Hình 3.21. Ứng dụng khử độ cứng trong nước Phương pháp trao đổi ion được sử dụng rộng rãi trong các quá trình xử lý nước cấp và nước thải. Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion thường được sử dụng để khử các muối, độ cứng, khoáng, nitrat, màu và các kim loại.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 56 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Trong xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion được sử dụng để loại ra khỏi nước các kim loại (kẽm, đồng, crom, nikel, chì, thuỷ ngân, cadimi, vanadi, mangan,…), các hợp chất asen, phốt pho, xianua và phóng xạ. Đồng thời, thu hồi các chất có giá trị với mức độ làm sạch nước cao. Hình 3.22. Khử Na+ bằng phương pháp trao đổi ion (H+ Form Cation Resin; Na+ Removal) Một số ứng dụng cụ thể:  Phổ biến xử lý kim loại độc và NO3-.  Sử dụng nhựa tự nhiên hoặc tổng hợp để loại bỏ ion canxi, magie và carbonate từ nước, thay thế chúng bằng natri, clorua, hydroxyl hoặc các ion khác.  Xử lý nước thải xi mạ, sơn tĩnh điện… và thu hồi Cr. Phương pháp hiệu quả loại bỏ muối vô cơ hòa tan như độ cứng (Ca, Mg) và kim loại nặng trong nước thải. 3.7.5. Ưu nhược điểm a. Ưu điểm - Xử lý triệt để và có tính chọn lọc đối tượng. - Nhựa ion có thể sử dụng lâu dài, tái sinh nhiều lần với chi phí thấp, tiêu hao năng lượng thấp. - Phương pháp thân thiện môi trường (hấp thu các chất độc trong nước). b. Hạn chế - Nước tồn tại các hợp chất hữu cơ hay Fe3+ , chúng sẽ bám dính vào các hạt nhựa ion, làm giảm khả năng trao đổi. - Chi phí đầu tư và vận hành khá cao (ít được sử dụng công trình lớn và thường dùng cho trường hợp đòi hỏi mức độ xử lý cao). 3.8. Tuyển nổi (Flotation) Dẫn nhập
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 57 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Hàm lượng dầu 0,2 - 0,4 mg/l sẽ làm cho nước có mùi dầu. Khử mùi dầu là một việc làm khó khăn.  Hiện tượng giảm hàm lượng oxy hoà tan (<4 mg/l) trong nước gây ảnh hưởng xấu cho các loài thủy sinh vật. Khái niệm  Tuyển nổi là quá trình tách các hạt lơ lửng ra khỏi chất lỏng bằng cách sục vào chất lỏng dòng khí phân tán ở dạng bọt rất nhỏ, các hạt không thấm ướt sẽ dính vào bọt và cùng với bọt nổi lên trên bề chất lỏng và được hớt ra ngoài. Bọt khí có thể tạo ra bằng cách sục khí, bằng các phản ứng hoá học và sinh học sinh ra. Hình 3.23. A typical flotation system Nguyên tắc  Sử dụng khí hòa tan (bọt khí)  Các chất rắn lơ lửng sẽ bám vào bề mặt của bọt khí và nổi lên  Ban đầu, tăng áp suất và cấp một lượng không khí đủ lớn sau đó giảm áp để tạo ra các bọt khí trong nước. Kết quả các hạt dầu, mỡ, SS sẽ kết hợp với bọt khí và nổi lên và được tách khỏi nước thải bằng thanh gạt hoặc thiết bị thu gom bọt nổi.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 58 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.24. Bên trong hệ tuyển nổi Vai trò  Giải pháp thay thế bể lắng truyền thống  Áp dụng xử lý nước cấp và nước thải  Thường áp dụng xử lý nước thải công nghiệp quy mô nhỏ Hình 3.25. Sơ đồ xử lý nước thải áp dụng phương pháp tuyển nổi Phân loại (Flotation Types)  Simple flotation  Flotation with aeration  Dissolved air flotation  Electroflotation  Vacuum flotation Thiết kế
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 59 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.26. Design of Flotation Systems Primary variables for flotation design o Pressure o Recycle ratio o Feed solids concentration o Retention period Principal components of flotation system o Pressurized pump  Elevated pressure to increase solubility o Air-injection facilities o Retention tank (saturation tank)  1-3 min o Back pressure regulation device  Constant head on pressurizing pump o Flotation unit  Circular/rectangular with a skimming device Ứng dụng:  Loại chất rắn lơ lửng, dầu mỡ, chất rắn mật độ thấp, những chất không tan trong nước  Các chất hòa tan như BOD, COD, màu cũng được xử lý hiệu quả sau keo tụ Used for  The removal of: Suspended Solids, Oil and Grease from wastewater  The seperation and concentration of sludges Cụ thể đối với nước thải: o Petroleum industry o Edible oil industry
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 60 ThS. Nguyễn Minh Kỳ o Fiber recycling in paper industry - Tuyển nổi loại các tạp chất bẩn ra khỏi nước bằng cách tạo cho chúng khả năng dễ nổi lên mặt nước. Muốn vậy người ta cho vào nước chất tuyển nổi hoặc tác nhân tuyển nổi để thu hút và kéo các chất bẩn nổi lên mặt nước, sau đó loại hỗn hợp chất bẩn và chất tuyển nổi ra khỏi nước. - Thông thường dùng các bọt khí nhỏ li ti phân tán và bão hoà trong nước. Những hạt chất bẩn chứa trong nước (dầu, sợi giấy, ce1ulose, len...) sẽ dính vào các bọt không khí và cùng các bọt không khí nổi lên mặt nước, rồi được loại khỏi nước. Tuyển nổi khí hòa tan (DAF: tạo bông khí hòa tan, tuyển nổi siêu nông) Hình 3.27. Sơ đồ tuyển nổi khí hòa tan - Nguyên tắc  Sử dụng nước bão hòa không khí, áp suất cao 3~5 kg/cm2 (0,29~0,49 MPa)  Cho dòng nước này vào nước thải có áp suất không khí để tạo đám mây bong bóng mịn dạng hình cầu có đường kính 70~80 μm. Bong bóng giữ hạt rắn bởi các lực vật lý hoặc tham gia liên kết bề mặt… (liên kết 3 pha rắn, khí, lỏng) kết quả hạt nặng hơn và lắng xuống.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 61 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.28. DAF Flow Diagram Hình 3.29. Công nghệ bể tuyển nổi - Ứng dụng DAF  Thích hợp xử lý SS từ 150 mg/ℓ to 2.000 mg/ℓ sau keo tụ nhưng không thể áp dụng khi tốc độ keo tụ nhỏ hơn 20 m/h.  Loại bỏ/phân tách dầu.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 62 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.30. Phân tách nhiễm bẩn dầu 3.9. Khử trùng (Disinfection)  Sau khi qua bể lắng, bể lọc, phần lớn vi khuẩn trong nước đã bị giữ lại (90%) và bị tiêu diệt. Tuy nhiên, để đảm bảo hoàn toàn vệ sinh, phải áp dụng phương pháp triệt khuẩn nước.  Phương pháp triệt khuẩn nước thường dùng nhất là Clo hoá tức là sử dụng Clo hoặc hợp chất của Clo như clorua vôi (CaOCl2), zaven (NaOCl) là những chất oxy hóa mạnh, có khả năng triệt khuẩn.  Những chất oxy hoá mạnh: Cl2, HOCl, OCl-  Ví dụ:  Các phương pháp khử trùng
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 63 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Dùng tia tử ngoại: Dùng một loại đèn phát ra tia tử ngoại để triệt khuẩn. Phương pháp này đơn giản nhưng thiết bị đắt hay hỏng và tốn điện (10-30 kW/1000 m3 nước). + Dùng ozon (O3): Khi đưa O3 vào nước sẽ tạo thành oxy nguyên tử là chất có khả năng diệt trùng. Ozon, uv đắt nhưng không để lại tác nhân phụ gây gây độc. + Dùng sóng siêu âm: Dùng thiết bị phát ra sóng siêu âm tần số 500 kHz vi trùng sẽ bị tiêu diệt. + Kim loại Cu, Ag được sử dụng để khử trùng bể bơi, bồn tắm nước nóng. 3.10. Phương pháp điện hóa (Electrochemistry) Khái quát nguyên lý Hình 3.31. Nguyên lý phương pháp điện hóa Phương pháp điện hoá học phá huỷ các tạp chất độc hại trong nước thải hoặc trong dung dịch bằng cách oxy hoá điện hoá trên điện cực anốt hoặc cũng có thể phục hồi các chất quý rồi đưa về dùng lại trong sản xuất. Nhờ các quá trình oxy hoá khử mà các chất bẩn độc hại được biến đổi thành các chất không độc. Phân loại và ưu điểm Một số công nghệ điện hóa  Electrodeposition  Electrocoagulation  Electroflotation  Electrosorption  etc.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 64 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.32. Ưu điểm công nghệ điện hóa Ưu điểm  Removal and recovery of heavy metals from wastewater  Tiêu thụ hóa chất mức thấp  etc. Ví dụ 1: Hình 3.33. Quá trình điện hóa hóa học Phản ứng điện hóa: Zn(s) + Cu2+ (aq) → Zn2+ (aq) + Cu(s) This reactions involves two half-reactions: Oxidation: Zn → Zn +2 + 2 e - Reduction: Cu 2+ + 2e - → Cu Ví dụ 2:
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 65 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.34. Electrochemical arsenic removal process 3.11. Màng lọc (Membrane Filtration) 3.11.1. Khái quát Đối với các quá trình lọc, màng được hiểu theo nghĩa thông thường là rào chắn nhằm ngăn cách giữa các pha, hạn chế sự vận chuyển qua lại giữa các cơ chất một cách có chọn lọc. Màng có thể là được cấu tạo thuần nhất hoặc tổng hợp; có thể có cấu trúc đối xứng hoặc không đối xứng, có thể mang điện dương hay âm, có thể trung hòa về điện tích nhưng cũng có thể mang cả 2 loại điện tích kể trên. Quá trình vận chuyển vật chất qua màng có thể được thực hiện dưới tác động của quá trình đối lưu, quá trình khuếch tán phân tử, do trường điện từ, do nồng độ, do áp suất hay nhiệt độ. Quá trình lọc màng có thể tách dòng thành 2 dòng riêng biệt: dòng thấm và dòng cô đặc. Dòng thấm là phần chất lỏng đi qua màng trong khi đó dòng cô đặc là dòng chứa những phần tử bị giữ lại ở màng. Hình 3.35. Nguyên tắc lọc màng
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 66 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Công nghệ màng lọc là một thuật ngữ chung dùng cho một số các quy trình tách có các đặc trưng khác nhau. Các quy trình này cơ bản là tương tự nhau về nguyên lý hoạt động, chúng đều sử dụng màng để phân tách các chất mong muốn. Công nghệ màng lọc được sử dụng nhiều trong các quy trình xử lý nước ngầm, nước mặt và nước thải. Quá trình phân tách của công nghệ màng dựa trên nguyên lý hoạt động của màng bán thấm là cho phép nước đi qua màng và giữ lại các chất rắn lơ lửng và các chất không mong muốn khác. Màng lọc có thể xem là sự tích hợp và thay thế hiệu quả cho các công nghệ keo tụ, lọc cặn, hấp phụ (lọc cát, than hoạt tính, trao đổi ion), nén ép và chưng cất. Hình 3.36. Sơ đồ mô tả yếu tố xác định hiệu quả màng Hai yếu tố dùng để xác định tính hiệu quả màng lọc, đó là tính chọn lọc và hiệu suất. Tính chọn lọc được thể hiện qua yếu tố lựa chọn chất đi qua và giữ lại trên màng, trong khi hiệu suất được thể hiện qua tham số gọi là thông lượng, tức là lượng nước qua màng (tính bằng đơn vị l/m2 *h ). Tính chọn lọc và hiệu suất phụ thuộc vào đặc điểm từng loại màng. 3.11.2. Phân loại Màng lọc có thể phân ra làm hai loại gồm nhóm màng vi lọc, siêu lọc và nhóm màng nano, thẩm thấu ngược RO.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 67 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.37. Đặc điểm các loại màng lọc Bảng 3.3. Đặc điểm các quá trình lọc màng Quá trình Kích thước lỗ rỗng Flux (L/m2 .h)- cường độ lọc Áp suất (psi) Xử lý MF vi lọc 0,1 -2 µm 100 – 1.000 15 - 60 SS, vi khuẩn UF siêu lọc 0,005 – 0,1 µm 30 – 300 10 – 100 SS, vi khuẩn, ion đa hóa trị NF lọc nano 0,0005 – 0,005 µm 20 – 150 40 – 200 (90 typically) SS, vi khuẩn, ion đa hóa trị RO thẩm thấu ngược < 0,5 nm 10 - 35 200 – 300 SS, vi khuẩn, virus, ion đa và đơn hóa trị Màng vi lọc và màng siêu lọc được sử dụng để loại bỏ các hạt cặn có kích thước khá lớn trong khi muốn khử muối khỏi nước ví dụ như trong công nghệ lọc nước biển thì màng nano và màng RO là sự lựa chọn thích hợp. Màng nano và RO hoạt động không theo nguyên tắc lỗ lọc, sự phân tách các chất diễn ra bằng cách khuếch tán qua màng. Áp lực cần thiết để đẩy nước qua màng nano và RO cao hơn nhiều so với áp suất qua màng vi lọc và siêu lọc, trong khi lượng nước thành phẩm (hiệu suất) lại thấp hơn nhiều. 3.11.3. Yếu tố ảnh hưởng Hiệu quả lọc màng phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản như:  Đặc điểm màng
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 68 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Bản chất nước thải  Điều kiện và các thông số vận hành 3.11.4. Ưu nhược điểm và ứng dụng a. Ưu điểm Màng lọc là một số ưu điểm đối với các kỹ thuật lọc nước hiện nay: - Là công nghệ có thể hoạt động ở nhiệt độ thấp. Điều này quan trọng bởi vì nó cho phép xử lý đối với các chất nhạy cảm với nhiệt độ. Do đó, công nghệ màng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm, đồ uống. - Là công nghệ tiêu tốn ít năng lượng, hầu hết năng lượng sử dụng chủ yếu là để bơm chất lỏng qua màng, tổng năng lượng sử dụng nhỏ so với các kỹ thuật thay thế khác như công nghệ bay hơi. - Có thể dễ dàng mở rộng quy mô (màng được chế tạo theo các modul, thuận tiện thi công). Ưu điểm nổi bật:  Ôn hòa về mặt môi trường  Công nghệ sạch và dễ vận hành  Có thể thay thế được nhiều quá trình hóa lý truyền thống: lọc, chưng cất, trao đổi ion trong quy trình xử lý nước  Tạo ra sản phẩm có chất lượng cao  Thuận lợi cho việc thiết kế những hệ thống có tính linh hoạt cao b. Nhược điểm Trong quá trình lọc, màng bị nhiễm bẩn là điều không thể tránh khỏi. Loại và lượng chất bẩn bám trên màng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, chẳng hạn như chất lượng nước, loại màng, vật liệu màng và thiết kế, điều khiển của quá trình. Những chất bẩn bám trên màng khiến màng phải hoạt động với một khối lượng công việc cao hơn cần thiết để có thể đảm bảo công suất làm việc của màng. Tại thời điểm áp lực sẽ tăng lên mức cao nhất cho đến khi màng không còn đảm bảo về tính kỹ thuật và kinh tế phải tiến hành súc rửa màng. Giải pháp làm sạch màng bằng các phương pháp như rửa ngược bằng nước hoặc khí, súc rửa bằng hóa chất hoặc kết hợp các phương pháp trên. c. Ứng dụng Các quá trình lọc màng được phân loại dựa vào động lực chuyển cơ chất qua màng, đặc tính loại màng và kích thước mao quản màng. Quá trình lọc màng trong công nghệ xử lý nước dùng để khử khoáng và làm mềm nước, khử màu và chất hữu cơ hòa tan, các phân tử và nhiều mục đích khác.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 69 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Đặc biệt là quá trình xử lý nước tinh khiết, nước sản xuất dược phẩm, nước y tế... hay xử lý bậc cao trong xử lý nước thải khi có nhu cầu hoàn lưu. 3.11.5. Màng vi lọc MF (Microfiltration) a. Khái quát Màng có độ xốp cao, phạm vi kích thước chất loại bỏ từ 0,1 - 2 µm, bao gồm cả vi khuẩn nhưng không giống công nghệ màng lọc thẩm thấu ngược RO và nano, màng vi lọc không loại bỏ các chất hòa tan. Vật liệu màng thường được làm bằng gốm sứ, teflon, polypropylene hoặc các loại nhựa khác. Hình 3.38. Màng vi lọc b. Nguyên lý hoạt động Màng vi lọc (MF) cũng hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự màng RO và nano là loại bỏ các chất rắn lơ lửng từ nước qua lớp màng có kích thước lỗ nhỏ dưới một áp lực thấp hơn so với màng RO và nano (khoảng 15-60 psi). c. Ứng dụng Được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp và dân dụng để loại bỏ các cặn có kích thước lớn, các đại phân tử được tách ra từ các phân tử lớn khác, protein, hay các mảnh vỡ tế bào.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 70 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Ứng dụng quan trọng trong lọc nước đơn giản ở các chu trình cuối (ví dụ dùng trong lọc nước ép trái cây, sữa, rượu vang, bia và dược phẩm vô trùng). Màng vi lọc hoạt động ở áp suất tương đối thấp, màng lọc ứng dụng trong các lĩnh vực sau:  Khử trùng lạnh đồ uống và dược phẩm  Thanh lọc các loại nước ép trái cây, rượu vang và bia  Loại bỏ vi khuẩn từ nước  Tiền xử lý nước trước hệ thống RO  Xử lý nước thải 3.11.6. Màng siêu lọc UF (Ultrafiltration) a. Khái quát Công nghệ màng siêu lọc (UF) là một quá trình lọc có áp lực loại bỏ dầu, hydroxyt kim loại, chất keo, nhũ tương, chất rắn lơ lửng, vi khuẩn và hầu hết các phân tử lớn từ nước và các dung dịch khác. Màng UF ứng dụng trong lọc dầu, nước ép trái cây, sữa và sữa chua, sơn, dược phẩm, rượu nước uống, và xử lý nước thải cấp ba/triệt để. Màng siêu lọc có kích thước lỗ khoảng 0,005 - 0,1 µm có thể loại bỏ một số virus, trong khi màng vi lọc có kích thước lỗ lớn hơn, chỉ có thể loại bỏ một số loài vi sinh vật không bao gồm virus. Tuy nhiên cả vi lọc và siêu lọc đều không thể loại bỏ các chất hòa tan, trừ khi các chất này được hấp phụ trước bằng than hoạt tính hoặc được keo tụ bằng phèn nhôm hoặc sắt. Hình 3.39. Màng siêu lọc Các màng siêu lọc có cấu trúc mềm không đối xứng, kích thước lỗ rỗng nhỏ (cỡ 0,005 – 0,1 μm), hoạt động dưới áp suất thông thường dưới 100 psi; cho phép lọc được các chất keo, chất rắn hoà tan có kích thước nhỏ và các phần tử như vi khuẩn, virus, protein có khối lượng mol nhỏ, carbohydrates, enzymes.... Lưu lượng trong quá trình lọc diễn ra ở màng UF phụ thuộc nhiều vào hàm lượng chất keo bởi sự phân cực và sự bịt kín lỗ rỗng. Các chất keo là nguyên nhân chính làm giảm lưu lượng và tạo lên áp lực truyền qua màng tăng cao. Quá trình lọc diễn ra ở nhiệt độ bình thường và áp suất thấp nên tiêu thụ ít điện năng. Kích thuớc của hệ thống gọn nhỏ, cấu trúc đơn giản nên không
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 71 ThS. Nguyễn Minh Kỳ tốn diện tích mặt bằng. Về cơ bản màng siêu lọc không cho hiệu quả cao như màng nano nhưng lại không đòi hỏi nhiều năng lượng như màng nano. b. Cấu tạo chức năng và nguyên lý của màng siêu lọc UF Màng siêu lọc sợi rỗng thẩm thấu, mỗi sợi màng có dạng hình ống, màu trắng. Khi lọc cho phép nước đi từ ngoài vào trong lòng ống nhờ áp lực dòng chảy của nước trong điều kiện thiết kế bịt một đầu ống lại hoặc uốn ống theo hình chữ U. Dưới áp lực dòng chảy của nước sẽ thấm qua các mao dẫn có kích thước cỡ siêu nhỏ. Hình 3.40. Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động UF là một công nghệ lọc dùng áp suất thấp để loại bỏ những phân tử có kích thuớc lớn ra khỏi nguồn nước. Dưới một áp suất nhỏ 1,5~3 kgf/cm² (1 kgf/cm² = 1 atm = 14,22 psi), nước tinh, muối khoáng và các phân tử ion nhỏ hơn lỗ lọc sẽ xuyên qua màng dễ dàng để tạo ra một nguồn nước tinh khiết. Hình 3.41. How Ultrafiltration membranes work Màng lọc Ultrafiltration có thể hoạt động theo 2 nguyên lý: Từ ngoài vào trong: Lớp lọc nằm bên ngoài màng, tức dòng nước có chất ô nhiễm được đẩy vào từ bên ngoài vào trong màng lọc tất cả các chất độc hại được giữ lại bên
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 72 ThS. Nguyễn Minh Kỳ ngoài màng lọc. Kết quả, chỉ có nước sạch nguyên khoáng, nước tinh khiết sau lọc được thu ở bên trong màng lọc. Từ trong ra ngoài: Lớp lọc nằm bên trong màng, tức dòng nước có chất ô nhiễm được thấm vào từ bên trong màng lọc. Nước sạch sau lọc được thu ở bên ngoài màng lọc. c. Ứng dụng Màng lọc UF có thể lọc sạch các tạp chất có kích thước nhỏ hơn cả vi khuẩn, loại bỏ dầu, mỡ, hydroxit kim loại, chất keo, nhũ tương, chất rắn lơ lửng và hầu hết các phân tử lớn từ nước. Ngoài ra, còn có thể lọc các dung dịch khác như phấn hoa, tảo, ký sinh trùng, virus, vi trùng gây bệnh… và đặc biệt có thể loại bỏ được 99,9% vi khuẩn. Các phân tử có kích thước lớn hơn như các loại tạp chất, virus, vi khuẩn sẽ bị giữ lại và thải xả ra ngoài. Màng siêu lọc còn là giải pháp hợp lý cho các dây chuyền sản xuất thực phẩm và đồ uống, cung cấp nguồn nước ăn uống. Chất lượng nước rất cao sau khi lọc qua màng UF dùng cho việc sản xuất nước khoáng, nước hoa quả, nước tăng lực. Màng UF tạo nên rào chắn ngăn cản các vi sinh vật, bào tử và loại bỏ màu, chất hữu cơ. d. Ưu điểm  Quá trình lọc diễn ra ở nhiệt độ bình thường và áp suất thấp nên tiêu thụ ít điện năng.  Kích thước của hệ thống gọn nhỏ, cấu trúc đơn giản.  Không có nước thải lãng phí như công nghệ lọc RO (tiết kiệm).  Quy trình vận hành đơn giản, không cần nhiều nhân công. Cấu trúc và vật liệu màng lọc đồng nhất, đảm bảo độ tinh khiết trong suốt qúa trình xử lý. e. Nhược điểm  Tồn tại những chất khoáng còn lại trong nước có thể không có lợi cho sức khỏe.  Chi phí đầu tư ban đầu khá cao. 3.11.7. Màng lọc nano NF (Nanofiltration)
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 73 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.42. Nguyên tắc hoạt động Màng lọc nano (NF) có kích thước lỗ khoảng 0,0005 - 0,005 µm. Có chức năng tương tự như màng thẩm thấu ngược, nhưng thường được sử dụng để loại bỏ các ion đa hóa trị, các chất hữu cơ đơn phân tử, gần như tất cả các virus, hầu hết các vật chất hữu cơ tự nhiên và các muối. Các ion đơn trị như Na, Cl sẽ đi qua nó, do đó nó thường được sử dụng cho quá trình tiền lọc trong khử muối nước mặn. Trong xử lý nước, màng NF có thể được sử dụng để làm mềm nước, loại bỏ thuốc trừ sâu, khử màu.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 74 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.43. Hệ thống màng lọc nano Màng lọc nano có kích thước lỗ rỗng khoảng 0,0005 - 0,005 μm, hoạt động dưới áp suất thông thường từ 40 - 200 psi; là màng trung gian giữa 2 hình thức màng RO và UF. Lọc nano có thể lọc được các phân tử muối hoá trị thấp và các chất khoáng; được ứng dụng trọng lọc cặn các protein, gelatin, công nghệ chế biến nước hoa quả, phân ly chất rắn hoà tan trong dung dịch và sản xuất nước sạch sinh hoạt. Hình 3.44. Ứng dụng lọc nước biển Màng nano được sử dụng để tách dòng chất lỏng hoặc các phân tử có trong dòng. Về cơ bản, màng NF không cho hiệu quả cao như màng lọc thẩm thấu ngược màng (RO), nhưng không tốn nhiều năng lượng như màng RO, tuy nhiên vẫn có khả năng giữ các phân tử đường, muối kim loại hóa trị II, vi khuẩn, proteins,…. Nhược điểm:
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 75 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Công nghệ nano không qua hệ thống xử lý thô (tiền xử lý) dễ gây tắc màng;  Những chất khoáng còn lại trong nước có thể không có lợi cho sức khỏe;  Chi phí và giá thành cao;  Phải xác định trước nguồn nước để áp dụng công nghệ nano hiệu quả. 3.11.8. Phương pháp thẩm thấu ngược RO (Reverse Osmosis)  Thẩm thấu ngược là quá trình tách nước qua màng bán thấm từ phía dung dịch đặc hơn sang phía dung dịch loãng hơn khi áp suất tác đụng lên dung dịch vượt quá áp suất thẩm thấu.  Màng thường sản xuất từ vật liệu polyme. Hình 3.45. Màng lọc RO Màng thẩm thấu ngược (RO) có kích thước lỗ nhỏ hơn 0,5 nm (0,0005μm). Ngoài việc loại bỏ tất cả các phân tử hữu cơ và virus, màng RO loại bỏ hầu hết các ion đơn trị, các khoáng chất có mặt trong nước. Do đó màng RO được ứng dụng phổ biến trong khử muối, khử mặn, khử khoáng để sản xuất nước tinh khiết với tính kinh tế cao hơn so với phương pháp chưng cất. Hình 3.46. Spiral wound (like a rolled up newspaper)
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 76 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.47. Hollow fibers Màng lọc RO có kích thước lỗ rỗng nhỏ, chúng được hoạt động dưới áp suất cao, thông thường từ 200 - 300 psi, cho phép loại bỏ hầu hết các thành phần có trong nước như: cacbuahydrat, cặn lơ lửng, các chất khoáng, các ion, amino acid... Cơ chế hoạt động của lọc RO sử dụng tính chất của màng bán thấm, tất cả các chất hoà tan bị giữ lại, trừ một vài phần tử hữu cơ rất gần với nước có khối lượng mol nhỏ và phân cực mạnh. Trên bề mặt màng RO có các lỗ siêu nhỏ, vì thế phải dùng điện để tạo áp lực của máy bơm ép nước tinh khiết đi qua màng lọc. Ngoài ra, theo cơ chế trượt ngang nguồn nước sau khi tới màng lọc RO tách ra làm hai phần: Một phần nước hoàn toàn tinh khiết, nước còn lại có lẫn các tạp chất sẽ bị cuốn ra ngoài theo đường nước thải. Nhược điểm - Công nghệ lọc RO cho ra nước tinh khiết, loại bỏ hoàn toàn khoáng chất có trong nước (tuy nhiên, nếu uống nước tinh khiết lâu dài làm cơ thể thiếu 1 số khoáng chất cần thiết). - Tiêu tốn nước nhiều (quá trình lọc nước tinh khiết đồng nghĩa với việc phải loại bỏ một lượng nước thải khá lớn). Cách khắc phục: - Đối với việc lọc nước uống hệ thống lọc RO thêm chức năng bổ sung khoáng chất có lợi cho cơ thể (thêm bộ tạo khoáng ở bước lọc cuối cùng). - Sử dụng lượng nước thải ra vào các mục đích như tưới cây, giặt đồ, vệ sinh nhà cửa...
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 77 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 3.12. Oxy hóa nâng cao AOPs (Advanced Oxidation Process) 3.12.1. Cơ sở lý thuyết Oxy hóa nâng cao là quá trình phân hủy oxy hóa dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl HO* được tạo ra ngay trong quá trình xử lý. Gốc hydroxyl HO* là một tác nhân oxy hóa mạnh nhất trong số các tác nhân oxy hóa được biết từ trước đến nay. Thế oxy hóa của gốc hydroxyl HO* là 2,8V, cao nhất trong số các tác nhân oxy hóa thường gặp. Bảng 3.4. Mức độ nâng lực oxy hóa của các tác nhân (so với oxy) TT Chất oxy hóa Năng lực oxy hóa 1 O 1,00 2 Cl2 1,06 3 ClO2 1,06 4 HOCl 1,24 5 H2O2 1,48 6 H2SO5 1,51 7 O3 1,68 8 OH*(hydroxyl radical) 2,33 9 F2 2,50 Các gốc này không tồn tại có sẵn như những tác nhân oxy hóa thông thường, mà được sản sinh ngay trong quá trình phản ứng, có thời gian sống rất ngắn và liên tục được sinh ra trong suốt quá trình phản ứng. 3.12.2. Phân loại a. Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng Đây là các quá trình không nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng. Bảng 3.5. Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng TT Tác nhân phản ứng Phản ứng đặc trưng Tên quá trình 1 H2O2 và Fe2+ H2O2 + Fe2+ Fe3+ + OH- + HO* Fenton 2 H2O2 và O3 H2O2 + 2O3 2HO* + 3O2 Peroxone 3 O3 và các chất xúc tác 3O3 + H2O (cxt) 2HO* + 4O2 Catazon 4 H2O và năng lượng điện hóa H2O (nlđh) HO* + H* Oxy hóa điện hóa
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 78 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 5 H2O và năng lượng siêu âm H2O (nlsa) HO* + H* (20- 40 kHz) Siêu âm 6 H2O và năng lượng cao H2O (nlc) HO* + H* (1-10 Mev) Bức xạ năng lượng cao b. Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng Quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình nhờ vào năng lượng bức xạ tia cực tím UV. Bảng 3.6. Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng TT Tác nhân phản ứng Phản ứng đặc trưng Tên quá trình 1 H2O2 và năng lượng photon UV H2O2 (hv) 2HO* (λ = 220 nm) UV/H2O2 2 O3 và năng lượng photon UV O3 + H2O (hv) 2HO* (λ = 253,7 nm) UV/O3 3 H2O2/O3 và năng lượng photon UV H2O2 + O3 + H2O (hv) 4HO* + O2 (λ = 253,7 nm) UV/H2O2+ O3 4 H2O2/Fe3+ và năng lượng photon UV Fe3+ + H2O (hv) HO* + Fe2+ + H+ Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH- + HO* Quang Fenton 5 TiO2 và năng lượng photon UV TiO2 (hv) e- + h+ (λ > 387,5 nm) h+ + H2O HO* + H+ h+ + OH- HO* + H+ Quang xúc tác bán dẫn 3.12.3. Ứng dụng Nhờ ưu thế nổi bật trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là những chất hữu cơ khó phân hủy sinh học (POPs) quá trình oxy hóa nâng cao dựa trên gốc tự do HO* được xem như một chìa khóa vàng để giải các bài toán đầy thách thức cho ngành xử lý nước và nước thải hiện nay. AOPs còn được mệnh danh là các quá trình xử lý nước của thế kỷ XXI. 3.12.4. Ưu điểm Hạn chế của quá trình xử lý sinh học (cần áp dụng AOPs) o Tốc độ chậm, thể tích lớn do đó cần nhiều hơn diện tích (quy mô hệ xử lý) o Cần sự tham gia của vi sinh vật o Dễ tổn thương shock tải trọng Ưu điểm oxy hóa nâng cao o Có thể oxy hóa nguồn nước thải có COD rất cao
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 79 ThS. Nguyễn Minh Kỳ o Xử lý được các độc tố như CN-, S2- , chlorophenols, amines (hợp chất hữu cơ), kim loại nặng o Xử lý hiệu quả TDS o Diện tích không gian nhỏ, chi phí vận hành thấp o Có thể tái sử dụng nước sau xử lý 3.12.5. Quá trình Fenton a. Cơ chế Hệ tác nhân Fenton đồng thể (Fenton cổ điển) là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị II và H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra các gốc tự do HO*, còn Fe2+ bị oxy hóa thành Fe3+ . Fe2+ + H2O2  Fe3+ + HO* + OH- (k = 63 l.mol-1 .s-1 ) Phản ứng này được gọi là phản ứng Fenton (Fenton là người đầu tiên mô tả quá trình năm 1894). Những ion Fe2+ mất đi sẽ được tái sinh lại nhờ Fe3+ tác dụng với H2O2 dư theo phản ứng: Fe3+ + H2O2 Fe2+ + H+ + HO2* (k < 3.10-3 l.mol-1 .s-1 ) Từ những phản ứng trên cho thấy vai trò chất xúc tác của sắt. Quá trình khử Fe3+ thành Fe2+ xảy ra rất chậm, hằng số tốc độ phản ứng rất nhỏ và sắt tồn tại sau phản ứng chủ yếu dạng Fe3+ . Gốc HO* sinh ra có khả năng phản ứng với Fe2+ và H2O2, nhưng quan trọng nhất là khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ (RH = organic substrate) tạo thành các gốc hữu cơ (R*) có khả năng phản ứng cao. HO* + H2O2  H2O + HO2* HO* + Fe2+  OH- + Fe3+ HO* + RH  H2O + R* Gốc R* có thể oxy hóa Fe2+ , khử Fe3+ hoặc dimer hóa (quá trình hai phân tử của một chất kết hợp với nhau để tạo chất mới) theo phương trình phản ứng như: R* + Fe2+  Fe3+ + RH R* + Fe3+  Fe2+ + “sản phẩm phân hủy/products of degradation” R* + R*  “sản phẩm phân hủy/products of degradation” Gốc HO2* có thể tác dụng với Fe2+ , Fe3+ theo các phương trình phản ứng: HO2* + Fe2+  HO2 - + Fe3+ HO2* + Fe3+  H+ + O2 + Fe3+ Phương trình phản ứng Fenton tổng cộng có dạng:
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 80 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Fe2+ + H2O2 + RH  Fe3+ + H2O + CO2 Tác nhân Fenton đã được biết từ lâu, thực tế đã chứng minh là tác nhân oxy hóa rất mạnh do sự hình thành gốc hydroxyl HO* trong quá trình phản ứng. Tuy nhiên, cơ chế của quá trình Fenton vẫn còn nhiều tranh cãi. Phần lớn các nhà nghiên cứu thừa nhận sự hình thành gốc HO* là yếu tố tạo khả năng oxy hóa cao của tác nhân Fenton. Hình 3.48. Quá trình Fenton Ngày nay, các khoa học gia đã phát triển thêm quá trình Fenton điện hóa (Electro Fenton: EF). This technology is based on the continuous electro generation of H2O2 at a suitable cathode fed with O2 or air, along with the addition of an iron catalyst to the treated solution to produce oxidant HO* at the bulk via Fenton’s reaction. b. Ưu điểm Quá trình Fenton vào nghiên cứu xử lý nước có những ưu điểm sau:  Các tác nhân H2O2 và các muối sắt II tương đối rẻ, có sẵn, không độc hại, dễ vận chuyển, sử dụng.  Hiệu quả oxy hóa được nâng cao rất nhiều so với H2O2 đơn lẻ. Quá trình Fenton xử lý nước sẽ khoáng hóa hoàn toàn các chất hữu cơ thành CO2, H2O và các ion vô cơ,… hoặc phân hủy từng phần, chuyển các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành các chất mới có khả năng phân hủy sinh học nhờ vào tác nhân hydroxyl HO* được sinh ra trong quá trình phản ứng.  Tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý sinh học tiếp sau.  Nâng cao hiệu quả xử lý của toàn bộ hệ thống.  Do tác dụng oxy hóa cực mạnh của HO* so với các tác nhân diệt khuẩn truyền thống (các hợp chất của Clo) nên ngoài khả năng tiêu diệt triệt để các vi khuẩn thông thường, còn có thể tiêu diệt các tế bào vi khuẩn và virus gây bệnh. 3.12.6. Quá trình Peroxone Quá trình oxy hóa của ozon với sự có mặt của hydrogen peroxit (O3/H2O2) được gọi là quá trình Peroxone hoặc Perozone.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 81 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.49. Công thức O3 và H2O2 Sự khác nhau cơ bản giữa hai quá trình Ozon và Peroxon:  Quá trình ozon thực hiện quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm chủ yếu trực tiếp bằng phân tử ozon trong nước.  Quá trình Peroxone thực hiện sự oxy hóa các chất ô nhiễm chủ yếu là gián tiếp thông qua gốc hydroxyl được tạo ra từ ozon. Hình 3.50. Ozone Decomposition Process by Hydroperoxide Ions Sự có mặt của H2O2 có tác dụng khơi mào sự phân hủy O3 thông qua ion hydroperoxit HO2 - được mô tả trong các phương trình sau: H2O2  HO2 - + H+ HO2 - + O3  HO2 * + O3 *- Các phản ứng tạo thành gốc HO*: - Tạo gốc HO* từ O3 *- O3 + H+  HO3 * HO3 *  HO* + O2 - Tạo gốc HO* từ HO2 *
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 82 ThS. Nguyễn Minh Kỳ HO2 *  H+ + O2 *- O2 *- + O3  O3 *- + O2 O3 *- + H+  HO3 * HO3 *  HO* + O2 Phương trình tổng hợp đặc trưng cho quá trình Peroxone: H2O2 + 2O3  2HO* + 3O2 Bảng 3.7. Comparison between Ozone and O3/H2O2 in Water Bảng 3.8. Comparative operating costs of some AOPs Applications of O3/H2O2 in Water Treatment Taste and Odor Compound Oxidation: O3/H2O2 can be applied to oxidize many taste and odor causing compounds, which are very resistant to oxidation (such as geosmin, 2-methyliosborneol, MIB, and chlorinated compounds). Synthetic Organic Compound Oxidation: O3/H2O2 processes have been shown to be effective in oxidizing halogenated compound, such as 1,1-dichloropropene (DCPE),
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 83 ThS. Nguyễn Minh Kỳ trichloroethene (TCE), 1-chloropentane (CPA), and 1,2-dichloroethane (DCA). Hình 3.51. Conventional Water Treatment without O3/H2O2 Process
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 84 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.52. Typical Water Treatment with O3/H2O2 Process Ví dụ:
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 85 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.53. Process Flow Diagram in Metropolitan Water District of Southern California MỘT SỐ VÍ DỤ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ VÀ HÓA HỌC
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 86 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.54. Typical Physical-Chemical Treatment Plant Hình 3.55. Example of Physical-Chemical Wastewater Treatment Process 3.13. Các quá trình xử lý nâng cao khác  Plasma for water treatment  Công nghệ nano  Tài liệu tham khảo a. Plasma for water treatment
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 87 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất (ngoài các trạng thái rắn, lỏng, khí) trong đó các chất bị ion hóa mạnh. Đại bộ phận phân tử hay nguyên tử chỉ còn lại hạt nhân, các electron chuyển động tương đối tự do giữa các hạt. Plasma không phổ biến trên Trái Đất tuy nhiên trên 99% vật chất thấy được trong vũ trụ tồn tại dưới dạng plasma, vì thế trong bốn trạng thái vật chất, plasma được xem như trạng thái đầu tiên trong vũ trụ. Hình 3.56. Phases of matter Nếu sự ion hóa được xảy ra bởi việc nhận năng lượng từ các dòng vật chất bên ngoài, như từ các bức xạ điện từ thì plasma còn gọi là plasma nguội. Nếu sự ion hóa xảy ra do va chạm nhiệt giữa các phân tử hay nguyên tử ở nhiệt độ cao thì plasma còn gọi là plasma nóng. Ví dụ về plasma: Mặt trời, các ngôi sao/hằng tinh, đèn huỳnh quang hay sét. Characteristics of Plasma Arc Technology  Produces temperatures of 4,000°C to over 7,000°C  Torch power levels from 100kW to 200 MW produce high energy densities (up to 100 MW/m3 )  Torch operates with most gases – not a combustion process Phân loại/Types of plasma Temperature  Thermal  Non-thermal/Cold Pressure  Low pressure
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 88 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Atmospheric pressure  High pressure Gas  Air  Oxygen  Helium  Argon… Mode  Microwave  Radio frequency  Corona  Dielectric barrier Discharge * Plasma technologies for water cleaning – Plasma sources for water treatment • Types of electrical discharges used for water treatment – Discharges in gas – Discharges in water (electrohydraulic discharges) – Physics of electrohydraulic discharges * Plasma processes in water cleaning technologies  Plasma processes and plasma-induced processes in destruction of organic compounds and microorganisms • Chemical reactions • Biocidal effects • Comparison to other water treatment technologies b. Công nghệ nano Giới thiệu Công nghệ nano ra đời tạo nên bước nhảy đột phá được ứng dụng rộng rãi trong đời sống như các ngành điện tử, tin học, y sinh học, môi trường... Nano mét là một đơn vị đo lường chiều dài cực nhỏ, ký hiệu là nm, bằng 1 phần triệu mm. Ứng dụng
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 89 ThS. Nguyễn Minh Kỳ -up sites) Ví dụ Use nano-sized rust particles to remove arsenic from drinking water. Wastewater Treatment Applications Potential Effects  Nanoparticles may be more toxic than micron- sized particles in short-term animal tests  Nanoparticles may translocate to other organs in to other organs in the body  Nanoparticles may enter the brain through inhalation through nasal neurons  Toxicity to cells may be modified or reduced by coating the particles  Buckyballs can cause brain damage in young in young largemouth bass  Carbon nanotubes can cause lung damage in lab rats  Copper nanoparticles can cause gill injury and acute lethality acute lethality in zebra fish  Some manufactured nanoparticles can damage human DNA, increasing the risk of cancer  Silver nanomaterial can cause liver damage in rats Hạt nano kim loại (khoa học vật liệu)  Hiệu ứng bề mặt  Hiệu ứng kích thước Khái niệm  Hạt nano kim loại là một khái niệm để chỉ các hạt có kích thước nano được tạo thành từ các kim loại. Phương pháp chế tạo  Phương pháp từ dưới lên:
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 90 ThS. Nguyễn Minh Kỳ o Phương pháp tạo hạt nano từ các ion hoặc các nguyên tử kết hợp lại với nhau.  Phương pháp từ trên xuống: o Phương pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu. Hình 3.57. Phương pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu - Phương pháp ăn mòn laser: Dưới tác dụng của chùm laser xung, các hạt được hình thành và được bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt. - Phương pháp khử hóa học: Dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại (Mn+ ) thành kim loại (M0 ). - Phương pháp khử vật lý: Sử dụng các tác nhân vật lý như điện tử, sóng điện từ năng lượng cao như tia gamma, tia tử ngoại uv, tia laser khử ion kim loại thành kim loại. Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý, có nhiều quá trình biến đổi của dung môi và các phụ gia trong dung môi để sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại. - Phương pháp khử hóa lý: Đây là phương pháp trung gian giữa hóa học và vật lý, với nguyên lý là dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano. - Phương pháp khử sinh học: Sử dụng vi sinh vật như vi khuẩn làm tác nhân khử ion kim loại. Tính chất, đặc điểm nano kim loại
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 91 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Tính chất quang học  Tính chất điện  Tính chất từ  Tính chất nhiệt Phương pháp khảo sát hình thái và kích thước hạt:  Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron Microscope)  Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM - Transmission Electron Microscope) Ví dụ: nano TiO2, Fe3O4 nanoparticles, nano-sized iron oxide particles, polyme nanocompozit Hình 3.58. Flow chart of sonochemical synthesis of iron oxide Hình 3.59. Properties of Nano Fe
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 92 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.60. Types of Nanoparticles Công nghệ nano-bubble Hình 3.61. Schematic diagram showing macro, micro and nanobubbles
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 93 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.62. Cell-level biological treatment using Micro/Nano-bubbles Hình 3.63. Gaseous-affinity separation using Micro/Nano-bubbles Nano-bubbles water treatment technology
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 94 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.64. Nano-bubble working principal Hình 3.65. Schematic diagram of a Nano-bubble system
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 95 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.66. The deference of size between MB and NB Hình 3.67. The deference of life time between MB and NB Ví dụ: Ozone nano-bubbles  Ưu điểm: Ứng dụng khử trùng, làm sạch nước
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 96 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.68. Normal ozone water vs. Ozone nano-bubble Hướng dẫn ôn tập 1. Giải thích nguyên nhân tại sao cần phải trung hòa nguồn nước thải? Ví dụ minh họa? 2. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp keo tụ - tạo bông trong quá trình xử lý nước thải? Minh họa cụ thể? Trình bày ưu nhược điểm? 3. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp kết tủa trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? 4. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp hấp thụ trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? 5. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp hấp phụ trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? 6. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp phương pháp oxy hóa trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? 7. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp trao đổi ion trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? 8. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp tuyển nổi trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? 9. Khử trùng là gì? Tại sao phải khử trùng nước thải? Các tác nhân khử trùng? Minh họa cụ thể? Trình bày ưu nhược điểm?
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 97 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 10. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp phương pháp điện hóa trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? 11. Các loại màng lọc? Trình bày đặc điểm, ứng dụng và ưu nhược điểm? 12. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp oxy hóa nâng cao AOPs trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? Tài liệu đọc thêm [1]. Lê Xuân Vinh, Lý Tiểu Phụng, Tô Thi Hiền (2015), ”Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng UV/Fenton”, Tạp chí PT Khoa học và Công nghệ, Tập 18(T6), tr. 201-211. [2]. Nalinrut Masomboon, Chien-Wei Chen, Jin Anotai, Ming-Chun Lu (2011), ”Factors affecting degradation of o-toluidine by fenton process”, Sustain. Environ. Res., Vol. 21(2), pp. 101-107. [3]. Rein Munter (2001), ”Advanced oxidation processes - current status and prospects”, Proc. Estonian Acad. Sci. Chem., Vol. 50(2), pp. 59-80. -Hết-
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 98 ThS. Nguyễn Minh Kỳ CHƯƠNG 4 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 4.1. Tổng quan vi sinh vật trong hệ thống xử lý nước thải sinh học Phương pháp xử lý nước thải sinh học được dựa trên hoạt động phân hủy các chất hữu cơ dạng dễ phân hủy sinh học của các nhóm vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn). Các chất thải hữu cơ + O2 → CO2 + H2O +H2SO4 + NH4 + + … + NO3 - (C, H, O, N) Vi khuẩn Phân loại: Dựa trên căn cứ vào phương thức phát triển vi khuẩn - Vi khuẩn dị dưỡng (heterotrophic): Sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn năng lượng và nguồn carbon để thực hiện các phản ứng sinh tổng hợp. + Vi khuẩn hiếu khí (aerobic) có thể oxy hoá hoà tan khi phân huỷ chất hữu cơ. {CH2O} + O2 → CO2 + H2O + E + Vi khuẩn kỵ khí (anaerobic) có thể oxy hoá các chất hữu cơ mà không cần oxy tự do mà chúng có thể sử đụng oxy liên kết trong nitrate và sulphate. {CH2O} + NO3- → CO2 + N2 +E {CH2O} + SO4 2- → CO2 + H2S + E - Vi khuẩn tự dưỡng (aototrophic) có khả năng oxy hoá chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn carbon cho quá trình sinh tổng hợp. Ví dụ: các loại vi khuẩn nitrate hoá, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt... + Quá trình nitrate hoá (nitrification) 2NH4 + + 3O2 (nitrosomonas)→ 2NO2 - + 4H+ + 2H2O + E 2NO2 - + O2 (nitrobacter) → 2NO3 - + E + Vi khuẩn sắt: Có khả năng xúc tiến cho phản ứng oxy hoá Fe2+ tan trong nước thành Fe(OH)3, [FeO(OH)] kết tủa. Fe2+ + H2O + O2 (vi khuẩn sắt)→ Fe3+ (OH)3↓ + E hoặc 4Fe2+ + 4H+ + O2 → 4Fe3+ + 2H2O + Vi khuẩn lưu huỳnh: Có thể xúc tiến cho phản ứng gây ăn mòn thiết bị: H2S + 2O2 (Vi khuẩn lưu huỳnh)→ H2SO4 + E
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 99 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 4.2. Động học quá trình phát triển vi sinh vật và quá trình oxy hóa sinh hóa Để hệ thống xử lý nước thải đạt hiệu quả cần quan tâm đến việc kiểm soát môi trường như pH, nhiệt độ, chất dinh dưỡng, hàm lượng oxy hoà tan, các chất vi lượng và quần thể sinh vật. Việc kiểm soát các thông số môi trường này nhằm mục đích giữ mức độ thích hợp đối với đời sống và sự phát triển của vi sinh vật. Quá trình sinh trưởng phát triển vi sinh vật thường được mô tả như một phản ứng bậc một: Với: X là nồng độ chất rắn hữu cơ (khối lượng/đơn vị thể tích); t là thời gian Khi cơ chất trở thành yếu tố hạn định thì tốc độ sinh trưởng có thể được mô tả bởi phương trình sau: Trong đó: S là nồng độ cơ chất; µm là tốc độ phát triển riêng cực đại; Ks là hằng số bão hòa hay hệ số bán vận tốc. Tốc độ làm sạch hay mức độ phản ứng sinh hoá liên quan đến: Chế độ thuỷ động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, các nguyên tố dinh dưỡng cũng như các kim loại nặng và các muối khoáng. Tỷ lệ BOD5:N:P trong nước thải để xử lý sinh học cần có giá trị khoảng 100:5:1. Trong quá trình xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học, ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng giữ một vai trò rất quan trọng. Nhiệt độ không những ảnh hưởng tới các hoạt động chuyển hoá của vi sinh vật mà còn gây ảnh hưởng tới chính bản thân cơ thể của chúng như tính chất lắng đọng của các chất sinh học. Trong hệ xử lý nước thải, vi khuẩn đóng vai trò chính trong việc oxy hoá sinh học nhằm chuyển hoá các nguyên tố dưới dạng hữu cơ sang các dạng vô cơ (hay còn gọi là sự khoáng hoá). Carbon hữu cơ + O2 → CO2 Hydro hữu cơ + O2 → H2O Nitơ hữu cơ + O2 → NO3 - Lưu huỳnh hữu cơ + O2 → SO4 2- Phốt pho hữu cơ + O2 → PO4 3-
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 100 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Chất hữu cơ phân hủy sinh học thực vật hay động vật thường có thể xử lý bằng cách sử dụng hệ thống xử lý nước thải mở rộng như bùn hoạt tính hoặc lọc nhỏ giọt.  Sự hiện diện của tác nhân làm sạch, khử trùng, thuốc trừ sâu, hoặc thuốc kháng sinh có thể có những tác động bất lợi đến quá trình xử lý.  Nhờ quá trình phát triển vi sinh vật và quá trình oxy hóa sinh hóa mà các chất ô nhiễm được xử lý hay loại bỏ.  Các chất ô nhiễm phổ biến: BOD5, COD, SS và chất dinh dưỡng (N, P). 4.3. Phương pháp hiếu khí (Aerobic) 4.3.1. Khái quát Nguyên tắc: Phương pháp hiếu khí dùng để loại các chất hữu cơ dễ bị vi sinh phân huỷ ra khỏi nguồn nước. Các chất này được các loại vi sinh hiếu khí oxy hoá bằng oxy hòa tan trong nước. Chất hữu cơ + O2 →H2O + CO2 + năng lượng Chất hữu cơ + O2 → Tế bào mới, Năng lượng Tế bào mới + O2 → CO2 + H2O + NH3 Tổng cộng: Chất hữu cơ + O2 → H2O + CO2 + NH3… Trong phương pháp hiếu khí ammoni cũng được loại bỏ bằng oxy hoá nhờ vi sinh tự dưỡng (quá trình nhật hoá): Nitrosomonas 2NH4 + + 3O2 → 2NO2 - + 4H+ + 2H2O + Năng lượng Nitrobacter 2NO2 - + O2 → 2NO3 - Tổng cộng: NH4 + + 2O2 → NO3 - + 2H+ + H2O + Năng lượng Quá trình xử lý nước thải sinh học hiếu khí gồm 3 giai đoạn: - Oxy hóa chất hữu cơ: CxHyOz + O2  CO2, H2O, E - Tổng hợp tế bào: CxHyOz + NH3 + O2  C5H7NO2, CO2, H2O, -E - Oxy hóa tế bào vi khuẩn: C5H7NO2 + O2  CO2, H2O, NH3 + , -E  Ban đầu, chất hữu cơ (CxHyOzNt) trong nước thải được tổng hợp thành bùn hoạt tính (C5H7NO2).  Sự thay đổi nồng độ BOD (Yt) theo thời gian được biểu diễn:
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 101 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Trong đó, L: nồng độ BOD ban đầu, mg/l; T: thời gian phản ứng, d; K: hệ số tốc độ loại bỏ (1/d). K ảnh hưởng bởi nhiệt độ và sự ảnh hưởng của nhiệt độ trong khoảng 10-300 C được tính: Với, θ: hệ số nhiệt độ (1,047); K1: tốc độ loại bỏ ở nhiệt độ t1; K2: tốc độ loại bỏ ở nhiệt độ t2. Nhận xét: Phương trình trên cho biết, tốc độ loại bỏ tăng 4,7% khi nhiệt độ nước tăng lên 10 C, lên 57% khi nhiệt độ tăng 100 C, lên 2,5 lần khi nhiệt độ tăng 200 C. Kết quả: Bùn hoạt tính tăng, BOD giảm, tạo CO2, H2O. Quá trình làm thoáng nước thải với bùn hoạt tính diễn ra tăng cường khả năng tự làm sạch, tăng lượng bùn hoạt tính, chuyển hóa, thu hồi và giảm chất hữu cơ ô nhiễm. Quá trình này tăng đến cực đại và giảm xuống, phụ thuộc lượng thức ăn (cơ chất: chất hữu cơ). Đặc điểm phương pháp hiếu khí - Xử lý gần như triệt để BOD - Diễn ra trong điều kiện môi trường không khí - Cần cung cấp năng lượng cho quá trình thông khí Thông tin tham khảo phương pháp xử lý nước thải trong điều kiện hiếu khí: - Nhiệt độ 5-40 0 C - pH trên dưới 7 - DO >2 mg/l (sometimes 1-2 mg/l) - BOD:N:P = 100:5:1 - BOD:MLSS = 0,02-0,4 Yếu tố vận hành: Tải trọng BOD, DO, pH, nhiệt độ, chất dinh dưỡng. 4.3.2. Aerotank (Quá trình bùn hoạt tính) 4.3.2.1. Khái quát Bùn hoạt tính là một quá trình xử lý sinh hóa nước thải công nghiệp có sử dụng không khí (hoặc oxy) và các vi sinh vật để oxy hóa sinh học các chất ô nhiễm hữu cơ, sản phẩm bùn thải có chứa các vật liệu oxy hóa. Đặc điểm bùn hoạt tính: Chứa chất hữu cơ, vô cơ, DO, màu, chất dinh dưỡng, mầm bệnh và chủ yếu là nước.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 102 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Chất lượng bùn hoạt tính được đánh giá theo hình thái vi sinh vật và các nhóm động vật trong đó (thành phần hệ sinh vật trong bùn hoạt tính). Bùn hoạt tính là vật chất ở dạng rắn được hình thành khi vi sinh vật được sử dụng để xử lý nước thải trong quá trình xử lý bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính bao gồm vi sinh vật, chất hữu cơ và những sản phẩm của quá trình phân hủy hiếu khí. Mục đích xử lý: Ổn định chất hữu cơ, loại bỏ màu, diệt mầm bệnh, giảm chất rắn, tăng cường khử nước.  Có thể loại bỏ tới 85% BOD.  Loại bỏ vi sinh vật bởi bùn hoạt tính: 80-99% vi khuẩn và 90-99% virus. 4.3.2.2. Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động a. Sơ đồ cấu tạo quá trình bùn hoạt tính Hình 4.1. Sơ đồ bùn hoạt tính Ta có các đại lượng: Q: Lưu lượng nước thải đầu vào, m3 /d Qe = Q-Qw: lưu lượng nước thải đầu ra, m3 /d Qr: Lưu lượng tuần hoàn bùn, m3 /d Qw: lưu lượng bùn xả thải, m3 /d S0: Nồng độ chất hữu cơ hòa tan (BOD hoặc COD) đầu vào, mg/l S: Nồng độ chất hữu cơ hòa tan (BOD hoặc COD) đầu ra sau xử lý, mg/l V: Thể tích bể phản ứng sinh học, m3 X0, X, Xr, Xe: Nồng độ chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS) trong nước thải đầu vào, bể phản ứng, xả bùn và đầu ra, mg/l (as MLVSS). Lưu ý: - Nồng độ VSS hay MLVSS biểu thị nồng độ vi sinh vật. - Nồng độ sinh khối nước thải đầu vào không đáng kể (X0~0).
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 103 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Bể Aerotank phải có công trình phụ như hệ thống cấp khí, trạm bơm bùn, bể lắng bậc 2, các đường ống dẫn khí, bùn. b. Cơ chế hoạt động  Quá trình xử lý nước thải hữu cơ bằng vi sinh vật hiếu khí gọi là bùn hoạt tính.  Diễn ra quá trình oxy hóa chất hữu cơ trong nước thải với sự tham gia của vi sinh vật hiếu khí mà chủ yếu là vi khuẩn. Kết quả tạo thành các hạt bùn, có thành phần chính là sinh khối của chúng (quần thể vi sinh vật).  Để tăng cường hiệu quả xử lý nước thải cần khuấy trộn (khí nén, thiết bị cơ khí), cung cấp nguồn oxy cho vi sinh vật sử dụng (tạo điều kiện tiếp xúc nước thải với bùn hoạt tính).  Vi sinh vật sử dụng và oxy hóa hợp chất hữu cơ theo 3 bước: Hấp phụ chất hữu cơ lên bùn hoạt tính sau 1-20 min tiếp xúc. Chất hữu cơ bị oxy hóa sinh năng lượng tổng hợp tế bào vi khuẩn/vi sinh vật. Oxy hóa nội bào hay còn gọi là hô hấp nội bào (do thiếu nguồn thức ăn/cơ chất cho vi sinh vật). Các quá trình trong bể Aerotank: 3 giai đoạn + Giai đoạn 1: Khuấy trộn bùn hoạt tính với nước thải để diễn ra quá trình hấp phụ chất hữu cơ và oxy hóa một phần chất hữu cơ dễ bị oxy hóa. BOD giảm 40-80%, đây là giai đoạn tiêu thụ oxy cực đại (thời gian: 0,5-2h). + Giai đoạn 2: Tái sinh bùn hoạt tính (phục hồi khả năng hấp phụ) và oxy hóa các chất hữu có khó bị oxy hóa. Giai đoạn này có tốc độ tiêu thụ oxy thấp hơn nhiều so với giai đoạn 1. + Giai đoạn 3: Nitrate hóa các muối ammoni, tiêu thụ oxy tăng trở lại.  Tổng thời gian làm thoáng (lưu nước trong bể): 6-8h. c. Phân loại Aerotank 1 bậc: Không thể tăng cường quá trình làm sạch bằng cách thêm bùn hoạt tính vì quá trình lắng của bể lắng 2 sẽ kém hiệu quả (bể lắng 2 qúa tải lắng bùn, bùn dư lớn), hệ quả làm tăng chỉ số bùn, ảnh hưởng hiệu quả xử lý và làm tăng hàm lượng chất lở lửng ở đầu ra. Aerotank cao tải: Xử lý nguồn nước thải có hàm lượng chất hữu cơ lớn (BOD>500 mg/l). Yêu cầu làm thoáng, cấp oxy mức độ cao. Hiệu quả làm sạch BOD5 có thể đạt 95%. Đặc điểm bùn hoạt hóa trong bể này thường chủ yếu là vi sinh vật, rất ít các nhóm động vật bậc thấp và khả năng lắng nhanh. Aerotank hai bậc: Hạn chế nhược điểm loại 1 bậc, tăng hiệu quả xử lý nước. Cách thức thiết kế 2 bể liên tiếp (bậc 1 và bậc 2):
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 104 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Bể bậc 1: Thực hiện giai đoạn 1 của quá trình làm sạch nước thải để bùn hoạt hóa hấp phụ các chất hữu cơ và oxy hóa các chất hữu cơ dễ bị oxy hóa (chủ yếu là các chất chứa carbon). Giảm được 50-70% BOD. + Bể bậc 2: Tiếp tục xử lý chất hữu cơ còn lại.  Mỗi bậc phát triển các loại vi sinh đặc trưng thích hợp để xử lý nước hiệu quả. Aerotank 2 bậc thích hợp xử lý nguồn nước thải có nồng độ cao như nước thải công nghiệp. 4.3.2.3. Yếu tố ảnh hưởng Yếu tố ảnh hưởng quá trình xử lý nước thải (phân hủy chất hữu cơ): + Đặc điểm thành phần, tính chất nước thải + Chế độ thủy động lực học + Điều kiện khuấy trộn + Tỷ số F/M (cơ chất/vi sinh vật) + Yếu tố dinh dưỡng, chất cản trở (thuộc trong đặc điểm nước thải) + Đặc điểm bùn hoạt tính (chất lượng..) Tỷ số F/M (tải sinh khối) - To keep the microorganisms efficient, the Food to Microorganism Ratio (F/M) must be keep low (around 0.10 to 1.0 mg/L.d). F/M = Q*S0/V*X = S0/θ*X (kgBOD5/kgVSS.d) - To achieve a low F/M ratio, use a low sludge wasting rate (Qw) creating a long cell detention time (θc). - Thời gian lưu thủy lực (θ) và lưu bùn (θc): HRT = θ = V/Q (day, hour) SRT = θc = V*X/(Qw*XR + Qe*Xe) (day, hour) - Hiệu suất xử lý: H = (S0 - S)/S0*100% Tính toán nhu cầu oxy  Nhu cầu oxy để oxy hóa chất hữu cơ được gọi là TOD (Total Oxygen Demand) hoặc sử dụng BOD và ngoại suy bằng BOD5. Mặc dù nhu cầu oxy phụ thuộc vào nước thải nhưng thông thường có giá trị 1,5 lần BOD5.  Nhu cầu oxy được cung cấp bởi thiết bị thông khí được tính: No: nhu cầu oxy, kg/h; Cw: nồng độ oxy bão hòa trong nước, mg/l, 20 0 C, 1 at; Csw: nồng độ oxy bão hòa trong nước thải, mg/l, 20 0 C, 1 at; Cl: nồng độ oxy vận hành, mg/l; T: nhiệt độ vận hành, 0 C; α: tỷ lệ tốc độ vận chuyển oxy của nước thải vào nước.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 105 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Tải trọng BOD và ảnh hưởng của nhiệt độ  Bùn hoạt tính, tỷ lệ loại BOD được thể hiện tải trọng BOD-MLSS (kgBOD/kgMLSS.d) và tỷ lệ thiết kế thường 0,02-0,4 (BOD kg/MLSS kg.d).  Nồng độ MLSS thiết kế trong bể Aerotank thường 2.000-5.000 mg/l và phụ thuộc các điều kiện quá trình.  Giả sử tỷ lệ BOD/MLSS = 0,2 và nồng độ MLSS = 5.000 mg/l thì tỷ lệ tải trọng thể tích 1,0 kg/m3 .d.  Thông thường, tỷ lệ nhỏ hơn sẽ hiệu quả nhất và ở mức BOD/MLSS = 0,1 (tốt nhất). Trường hợp tỷ lệ này quá nhỏ 0,01 làm tăng độ đục đầu ra do sự phân tán bùn mặc dù tỷ lệ loại bỏ BOD, COD không giảm (tức hiệu quả loại vẫn tốt, nhưng bùn dư quá lớn làm phân tán và tăng đục). Yêu cầu dinh dưỡng  Phương pháp xử lý sinh học với nhu cầu N, P được xác định theo tỷ lệ C:N:P=100:5:1.  Trong nước thải thực phẩm, phốt pho ít nên phải thêm bằng cách bổ sung H3PO4 hoặc (NH4)3PO4. Ảnh hưởng của pH  Quá trình xử lý sinh học, khoảng pH cho phép 4-9 và sự thay đổi phụ thuộc các chất trong nước thải. pH tối ưu cho xử lý sinh học nước thải thực phẩm bằng 7.  Nước thải từ nhà máy chế biến thực phẩm nhanh chóng phân hủy thành axit hữu cơ trước khi chuyển đến trạm xử lý nước thải và giảm pH. Axit hữu cơ này dễ bị oxy hóa và chuyển thành CO2 trong bể Aerotank và giải phóng vào không khí và làm tăng pH bể xử lý trở lại.  Việc kiểm soát pH bể Aerotank không thường xuyên bắt buộc. Các thông số khác cần quan tâm - Chỉ số thể tích sinh khối SVI (ml/g) SVI = Thể tích sinh khối lắng/hàm lượng sinh khối Trong đó, thể tích sinh khối lắng: Thể tích bùn lắng sau 30 min (V thí nghiệm = 1 lít); hàm lượng sinh khối (X, mg/l). - Tải trọng hữu cơ OLR (kg BOD/m3 .d hoặc kg COD/m3 .d) có công thức: OLR = BOD (kg/m3 )*Q (m3 /d)/V(m3 ) - Tải trọng bề mặt (lượng nước chảy vào bể lắng trong 1 giờ trên 1 m2 bề mặt lắng) được tính theo công thức: Vs (m3 /m2 .h) = Lưu lượng (m3 /h)/diện tích bề mặt lắng (m2 )
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 106 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 4.3.2.4. Tiêu chuẩn thiết kế và ứng dụng Khái quát  Aerotank thường sử dụng xử lý nước thải sinh hoạt hoặc hỗn hợp (sinh hoạt + sản xuất).  Sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải đô thị và công nghiệp.  Xử lý loại BOD, nitơ và coliform. Steps for Activated Sludge Design (Bài tập thực hành) - Tài liệu tham khảo (Activated Sludge Design Equations) Tính toán thiết kế (Lâm Minh Triết và nnk, 2015) * Căn cứ thiết kế bể phản ứng Aerotank: - Thành phần và tính chất nước thải - Nhu cầu oxy sinh hóa - Mức độ xử lý nước thải - Hiểu quả sử dụng không khí * Nội dung tính toán: - Lượng không khí cần thiết - Kiểu và kích thước bể - Kiểu và thiết bị cấp khí (i). Xác định lưu lượng không khí cung cấp cho bể Aerotank - Lượng không khí đi qua 1 m3 nước thải cần xử lý (lưu lượng riêng của không khí) trong quá trình xử lý sinh học bùn hoạt tính được tính theo công thức: D = 2*La/(K*H) (m3 không khí/m3 nước thải) Trong đó: La - Nhu cầu oxy sinh hóa của nước thải (BOD20, mg/l) K - Hệ số sử dụng không khí, g/m4  K = 6-7 g/m4 nếu thiết bị khuếch tán là đường ống châm lỗ  K = 14-18 g/m4 nếu sử dụng tấm plastic xốp H - Chiều sâu công tác bể Aerotank, m - Thời gian thổi khí cần thiết được tính theo công thức: t = 2*La/K*I (h, giờ) Với, I: Cường độ thổi khí (m3 /m2 .h) và phụ thuộc vào hàm lượng nhu cầu oxy sinh hóa trước và sau xử lý (tra bảng bên dưới). Cường độ thổi khí phụ thuộc vào nhu cầu oxy sinh hóa
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 107 ThS. Nguyễn Minh Kỳ La, mg/l I, m3 /m2 .h ứng với La sau xử lý 15 mg/l 20 mg/l 25 mg/l 150 4,0 4,5 5,0 200 4,7 5,4 6,0 250 5,4 6,1 6,7 - Lượng không khí thổi vào bể trên đơn vị thời gian cụ thể (h, giờ): V = D*Q (m3 /h) Trong đó, Q: Lưu lượng nước thải, m3 /h  Nếu hệ số điều hòa chung Kch ≤ 1,25 thì Q lấy bằng lưu lượng trung bình giờ của nước thải trong ngày đêm; nếu Kch > 1,25 thì Q lấy bằng lưu lượng trung bình nước thải chảy vào Aerotank những giờ lớn nhất. (ii). Kích thước bể Aerotank - Diện tích bể Aerotank: F = V/I (m2 ) - Thể tích bể Aerotank: W = F*H (m3 ), với H: Chiều cao công tác bể, m - Chiều dài các hành lang bể Aerotank: L = F/b (m), với b: Chiều ngang mỗi hành lang bể (b = 2*H, m). Lưu ý: Có thể lựa chọn tính toán thiết kế với nhiều đơn nguyên (các hành lang). Khi đó, chiều dài mỗi hành lang sẽ là l =L/n*N (m). N: Số đơn nguyên; n: số hành lang trong mỗi đơn nguyên. (iii). Thiết bị khuếch tán không khí Với thiết bị khuếch tán khí là các tấm xốp ta có số lượng tấm xốp: Nx = V*1000/D’*60 (tấm) Với, Nx: Số lượng tấm xốp (tấm); D’: Lưu lượng riêng của không khí, có giá trị từ 80- 120 lít/min. Nếu thiết kế với nhiều đơn nguyên (N), số lượng tấm xốp trong một hành lang là: n1 = Nx/n*N Với, n1: số lượng tấm xốp trong một hành lang; n: số hành lang mỗi đơn nguyên. (iv). Lượng bùn tuần hoàn Lượng bùn tuần hoàn thường dao động khoảng 40-70% tổng lượng bùn sinh ra hoặc có thể tính toán theo công thức: P = (Chh-Cll)/(Cth-Chh)*100%
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 108 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Trong đó, P là lượng bùn tuần hoàn, %; Chh là nồng độ bùn hoạt tính (mg/l) trong hỗn hợp nước-bùn đi ra từ bể Aerotank đến bể lắng 2; Cll là nồng độ chất lơ lửng trong nước thải chảy vào bể Aerotank, mg/l; Cth là nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn, mg/l. Khi đó, lưu lượng tuần hoàn bùn là: Qth = (P*Qtb.h)/100 (m3 /d hoặc l/s). Với, Qtb.h ~ Lưu lượng nước thải trung bình giờ. Thiết kế Aerotank cơ bản (thông thường)  Tỷ số BOD/MLSS = 0,2-0,4  MLSS = 3.000-5.000 mg/l  HRT = 8h  Hiệu quả loại BOD, SS cao (Đầu ra: BOD, SS thấp, chỉ vài mg/l). Thiết kế đặc điểm kỹ thuật tải trọng thấp. Bùn tồn dư của quá trình xử lý nước thải thực phẩm bằng 20- 30% BOD đầu vào. Thiết kế Aerotank mở rộng  BOD/MLSS = 0,03-0,05  Nồng độ MLSS = 3.000-6.000 mg/l  HRT = 24h  Thích hợp nguồn thải công suất nhỏ, thường xử lý dạng mẻ. Ưu điểm không cần thiết xử lý bùn. Nhược điểm chi phí xây dựng, không gian rộng, chất lượng đầu ra thấp. 4.3.2.5. Ưu nhược điểm  Ưu điểm: Đơn giản, làm sạch nước thải và tái sinh bùn trong một công trình.  Nhược điểm: Trong trường hợp nguồn nước thải có chứa chất độc hại sẽ kìm hãm, cản trở quá trình hoạt động của hệ vi sinh vật. 4.3.3. Ổn định tiếp xúc Hình 4.2. Sơ đồ quá trình ổn định tiếp xúc
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 109 ThS. Nguyễn Minh Kỳ - Quá trình hiếu khí cải tiến từ quá trình Aerotank. - Hiệu quả xử lý cao hơn quá trình bùn hoạt tính truyền thống. Contact stabilization: Sự ổn định tiếp xúc (Một trong các phương pháp xử lý bằng bùn hoạt hoá, trong đó bùn hoạt hoá đã sục khí được đưa vào tiếp xúc với nước cống thô trong một thời gian ngắn (thí dụ từ 15 đến 30 phút). Cặn bùn sau khi tiếp xúc được để lắng và đưa trở lại vào một bể riêng biệt, ở đó nó được sục khí với thời gian lâu hơn (thí dụ từ 6 giờ đến 8 giờ). 4.3.4. Mương oxy hóa (Oxidation Ditch) Khái quát  Ra đời những năm 1950 ở Hà Lan, là một dạng cải tiến của phương pháp bùn hoạt tính bằng hình thức thông khí tăng cường (Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh). Phân loại  Mương oxy hóa gián đoạn: o Hoạt động luân phiên quá trình thổi khí và lắng. o Nạp và tháo nước chỉ tiến hành trong giai đoạn lắng vì vậy quá trình xử lý có dạng bậc và nước thải sau xử lý có chất lượng tốt.  Mương oxy hóa liên tục: o Dòng nước vào và ra liên tục đồng thời quá trình lắng diễn ra ở hai mương bên hông, luân phiên nhau. Nguyên lý hoạt động  Làm việc trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính (sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật trong nước thải) chuyển động tuần hoàn trong mương. Hình 4.3. Sơ đồ cấu tạo mương oxy hóa
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 110 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.4. Mô tả minh họa hoạt động mương oxy hóa Về cấu tạo, vùng khử nitrat đặt trong mương để khử nitơ. Vùng hiếu khí tồn tại sau làm thoáng và lưu lượng hỗn dịch xuôi theo kênh theo hướng từ máy làm thoáng, nồng độ DO giảm do sự hấp thu oxy bởi sinh khối. Ở điểm mà DO không còn, một vùng thiếu khí được tạo thành trong mương và nitrat sẽ được sử dụng cho hô hấp nội bào bởi hỗn dịch. Phần lớn BOD phân hủy dễ dàng được tiêu thụ trước trong vùng hiếu khí. Thiết kế  Chiều rộng trung bình 2-6m  Chiều sâu 1-4m  Vận tốc tuần hoàn dòng trong mương 0,25-0,3 m/s  F/M = 0,04-0,1  Nồng độ bùn: 2.000-5.000 mg/l  Hệ số tuần hoàn bùn α = Qt/Q = 1-2  HRT = 1-3 days  Tốc độ nitrate hóa (mg N/mg bùn.ngày): 0,2-0,8  Tốc độ khử NO3- (mg NO3-/mg bùn.ngày): 0,1-0,4 Ứng dụng  Xử lý nước thải sinh hoạt, đô thị, công nghiệp Ưu điểm  Xử lý hiệu quả chất hữu cơ, chất dinh dưỡng N, P  Quản lý đơn giản, ít bị ảnh hưởng bởi biến động về chất lượng và lưu lượng nước thải  Thiết kế linh hoạt - hệ thống với 1, 2, hoặc 3 vòng tuần hoàn cho phép đa dạng hóa các tùy chọn để phù hợp với yêu cầu xử lý nước thải  Ít mùi  Dễ dàng mở rộng nâng công suất
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 111 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Nhược điểm  Đòi hỏi diện tích khá lớn  Cần có trình độ kỹ thuật để thao tác, vận hành  Bảo trì, bảo hành thường xuyên  Chi phí vận hành cao 4.3.5. Đĩa quay sinh học (Rotating Biological Contactor) Giới thiệu  Đĩa quay sinh học RBC được nghiên cứu những năm 1960 tại Đức dựa trên ý tưởng phát triển lọc nhỏ giọt.  Thiết bị xử lý sinh học màng cố định, được ứng dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới, nhất là ở Châu Âu.  Thích hợp xử lý đối với nước thải có nguồn gốc sinh hoạt, khu dân cư và một số ngành nghề công nghiệp chứa thành phần hữu cơ, chất dinh dưỡng. Hình 4.5. Sơ đồ cấu tạo đĩa quay sinh học Cấu tạo  RBC gồm hàng loạt các đĩa thường được chế tạo bằng vật liệu nhựa tổng hợp, có dạng hình tròn gắn cạnh nhau (xem hình vẽ).  Các đĩa được gắn kết bởi một trục xoay ngang, phần tỷ lệ tiếp xúc với không khí và nước thải tương đương 60:40.  Vật liệu thường ở dạng đĩa có diện tích bề mặt khoảng 6-8 m2 /m3 . Ứng dụng  Giảm thiểu các chất ô nhiễm carbon (BOD) hoặc BOD/nitrate hoá  Xử lý nước thải sinh hoạt và một số ngành sản xuất công nghiệp Nguyên tắc hoạt động
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 112 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Dựa vào nguyên lý tiếp xúc của hệ vi sinh vật bán dính trên đĩa quay (màng sinh học) đối với nước thải và oxy có trong không khí.  Vi sinh vật trong nước thải bắt đầu dính vào bề mặt đĩa và phát triển ở đó cho đến khi tất cả các đĩa được phủ một lớp mỏng bùn sinh học.  Trong điều kiện tiếp xúc không khí, vi sinh vật lấy oxy để oxy hoá các chất hữu cơ và giải phóng CO2. Khi khối đĩa quay xuống, vi sinh vật nhận chất nền (chất dinh dưỡng) có trong nước. Quá trình tiếp diễn như vậy cho đến khi hệ vi sinh vật sinh trưởng và phát triển sử dụng hết các hữu cơ có trong thành phần nước thải.  Sự tăng trưởng vượt quá mức bị rơi ra từ các đĩa và chảy ra bể lắng thứ cấp, tại đây nó được tách ra khỏi nước thải bằng cách lắng. Yếu tố ảnh hưởng hiệu quả xử lý  Tốc độ quay (số vòng quay)  Thời gian lưu thủy lực  Vật liệu và số lượng đĩa  Nhiệt độ vận hành  Tỉ lệ diện tích tiếp xúc không khí và chìm trong nước thải Ưu điểm  Hiệu quả xử lý chất hữu cơ (BOD) dao động 85-95%; chất dinh dưỡng (N, P) trên 35% và các chất rắn lơ lửng loại bỏ khoảng 85-90%  Không yêu cầu tuần hoàn bùn, không yêu cầu cấp khí cưỡng bức  Hoạt động ổn định, ít nhạy cảm với sự biến đổi lưu lượng đột ngột và tác nhân độc với vi sinh  Khả năng tự động vận hành cao, không yêu cầu lao động có trình độ cao  Không gây mùi, độ ồn thấp, tính thẩm mỹ cao  Thiết kế theo đơn nguyên, dễ dàng thi công theo từng bậc, tiết kiệm diện tích  Chi phí lắp đặt thấp, tiện dụng cho người sử dụng 4.3.6. Bể phản ứng theo mẻ SBR (Sequencing Batch Reactor) Giới thiệu  SBR là bể xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theo quy trình phản ứng từng mẻ liên tục. Công trình xử lý nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính truyền thống.  Bể SBR hoạt động theo chu kỳ tuần hoàn với 5 pha bao gồm: Làm đầy, sục khí, lắng, rút nước và nghỉ.  Hiệu quả khử BOD khoảng 90-92%.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 113 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.6. Sơ đồ hoạt động bể SBR theo các pha vận hành Pha làm đầy: Nước thải được bơm vào bể xử lý trong khoảng từ 1-3 giờ. Trong bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tùy thuộc theo mục tiêu xử lý, hàm lượng BOD đầu vào mà quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: Làm đầy - tĩnh, làm đầy - hòa trộn, làm đầy - sục khí. Pha sục khí: Tiến hành sục khí cho bể xử lý để tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính hay làm thoáng bề mặt để cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp. Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, thường khoảng 2 giờ. Trong pha phản ứng, quá trình nitrat hóa có thể thực hiện, chuyển nitơ từ dạng N-NH3 sang N-NO2 - và nhanh chóng chuyển sang dạng N-NO3 - . Pha lắng: Quá trình diễn ra trong môi trường tĩnh, hiệu quả thủy lực của bể đạt 100%. Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thường kết thúc sớm hơn 2 giờ. Pha rút nước: Khoảng 0,5 giờ. Pha chờ (nghỉ): Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian vận hành.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 114 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Ưu nhược điểm Ưu điểm  Kết cấu đơn giản, bền, không cần xây dựng bể lắng 1-2, bể Aerotank.  Ổn định và linh hoạt thay đổi tải trọng, chế độ hoạt động có thể thay đổi theo nước đầu rất linh động.  Giảm được chi phí do giảm thiểu nhiều loại thiết bị so với quy trình cổ điển.  Có thể lắp đặt từng phần và dễ dàng mở rộng thêm.  Hiệu quả trong xử lý chất ô nhiễm, có khả năng khử nitơ và phốt pho hàm lượng cao. Nhược điểm  Kiểm soát quá trình rất khó, đòi hỏi hệ thống quan trắc các chỉ tiêu tinh vi, hiện đại.  Do có nhiều phương tiện điều khiển hiện đại nên việc bảo trì bảo dưỡng trở nên khó khăn.  Có nguy cơ ở giai đoạn xả nước đầu ra cuốn theo các bùn khó lắng, tạo váng nổi.  Do đặc điểm là không tháo rút bùn nên hệ thống thổi khí dễ bị nghẹt bùn. Nếu các công trình phía sau chịu sốc tải thấp thì phải có bể điều hòa phụ trợ. 4.3.7. Hiếu khí mở rộng (Extended Aeration)  Dựa trên nguyên tắc quá trình bùn hoạt tính  Công nghệ bùn hoạt tính tải trọng thấp, cung cấp oxy mức độ cao (liên tục)  Xử lý ổn định và đạt hiệu quả cao  Vận hành đơn giản  Chi phí xây dựng thấp  Có khả năng khử nitơ và xử lý phốt pho  BOD đầu ra < 10 mg/l, NH4 + < 1 mg/l  Thời gian lưu bùn 15-25 ngày 4.3.8. Bùn hoạt tính Step feed Hình 4.7. Step-Feed activated Sludge Pracess
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 115 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Stepped feed (Nạp cách quãng): Một phương pháp xử lý bằng bùn hoạt hoá, trong đó các chất thải được đưa vào bể sục không khí tại các điểm khác nhau dọc theo chiều dài của bể để đạt được nhu cầu oxy đồng đều cho cả hệ thống ứng dụng xử lý nitơ. Hình 4.8. Overview of the step-feed denitrification process Hình 4.9. Schematic Flow of Step-feed Anoxic/Aerobic Activated Sludge Process 4.3.9. Lọc sinh học nhỏ giọt (Trickling Filter) 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. Nước thải đi qua lớp vật liệu này sẽ thấm hoặc nhỏ giọt trên đó. 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 kỵ khí được hình thành ngay sát bề mặt vật liệu lọc.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 116 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 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. Bể lọc sinh học nhỏ giọt, nước thải được lọc qua lớp vật liệu rắn được bao bọc lớp màng vi sinh vật. Quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật bằng cách sử dụng cơ chất (chất ô nhiễm) làm thức ăn, qua đó xử lý nước thải. Chất hữu cơ + oxy + nguyên tố vết (chất dinh dưỡng, vi lượng) → Sinh khối vi sinh vật + sản phẩm khí (CO2, CH4) Trong đó:  Các chất hữu cơ phân hủy hiếu khí sinh ra CO2 và nước  Quá trình phân hủy kỵ khí sinh ra CH4 và CO2 Hình 4.10. Màng sinh học xử lý nước thải  Bể lọc sinh học (biophil): Lọc nhỏ giọt  Vật liệu lọc: Than, xỉ, sỏi, chất dẻo tổng hợp, đá dăm.  Phân loại dựa vào công suất: Lọc nhỏ giọt, cao tải, tháp lọc, bể lọc bằng vật liệu dẻo.  Phân loại dựa vào phương thức cấp khí: Bể thông khí tự nhiên, nhân tạo. 4.3.9.1. Cấu tạo
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 117 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.11. Sơ đồ cấu tạo bể lọc nhỏ giọt Cấu tạo bể lọc sinh học gồm các thành phần chính: - Phần chứa vật liệu lọc - Hệ thống phân phối nước - Hệ thống thu nước - Hệ thống cấp khí Phân loại: Căn cứ cách thức bố trí lớp vật liệu lọc, có 2 loại chính: - Bể lọc sinh học có lớp vật liệu lọc không ngập trong nước (lọc phun, lọc nhỏ giọt) - Bể lọc sinh học có lớp vật liệu lọc ngập trong nước
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 118 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.12. Lọc nhỏ giọt tốc độ cao Phân loại: Dựa vào tải trọng hữu cơ và thủy lực có:  Lọc tải trọng cao  Lọc tải trọng thấp Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật thiết kế các loại bể lọc nhỏ giọt
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 119 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 4.3.9.2. Nguyên tắc hoạt động  Nguyên tắc: Dòng nước thải chảy qua lớp vật liệu lọc bề mặt được bao bọc bởi màng sinh học là lớp vi sinh vật hiếu khí (vi sinh vật oxy hóa chất hữu cơ trong nước thải – đây là các chất phân tán nhỏ chưa kịp lắng, tan hay keo).  Cơ chế chuyển hóa chất hữu trong bể lọc: Giai đoạn đầu sẽ hình thành lớp màng sinh học dày 1-2mm trong thời gian 40-50 ngày. Trong thời gian đầu vẫn xảy ra quá trình xử lý nước nhưng hiệu quả thấp cho tới khi đạt được độ dày nêu trên. 4.3.9.3. Tiêu chuẩn thiết kế và ứng dụng  Bể lọc sinh học nhỏ giọt: Thích hợp việc xử lý nước thải quy mô nhỏ.  Nguyên tắc: Nước được phun tưới đều trên bề mặt vật liệu lọc trong thời gian ngắn, có hệ thống cấp khí tự nhiên phía trên và thu nước phía dưới.  Khả năng loại bỏ mầm bệnh thấp (Vi khuẩn: 20-90%; Virus: 50-90%). Tính toán thiết kế bể lọc sinh học nhỏ giọt: 2 cách + Căn cứ năng lực oxy hóa (gO2/1m3 VLL/ngày) + Căn cứ tải trọng thủy lực cho phép của nước thải (OLR, kgBOD/m3 /ngày) * Liên quan đến tính toán thiết kế (Nguyễn Văn Phước, 2014): E = 100/[1+sprt(Lv)]
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 120 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Với, E là hiệu suất xử lý theo BOD5 của bể lọc sinh học (E thường được chọn trên 85%); Lv là tải trọng chất hữu cơ của bể, kg BOD5/m3 VLL.ngày; a là hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải và BOD5 trước khi xử lý (tra bảng dưới). Hệ số thực nghiệm a BOD5, mg/l 100 150 200 Hệ số a (20 0 C) 0,38 0,34 0,30 Thể tích vật liệu lọc được tính theo công thức: W = (La-Lt)*Q/(1000*Lv) (m3 ) Trong đó: La, Lt là BOD5 trước và sau xử lý, mg/l ; Q là lưu lượng nước thải, m3 /ngày. Lưu ý: Để đảm bảo tải trọng thủy lực đạt 1-3 m3 /m2 .ngày, chiều cao bể lọc nhỏ giọt H thường chọn 1,5-2,0 m. Tổn thất áp lực qua bể lọc sinh học h = H + 1,8 m. Tính toán thiết kế bể lọc cao tải Thông gió hệ thống bể lọc: Thông khí CO2 và cung cấp O2 cho vi sinh vật hiếu khí hoạt động. + Thông khí tự nhiên: Do chênh lệch nhiệt độ, áp suất trong và ngoài hệ thống. + Thông khí nhân tạo: Quạt gió, hệ thống cấp khí chuyên dụng. Tháp lọc Bể lọc có chiều cao lớn, hình tháp (cột hình trụ) Hình 4.13. Sơ đồ vị trí bể lọc nhỏ giọt trong HTXLNT
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 121 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 4.3.9.4. Yếu tố ảnh hưởng hiệu quả + Bản chất, kích thước, đặc điểm vật liệu lọc + Độ dày, cách thức bố trí vật liệu lọc + Thời gian tiếp xúc của nước thải + Khả năng phát triển của vi sinh vật + Điều kiện môi trường: nhiệt độ, khí hậu + Đặc điểm nguồn nước thải 4.3.9.5. Ưu nhược điểm Ưu điểm  Quá trình oxy hóa chất hữu cơ nhanh  Tiết kiệm chi phí vận hành (nhân công)  Tiết kiệm năng lượng (nếu thông gió tự nhiên)  Hiệu quả xử lý chất hữu cơ Nhược điểm  Nhạy cảm với nhiệt độ (ảnh hưởng sinh trưởng và phát triển vi sinh vật)  Dễ bị tắc nghẽn, bùn dư không ổn định  Tiêu tốn năng lượng (nếu thông khí nhân tạo)  Giá thành xây dựng khá cao  Có phát sinh mùi và ảnh hưởng không khí chung quanh 4.3.9.6. Bài tập  Giới thiệu và thực hành trên lớp  Tài liệu tham khảo Phương pháp thiết kế bể lọc nhỏ giọt dựa vào một trong số các công thức sau: 1. NRC equations (National Research Council of USA) 2. Rankins equation 3. Eckenfilder equation 4. Galler and Gotaas equation NRC and Rankin's equations are commonly used. NRC equations give satisfactory values when there is no re-circulation, the seasonal variations in temperature are not large and fluctuations with high organic loading. Rankin's equation is used for high rate filters. NRC equations: These equations are applicable to both low rate and high rate filters. The efficiency of single stage or first stage of two stage filters, E2 is given by
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 122 ThS. Nguyễn Minh Kỳ For the second stage filter, the efficiency E3 is given by where E2= % efficiency in BOD removal of single stage or first stage of two-stage filter, E3=% efficiency of second stage filter, F1.BOD= BOD loading of settled raw sewage in single stage of the two-stage filter in kg/d, F2.BOD= F1.BOD(1- E2)= BOD loading on second-stage filter in kg/d, V1= volume of first stage filter, m3 ; V2= volume of second stage filter, m3 ; Rf1= Recirculation factor for first stage, R1= Recirculation ratio for first stage filter, Rf2= Recirculation factor for second stage, R2= Recirculation ratio for second stage filter. Ví dụ cụ thể: Trickling Filter Design Problem: Design a low rate filter to treat 6.0 Mld of sewage of BOD of 210 mg/l. The final effluent should be 30 mg/l and organic loading rate is 320 g/m3 /d. Solution: Assume 30% of BOD load removed in primary sedimentation i.e., = 210 x 0.30 = 63 mg/l. Remaining BOD = 210 - 63 = 147 mg/l. Percent of BOD removal required = (147-30) x 100/147 = 80% BOD load applied to the filter = flow x conc. of sewage (kg/d) = 6x106 x147/106 = 882 kg/d. To find out filter volume, using NRC equation  80 = 100/(1+0.44(882/V1))1/2 Rf1= 1, because no circulation. V1= 2704 m3 . Depth of filter = 1.5 m, Fiter area = 2704/1.5 = 1802.66 m2 , and Diameter = 48m<60m. Hydraulic loading rate = 6 x 106 /103 x 1/1802.66 = 3.33m3 /d/m2 < 4 hence O.K. Organic loading rate = 882x1000/2704 = 326.18 g/d/m3 which is approx. equal to 320. 4.3.10. Bể phản ứng lọc màng sinh học (MBR) a. Khái quát  Công nghệ màng lọc sinh học MBR (Membrane bioreactor) là sự kết hợp quá trình bùn hoạt tính sinh học và màng lọc.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 123 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  MBR là sự kết hợp quá trình bùn hoạt tính với màng để tách bùn ra khỏi dòng sau xử lý. b. Cấu tạo và nguyên tắc  Màng lọc có kích thước lỗ màng dao động từ 0,01-0,4 μm nên vi sinh vật, chất ô nhiễm, bùn bị giữ lại tại bề mặt màng.  Bùn sinh học sẽ được giữ lại trong bể phản ứng, mật độ vi sinh cao nên nâng cao hiệu suất xử lý chất ô nhiễm.  Vật liệu chế tạo màng lọc gồm các chất liệu vô cơ hoặc hữu cơ. Tuy nhiên xu hướng sử dụng màng lọc có nguồn gốc hữu cơ được sử dụng rộng rãi hơn. Màng lọc hữu cơ như polypropylene, polyethylene, polyacrylonitrile, polysulfone, aromatic polyamide, fluorinated polymer. Màng lọc vô cơ được tạo thành từ vật liệu như kim loại, oxit kim loại, ceramic, zeolites, thủy tinh, sứ, polymer tổng hợp.  Cấu trúc màng thường có các dạng như sợi rỗng, ống mao dẫn, cuộn và được chế tạo có diện tích bề mặt lớn để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật. c. Thiết kế và ứng dụng  Đây là một trong những phương pháp tiên tiến, đã được áp dụng xử lý thành công nhiều loại nước thải khác nhau từ đô thị cho tới các loại nước thải công nghiệp, y tế có thành phần phức tạp và khó xử lý. d. Ưu nhược điểm  Ưu điểm vượt trội của MBR là chất lượng nước thải sau xử lý rất cao có thể tái sử dụng nước thải, diện tích hệ thống xử lý nhỏ gọn, thời gian lưu bùn dài, lượng bùn sinh ra thấp và vận hành linh hoạt.  Hạn chế của công nghệ MBR là vấn đề bẩn màng. THUẬN LỢI VÀ KHÓ KHĂN CỦA PHƯƠNG PHÁP HIẾU KHÍ Thuận lợi - Xử lý SS, BOD hiệu quả - Vận hành đơn giản - Không sinh khí độc Khó khăn - Chi phí vận hành cao - Nhu cầu cung cấp năng lượng lớn - Phát sinh một số khí không cháy - Không hiệu quả đối với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 124 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 4.4. Phương pháp thiếu khí (Anoxic) 4.4.1. Khái quát Nguyên tắc chung, trong điều kiện thiếu oxy hoà tan sẽ xảy ra sự khử nitơ: NH3 → NO3- → NO2- → NO → N2O → N2 (gas) Trong hệ thống xử lý theo kỹ thuật bùn hoạt hóa sự khử nitơ sẽ xảy ra khi không tiếp tục cung cấp không khí. Khi đó oxy cần cho hoạt động của vi sinh giảm dần và việc giải phóng oxy từ nitrat sẽ xảy ra. Theo nguyên tắc trên phương pháp thiếu khí (khử nhật hóa) được sử dụng để loại nitơ ra khỏi nước thải. Phương pháp thiếu khí: Chủ yếu xử lý nitơ, phốt pho và một phần COD, BOD. 4.4.2. Bể Anoxic Bể anoxic được thiết kế để diễn ra quá trình nitrat hóa/khử nitrat và photphorit nhằm mục đích xử lý các chất dinh dưỡng N, P. Đây là bể quan trọng trong quá trình xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học. Trong đó, dựa trên cơ chế nitrat hóa và khử nitrat. * Quá trình nitrat hóa – khử nitrat Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosonas và Nitrobacter. Trong điều kiện môi trường thiếu oxy, các loại vi khuẩn thiếu khí sẽ khử Nitrat (NO3-) và Nitrit (NO2 - ) theo chuỗi chuyển hóa: NH3 → NO3- → NO2- → NO → N2O → N2 (gas) Theo đó, khí nitơ phân tử N2 tạo thành sẽ thoát khỏi nước và ra ngoài. * Quá trình photphorit hóa Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu cơ chứa phốt pho sẽ được hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất mới không chứa phốt pho và các hợp chất có chứa phốt pho nhưng dễ phân hủy đối với chủng loại vi khuẩn hiếu khí. * Thúc đẩy quá trình nitrat hóa-khử nitrat và photphorit hóa diễn ra thuận lợi  Tại bể Anoxic bố trí máy khuấy chìm với tốc độ khuấy phù hợp. Máy khuấy có chức năng khuấy trộn dòng nước tạo ra môi trường thiếu oxy cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển.  Ngoài ra, để tăng hiệu quả xử lý và làm nơi trú ngụ cho hệ vi sinh vật thiếu khí, tại bể Anoxic lắp đặt thêm hệ thống đệm sinh học được chế tạo từ nhựa PVC, với bề mặt hoạt động 230 ÷ 250 m2 /m3 . Hệ vi sinh vật thiếu khí bám dính vào bề mặt vật liệu đệm sinh học để sinh trưởng và phát triển. 4.4.3. Một số quá trình ứng dụng thiếu khí
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 125 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Quá trình Ludzack-Ettinger: Xử lý chủ yếu dựa trên nguyên lý thiếu khí (anoxic).  Quá trình thiếu khí kết hợp ở các công nghệ xử lý nước thải như: o SBR o Mương oxy hóa 4.5. Phương pháp kỵ khí (Anaerobic) 4.5.1. Khái quát Hình 4.14. Lịch sử phát triển công nghệ xử lý kỵ khí Xử lý kỵ khí là quá trình sinh học thực hiện trong điều kiện yếm khí (không có mặt oxy) để ổn định chất hữu cơ và chuyển hóa chúng thành các sản phẩm cuối cùng như CH4, các chất vô cơ như CO2, NH3. Chất hữu cơ + Chất dinh dưỡng  CH4 + CO2 +NH3 + Sinh khối Nguyên tắc
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 126 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.15. Cấu tạo bể kỵ khí Phương pháp xử lý kỵ khí dùng để loại bỏ các chất hữu cơ trong phần cặn của nước thải bằng vi sinh vật tuỳ nghi và vi sinh kỵ khí. Các phương pháp kỵ khí thường được dùng để xử lý nước thải công nghiệp và chất thải từ trại chăn nuôi. Các giai đoạn kỵ khí bao gồm sự chuyển hóa các chất hữu cơ phức tạp thành chất hữu cơ đơn giản (axit hữu cơ) – vai trò của vi khuẩn có cấu trúc axit. Sau đó, sử dụng axit hữu cơ (vi khuẩn methane, rất nhạy với các điều kiện môi trường) tạo thành CO2 và CH4. Để hoạt động kỵ khí hiệu quả cần chú ý: Vi khuẩn, cơ chất, tải trọng, sự tiếp xúc (khuấy trộn), môi trường. - Vi khuẩn: Vi khuẩn kỵ khí. - Cơ chất: Chất rắn bay hơi. - Môi trường: Kỵ khí (không oxy), nhiệt độ (kiểm soát hoạt động của vi khuẩn, vi khuẩn nhạy với sự thay đổi của nhiệt độ), pH (best: 6,8-7,2), độc tố. + Nhiệt độ: Không nên thay đổi >1 0 C/ngày. Cân bằng hệ xử lý: Tải trọng hữu cơ, độ kiềm, axit bay hơi, nhiệt độ, khuấy trộn. * Các loại nước thải công nghiệp thích hợp sử dụng phương pháp kỵ khí: - Sản xuất bia rượu, đường, tinh bột (lúa mạnh, ngô, khoai tây, lúa mì, khoai mì), thực phẩm, bánh mì, giấy, sữa, giết mổ gia súc, nhà máy hóa dầu. * Để hệ xử lý hiệu quả phụ thuộc việc duy trì nhân tố môi trường sao cho thích hợp sự sinh trường, phát triển của hệ vi sinh vật trong cả quá trình. - Nhiệt độ: Giống như quá trình xử lý sinh học nói chung, quá trình kỵ khí cũng hoạt động hiệu quả trong khoảng nhiệt độ nhất định. Trong đó, có 3 khoảng nhiệt độ tối ưu: + Ưa lạnh 5-15 0 C + Ưa ấm 35-40 0 C + Ưa nhiệt 50-55 0 C Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt động kỵ khí:
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 127 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.16. Ảnh hưởng của nhiệt độ - pH: Hai nhóm vi khuẩn lên men axit (pH tối ưu 5,5 – 6,5) và sinh methane (pH tối ưu 7,8 – 8,2). pH vận hành hệ thống trong các môi trường kết hợp ở khoảng 6,8-7,4 và trung tính là tối ưu. pH thấp làm giảm hoạt động của vi khuẩn CH4 do nguyên nhân tích lũy H2 và VFAs. Hình 4.17. Ảnh hưởng pH - Chất dinh dưỡng và kim loại vết Tất cả quá trình sinh học (bao gồm cả kỵ khí) đều cần chất dinh dưỡng và kim loại vết để tổng hợp tế bào. Vi sinh vật kỵ khí, đặc biệt vi khuẩn CH4 cần Ni, Co, Fe, Mo, Se… và COD:N:P = 350:7:1 (for highly loaded system) hoặc 1000:7:1 (lightly loaded system). - Độc chất và chất cản trở: Độc chất được gây ra do sự có mặt các chất nền trong dòng thải đầu vào hoặc được sinh ra từ các hoạt động trao đổi chất. Kim loại nặng, hợp
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 128 ThS. Nguyễn Minh Kỳ chất halogel, CN- là các ví dụ cho thấy các sản phẩm S2- , VFAs sẽ theo sau đó (hậu quả). * Các kiểu bể phân hủy kỵ khí: - Bể phản ứng tốc độ thấp + Ao hồ kỵ khí + Bể tự hoại septic tank + Imhoff tank + Standard rate anaerobic digester (phân hủy kỵ khí tốc độ chuẩn)  Các yếu tố quan trọng: Kiểu bùn, nhiệt độ, khuấy trộn, SRT (điều kiện môi trường khác không yêu cầu). Loading of 1-2 kg COD/m3 -day. - Bể phản ứng tốc độ cao + Quá trình tiếp xúc kỵ khí/Anaerobic contact process + Lọc kỵ khí/ Anaerobic filter (AF) + Upflow anaerobic sludge blanket (UASB) + Fluidized bed reactor (lò phản ứng tầng sôi) + Hybrid reactor: UASB/AF + Anaerobic sequencing batch reactor (ASBR)/Bể phản ứng kỵ khí dạng mẻ hàng loạt.  Có khả năng duy trì nồng độ cao sinh khối hoạt tính trong bể phản ứng. Load 5-20 kg COD/m3 -d. COD removal efficiency: 80-90% 4.5.2. Quá trình phân hủy trong bể kỵ khí Hình 4.18. Quá trình phân hủy trong bể kỵ khí
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 129 ThS. Nguyễn Minh Kỳ - Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ phức tạp được thực hiện bởi hàng loạt vi khuẩn và cổ khuẩn (xem sơ đồ). Trong đó có sự tương tác qua lại giữa chúng và sẽ bị ngưng trệ nếu gặp phải yếu tố cản trở hay bất lợi. + Vi khuẩn lên men: Đây là nhóm vi khuẩn đóng vai trò trong giai đoạn đầu tiên của quá trình chuyển hóa/phân hủy kỵ khí (thủy phân và axit hóa). Những vi khuẩn này hoặc kỵ khí hoặc tùy nghi nghiêm ngặt. Chúng thuộc họ Streptococcaceae và Enterobacteriaceae và các chi phổ biến như Bacteroides, Clostridium, Butyrivibrio, Eubacterium, Bifidobacterium và Lactobacillus. + Sản xuất vi khuẩn tổng hợp acetate: Nhóm vi khuẩn này chuyển hóa các muối hữu cơ, axit hữu cơ, rượu, hợp chất thơm bền vững thành acetate và CO2. CH3CH2COO -  CH3COO - + CO2 + H2 + Giai đoạn kỵ khí nghiêm ngặt: Quá trình kỵ khí tạo sản phẩm sau cùng là acetate, đóng vai trò tiền chất quan trọng sinh CH4. Nhóm vi khuẩn kỵ khí nghiêm ngặt homoacetogenes tiêu thụ H2 và CO2. Hai vi khuẩn Clostridium aceticum và Acetobacterium woodii được phân lập từ cống nước thải. Vi khuẩn kỵ khí nghiêm ngặt homoacetogenes có hiệu quả nhiệt động học cao nên kết quả không tích lũy H2 và CO2 trong suốt quá trình sinh trưởng trên các hợp chất đa carbon. CO2 + H2  CH3COOH + 2H2O + Vi khuẩn sinh CH4 (Methanogens)/quá trình sinh CH4 Vi khuẩn sinh CH4 là nhóm vi sinh vật độc đáo như cổ khuẩn. Đây là nhóm vi khuẩn kỵ khí bắt buộc và được quan tâm với vai trò là loài giới hạn trong hệ kỵ khí xử lý nước thải. Hai nhóm vi khuẩn CH4 chuyển hóa acetate thành CH4: ++ Methanosaeta (tên cũ Methanothrix): hình gậy, low Ks, ái lực cao. ++ Methanosarcina (còn gọi là M. mazei): hình cầu, ái lực thấp, high Ks. Cơ chế và đặc điểm phản ứng Quá trình kỵ khí diễn ra 3 giai đoạn:  Thủy phân hợp chất hữu cơ  Phân hủy thành axit béo dễ bay hơi  Sinh CH4 Các chất vô cơ như SO4 2- , NO3 - cũng đồng thời được loại bỏ. Quá trình thủy phân chuyển hóa hợp chất hữu cơ cao phân tử thành chất hữu cơ đơn giản như đường đơn, hợp chất thơm, amino axit, axit béo chuỗi dài. Sau đó bị phân hủy thành axit béo bay hơi (VFA) dưới tác dụng của vi khuẩn. Tiếp tục từ Axit acetic sẽ chuyển thành CH4, CO2 (vi khuẩn methane).
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 130 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.19. Quá trình phân hủy kỵ khí 4.5.3. Yếu tố ảnh hưởng Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH, độ kiềm  Hợp chất hữu cơ thủy phân thành chất hữu cơ đơn giản ở pH 4,0-7,8  Giai đoạn sinh CH4 với pH < 6  Anaerobic vận hành với tải trọng COD kg/VSS kg.d = 0,3-0,5 Chất dinh dưỡng và kim loại vết  Quá trình xử lý sinh học, yếu tố dinh dưỡng vô cơ và kim loại vết được yêu cầu cho sự trao đổi của hệ vi sinh vật. Quá trình kỵ khí cũng yêu cầu N, P ở mức độ thấp.  Vi khuẩn kỵ khí chứa 10,5% N, 1,5% P trong VSS (chất rắn lơ lửng bay hơi) nên lượng nitơ bổ sung đầu vào có thể đạt được và xác định dựa vào tỷ lệ kgCOD/kgVSS.  Nhu cầu phốt pho được tính theo tỷ lệ trong vi sinh vật, ví dụ N:P = 7:1. Nếu tải trọng bể phản ứng với COD bằng 0,5 kgCOD/kgVSS.d thì COD:N:P =
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 131 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 100:0,6:0,08. Như vậy, so với quá trình hiếu khí thì nhu cầu N và P thấp lớn (nhu cầu thấp hơn).  Kim loại vết có vai trò cho quá trình tạo bông vi khuẩn kỵ khí, sản sinh ezym. 4.5.4. Thuận lợi và khó khăn của phương pháp kỵ khí Ưu điểm + Ít có nhu cầu năng lượng (trong khi quá trình hiếu khí cần 0,5-0,75 kWh cho việc loại bỏ 1 kg COD). + Thu năng lượng từ sinh khí CH4 (thu 1,16 kWh năng lượng từ việc lên men 1 kg COD). + Sinh khối ít (quá trình kỵ khí chỉ tạo 20% lượng bùn (sinh khối) so với hiếu khí). Xử lý 1 kg BOD bằng hiếu khí tạo ra 0,5 kg (CO2, H2O) và 0,5 sinh khối mới. Trong khi, phân hủy sinh học 1 kg COD kỵ khí sinh ra > 0,9 kg CH4 và < 0,1 kg sinh khối mới. + Nhu cầu dinh dưỡng (N, P) thấp (tỷ lệ tổng hợp sinh khối thấp hơn và nhu cầu dinh dưỡng thấp, chỉ bằng 20% so với hiếu khí). + Áp dụng xử lý nước thải có tải trọng cao (tải trọng hữu cơ cao gấp 5-10 lần so với hiếu khí). + Tiết kiệm không gian (tỷ lệ tải trọng cao hơn yêu cầu bể phản ứng nhỏ hơn). + Có khả năng phân hủy, chuyển hóa các dung môi độc hại như chloroform, trichloroethylene, trichloroethane thành các chất dễ phân hủy. Ứng dụng  Oxy hóa chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí và sinh CH4, CO2.  Kết quả giảm thể tích chất rắn sinh học 50-80% và bùn sinh học sau cùng có thể ổn định sinh học và làm giàu dinh dưỡng trong nông nghiệp (giàu humic). Ưu điểm so với bùn hoạt tính  Tận thu CH4  Tiết kiệm năng lượng  Tiết kiệm chi phí xử lý bùn thải  Tiết kiệm chi phí hóa chất (nhu cầu dinh dưỡng thấp)  Vận hành dễ, ổn định, kinh phí thấp Hạn chế + Thời gian start-up dài: Do tỷ lệ tổng hợp sinh khối chậm nên yêu cầu thời gian start-up dài để đạt được nồng độ sinh khối thích hợp.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 132 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Thời gian phục hồi chậm: Nếu bể phản ứng bị cản trở bởi tác động rửa sinh khối, shock tải trọng, độc tố thì cần thời gian dài để hồi phục trở lại các điều kiện vận hành bình thường. + Nhu cầu chất dinh dưỡng, kim loại vết cụ thể: Vi sinh vật kỵ khí, đặc biệt methanogens cần các yếu tố vi lượng như Fe, Ni, Co để sinh trưởng tối ưu. + Nhiều yếu tố nhạy cảm dẫn đến sự thay đổi các điều kiện môi trường: Vi sinh vật kỵ khí, đặc biệt methanogens có khuynh hướng thay đổi trong điều kiện nhiệt độ, pH, thế oxy hóa khử. + Xử lý nước thải giàu sulfate: Nước thải giàu sulfate không những giảm sản lượng CH4 mà nó còn ức chế methanogens (vi khuẩn sinh CH4) do sản sinh khí H2S. + Xử lý nước thải giàu nitơ và protein: Quá trình kỵ khí có mặt protein sinh amine và làm kéo dài (làm chậm) sự phân hủy sinh học kỵ khí. Tương tự, nitơ cũng không thay đổi trong quá trình kỵ khí (Hướng giải pháp: Phát triển quá trình ANAMOX bằng việc oxy hóa NH4 + với sự có mặt của NO2 - ). Bảng 4.2. So sánh phương pháp xử lý kỵ khí với hiếu khí Nhân tố Hiếu khí Kỵ khí Tỷ lệ tải trọng hữu cơ Thấp: 0,5-1,5 kg COD/m3 - day (bùn hoạt tính) Cao:10-40 kg COD/m3 -day (AF,UASB, E/FBR) Sản lượng sinh khối Cao: 0,35-0,45 kg VSS/kg COD (sinh khối khá ổn định, không quá phụ thuộc kiểu chuyển hóa chất nền) Thấp: 0,05-0,15 kg VSS/kg COD (sinh khối không ổn định nhưng phụ thuộc nhiều vào kiểu chuyển hóa chất nền) Mức độ/tỷ lệ sử dụng chất nền cụ thể Thấp: 0,15-0,75 kg COD/kg VSS-day Cao: 0,75-1,5 kg COD/kg VSS-day Thời gian start-up Ngắn: 1-2 weeks Dài: 1-2 months for mesophilic (ưu ấm), 2-3 months for thermophilic (ưu nhiệt) SRT (thời gian lưu bùn) 4-6 ngày là đủ cho quá trình bùn hoạt tính Dài và quan trọng để hình thành vi khuẩn sinh methane (methanogens) trong bể phản ứng Vi sinh vật Chủ yếu là một loại, ngoại trừ quá trình loại chất dinh dưỡng Quá trình kỵ khí bao gồm nhiều bước chuyển hóa hóa học và có sự đa dạng các nhóm vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 133 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Nhân tố môi trường Ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi các điều kiện môi trường Nhạy cảm cao với sự thay đổi điều kiện môi trường 4.5.5. Điều kiện quan trọng để xử lý kỵ khí hiệu quả - Tránh phơi nhiễm/tiếp xúc oxy/không khí quá mức. - Tránh sự có mặt các hợp chất độc tố, chất cản trở ở dòng nước thải đầu vào. - Duy trì pH ở 6,8-7,2. - Duy trì độ kiềm thích hợp (chủ yếu bicarbonates). - Axit béo bay hơi thấp (VFAs). - Duy trì khoảng nhiệt độ trung bình (ưa ấm) 30-38 0 C. - Đủ chất dinh dưỡng (N, P) và kim loại vết, nhất là Fe, Co, Ni, v.v.. Tỷ lệ COD:N:P = 350:7:1 (hệ thống tải trọng cao) và 1000:7:1 (tải trọng thấp). - SRT/HRT >>1 (sử dụng cho bể kỵ khí tốc độ cao). 4.5.6. Một số quá trình kỵ khí 4.5.6.1. Bể tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process: ACP) Hình 4.20. Sơ đồ bể tiếp xúc kỵ khí  Thích hợp: Xử lý nước thải SS cao.  Nồng độ sinh khối trong bể phản ứng: 4-6 g/l, max = 25-30 g/l và phụ thuộc khả năng lắng của bùn.  Tải trọng 0,5 – 10 kg COD/m3 -day.  Yêu cầu thời gian lưu bùn SRT có thể duy trì bởi tốc độ hồi lưu bùn tương tự quá trình bùn hoạt tính. 4.5.6.2. Lọc kỵ khí (Anaerobic Filter: AF) - Được phát triển bởi Young & McCarty những năm 1960s để xử lý chất thải hữu cơ hòa tan. Là một công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo. Bể lọc kỵ khí là các loại bể lọc kín, phía trong có chứa các vật liệu đóng vai trò như giá thể của vi
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 134 ThS. Nguyễn Minh Kỳ sinh dính bám. Bộ lọc có thể bằng các loại đá (rocks) tương tự quá trình lọc nhỏ giọt (trickling filter). - Nước thải được phân phối từ dưới lên trên hoặc từ trên xuống và chảy qua đệm lọc (bed of rocks). Quá trình lọc dạng chìm hoàn toàn. Vi sinh vật kỵ khí tích tụ trong các khe hở của vật liệu lọc (đá hoặc mao quản của hạt nhựa tổng hợp, sợi ceramic…). Mao quản nhựa lưu giữ sinh khối hoạt tính. Phần sinh khối không dính bám khe hở tạo bông lớn hơn do sự gia tăng bọt khí/lỏng. Sự phân phối sinh khối không dính bám có ý nghĩa quan trọng trong xử lý nước thải. Phần sinh khối dính bám không phải là phần chính của sinh khối tổng. Trong đó, khoảng 64% sinh khối dính bám và 36% không dính bám. Bảng 4.3. Một số nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp bằng lọc kỵ khí Type of wastewater Tempr. (°C) Organic Loading Rate (kg/m3 .d) HRT (h) Removal efficiency Sugar industry 35-37 - 12-36 55% Distillery wastes 35 15 72 90 Chemical process 37 12-15 22-30 80-90 Leachate 37 0,2-0,7 30-40 d 90-96 - Về đặc điểm: Khả năng duy trì sinh khối cao, SRT dài; HRT tiêu biểu 0,5 – 4 ngày và tải trọng 5 - 15 kg COD/m3 -day; Điều kiện thủy động học có vai trò quan trọng duy trì sinh khối. Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 135 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.21. Cấu tạo chi tiết lọc kỵ khí Các loại bể lọc kỵ khí là các loại bể kín, phía trong chứa vật liệu lọc đóng vai trò như giá thể của vi sinh vật dính bám. Khí CH4 và các loại khí sinh học tạo thành khác được thu hồi ở phía trên. Nước thải đưa vào bể có thể phân phối phía dưới hoặc phía trên theo sơ đồ nêu trên. Vật liệu lọc của bể lọc kỵ khí là các loại cuội sỏi, than đá, xỉ, ống nhựa, tấm nhựa hình dạng khác nhau. Kích thước và chủng loại vật liệu lọc, được xác định dựa vào công suất công trình XLNT, hiệu quả khử COD, tổn thất áp lực nước cho phép, điều kiện cung cấp nguyên vật liệu tại chỗ... Các loại vật liệu lọc, cần đảm bảo độ rỗng lớn (từ 90-300 m3 /m2 bề mặt bể). Tổng bề mặt của vật liệu lọc có vai trò quan trọng trong việc hấp thụ các chất hữu cơ. Khi màng vi sinh vật dày, hiệu quả lọc nước thải giảm (tổn thất áp lực lọc tăng). Vật liệu lọc được rửa bằng dòng nước thải chảy ngược. Vật liệu lọc cũng có thể lấy ra, rửa sạch bằng nước thải sau đó nạp lại vào bể. Hình 4.22. Sơ đồ cấu tạo lọc kỵ khí
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 136 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Các giá thể là các loại vật liệu có hình dạng, kích thước khác nhau (Sỏi, than đá, xỉ, ống nhựa, tấm nhựa, giá thể vi sinh dạng bánh xe, giá thể vi sinh dạng sợi ...) hoạt động như vật liệu lọc. Các dòng nước thải có thể đi từ dưới lên hoặc từ trên xuống. Nước thải được phân phối đều theo diện tích đáy bể đi từ dưới lên (hoặc trên xuống) chảy qua lớp vật liệu lọc, các chất hữu cơ sẽ bám lại tại vật liệu lọc có chứa vi khuẩn yếm khí và tạo thành lớp màng vi sinh vật. Tại đây các chất hữu cơ sẽ được hấp thụ và phân hửi, bùn cặn sẽ được giữ lại trong khe rỗng của lớp vật liệu lọc. Sau 2-3 tháng sẽ xả bùn dư một lần. Phần nước sau khi qua lớp vật liệu lọc sẽ được chảy vào máng thu và tiếp tục được xử lý bởi các công trình phía sau. - Bể lọc kỵ khí ngược dòng (Upflow anaerobic filter – UAF) - Bể lọc kỵ khí xuôi dòng (Downflow anaerobic filter – ADF) Kích thước và chủng loại Vật liệu lọc được xác định dựa vào công suất xử lý, hiệu quả khử COD, tổn thất áp lực cho phép, ... Các loại vật liệu lọc cần đảm bảo độ rỗng lớn (từ 90-300 m3 /m2 bề mặt). Ưu điểm - Khả năng xử lý nồng độ ô nhiễm cao. - Thời gian lưu ngắn, vi sinh vật dễ thích nghi với nước thải. - Quản lý vận hành đơn giản. - Ít tốn năng lượng và dễ kết hợp với những công nghệ xử lý nước thải khác. Nhược điểm - Thời gian khởi động hệ thống dài. - Hay bị tắc nghẽn. - Hàm lượng cặn lơ lửng trong nguồn nước thải đầu ra lớn. - Vật liệu lọc đạt tiêu chuẩn thường có giá thành cao. 4.5.6.5. UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) a. Khái quát
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 137 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.23. Sơ đồ cấu tạo UASB  UASB được phát triển bởi Gazte Lattinga tại phòng thí nghiệm năm 1972 trong quá trình xử lý kỵ khí nước thải củ cải đường tại Hà Lan.  Hệ lơ lửng quan trọng, tải trọng hữu cơ được duy trì để tập hợp sinh khối dày đặc (bông bùn, có đường kính 1-3 mm). Các bông bùn gồm có vi khuẩn thủy phân, vi khuẩn lên men axit, acetate và CH4.  Nồng độ sinh khối trong bể phản ứng có thể đạt mức cao 50 g/l. Do đó thời gian lưu bùn SRT cao có thể đạt được khi HRT ở mức thấp 4 h. Ngoài ra, do tầng bùn kỵ khí mịn nên thời gian lưu thủy lực và rắn độc lập nên giảm thời xử lý từ vài ngày xuống còn vài giờ.  Cấu trúc bể gồm 4 hợp phần (xem sơ đồ). Nhiệt độ và OLR là 2 yếu tố quan trọng nhất. Ngoài các yếu tố trên thì HRT cũng quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý.  Thời gian start-up dài mất thường 2 tháng và có thể dài hơn trong điều kiện nhiệt độ thấp hơn, đây là điểm bất lợi của xử lý UASB. b. Nguyên tắc hoạt động  Được thiết kế nhằm hạn chế những vấn đề của lọc kỵ khí bằng cách cho dòng chảy dưới đi lên, sinh khối lắng của đáy thường có cấu trúc hạt mịn và nhỏ.  Trong quá trình xử lý các bông bùn có kích thước lớn và nặng sẽ lắng xuống và lưu lại trong bể phản ứng. c. Tiêu chuẩn thiết kế và ứng dụng
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 138 ThS. Nguyễn Minh Kỳ These are the 4 top applications of the UASB reactors:  Breweries and beverage industry  Distilleries and fermentation industry  Food Industry, Slaughter Houses.  Pulp and paper In general, there are two ways to design an UASB reactor.  If input COD is 5,000 – 15,000 mg/L or more, the design method should be used based on Organic Loading Rate.  If input COD less than 5,000 mg/L, the design method should be based on velocity. Let’s take an example. Data  Waste water input flow rate (Q) = 62.5 m3 /day  COD = 15,000 mg/L = 15 kg/m3  Organic loading rate = 5.5 kg COD/m3 .day (I found that organic loading rate is sometimes state of art in wastewater treatment design. Some vendors may have already had the data)  Volume of tank = QxC/OLR = 62.5 x 15 / 5.5 = 170 m3  Note: the above volume is the actual volume. You need to add more volume (as void volume). Calculating an UASB Tank Based on Velocity When input COD < 5,000 mg/l, using the method base on OLR is not effective in operation process because the granular sludge will be hardly formed. Therefore, the design criteria must be: Up-flow velocity v = 0,5 m/h. Hydraulic retention time HRT іs 4 h. Chosen in table 1, the height of sludge is Hs = 3 – 5 m The height of setting area Hse іs 1.2 m The volume of the UASB reactor: W = Q x HRT. The area of the UASB reactor: A = V/Q. Operation & Maintenance (O&M) Operation criteria: The optimum pH range is from 6.6 to 7.6 The wastewater temperatures should not be <5°C because low temperatures can impede the hydrolysis rate of phase 1 and the activity of methanogenic bacteria. Therefore in winter season, methane gas may be needed to heat the wastewater to be treated in the reactor. Always maintain the ratio of COD:N:P = 350:5:1 If there is a deficiency of some of these nutrients in the wastewater nutrient addition must be made to sustain the micro-
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 139 ThS. Nguyễn Minh Kỳ organisms. Chemicals that are frequently used to add nutrients (N, P) are NH4H2PO4, KH2PO4, (NH4)2CO3… Suspended solid (SS) can affect the anaerobic process in many ways: Formation of scum layers and foaming due to the presence of insoluble components with floating properties, like fats and lipids. Retarding or even completely obstructing the formation of sludge granules. Entrapment of granular sludge in a layer of adsorbed insoluble matter and sometimes also falling apart (disintegration) of granular sludge. A sudden and almost complete wash-out of the sludge present in reactor Decline of the overall methanogenic activity of the sludge due to accumulation of SS Therefore, the SS concentration in the feed to the reactor should not exceed 500 mg/l. In phase 2 and 3 the pH will be reduced and the buffer capacity of wastewater may have to be increased to provide alkalinity of 1000 – 5000 mg/l CaCO3. Start-up: An UASB reactor requires a long time for start-up, e.g. from 2 – 3 weeks in good conditions (t > 20 0 C) and sometimes the start-up can take up to 3 – 4 months. In start- up process, hydraulic loading must be 50% of the design hydraulic loading. The start-up of the UASB reactor can be considered to be complete once a satisfactory performance of the system has been reached at its design load. Bảng 4.4. Một số nghiên cứu xử lý nước thải bằng công nghệ UASB Type of wastewater Influent COD OLR (kg/m3 /d) Tempe (0 C) HRT (h) % COD Removal Beer industry 1000- 1500 4.5-7 20-24 5 75-80 Agricultural waste 11000 2-5 30 48 70-65 Slaughter hause 2000- 3500 4 30 19 85 Paper industry 1000 5 - 49 75 Sugar industry 4000- 60000 20-25 28-32 - 92-95 Ưu nhược điểm UASB
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 140 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Ưu điểm  Có khả năng xử lý chất thải hữu cơ với tải trọng cao  Lượng bùn sinh ra ít  Nhu cầu chất dinh dưỡng thấp  Năng lượng tiêu thụ ít và có khả năng tái sinh năng lượng  Vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp  Thiết bị đơn giản, chiếm ít diện tích  So với lọc kỵ khí, cũng có thể áp dụng xử lý ngay cả khi nước thải có hàm lượng SS cao  Có khả năng giữ bùn lâu dài và ít thay đổi hoạt tính khi không hoạt động Nhược điểm  Thời gian vận hành dài, kéo dài từ 2-8 tháng.  Hạt bùn có thành phần phức tạp và chưa hiểu biết đầy đủ về nó. 4.5.6.6. Bể phản ứng dạng hạt tĩnh (Static Granular Bed Reactor: SGBR) Hình 4.24. Sơ đồ cấu tạo bể phản ứng SGBR  Static granular bed reactor: SGBR o Developed at Iowa State University by Drs. Ellis and Kris Mach o Just opposite to UASB; flow is from top to bottom and the bed is static o No need of three-phase separator or flow distributor o Simple in operation with fewer moving parts o Major issue: head loss due to build-up of solids  Công nghệ kỵ khí, được ứng dụng xử lý hiệu quả nước thải chứa chất hữu có khó phân hủy.  Tham khảo Tài liệu.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 141 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Nhận xét phương pháp kỵ khí: Đặc điểm kỵ khí - Xử lý hiệu quả chất hữu cơ khó phân hủy nhưng nhược điểm không thể xử lý triệt để BOD - Cần cung cấp nhiệt - Có thể loại bỏ phần lớn mầm bệnh và màu - Ít bùn cặn (sinh khối chất thải) Ứng dụng  Sử dụng phổ biến để xử lý nước thải công nghiệp  Xử lý tải lượng lớn, nhiều chất hóa học 4.6. Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên 4.6.1. Giới thiệu 4.6.2. Ao hồ sinh học (Wastewater Stabilization Ponds/Lagoons) Hình 4.25. Ao hồ sinh học Khái quát  Đây là phương pháp xử lý sinh học đơn giản, dựa trên nguyên lý ổn định nước thải nhờ các quá trình sinh hóa diễn ra trong tự nhiên.  Đặc điểm: Sâu một vài mét, rộng tới cả ha. Thời gian lưu 1-4 tuần, chi phí vận hành thấp.  Nhược điểm: Mùi và phát sinh muỗi (nhất giai đoạn đầu khi mới tiếp nhận nước thải).  Khả năng loại bỏ mầm bệnh: o Vi khuẩn (Bacteria), 90-99%
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 142 ThS. Nguyễn Minh Kỳ o Vi rút (Virus), 90-99% o Động vật nguyên sinh (Protozoa), 67-99% Cơ chế, ứng dụng:  Dựa trên các quá trình quang hợp, lắng lọc tự nhiên, vai trò của ánh sáng, nhiệt độ và các quá trình hấp thụ, hấp phụ (hóa lý sinh tự nhiên).  Thích hợp xử lý nước thải ở các nước đang phát triển, có hệ ao hồ tự nhiên. Chi phí xử lý thấp, duy trì - vận hành dễ nhưng cần diện tích lớn. Hình 4.26. Nhận thức về xử lý nước thải bằng ao hồ sinh học Ưu điểm hồ sinh học: - Loại bỏ vi khuẩn gây bệnh - Chuyển hóa/phân hữu chất hữu cơ (phát sinh tảo) - Xử lý chất dinh dưỡng N, P 4.6.2.1. Ao hồ hiếu khí (Aerobic Pond)  Là loại ao cỡ 0,3 - 0,5 m được thiết kế sao cho ánh sáng mặt trời thâm nhập vào lớp nước nhiều nhất làm phát triển tảo do hoạt động quang hợp để tạo oxy.  Điều kiện không khí bảo đảm từ mặt đến đáy ao. Ao chứa đựng vi khuẩn và tảo ở thể lơ lửng và các điều kiện ưa khí được ngự trị suốt chiều sâu của hồ.  Lượng oxy cung cấp cho nước hồ từ 2 nguồn: - Sản phẩm của quá trình quang hợp. - Khuếch tán từ không khí.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 143 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 4.6.2.2. Ao hồ tùy nghi (Facultative Pond)  Ao thường sâu từ 1 - 2 m, thích hợp cho việc phát triển tảo và các vi sinh tùy nghi. Ban ngày, khi có ánh sáng quá trình chính xảy ra trong ao là hiếu khí. Ban đêm ở lớp đáy ao quá trình chính là kỵ khí. Hình 4.27. Cơ chế ao hồ tùy nghi  Các vùng trong một hồ tuỳ nghi: o Vùng bề mặt trong đó các vi khuẩn ưa khí và tảo tồn tại trong một mối quan hệ cộng sinh. o Vùng đáy kỵ khí trong đó các chất rắn được tích tụ bị phân hủy bởi các vi khuẩn kỵ khí. o Vùng trung gian, vừa có một phần là ưa khí và một phần là kỵ khí, trong đó sự phân hủy của các chất thải hữu cơ được tiến hành bởi các vi khuẩn tuỳ tiện. 4.6.2.3. Ao hồ kỵ khí (Anaerobic Pond)  Là loại ao sâu, không cần oxy hoà tan cho hoạt động vi sinh. Ở đây các loại vi sinh kỵ khí và vi sinh tùy nghi dùng oxy từ các hợp chất như nitrat, sunphat để oxy hoá chất hữu cơ thành CH4 và CO2.  Các ao này có khả năng tiếp nhận khối lượng lớn chất hữu cơ và không cần quá trình quang hợp của tảo.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 144 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Hồ kỵ khí thường được dùng để xử lý nước thải có độ ô nhiễm hữu cơ cao và cũng chứa hàm lượng chất rắn lớn.  Để có thể duy trì điều kiện kỵ khí, các hồ kỵ khí có thể xây dựng với chiều sâu hơn 6 m.  Thông thường các hồ này ở điều kiện kỵ khí suốt cả chiều sâu của chúng, trừ vùng rất nhỏ trên bề mặt. Sự ổn định các chất hữu cơ xảy ra bởi sự kết hợp của quá trình kết tủa và chuyển hóa kỵ khí CO2 và CH4.  Hiệu suất chuyển hoá BOD thường đạt tới 70%. Ưu điểm phương pháp xử lý sinh học nguồn nước thải trong điều kiện tự nhiên: - Cấu tạo đơn giản - Tận dụng điều kiện tự nhiên sẵn có - Hệ thống riêng, độc lập - Chi phí xây dựng, vận hành thấp - Không yêu cầu bảo dưỡng, bổ sung dinh dưỡng - Xử lý triệt để - Tái sử dụng cao Nhược điểm phương pháp xử lý sinh học nước thải trong điều kiện tự nhiên: - Cần diện tích lớn - Quy mô xử lý nhỏ, tải trọng xử lý không cao (trung bình) - Chỉ xử lý được một số nguồn nước thải đơn giản - Khả năng ứng dụng thấp tại đô thị 4.6.3. Cánh đồng tưới (lọc) và bãi lọc Giới thiệu Đặc tính hóa lý của tầng đất: Lọc, hấp phụ, trao đổi ion, khả năng thấm nước và giữ nước, giữ cặn bẩn và các cá thể sinh vật nhỏ. Đặc tính sinh học của nền đất: Hoạt động của hệ vi sinh vật đất và cây cỏ. Dựa vào khả năng giữ cặn nước ở trên bề mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua một bề mặt lọc, sau đó tiếp tục được vi sinh vật hiếu khí oxy hoá nhờ sự có mặt của oxy trong các lỗ hổng và mao quản của lớp đất mặt. Càng đi sâu xuống lòng đất, lượng oxy tự do càng giảm và quá trình oxy hóa hiếu khí các chất hữu cơ giảm dần. Cuối cùng đến một độ sâu mà ở đó chỉ diễn ra quá trình khử nitrat (quá trình oxy hóa chất hữu cơ chỉ xảy ra ở lớp đất mặt có độ sâu tới hạn 1,5 m). Trong nước thải sinh hoạt và đô thị thường chứa đủ các thành phần dinh dưỡng cho cây trồng. Hàm lượng nitơ vào khoảng 15–60 mg/l, phốt pho vào khoảng 3–12
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 145 ThS. Nguyễn Minh Kỳ mg/l, kali vào khoảng 6– 5 mg/l. Những hợp chất chứa các nguyên tố này chủ yếu ở dạng hòa tan, một phần ở dạng chất rắn lơ lửng: Nitơ có 85% ở dạng hòa tan, 15% ở dạng chất lơ lửng; tỷ lệ này ở phốt pho là 60% và 40%; đối với kali là 95% và 5%. Như vậy, tỷ lệ N:P:K trong nước thải sinh hoạt là 5:1:2. So với phân chuồng (tỉ lệ N:P:K là 2:1:2) thì nước thải sinh hoạt là nguồn phân đạm rất tốt đối với nhiều loại cây trồng. Đối với nước thải một số ngành công nghiệp như công nghiệp thực phẩm để có thể xử lý theo phương pháp này thì yêu cầu cần phải không có chất độc (kim loại nặng) hoặc các chất có tác dụng ức chế sinh trưởng thực vật. Nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp (đã loại bỏ các chất độc hại), chứa một hàm lượng các chất dinh dưỡng N:P:K =5:1:2 rất thích hợp làm phân bón cho thực vật. Đây là cơ sở quan trọng để áp dụng xử lý nước thải dựa trên phát triển những loại cây trồng thích hợp. Chức năng  Xử lý nước thải  Tưới bón cây trồng Phân loại  Cánh đồng lọc chậm: Là hệ thống xử lý nước thải thông qua đất và hệ thực vật ở lưu lượng nước thải nạp cho hệ thống khoảng vài cm/tuần.  Cánh đồng lọc nhanh: Là việc đưa nước thải vào các kênh đào ở khu vực đất có độ thấm lọc cao (mùn pha cát, cát) với một lưu lượng nạp lớn. Hình 4.28. Cánh đồng lọc chậm qua đất
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 146 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.29. Cánh đồng thấm nhanh qua đất Hình 4.30. Cánh đồng lọc bằng chảy tràn mặt  Bãi lọc: Khu đất chỉ dùng xử lý hoặc chứa nước thải. Hình 4.31. Bãi lọc xử lý nước thải
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 147 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Tùy thuộc vào chức năng nào là chính, cánh đồng tưới sẽ là cánh đồng tưới công cộng hay cánh đồng tưới nông nghiệp hoặc chỉ làm chức năng xử lý nước thải gọi là bãi lọc (hay cánh đồng lọc). Cơ chế  Nước thải sau khi thấm lọc qua đất được thu lại bằng các ống thu nước đặt ngầm trong đất hoặc các giếng khoan.  Cánh đồng tưới và bãi lọc thực hiện việc xử lý nước thải dựa vào khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua tầng lọc. Các vi sinh vật hiếu khí nhờ có oxy trong các lỗ hổng và mao quản của lớp đất mặt đã thực hiện hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Càng xuống sâu, lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ nhiễm bẩn giảm dần. Quá trình oxy hóa nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu khoảng 1,5m. Yếu tố ảnh hưởng Các điều kiện địa lý như độ thấm lọc của đất, mực thủy cấp rất quan trọng đối với việc ứng dụng phương pháp này. Trong trường hợp sử dụng cho cánh đồng tưới nông nghiệp thì ngoài yêu cầu làm ẩm đất còn phải đáp ứng yêu cầu về chất dinh dưỡng (N, P, K) của cây trồng. Lưu ý Nước thải trước khi được đưa ra cánh đồng tưới hay bãi lọc cần qua bước xử lý sơ bộ qua song chắn rác để loại bỏ rác, các vật thô cứng; qua lắng cát để loại bỏ cát, sỏi, loại bỏ dầu mỡ. Loại bỏ dầu, mỡ và một phần các chất huyền phù tránh cho các lỗ hổng và mao quản lớp đất mặt bị bít kín làm giảm độ thoáng khí, ảnh hưởng xấu tới khả năng oxy hóa chất hữu cơ của vi sinh vật. Trong trường hợp lượng nước thải lớn cần phải có bể điều hòa sau khi xử lý sơ bộ. Thời gian lưu nước ở đây là 6 – 8 giờ. Trường hợp tưới cây theo vụ, khi không cần nước tưới, nước thải được đưa vào xử lý ở hệ ao hồ ổn định. Ngoài chức năng loại bỏ rơm rác, các vật thô cứng, bước xử lý sơ bộ còn đảm nhiệm chức năng loại bỏ một phần các vi sinh vật gây bệnh có trong nước thải (đặc biệt là nước thải sinh hoạt), trong đó có trứng giun sán (có thể loại bỏ được 50 – 60% các sinh vật này). Ngoài ra, các loại nước thải chưa qua xử lý sơ bộ không được dùng để tưới cho các loại rau ăn sống. Cấu tạo
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 148 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.32. Sơ đồ cấu tạo cánh đồng tưới và bãi lọc Thành phần cơ bản: 1. Mương chính và màng phân phối 2. Máng, rãnh phân phối trong các ô 3. Mương tiêu nước 4. Ống tiêu nước 5. Đường đi Thiết kế, ứng dụng Mục đích chính ứng dụng nhằm: Tưới bón cây, xử lý nước thải sinh hoạt, công nghiệp chứa nhiều chất hữu cơ không chứa chất độc và vi sinh vật gây bệnh. Cánh đồng tưới cần san phẳng hoặc dốc không đáng kể rồi chia thành các ô. Mỗi ô có diện tích không nhỏ hơn 3 ha. Tùy địa hình, tính chất đất đai và phương thức canh tác, kích thước các ô này có thể lớn hơn, khoảng 5 – 8 ha đối với cánh đồng tưới lọc, còn bãi lọc nhỏ hơn. Mỗi ô có chiều dài khoảng 300 – 450 m, chiều rộng không quá 100– 200 m. Các ô này được ngăn bằng các bờ đất. Nước thải đưa vào các ô nhờ hệ thống mương (mương chính và mương phân phối). Số lượng ô trong một công trình không ít hơn 3 ô. Cánh đồng tưới thường được xây dựng ở những nơi đất pha cát, có thể ở nơi đất pha sét nhưng cần tính toán đủ nước cho nhu cầu sinh lý của cây và đất thấm kịp. Nước sau khi thấm qua đất được thu về hệ thống tiêu nước là các ống ngầm đặt dưới các ô với độ sâu 1,2 – 2m và các mương máng hở bao quanh công trình. Trong trường hợp không thu nước sau khi thấm qua đất để đổ vào các nguồn nước mặt mà cho ngấm sâu vào lòng đất. Trường hợp này cần tính lượng nước thấm đủ, nếu dư có khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm. Xem xét nhu cầu nước của cây trồng theo các yếu tố loại cây trồng, thời vụ, loại đất và giai đoạn sinh trưởng mà sử dụng nước thải để tưới phù hợp. Ưu nhược điểm
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 149 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Ưu điểm  Xử lý các chất dinh dưỡng (quá trình nitrat hóa/khử nitrat, hấp thụ của thực vật thủy sinh).  Hiệu quả xử lý BOD và NO3- khá cao, vi khuẩn giảm.  Kết hợp ao hồ sinh học và bãi lọc trồng cây để xử lý nước thải hiệu quả.  Nhu cầu năng lượng thấp, dễ xây dựng, vận hành và bảo dưỡng.  Có thể sử dụng nguyên vật liệu địa phương.  Chịu được thay đổi tải trọng khá tốt.  Có giá trị thẩm mỹ và sinh học.  Có thể áp dụng để xử lý nước xám, nước thải công nghiệp hay nước mưa. Nhược điểm  Phải xử lý sơ bộ để loại bỏ rác, các tạp chất chất thô, cứng, hay dầu mỡ. Sự phát sinh tảo sẽ ngăn cản quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh, ảnh hưởng cơ chế lắng, lọc.  Diện tích tưới cố định phải lớn và nhu cầu tưới đều đặn trong năm. Trong khi, với cây trồng thường chỉ tưới được 3 – 6 tháng trong năm.  Cần có một kế hoạch tổng thể việc tưới nước cho các loại cây trồng trong các cánh đồng tưới và có một quy hoạch thiết kế các kỹ thuật xử lý nước thải hỗ trợ, như xử lý bằng các ao hồ sinh học, để đảm bảo nước thải được làm sạch trước khi đổ vào nguồn.  Cánh đồng tưới và bãi lọc chỉ được xây dựng ở những nơi có mực nước nguồn thấp hơn so với mặt đất.  Xây dựng xa khu dân cư về cuối hướng gió (300-1.000 m).  Yêu cầu diện tích lớn hơn so với hệ thống thông thường. 4.7. Công nghệ Wetland 4.7.1. Tổng quan Wetland là phần đất có chứa nước trong đất thường xuyên dạng bão hòa hoặc cận bão hòa, tuy nhiên việc xử lý nước thải qua đất tự nhiên không hiệu quả cao, tốn nhiều thời gian. Công nghệ xử lý nước thải qua đất, gọi là đất ngập nước kiến tạo (constructed wetland) xử lý nước thải hiệu quả hơn, giảm diện tích và có thể kiểm soát quá trình vận hành. 4.7.2. Cơ chế xử lý chất ô nhiễm trong đất ngập nước Các cơ chế chủ yếu giảm thiểu hoặc giữ ổn định các chất ô nhiễm trong đất ngập nước, bao gồm:
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 150 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Chuyển hóa địa hóa học Với 2 yếu tố tăng O2 và CO2, hoặc chất kiềm để tạo ra các hợp chất kết tủa dưới dạng hydroxyt. Chuyển hóa do vi sinh vật Vi khuẩn, nấm, sinh vật nguyên sinh, đặc biệt là tảo, được xem là thành phần quan trọng trong hệ thống đất ngập nước. Đất ngập nước tích lũy và lọc sạch kim loại trong nước làm giảm bớt chất ô nhiễm để thu được nitơ hoặc năng lượng như một phần trong vòng đời của chúng, đồng thời là xúc tác cho các phản ứng kết tủa do sự thay đổi tính chất hóa học của nước. Trao đổi và hấp phụ ion Các axit humic và fulvic do chất hữu cơ tạo thành có thể chuyển hóa các kim loại bằng phản ứng acid - base. Sự hấp phụ kim loại bằng trao đổi cation kim loại trong chất hữu cơ theo thời gian dần trở nên bão hòa, tuy nhiên chất hữu cơ lại được bổ sung thường xuyên từ nguồn lá khô và các xác thực vật khác chìm xuống và tích tụ trong chất nền. Hấp thụ của thực vật Một số loài thực vật có thể đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa kim loại, với kim loại được tập trung trên các rễ cây và các phần khác của thực vật. Các kim loại có thể được giữ lại trong sinh khối, khi thực vật chết đi, lắng dần và tích tụ trong trầm tích. Tuy nhiên, các loài khác nhau có khả năng hấp thụ các kim loại rất khác nhau. 4.7.3. Phân loại kiểu dòng chảy Các kiểu wetland nhân tạo:  Ao hồ thủy sinh  Dòng chảy mặt  Dòng chảy ngầm Đất ngập nước kiến tạo có 02 loại hình thức chảy như sau: Chảy tự do trên mặt đất (free surface flow) và loại chảy ngầm trong đất (Subsurface flow). Loại chảy tự do ít tốn kém và chi phí đầu tư thấp nhưng hiệu quả xử lý thấp và chiếm nhiều diện tích. Loại chảy ngầm trong đất chia làm 03 dạng, dòng chảy theo phương đứng (Vertical flow), dòng chảy theo phương ngang (Horizontal flow) và dòng chảy hỗn hợp (Hybrid flow).
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 151 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.33. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống Wetland Hình 4.34. Mô hình chảy ngang Hình 4.35. Mô hình wetland chảy đứng Các dạng thực vật phổ biến trong Wetland
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 152 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Thực vật bán ngập nước: Cỏ vertiver, cây thủy trúc, cây cỏ nến, cây chuối hoa, cây rau chai.  Thực vật nổi: Bèo nhật bản, tảo, bèo tây.  Thực vật ngập nước: Tảo, thực vật thủy sinh.. Hình 4.36. Thực vật ngập trong nước 4.7.4. Thiết kế, ứng dụng a. Các yếu tố cơ bản trong thiết kế hệ thống đất ngập nước Kích thước của hệ thống xử lý Kích thước và thiết kế hệ thống xử lý phụ thuộc vào lưu lượng nước thải cần xử lý và hàm lượng chất ô nhiễm trong nước cần xử lý. Lựa chọn kích thước thường căn cứ vào kinh nghiệm của các hệ thống xử lý đã hoạt động. Thực vật trong wetlands Có nhiều loài thực vật đã thử nghiệm, loài được sử dụng nhiều là Typha latifolia (cỏ nến), kết quả cho thấy nó có sức chịu đựng tốt với nước mỏ có độ pH thấp, hàm lượng sắt cao. Các loài thực vật khác cũng được sử dụng như lau sậy, cây bấc (cói), lách và một số họ cỏ. Chất nền Chất nền cung cấp vật chất nuôi dưỡng cho thực vật bên trong hệ thống, bao gồm đất cát hoặc hợp chất mùn hữu cơ. Sự lựa chọn chất nền thường dựa vào giá thành và khả năng sử dụng. Các chất nền khác nhau sẽ có khả năng chuyển hóa các kim loại khác nhau. Chất nền bằng đất hữu cơ và sét thường có hoạt động trao đổi ion cao hơn so với các loại vật liệu khác. b. Ứng dụng Công nghệ đất ngập nước Wetland áp dụng hiệu quả đối với nhiều loại nước thải như:  Nước thải sinh hoạt
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 153 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Nước thải chăn nuôi  Nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm  Nước thải nuôi trồng thủy hải sản Hình 4.37. Ví dụ ứng dụng cỏ vetiver xử lý nước thải Hình 4.38. Ứng dụng Horizontal Flow c. Một số ví dụ  Lục bình và bèo tấm sử dụng hấp thụ kim loại nặng.  Xử lý nước bằng sinh học nhờ những loại cây thủy sinh có các khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm như các chất hữu cơ, amoni, các kim loại nặng, As, Fe… Cụ thể, chúng sử dụng như nguồn thức ăn hấp thụ và phát triển thành sinh khối. Trong quá trình phát triển, chúng có khả năng loại bỏ được các chất ô nhiễm trong nước.  Hệ Wetland được nuôi trồng nổi trên bè, hoặc trồng trên hệ vật liệu màng kết hợp hình thành màng biofilm tăng hiệu quả xử lý nước.  Một số loại cây thủy thực vật có thể được sử dụng trong công nghệ Wetland như: Cỏ Vetiver, cây cỏ nến, cây thủy trúc (cyperus alternifolius), cây chuối hoa (canna), cây cỏ voi (elephant grass). 4.7.5. Ưu nhược điểm Ưu điểm
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 154 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Hệ thống này xử lý nước hoàn toàn bằng phương pháp cơ hoặc kết hợp với sinh học mà không có sự can thiệp của hóa chất (ưu điểm nổi bật).  Thân thiện môi trường và hệ thống được thiết kế đa dạng theo quy mô, loại hình khác nhau. Nhược điểm  Công nghệ wetland quan trọng phải xem xét yếu tố khí hậu.  Ứng dụng ao hồ thủy sinh/sinh học là công nghệ rẻ tiền nhưng khó khăn về diện tích. 4.8. Một số công nghệ xử lý nước thải hiện đại Mục đích Xử lý bậc cao nhằm loại bỏ phần dư BOD, SS, N, P và các chất ô nhiễm khác. Phương pháp + Xử lý sinh học: Đầu ra bùn hoạt tính thường có BOD khoảng 5~15 mg/ℓ, COD là 10~40 mg/ℓ và SS là 5~20 mg/ℓ. Do đó phần dư BOD, COD, SS vẫn ảnh hưởng đến môi trường, quá trình trao đổi chất của sinh vật… thậm chí khi chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải giảm xuống nhưng COD vẫn phát hiện cao ở đầu ra. Do đó, biện pháp sinh học không giảm bền vững BOD, COD, SS. Trong khi, ngày nay việc xử lý bậc cao được kết hợp quá trình xử lý sinh học bậc 2 với lọc màng trở nên phổ biến và hiệu quả. Trong đó, MF và UF là phương pháp phổ biến sử dụng loại bỏ bùn hơn là lắng trọng lực thông thường. Hai loại kết hợp xử lý sinh học với màng dạng chìm và dòng chảy ngang (phân tán nồng độ MLSS tốt hơn kiểu chìm). Hình 4.39. Hybrid activated sludge process combined with membrane separator Bảng 4.5. Activated sludge process with membrane separator instead for settling tank
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 155 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Xử lý vật lý: Lọc là giải pháp xử lý vật lý có mục đích chính là loại bỏ SS. Xử lý bậc cao bằng phương pháp vật lý sử dụng kết hợp cát và than antraxit, vận tốc lọc 10-20 m/h. Hiệu quả loại SS thường đạt < 10 mg/l. + Xử lý hóa lý: Keo tụ + lắng là kiểu xử lý hóa lý bậc cao loại bỏ SS, COD (hạt keo hữu cơ mịn dạng keo). Sử dụng phèn nhôm Al2(SO4)3, PAC, sắt FeCl3 cùng với polyme tích điện để tạo bông. Thông thường, hiệu quả loại SS đạt < 10mg/l và loại bỏ được 30% COD ở dòng ra sau xử lý sinh học bậc 2. Cũng giống như keo tụ + lắng, còn có thể sử dụng carbon hoạt tính để loại bỏ COD là mục đích chính. + Loại màu: Do các hạt kích thước nhỏ, vật liệu/chất không phân hủy trong quá trình sinh học. Màu do hạt mịn và hạt keo gây ra có thể sử dụng phương pháp keo tụ - lắng để xử lý. Màu có công thức là các chất hòa tan được loại bỏ bằng biện pháp hấp phụ bằng carbon hoạt tính hoặc oxy hóa bằng ozon. Biện pháp kết hợp oxy hóa bằng ozon và uv có hiệu quả cao.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 156 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Bảng 4.6. Comparisons of decolorizing methods Hướng dẫn ôn tập 1. Kể tên các nhóm vi khuẩn chính trong công nghệ xử lý nước thải sinh học (dựa trên phương thức phát triển vi khuẩn)? 2. Trình bày nguyên tắc chung của phương pháp xử lý nước thải sinh học hiếu khí? 3. Quá trình bùn hoạt tính Aerotank là gì? Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động? Phân loại? 4. Nêu ngắn gọn các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bùn hoạt tính Aerotank? Trình bày ưu nhược điểm của quá trình bùn hoạt tính Aerotank? 5. Khái niệm về mương oxy hóa, sơ đồ cấu tạo và chức năng? Ưu nhược điểm? 6. Khái niệm quá trình lọc nhỏ giọt? Sơ đồ cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, chức năng và ứng dụng? Ưu nhược điểm? 7. Trình bày khái niệm bể phản ứng lọc màng sinh học (MBR)? Nêu sơ đồ cấu tạo, ứng dụng và cho biết ưu nhược điểm? 8. Anoxic là gì? Sơ đồ cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, thông số vận hành và ứng dụng? Ưu nhược điểm? 9. Xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí là gì? Nêu ngắn gọn các giai đoạn trong quá trình kỵ khí?
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 157 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 10. Trình bày ưu nhược điểm của quá trình kỵ khí xử lý nước thải? 11. So sánh phương pháp xử lý kỵ khí và hiếu khí? 12. Trình bày các điều kiện quan trọng để xử lý kỵ khí hiệu quả? 13. UASB là gì? Sơ đồ cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, thông số vận hành và ứng dụng? Ưu nhược điểm? 14. Khái niệm về ao hồ sinh học? Phân loại, đặc điểm và ứng dụng? Ưu nhược điểm? 15. Ưu nhược điểm phương pháp xử lý sinh học nguồn nước thải trong điều kiện tự nhiên? 16. Cánh đồng lọc, tưới là gì? Ưu nhược điểm và ứng dụng? 17. Khái niệm Công nghệ Wetland? Phân loại, nguyên tắc hoạt động và ứng dụng? Hướng dẫn bài tập: 1. Tính toán thiết kế quá trình bùn hoạt tính Aerotank. 2. Tính toán bể lọc nhỏ giọt (Trickling Filter) và bể kỵ khí UASB. 3. Tham khảo tài liệu: Trịnh Xuân Lai (2009), Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây dựng. -Hết-
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 158 ThS. Nguyễn Minh Kỳ CHƯƠNG 5 XỬ LÝ NITƠ VÀ PHỐT PHO Mở đầu Mặt trái của các hoạt động phát triển kinh tế- xã hội của con người đã góp phần gia tăng nồng độ các chất ô nhiễm chứa thành phần dinh dưỡng (nitơ và phốt pho) vào môi trường tự nhiên. Các chất dinh dưỡng nitơ và phốt pho là nguyên nhân gây ra hiện tượng phú dưỡng, làm ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng đến sự cân bằng sinh thái. Thông thường, quá trình sinh học xử lý nitơ và phốt pho thường gắn liền trong một hệ thống. Việc loại bỏ các chất dinh dưỡng dựa vào hệ vi sinh vật sử dụng các chất ô nhiễm trong nước thải hứa hẹn triển vọng góp phần bảo vệ môi trường. Hình 5.1. Biological Nutrient Removal Processes Ngoài phương pháp sinh học, các quá trình hóa lý, hóa học cũng được các nhà khoa học nghiên cứu phát triển mạnh mẽ nhằm loại bỏ các chất độc hại trước khi thải vào môi trường. Quá trình xử lý nitơ và phốt pho (quá trình xử lý triệt để/nâng cao) ngày càng được quan tâm, nhất là ở các quốc gia phát triển, nơi có tiêu chuẩn chất lượng môi trường nghiêm ngặt và ý thức bảo vệ môi trường cao. 5.1. Khử nitơ Nitơ tồn tại trong nước thải có thể ở dạng vô cơ hoặc hữu cơ và ở dạng hòa tan hoặc lơ lửng. Nó có thể được loại bỏ bởi phương pháp hóa lý hoặc sinh học. Đối với
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 159 ThS. Nguyễn Minh Kỳ nước thải thực phẩm thì bùn hoạt tính là giải pháp phổ biến xử lý nitơ. Nitơ tồn tại trong nước thải thực phẩm dưới dạng nitrate, nitrite, amoni, amin do đó công nghệ khử nitơ sinh học là giải pháp phổ biến và hiệu quả kinh tế. Công nghệ khử nitơ sinh học trải qua giai đoạn nitrate hóa (oxy hóa ammoni thành nitrate dưới điều kiện hiếu khí); sau đó khử nitrate (giảm nitrate bằng cách chuyển sang N2 dưới điều kiện thiếu khí). Để oxy hóa 1 kg N-NH3 cần 4,8 kg oxy và quá trình oxy hóa ammoni giảm tính kiềm của nước. Vi khuẩn nitrate hóa rất nhạy với nhiệt độ và pH do đó cần kiểm soát cẩn thận. Thông thường để xử lý được hiệu quả, quá trình khử nitơ là giai đoạn sau quá trình bùn hoạt tính. Quá trình khử nitơ là gồm sự kết hợp của hiếu khí và thiếu khí. Quá trình này yêu cầu BOD gấp 3-5 lần nitơ. Hình 5.2. Quá trình khử nitơ một pha
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 160 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 5.3. Quá trình khử nitơ hai pha Tham khảo một số quá trình khử nitơ  Quá trình Ludzack–Ettinger (LE) Hình 5.4. Quá trình Ludzack–Ettinger  Vùng thiếu khí theo sau bởi một vùng hiếu khí  Nitrate sinh ra trong vùng hiếu khí được tuần hoàn lại vùng thiếu khí qua RAS (khử nitơ)  Quá trình Ludzack–Ettinger cải tiến (MLE) Hình 5.5. Quá trình MLE o Quá trình MLE tuần hoàn hỗn hợp bay hơi từ vùng hiếu khí đến vùng thiếu khí (xem hình vẽ). o Dòng chảy hỗn hợp bay hơi có thể tương đương 100-300% dòng chảy thứ cấp, tùy thuộc vào lượng khử nitơ được mong muốn. o Nồng độ nitrate thải thường khoảng 4-7 mg/L. o Nền tảng của nhiều quá trình BNR khác.  SBR  Thiết kế để loại bỏ C-BOD, bao gồm các giai đoạn (pha): Làm đầy, phản ứng, lắng, rút nước, nghỉ.  Để khử nitơ nước thải, pha làm đầy nên được điều chỉnh để làm đầy xáo trộn, trong đó dòng vào được xáo trộn nhưng không sục khí.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 161 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 5.6. Quá trình bể phản ứng theo mẻ  Bardenpho 4 giai đoạn  Quá trình Bardenpho bốn giai đoạn là quá trình MLE với vùng thiếu khí và hiếu khí lơ lửng.  Thiết kế sử dụng cho cả quá trình khử nitơ và BPR.  Quá trình này có thể đạt được nồng độ nitrate nhỏ hơn 3 mg/L. Hình 5.7. Bardenpho 4 giai đoạn  Mương oxy hóa  Tạo ra một vùng thiếu khí bằng cách tắt một hoặc nhiều cánh quạt sục không khí.  Máy xáo trộn duy trì sự tuần hoàn trong mương trong suốt pha thiếu khí.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 162 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 5.8. Mương oxy hóa  Anoxic Step Feed Hình 5.9. Anoxic Step Feed  Physico-chemical technologies Hình 5.10. Công nghệ khử nitơ bằng hóa lý
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 163 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 5.2. Loại phốt pho  Hầu hết phốt pho tồn tại dưới dạng phosphate (PO4 3- ), non-phosphate do nhân tạo (thuốc trừ sâu, khí độc). 1 mg phosphate-P = 95/31 = 3,06 mg phosphate.  Các kiểu phosphate: Ortho, ngưng tụ (poly và cyclic), hữu cơ (nucleotides, phospholipids, sugar phosphates).  Phốt pho có trong nước thải do (thêm vào):  Kiểm soát ăn mòn trong nước uống (sodium hexametaphosphate (NaPO3)6, sử dụng liều lượng: 1 mg/l)  Làm mềm nước công nghiệp  Nồi hơi  Chất làm sạch, tẩy rửa  Nước cống (chất thải thực phẩm và sinh hoạt con người)  Phốt pho ở đầu ra bậc 2:  3-4 mg/l  Hầu hết là orthophosphate  < 1 mg/l P-hữu cơ (2-3% của 20mg/l  0,4-0,6 mg/l P)  Phương pháp loại phốt pho  Kết tủa hóa học (vôi - Ca(OH)2, alum – Al2(SO4)3 phổ biến nhất, hoặc FeCl3)  Sinh học (đồng hóa, bậc cao) Phốt pho được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm mặc dù lượng nhỏ. Nó được lưu giữ trong nước thải dưới dạng phosphate PO4 3- . Lượng phốt pho đầu ra quá trình bùn hoạt tính phụ thuộc tỷ lệ BOD:P, DO trong bể và bùn dư trong hệ. P thường được xử lý bởi quá trình bùn hoạt tính, keo tụ/hóa lý. Bảng 5.1. Typical phosphorous removal processes
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 164 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Quá trình bùn hoạt tính hiếu khí kết hợp kỵ khí xử lý Phốt pho  Điều kiện hiếu khí, bùn hoạt tính hấp phụ phốt pho vào tế bào dưới dạng cấu trúc axit polyphosphoric. Với điều kiện kỵ khí, bùn hoạt tính bắt vật liệu hữu cơ và giải phóng phốt pho. Bùn hoạt tính chiếm 1-1,6% phốt pho trong các tế bào.  Quá trình AO xử lý phốt pho sinh học: đạt 90%. Hình 5.11. Basic process in biological phosphorous removal (AO process) Hình 5.12. Biological denitrification-phosphorous removal process (A2O) Hình 5.13. Single phase sludge process-circulating denitrification phosphorous removal process + Keo tụ  Sử dụng Al2(SO4)3 và FeCl3 kết hợp trong quá trình bùn hoạt tính để loại bỏ phốt pho. Phốt pho được loại do tạo bông keo tụ với muối kim loại thêm vào. Polyme tích được được sử dụng sẽ tăng hiệu quả loại phốt pho.  pH tối ưu cho quá trình keo tụ ở 6~7 đối với Al2(SO4)3 aluminium sulfate, 4,5~5,0 đối với FeCl3 iron chloride, khoảng 8 đối với Fe2(SO4)3 iron sulfate và cần thiết phải kiểm soát.  Mối quan hệ giữa tỷ lệ loại phốt pho và lượng phèn nhôm cần thiết xử lý: Bảng 5.2. Aluminum sulfate requirement for phosphorus removal
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 165 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Quá trình phostripping  Quá trình phostripping được phát triển những năm 1960.  Phốt pho hòa tan và hấp phụ lên bùn trong điều kiện hiếu khí. Sau đó tạo bông nổi lên mặt nước. Hình 5.14. Phosphorous removal by phostripping process Tham khảo một số công nghệ loại Phốt pho Một số quá trình loại phốt pho phổ biến: o EDR: Electrodialysis Reversal - Điện thẩm tách đảo ngược o MUCT: Modified University of Cape Town o NF: Lọc nano o RO: Thẩm thấu ngược o VIP: Virginia Initiative Plant (VIP process) o SBR: Bể phản ứng từng mẻ liên tục Ba quá trình khử phốt pho cơ bản:  Hóa học: Chuyển đổi phốt pho hóa bằng cách thêm một muối kim loại hoặc vôi.  Sinh học: Kết hợp phốt pho vào sinh khối.  Nano: Các quá trình lọc nano có thể được sử dụng để loại bỏ phốt pho. Cơ chế sinh học Các nhóm vi sinh vật chủ yếu loại bỏ phốt pho được gọi là sinh vật tích lũy polyphosphate (PAOs).
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 166 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 5.15. Cơ chế đơn giản hóa cho phốt pho thoát ra và hấp thu ATP Chú thích: ATP = adenosine triphosphate; NAD = nicotinamide adenine dinucleotide; ADH = ADH = Alcohol Dehydrogenase, hình thức giảm NAD; PHB = poly-p-hydroxybutyrate; TCA = Tricarboxylic acid cycle. Trong điều kiện yếm khí, PAOs hấp thu nguồn carbon như các axit béo dễ bay hơi (VFAs) và dự trữ chúng trong tế bào như polymer carbon, hoặc poly-b- hydroxyalkanoates (PHAs). Trong điều kiện hiếu khí, vi sinh vật dụng sử dụng nguồn carbon được dự trữ trong nội bào (PHAs) cho sự sinh trưởng và dự trữ phosphate quá mức như polyphosphate nội bào. Điều này dẫn đến việc loại bỏ phốt pho ở pha lỏng với số lượng lớn thông qua việc loại bỏ tế bào PAO trong chất thải bùn hoạt tính (WS). Thông thường, sinh khối trong bùn hoạt tính có chứa 1,5% đến 2,0% phốt pho dựa trên trọng lượng khô. Tuy nhiên,trong quá trình EBPR, hàm lượng phốt pho trong bùn có thể cao hơn nhiều (Metcalf và Eddy, 2003). Loại bỏ phốt pho bằng cách bổ sung hóa chất thì đơn giản và dễ thực hiện. Tuy nhiên, sẽ làm tăng sản lượng bùn, vận hành và bảo trì cần thêm chi phí. Hóa chất được thêm vào nước thải phải được pha trộn tốt, tiếp theo là chất keo tụ và chất rắn loại bỏ bằng cách lắng, lọc, tách màng, hoặc các quá trình tương tự. Hướng dẫn ôn tập 1. Trình bày nguồn gốc và đặc điểm nitơ trong nước thải? 2. Nêu ngắn gọn cơ chế khử nitơ sinh học? Minh họa ví dụ ứng dụng? 3. Trình bày nguồn gốc và đặc điểm phốt pho trong nước thải? 4. Nêu các phương pháp loại bỏ phốt pho trong nước thải? Minh học ví dụ ứng dụng thực tế? -Hết-
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 167 ThS. Nguyễn Minh Kỳ CHƯƠNG 6 XỬ LÝ BÙN CẶN 6.1. Khái quát  Bùn thải là rắn lơ lửng được loại bỏ sau quá trình xử lý bùn hoạt tính.  Bùn rắn là hỗn hợp của những chất rắn có khả năng lắng và nước được thải bỏ ở dưới đáy bể lắng.  Hệ xử lý nước thải thực phẩm, quá trình xử lý bùn chiếm đến 70% tổng chi phí.  Xử lý bùn thường được giảm thể tích/khử nước. Bùn thải khử nước được sử dụng làm phân bón hoặc đốt để giảm thể tích. Bảng 6.1. Chất tạo bông tách nước bùn thải Xử lý bùn cặn:  Giảm ô nhiễm và tận dụng làm phân bón, sản xuất gạch…  Nguyên tắc: Tách nước bằng bể nén bùn, ổn định chất hữu cơ, làm khô bùn cặn. Làm mất nước trong bùn thải:  Tự nhiên (thể tích nhỏ, lớp mỏng)  Cơ học Bảng 6.2. Đặc điểm các kiểu tách nước bùn thải
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 168 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Bùn khử hydrate vẫn chiếm 75-90% nước và có khuynh hướng bóc mùi khó chịu. Bùn khử hydrate có thể sử dụng làm phân bón. 6.2. Nguồn gốc phát sinh và đặc điểm  Xử lý nước tạo ra bùn hữu cơ và kim loại từ lọc và lắng.  Hầu hết các chất rắn có thể được loại bỏ bằng kỹ thuật lắng đơn giản với chất rắn được thu lại như bùn than hoặc bùn.  Bùn sinh ra trong quá trình xử lý bậc 1 và 2.  Xử lý bùn thực hiện 3 mục tiêu chính:  Trích ly nước (giảm khối lượng)  Giảm mùi  Giảm mầm bệnh Chi phí xử lý bùn đắt đỏ (kinh phí lớn) trong công nghệ/hệ thống xử lý nước. Bùn phát sinh trong quá trình xử lý bậc 1 (có thành phần 3-8% chất rắn), bậc 2 (0,5-2% chất rắn). 6.3. Công nghệ xử lý bùn  Công nghệ xử lý bùn theo quy trình: Loại nước  chuyển hóa (kiểm soát mùi, mầm bệnh)  điều hòa (khử nước với phèn Al, nhiệt độ cao 175-230 0 C)  khử nước (loại mùi, mầm bệnh)  thiêu đốt (giảm khối lượng và thể tích)  thải bỏ/chôn cất sau cùng.  Ủ compost: Phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ dưới điều kiện hiếu khí. Sản phẩm cuối cùng chứa humic (mùn, phân bón). Đây là phương pháp phổ biến xử lý bùn. 6.3.1. Dehydration (Khử nước) a. Sludge Coagulation (Keo tụ/đông tụ bùn) b. Dehydrator (Thiết bị loại/khử nước)  Belt Press Dehydrator
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 169 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 6.1. Belt press dehydrator  Centrifuge (Máy quay ly tâm) Hình 6.2. Centrifuge dehydrator  Filter Press (Lọc nén)
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 170 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 6.3. Filter press dehydrator  Vacuum Filter (Lọc chân không) Hình 6.4. Vacuum filter dehydrator  Screw Press Dehydrator (Máy khử nước nén đinh vít)
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 171 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 6.5. Screw press dehydrator 6.3.2. Drying (Sấy, làm khô)  Bùn tách nước (Dehydrated sludge) vẫn chứa 75-90% nước gây nguy cơ bóc mùi thối.  Thiết bị máy móc làm khô bùn: o Rotary Type Hình 6.6. Rotary dryer o Vertical Multistage Type
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 172 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 6.7. Multi-stage vertical dryer 6.3.3. Incineration (Thiêu đốt)  Giảm thể tích bùn, ổn định và đảm bảo yếu tố vệ sinh.  Sử dụng nhiệt độ 700~1.000 ℃.  Thiết bị đốt bùn có cấu tạo tương tự máy làm khô/tách nước (Dryers) 6.3.4. Composting  Compost là sản phẩm quá trình lên men bởi vi sinh vật hiếu khí. Quá trình này phụ thuộc điều kiện môi trường như hệ vi khuẩn, độ ẩm, nhiệt độ, pH, oxy, C:N. Độ ẩm tối ưu cho quá tình compost bắt đầu là 40-60%. Nhiệt độ tối đa trong quá trình lên men là 70-80 0 C. Trong suốt quá trình này, nhiệt lên men giải phóng nước và diệt vi khuẩn trong bùn.  Bùn duy trì độ ẩm trong buồng lên men 10-20 ngày, nhiệt giai đoạn lên men làm bay hơi nước và diệt mầm bệnh. Sau giai đoạn này, bùn chín, thay đổi độ màu (humic) dưới các hoạt động vi sinh vật và tiếp theo làm khô với thời gian 1-3 tháng.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 173 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 6.8. Thiết bị composting 6.3.5. Sludge Reduction Process  Thermophilic Sludge Digestion Process/Quá trình phân hủy bùn ưa nhiệt - Sử dụng vi khuẩn ưa nhiệt. o Duy trì mức nhiệt 65 ℃. o Sản phẩm: Bùn lỏng được chuyển hóa thành CO2 và nước (bùn lỏng là nguồn cơ chất của bùn hoạt tính). Hình 6.9. Sludge reduction process by thermophilic bacteria  Sludge Reduction Process by Ozonation o Bùn được trung hòa trước khi tuần hoàn bể hiếu khí. o Vi sinh vật chuyển hóa bùn tạo thành CO2, H20. o Microorganisms are responsible for the removal of organic matter, nitrogen, phosphorous and other emerging contaminants.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 174 ThS. Nguyễn Minh Kỳ o Ozone has been used to reduce excess sludge production by wastewater treatment plants. Hình 6.10. Sludge reduction process by ozone Hướng dẫn ôn tập 1. Bùn thải là gì? Nguồn gốc phát sinh và đặc điểm bùn thải trong quá trình xử lý nước? 2. Nêu ngắn gọn quy trình tuần tự công nghệ xử lý bùn? 3. Trình bày ngắn gọn khái niệm composting? Cơ chế sản xuất composting trong quá trình xử lý bùn thải? 4. Trình bày các phương pháp xử lý bùn thải? -Hết-
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 175 ThS. Nguyễn Minh Kỳ CHƯƠNG 7 HƯỚNG DẪN XỬ LÝ NƯỚC THẢI MỘT SỐ NGÀNH NGHỀ CÔNG NGHIỆP 7.1. Công nghiệp nước giải khát 7.1.1. Khái quát  Ngành công nghiệp quan trọng, mức tiêu thụ mạnh (nhu cầu cao).  Mức tiêu thụ lượng nước tương ứng 3-10 lít trên mỗi đơn vị lít bia sản xuất.  Nguyên nhân gây ảnh hưởng môi trường và mối quan tâm lo lắng về mặt sinh thái. 7.1.2. Quy trình công nghệ sản xuất Hình 7.1. Carbonated beverage manufacturing process and wastewater Nguyên liệu sản xuất – Nuớc – Đại mạch, gạo – Nấm men, huoblon – Các chất phụ gia 7.1.3. Đặc điểm nước thải Nguồn gốc nước thải – Nước làm lạnh, nước ngưng – Nước thải từ bộ phận nấu - đường hoá – Nước thải từ hầm lên men – Nước thải rửa chai – Nước thải từ các phòng khác
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 176 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Đặc điểm  Chứa phần lớn protein, chất béo, sợi, hydratecarbon, ethanol, VFA, TSS.  Hàm lượng cao các chất dinh dưỡng N, P (tiềm năng bảo tồn). Bảng 7.1a. Properties of carbonated drink Bảng 7.1b. Wastewater properties in carbonated drink factories 7.1.4. Phương pháp xử lý • Anaerobic and aerobic treatment • High rate algal ponds and constructed wetlands treatment • Carbon nanotubes based treatment • Advanced oxidation treatment process • Membrane filtration treatment • Membrane bioreactor treatment • Microalgae based treatment • Treatment using air cathode microbial fuel cells • Activated carbon based treatment • Treatment of brewery effluent using electrochemical methods • Non-thermal quenched plasma technology treatment
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 177 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 7.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia truyền thống 1 – Sand remover; 2 – Equalization/neutralization tank; 3 – Septic tank; 4 – Biological unit (SBR); 5 – Sludge thickener; 6 – River. Hình 7.3. Sơ đồ công nghệ kết hợp xử lý nước thải sản xuất bia 1 Collection Tank 2 UASB Reactor 3 Primary Plate Settler 4 Aerobic Treatment Tanks 5 Secondary Parallel Plate Settler 6 Sand Filter 7 Activated Carbon Filter 8 Sludge Drying Beds. 7.2. Công nghiệp chế biến thực phẩm 7.2.1. Khái quát  Đường sữa, bơ, bánh kẹo  Sản xuất tinh bột  Chế biến thủy sản  Chăn nuôi, giết mổ gia súc  Nước tương, bột cá 7.2.2. Quy trình công nghệ sản xuất
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 178 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 7.4. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất một số loại thực phẩm 7.2.3. Đặc điểm nước thải  Nồng độ cao nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), chất rắn lơ lửng (SS), dầu mỡ và mùi nặng.  Thành phần nước thải phức tạp do phụ thuộc nguyên liệu đầu vào, tính chất mùa vụ và kỹ thuật chế biến, canh tác. 7.2.4. Phương pháp xử lý  Cơ sở lựa chọn: Căn cứ công nghệ và yếu tố kinh tế  Phương pháp truyền thống áp dụng: Hiếu khí + Bể lắng  Bùn hoạt tính và ao hồ sinh học được áp dụng phổ biến  Ngày nay ứng dụng kỵ khí giải pháp hiệu quả và chi phí thấp  Công nghệ hiếu khí kết hợp kỵ khí: o Loại bỏ SS và dầu o Ngăn chặn ảnh hưởng của chúng đến hiệu quả xử lý hệ thống.  Xử lý nước thải chế biến thực phẩm: o Lọc vật lý o Hấp thụ
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 179 ThS. Nguyễn Minh Kỳ o Oxy hóa hóa học  Xử lý nước thải sản xuất sữa (lọc màng)  The sequencing batch reactor (SBR) system might be suitable to treat milk industry wastewater because of its ability to reduce nitrogen compounds by nitrification and de-nitrification. 7.3. Công nghiệp dệt nhuộm 7.3.1. Khái quát  Nguyên liệu: – Tự nhiên: bông, đay, tơ tằm, sợi gai dầu, len… – Nhân tạo: polyester, nilon...  Sử dụng nước khá lớn, khoảng 50 - 300 m3 /tấn vải.  Thuốc nhuộm và trợ nhuộm (phẩm màu) – Thuốc nhuộm hoạt tính – Thuốc nhuộm trực tiếp – Thuốc nhuộm hoàn nguyên – Thuốc nhuộm phân tán – Thuốc nhuộm lưu huỳnh – Thuốc nhuộm axit – Thuốc in, nhuộm pigmen 7.3.2. Quy trình công nghệ sản xuất
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 180 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 7.5. Various steps involved in processing textile in a cotton mill 7.3.3. Đặc điểm nước thải  Dyestuffs  Surfactants  Oily substances  Natural materials  Organic and inorganic salts  Solvents  Acids and alkalis  Suspended solids 7.3.4. Phương pháp xử lý  Physico-chemical wastewater treatment – Equalization and homogenization – Floatation – Coagulation flocculation sedimentation
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 181 ThS. Nguyễn Minh Kỳ – Chemical oxidation (Fenton reaction, Ozone oxidation) – Adsorption – Membrane separation process (Reverse osmosis, Nanofiltration, Ultrafiltration, Microfiltration)  Physico-chemical treatment is available but expensive in terms of chemical and operational costs  Biological wastewater treatment method  Aerobic biological treatment – Activated sludge process (Oxidation ditch process, Sequencing Batch Reactor Activated Sludge process/SBR Process) – Biofilm (Biological contact oxidation, Rotating Biological Contactor, Biological fluidized bed)  Anaerobic biological treatment  Biochemical and physico-chemical combination processes (Hydrolytic acidification-contact oxidation-air floatation process, Anaerobic-aerobic- biological carbon contacts, Coagulation-ABR-oxidation ditch process, UASB-aerobic-physicochemical treatment process)  Anaerobic followed by Aerobic stage Hình 7.6. Hybrid Biogranule System 7.4. Công nghiệp thuộc da 7.4.1. Khái quát • Mục đích: Nâng cao chất lượng da • Hóa chất: Tanin, fomandehit, các hợp chất Crom, nhôm..
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 182 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 7.4.2. Quy trình công nghệ sản xuất Hình 7.7. Quy trình công nghệ thuộc da 7.4.3. Đặc điểm nước thải • Chất rắn lơ lửng (SS)
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 183 ThS. Nguyễn Minh Kỳ • COD • BOD5 • Sulfide S2- , crom, dầu mỡ … • Tannery wastewater is difficult to treat because of complex characteristics like high BOD, COD, suspended solids, sulfide and chromium. • Tanneries generate wastewater in the range of 30 - 35 L/kg skin or hide processed with variable pH and high concentrations of suspended solids, BOD, COD. • Major problems are due to wastewater containing heavy metals, toxic chemicals, chloride, lime with high dissolved and suspended salts and other pollutants. 7.4.4. Phương pháp xử lý • Biological treatment of wastewater is more favorable and cost effective as compared to other physiochemical methods. • Aerobic treatment • Anaerobic treatment • Physico-chemical techniques (Coagulation–flocculation) Hình 7.8. Quy trình công nghệ xử lý nước thải thuộc da hiệu quả 7.5. Công nghiệp hóa chất BVTV và phân bón 7.5.1. Khái quát • Thuốc bảo vệ thực vật (HCBVTV) – Bảo vệ cây trồng và nông sản – Chống lại sự phá hoại của những sinh vật gây hại • Phân loại – Theo thành phần • Nhóm clo hữu cơ
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 184 ThS. Nguyễn Minh Kỳ • Nhóm phốt pho hữu cơ • Nhóm carbamate • Nhóm Pyrethrum và Pyrethroids 7.5.2. Quy trình công nghệ sản xuất Hình 7.9. Phosphor fertilizer manufacturing process 7.5.3. Đặc điểm nước thải  Nước thải công nghiệp phân bón • Fertilizer industry is very important manufacturing sector. • Wastewaters from chemical fertilizer industry mainly contain organics, alcohols, ammonia, nitrates, phosphorous, heavy metals such as cadmium and suspended solids.  Nước thải thuốc trừ sâu (Nhà máy sản xuất TTS, Hoạt động canh tác nông nghiệp) • Major quality of pesticide pollution is released during pesticide manufacturing. Pesticide, usually have direct adverse effects on the living organisms. • Pesticides are highly toxic and carcinogenic in nature even at picogram loads. • Moreover it persists in nature for long period of time. • Pesticides are carcinogenic and mutagenic (đột biến) in nature. 7.5.4. Phương pháp xử lý
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 185 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  The efforts to improve wastewater treatment by separating ammonia have been done by using variety of methods such as: – Ion Exchange – Breakpoint chlorination – Aerobic-nitrification and anaerobic - denitrification electron – Water striping – Fluidized-bed reactor – Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation) – Combined nitrification - denitrification and microalgae – Membrane reactors (MBR)  Treatment technology - A phosphoric acid plant Hình 7.10. Treatment technology - A phosphoric acid plant  Treatment Technologies - Pesticide Wastewater  Reverse osmosis or ultrafiltration is used to recover and concentrate active ingredients.  Effluent treatment normally includes flocculation, coagulation, settling, carbon adsorption, detoxification of pesticides by oxidation (using ultra- violet systems or peroxide solutions), and biological treatment. 7.6. Công nghiệp luyện kim và dầu mỏ 7.6.1. Khái quát
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 186 ThS. Nguyễn Minh Kỳ • A major concern in refineries is the release of phenols, although described as this, the category may include a variety of similar chemical compounds among which are polyphenols, chlorophenols, and phenoxyacids. • The concern is because of their toxicity to aquatic life and the high oxygen demand they sponsor in the streams that receive it. Phenols are toxic to fish and also they can cause taste and odor problems when present in potable water. 7.6.2. Quy trình công nghệ sản xuất Hình 7.11. Refinery water balance
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 187 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 7.12. Refinery flow diagram 7.6.3. Đặc điểm nước thải  Kim loại nặng độc hại, Hydrocarbon thơm đa vòng PAHs  Khối lượng nước làm mát nhiễm độc tố như CN-, NO3-  Nước thải luyện cán thép có thành phần và hàm lượng axit cao (H2SO4, HCl) 7.6.4. Phương pháp xử lý  Corrugated Plate (CPI) packing separates oil and solids from produced water Hình 7.13. Thiết bị phân tách dầu  API Separators  American Petroleum Institute  Design of gravity separators  Induced gas floatation cell
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 188 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 7.14. Gas floatation cell  Petroleum Reserve’s bio-treatment process Hình 7.15. Petroleum Reserve’s bio-treatment process 7.7. Công nghiệp sản xuất giấy 7.7.1. Khái quát 7.7.2. Quy trình công nghệ sản xuất  Sử dụng nhiều nước.  Trung bình sản xuất 1 tấn giấy cần 200-500 m3 nước, tùy thuộc công nghệ.  Nước sử dụng cho các công đoạn rửa nguyên liệu, nấu, tẩy, xeo giấy và sản xuất hơi nước. 7.7.3. Đặc điểm nước thải  Thường có hàm lượng TSS và BOD rất cao.  Thậm chí chứa cả thủy ngân, dioxin và PCBs (công nghiệp phay giấy).
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 189 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Hoạt động tẩy trắng bột gỗ làm giấy có thể tạo ra chloroform, dioxin, furan, phenol và nhu cầu oxy hóa học (COD). Nguyên nhân gây ra một số đặc điểm nước thải: - pH cao do kiềm dư - Màu đen, mùi, bọt: chủ yếu là do dẫn xuất của lignin - Cặn lơ lửng do bột giấy và các chất độn - COD & BOD do các chất hữu cơ hòa tan Hợp chất hữu cơ có thành phần là lignin và dẫn xuất của chúng, đường cao phân tử, dẫn xuất hữu cơ chứa clo (chất tẩy trắng). 7.7.4. Phương pháp xử lý  Xử lý sinh học như bùn hoạt tính hoặc lò chắn bùn kỵ khí  Xử lý màng như siêu lọc hoặc thẩm thấu ngược  Công nghệ UASB thích hợp xử lý COD tải trọng cao (đặc điểm nước thải sản xuất giấy). UASB: Nước thải thô được bơm ngược từ dưới lên trên của thiết bị qua lớp đệm bùn (sinh khối dạng hạt). Quá trình nước thải tiếp xúc hạt bùn diễn ra quá trình xử lý nước. Thiết bị tách khí lỏng rắn thu CH4 và CO2 sinh ra. 7.8. Công nghiệp sản xuất mía đường 7.8.1. Khái quát • Nguyên liệu – Cây mía (chủ yếu) – Cây củ cải đường 7.8.2. Quy trình công nghệ sản xuất • Các công đoạn sản xuất – Ép – Làm sạch nước mía – Kết tinh • Sản xuất đường thô – Ép mía – Làm trong và làm sạch – Nấu chân không – Ly tâm • Sản xuất đường tinh luyện – Rửa và hòa tan
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 190 ThS. Nguyễn Minh Kỳ – Làm sạch – Kết tinh và hoàn tất Hình 7.16. Flow Diagram for Sugar Manufacturing Process 7.8.3. Đặc điểm nước thải • Wastewater from sugar industry generally contains carbohydrates, nutrients, oil and grease, chlorides, sulphates, and heavy metals. • BOD, COD, SS cao và dao động lớn • Chất rắn lơ lửng (chủ yếu là chất vô cơ) • Tính axit Bảng 7.2. Nguồn gốc và tính chất nước thải Loại nước thải Đặc trưng Nước rửa mía cây Ô nhiễm hữu cơ Nước rửa nồi nấu đường Ô nhiễm hữu cơ cao, nhiệt độ cao Nước thải từ phòng thí nghiệm Ô nhiễm hữu cơ và hóa chất Nước bùn tù quá trình lọc và nước thải từ quá trình rửa lọc (lọc bản và lọc bằng than hoạt tính) Ô nhiễm chất hữu cơ rất cao Nước thải giai đoan gia vôi Nước có hàm lượng lớn ion (Ca2+ , CO3 2- )
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 191 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Nước giải nhiệt máy nghiền, tuốc bin, bơm Nhiệt độ cao Nước vệ sinh nhà xưởng Ô nhiễm hữu cơ và hóa chất 7.8.4. Phương pháp xử lý • Biological Treatment – Anaerobic Process – Aerobic treatment • Physico-chemical treatment – Adsorption – Coagulation and flocculation – Oxidation process – Membrane treatment – Electrodialysis – Evaporation/combustion 7.9. Công nghiệp chế biến cao su 7.9.1. Khái quát • Việt Nam – Sơ chế và xuất khẩu thô – Công nghệ chế biến lạc hậu – Ô nhiễm nặng • Phân loại – Cao su thiên nhiên – Cao su tổng hợp 7.9.2. Quy trình sản xuất
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 192 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 7.17. Steps of rubber production processes 7.9.3. Đặc điểm nước thải • Dây chuyền chế biến mủ nước (mủ latex) – BOD, COD, SS và N-NH3 rất cao – pH thấp • Dây chuyền chế biến mủ tạp – BOD, COD, SS, N cao – Nước thải thường có màu nâu, đỏ – Chứa rất nhiều đất, cát.. Bảng 7.3. Rubber wastewater characteristics in Sri Lanka
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 193 ThS. Nguyễn Minh Kỳ • The high concentrations of nitrogen and organic and inorganic loading in rubber wastewater pose serious threats to the environment. • Rubber industry consumes large volumes of water, uses chemicals and other utilities and produces enormous amounts of wastes and effluent. • Another serious threat of rubber wastewater towards environmental protection is high concentration of nitrogen in this effluent. 7.9.4. Phương pháp xử lý • Biological methods – Pond technology – Aerobic and anaerobic treatment • Biological method incorporated with sulphate reduction system • Biological method incorporated with precipitation • Chemical methods • Combined physical, chemical and biological methods 7.10. Xử lý nước thải bệnh viện, trung tâm dịch vụ y tế 7.10.1. Khát quát 7.10.2. Nguồn gốc, đặc điểm nước thải  Nước thải bệnh viện: – Phẫu thuật, dịch tiết, xét nghiệm, máu, mũ,.. – Vệ sinh giường bệnh, dụng cụ y tế.. – Pha chế thuốc – Tẩy khuẩn/diệt trùng – Sinh hoạt (bệnh nhân, người nhà bệnh nhân, cán bộ/nhân viên bệnh viện..) – Đặc biệt, chứa nhiều mầm bệnh nguy hiểm  Categories of Healthcare Wastewater • Blackwater (sewage) is heavily polluted wastewater containing high concentrations of: – faecal matter and urine – food residues – toxic chemicals • Greywater (sullage) is low polluted wastewater with residues from: – Washing, bathing, laboratory processes, laundry, or technical processes such as cooling water or the rinsing of X-ray films.
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 194 ThS. Nguyễn Minh Kỳ • Stormwater is technically not wastewater but consists of rainfall collected on hospital roofs, grounds, and paved surfaces. – It may seep into groundwater, or be used for irrigation of hospital grounds or toilet flushing. 7.10.3. Phương pháp xử lý  Wastewater Treatment Methods  Physico-chemical treatments o A coagulation-flocculation process was generally found to be unable to remove personal care products. o Adsorption by activated carbons has great potential for the removal of trace emerging contaminants.  Biological treatments o Activated sludge processes o Membrane biological reactors (MBR)  Tertiary treatment o Reverse osmosis (RO) o Nanofiltration (NF) o Ozonation and advanced oxidation processes (AOPs)  On-Site Wastewater Treatment for Large Healthcare Facilities/Three Stages for efficient on-site treatment - Primary treatment: to remove of heavy solids. - Secondary treatment: to remove dissolved and suspended biological matter using indigenous bacteria. - Tertiary treatment: to further treat the wastewater for the purpose of reducing pathogens, suspended solids, excessive phosphorus and nitrogen nutrients, and/or chemical contaminants. Hướng dẫn ôn tập 1. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất nước giải khát? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên? 2. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ chế biến thực phẩm? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên?
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 195 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 3. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ dệt nhuộm? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên? 4. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ thuộc da? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên? 5. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất hóa chất bảo vệ thực vật hoặc phân bón? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên? 6. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất giấy? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên? 7. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất mía đường? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên? 8. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ chế biến cao su? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên? -Hết-
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 196 ThS. Nguyễn Minh Kỳ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002), Giáo Trình Công Nghệ Xử Lý Nước Thải, NXB Khoa học và Kỹ thuật. [2]. Metcalf & Eddy, Inc (2003) (4th Edition), Wastewater Engineering - Treatment and Reuse, NY: McGraw-Hill. [3]. Overseas Environmental Cooperation Center, Japan (2003), Technology Transfer Manual of Industrial Wastewater Treatment, Project Commissioned by Ministry of Environment, Government of Japan. [4]. Trịnh Xuân Lai (2015), Xử Lý Nước Thải Công Nghiệp, NXB Xây Dựng. [5]. Trịnh Xuân Lai (2009), Tính toán thiết kế các công trình XLNT, NXB Xây dựng. [6]. Lương Hữu Phẩm (2003), Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, NXB Giáo Dục. [7]. Trần Hiếu Nhuệ (2001), Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật. [8]. Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2015), Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, NXB ĐHQG TP. Hồ Chí Minh. [9]. Tổng cục môi trường (2011), Sổ tay hướng dẫn xử lý nước thải của một số ngành công nghiệp, Hà Nội. *******
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 197 ThS. Nguyễn Minh Kỳ PHỤ LỤC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP (Drinking Water Treatment Technology) 1-F. Khái quát 1.1. Safe drinking water supply  Nước sạch là nhu cầu thiết thực  Áp lực ngày càng lớn  Công nghệ xử lý phù hợp Hình 1f. Sơ đồ mạng lưới cấp nước Hình 2f. Rooftop catchment with tank
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 198 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Bảng 1f. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống (Bộ Y tế, 2009) Ghi chú: (*) Là chỉ tiêu cảm quan. Bảng 2f. Drinking water and sanitation access in developing countries
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 199 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3f. Multiple barriers to microbiological contamination in surface water treatment Bảng 3f. Typical removal efficiencies in slow sand filtration
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 200 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 1.2. Nguồn nước cấp Nước ngầm (Groundwater)  Các tạp chất hòa tan như sắt, mangan, asen...  Các hợp chất hữu cơ  Các chất khí hòa tan như CH4, H2S, CO2  Nitrat, nitrit, ammoni, các chỉ tiêu vi sinh  To remove industrial chemicals, natural minerals, viruses and bacteria. Nước mặt (ao hồ, sông suối..) (Surface Water)  Các chất hòa tan nguồn gốc hữu cơ và vô cơ  Các chất rắn lơ lửng, độ đục  Các vi sinh vật (vi trùng, virus...)  To reduce illnesses caused by pathogens in drinking water. Nước mưa (Rainwater)  Rủi ro bệnh tật  Mưa acid  Kim loại nặng  Ít khoáng chất nhưng giàu hàm lượng Ca, Mg, Fe, F.. (không tốt cho sức khỏe)  To ensure the safety of your catchment area, you need to consider:  rainwater tank – whether your tank is made from food-grade material  roofing and pipework – what material your roof and pipework is made from  contaminants – can leaves, debris, animal droppings, bacteria and parasites enter you water supply? 2-F. Công nghệ xử lý nước cấp Hình 4f. Drinking water production
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 201 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Traditional technologies, that are brand named WATERPROOF  Under membrane technologies we understand micro- and ultrafitration (AQUALITY®) as well as nano-fitration and reverse osmosis (EXSEL®).  MEMCARE® chemical cleaning agents to guarantee a long membrane lifetime to its clients. Bảng 4f. Raw water sottrces and treatment schemes Bảng 5f. Main water pollutants versus main treatment technologies o Oxidation o Coagulation and filtration o Ion-Exchange Resins
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 202 ThS. Nguyễn Minh Kỳ o Activated Alumina  This material can have a surface area significantly over 200 m²/g  It is made of aluminium oxide (alumina, Al2O3)  Arsenic removal from drinking water  To remove fluoride from drinking water Hình 5f. Activated Alumina Filter System and Activated Alumina o Membrane methods o Solar Distillation (chưng cất) Hình 6f. Quá trình chưng cất nước bằng năng lượng Mặt trời
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 203 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 7f. Chưng cất nước từ nước thải o Solar Pasteurization (khử trùng) Bảng 6f. Hiệu quả tiệt trùng bằng năng lượng Mặt trời o Other techniques 3-F. Application of safe drinking water supply technologies  Municipal level  Community level  Household level
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 204 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 8f. Quá trình xử lý nước uống điển hình Hình 9f. Xử lý nước cấp (nước mặt) Hình 10f. Quá trình quan trắc và xử lý nước cấp
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 205 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 11f. Xử lý nước cấp đơn giản 4-F. Case studies Hình 12f. Arsenic removal plant design
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 206 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Bảng 7f. Summary of technologies for arsenic removal Giới thiệu một số trường hợp ở Địa Trung Hải (Mediterranean countries)
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 207 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 13f. Scheme of Larnaca seawater treatment plant (Cyprus) Hình 14f. Scheme of Chaiba treatment plant (Algeria) Hình 15f. SODIS methods for disinfecting drinking water Hình 16f. Scheme of Casablanca treatment plant (Morocco)
Bài giảng – Xử lý nước thải công nghiệp 208 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Tài liệu tham khảo [1]. J. P. van der Hoek, C. Bertelkamp, A. R. D. Verliefde and N. Singhal (2014), “Drinking water treatment technologies in Europe: state of the art - challenges - research needs”, Journal of Water Supply: Research and Technology-AQUA, Vol. 63(2), pp. 124-130. [2]. World Health Organization (2011), Guidelines for Drinking-water Quality (4th Edition), WHO Press, Switzerland. ------------------------------------Hết--------------------------------------

More Related Content

PDF
Giao Trinh Ky thuat xu ly khi thai
byTam Tran
 
PPTX
rác thải sinh hoạt là nguồn tài nguyên quý giá
bythapxu
 
PDF
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Đề tài: Xử lý nước thải sinh hoạt công suất 200m3 /ngày đêm, HAY
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
PDF
Luận văn: Giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải Công ty giấy
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
PDF
DTM Cấp Sở | (PPT) Báo cáo ĐTM dự án "Mở rộng gia công sản xuất Phân bón, Thu...
byCTY CP TƯ VẤN ĐẦU TƯ THẢO NGUYÊN XANH
 
PDF
đáNh giá hiện trạng nước thải làng nghề sản xuất miến dong làng so xã tân hòa...
byjackjohn45
 
PDF
Biện Pháp Thi Công Hệ Điều Hòa Thông Gió
bynataliej4
 
Giao Trinh Ky thuat xu ly khi thai
byTam Tran
 
rác thải sinh hoạt là nguồn tài nguyên quý giá
bythapxu
 
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.pdf
byNhuoc Tran
 
Đề tài: Xử lý nước thải sinh hoạt công suất 200m3 /ngày đêm, HAY
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
Luận văn: Giải pháp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải Công ty giấy
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
DTM Cấp Sở | (PPT) Báo cáo ĐTM dự án "Mở rộng gia công sản xuất Phân bón, Thu...
byCTY CP TƯ VẤN ĐẦU TƯ THẢO NGUYÊN XANH
 
đáNh giá hiện trạng nước thải làng nghề sản xuất miến dong làng so xã tân hòa...
byjackjohn45
 
Biện Pháp Thi Công Hệ Điều Hòa Thông Gió
bynataliej4
 

What's hot

DOCX
Tio2- graphene
bynhuphung96
 
PDF
37407162 phan-tich-hop-chat-bang-quang-pho-vina ebookchemistryhere
byhoatuongvi_hn
 
PPT
4.3. chuong 4 (tt). cong nghe bun hoat tinh aerotank
byhunglamvinh
 
PDF
Đề tài: Xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học, HOT
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
PPT
Phan tich quang pho trac quang
byvtanguyet88
 
PDF
Chuong2
byLanh Nguyen
 
PDF
Xuc tac quang hoa
byNguyen Thanh Tu Collection
 
PDF
Luận án: Xử lý nước rỉ rác bằng keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học - Gửi mi...
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
PDF
Luận văn: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy, HAY
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
PDF
Đánh Giá Hiệu Quả Áp Dụng Sản Xuất Sạch Hơn Cho Nhà Máy Chế Biến Tinh Bột Sắn...
bynataliej4
 
PDF
Đề tài: Xác định hàm lượng NO2, SO2 trong không khí tại Hải Phòng
byDịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864
 
PDF
Khảo sát hàm lượng mùn, nitơ tổng số và nitơ dễ tiêu trong đất trồng cao su ở...
byhttps://www.facebook.com/garmentspace
 
PDF
Nghiên cứu chế tạo hạt nano bạc
bywww. mientayvn.com
 
PDF
Đề tài: Chất tạo màng trên cơ sở nhựa epoxy thu được khi tái chế
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
PDF
Chuong5
byLanh Nguyen
 
PDF
Chuong7
byLanh Nguyen
 
PDF
Luận văn: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia, HAY
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
PPT
2.2.chuong 2 (tt). lang nuoc
byhunglamvinh
 
PDF
Bai giang hoa hoc xanh dai hoc thuy loi
byNguyen Thanh Tu Collection
 
PDF
Đề tài: Xác định hàm lượng sắt hoà tan trong nước, HOT, 9đ
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Tio2- graphene
bynhuphung96
 
37407162 phan-tich-hop-chat-bang-quang-pho-vina ebookchemistryhere
byhoatuongvi_hn
 
4.3. chuong 4 (tt). cong nghe bun hoat tinh aerotank
byhunglamvinh
 
Đề tài: Xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học, HOT
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Phan tich quang pho trac quang
byvtanguyet88
 
Chuong2
byLanh Nguyen
 
Xuc tac quang hoa
byNguyen Thanh Tu Collection
 
Luận án: Xử lý nước rỉ rác bằng keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học - Gửi mi...
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
Luận văn: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy giấy, HAY
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
Đánh Giá Hiệu Quả Áp Dụng Sản Xuất Sạch Hơn Cho Nhà Máy Chế Biến Tinh Bột Sắn...
bynataliej4
 
Đề tài: Xác định hàm lượng NO2, SO2 trong không khí tại Hải Phòng
byDịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864
 
Khảo sát hàm lượng mùn, nitơ tổng số và nitơ dễ tiêu trong đất trồng cao su ở...
byhttps://www.facebook.com/garmentspace
 
Nghiên cứu chế tạo hạt nano bạc
bywww. mientayvn.com
 
Đề tài: Chất tạo màng trên cơ sở nhựa epoxy thu được khi tái chế
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
Chuong5
byLanh Nguyen
 
Chuong7
byLanh Nguyen
 
Luận văn: Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia, HAY
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620
 
2.2.chuong 2 (tt). lang nuoc
byhunglamvinh
 
Bai giang hoa hoc xanh dai hoc thuy loi
byNguyen Thanh Tu Collection
 
Đề tài: Xác định hàm lượng sắt hoà tan trong nước, HOT, 9đ
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 

Similar to Bài giảng Xử lý nước thải công nghiệp

DOCX
Xử lý nước cấp
byherovn31
 
PDF
Thao luan hoa hoc moi truong chu de 11 xu ly nuoc thai published by bui van ...
byNguyen Thanh Tu Collection
 
PDF
Công trình xử lý nước thải
byTư vấn môi trường
 
DOC
Bài báo cáo nhóm
bytrongluc01
 
DOC
Xử lý nước thải ở nhà máy sản xuất dược phẩm
byXíu Tiny
 
PDF
Dịch vụ kêu gọi đầu tư | Dịch Vụ Lập Dự Án Đầu Tư - duanviet.com.vn | 0918755356
byCông Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt
 
PDF
Dịch vụ tư vấn Giám sát đầu tư | Dịch Vụ Lập Dự Án Đầu Tư - duanviet.com.vn |...
byCông Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt
 
PDF
Hồ sợ năng lực Công Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt | Dịch Vụ Lập Dự Án ...
byCông Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt
 
PDF
Lập báo cáo Đánh giá Tác Động Môi trường ĐTM | Dịch Vụ Lập Dự Án Đầu Tư - du...
byCông Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt
 
PDF
Dịch vụ lập dự án nông nghiệp, trang trại | Dịch Vụ Lập Dự Án Đầu Tư - duanvi...
byCông Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt
 
PDF
Tư Vấn Quản Lý Xây Dựng và Giám sát Thi Công | Dịch vụ lập dự án đầu tư - dua...
byCông Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt
 
PDF
Dịch vụ Tư Vấn Môi Trường ĐTM, xử lý nước thải | Dịch Vụ Lập Dự Án Đầu Tư - d...
byCông Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt
 
PDF
Hô sơ năng lực công ty cổ phần tư vấn đầu tư dự án việt - Duanviet.com.vn - 0...
byCông ty cổ phần tư vấn đầu tư Dự án Việt
 
PDF
Dịch vụ tư vấn đầu tư, tư vấn giám sát - Duanviet.com.vn - 0839106009 - 09187...
byCông ty cổ phần tư vấn đầu tư Dự án Việt
 
PDF
Dịch vụ tư vấn môi trường (đtm), xử lý nước thải - Duanviet.com.vn - 08391060...
byCông ty cổ phần tư vấn đầu tư Dự án Việt
 
PDF
Dịch vụ lập dự án nông nghiệp, trang trại - Duanviet.com.vn - 0839106009 - 09...
byCông ty cổ phần tư vấn đầu tư Dự án Việt
 
PDF
Tư vấn quản lý xây dựng, giám sát thi công công trình - Duanviet.com.vn - 083...
byCông ty cổ phần tư vấn đầu tư Dự án Việt
 
PDF
Lập báo cáo đánh giá tác động môi trường(đtm) - Duanviet.com.vn - 0839106009 ...
byCông ty cổ phần tư vấn đầu tư Dự án Việt
 
PDF
Dịch vụ lập dự án đầu tư, kêu gọi đầu tư- Duanviet.com.vn - 0839106009 - 0918...
byCông ty cổ phần tư vấn đầu tư Dự án Việt
 
PDF
Luận văn: Công nghệ xử lý nước thải cho các khu công nghiệp
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 
Xử lý nước cấp
byherovn31
 
Thao luan hoa hoc moi truong chu de 11 xu ly nuoc thai published by bui van ...
byNguyen Thanh Tu Collection
 
Công trình xử lý nước thải
byTư vấn môi trường
 
Bài báo cáo nhóm
bytrongluc01
 
Xử lý nước thải ở nhà máy sản xuất dược phẩm
byXíu Tiny
 
Dịch vụ kêu gọi đầu tư | Dịch Vụ Lập Dự Án Đầu Tư - duanviet.com.vn | 0918755356
byCông Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt
 
Dịch vụ tư vấn Giám sát đầu tư | Dịch Vụ Lập Dự Án Đầu Tư - duanviet.com.vn |...
byCông Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt
 
Hồ sợ năng lực Công Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt | Dịch Vụ Lập Dự Án ...
byCông Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt
 
Lập báo cáo Đánh giá Tác Động Môi trường ĐTM | Dịch Vụ Lập Dự Án Đầu Tư - du...
byCông Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt
 
Dịch vụ lập dự án nông nghiệp, trang trại | Dịch Vụ Lập Dự Án Đầu Tư - duanvi...
byCông Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt
 
Tư Vấn Quản Lý Xây Dựng và Giám sát Thi Công | Dịch vụ lập dự án đầu tư - dua...
byCông Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt
 
Dịch vụ Tư Vấn Môi Trường ĐTM, xử lý nước thải | Dịch Vụ Lập Dự Án Đầu Tư - d...
byCông Ty Cổ Phần Tư Vấn Đầu Tư Dự Án Việt
 
Hô sơ năng lực công ty cổ phần tư vấn đầu tư dự án việt - Duanviet.com.vn - 0...
byCông ty cổ phần tư vấn đầu tư Dự án Việt
 
Dịch vụ tư vấn đầu tư, tư vấn giám sát - Duanviet.com.vn - 0839106009 - 09187...
byCông ty cổ phần tư vấn đầu tư Dự án Việt
 
Dịch vụ tư vấn môi trường (đtm), xử lý nước thải - Duanviet.com.vn - 08391060...
byCông ty cổ phần tư vấn đầu tư Dự án Việt
 
Dịch vụ lập dự án nông nghiệp, trang trại - Duanviet.com.vn - 0839106009 - 09...
byCông ty cổ phần tư vấn đầu tư Dự án Việt
 
Tư vấn quản lý xây dựng, giám sát thi công công trình - Duanviet.com.vn - 083...
byCông ty cổ phần tư vấn đầu tư Dự án Việt
 
Lập báo cáo đánh giá tác động môi trường(đtm) - Duanviet.com.vn - 0839106009 ...
byCông ty cổ phần tư vấn đầu tư Dự án Việt
 
Dịch vụ lập dự án đầu tư, kêu gọi đầu tư- Duanviet.com.vn - 0839106009 - 0918...
byCông ty cổ phần tư vấn đầu tư Dự án Việt
 
Luận văn: Công nghệ xử lý nước thải cho các khu công nghiệp
byDịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864
 

More from Nhuoc Tran

PDF
Một số lưu ý thực hiện sản xuất sạch hơn.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Đánh giá vòng đời sản phẩm.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Sử dụng hiệu quả năng lượng trong sản xuất sạch hơn.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Phương pháp và kỹ thuật thực hiện sản xuất sạch hơn.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Tổng quan sản xuất sạch hơn.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Bài tập _ Hướng dẫn đánh giá rủi ro.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Đánh giá khía cạnh môi trường.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Đánh giá rủi ro môi trường, an toàn, và sức khỏe.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Phương pháp trọng số.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Thi thử EHS.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Xử lý nước thải bằng phương pháp vật lý, cơ học.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Xử lý Nito và Photpho trong nước thải.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Hướng dẫn xử lý nước thải.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học và hóa lý.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Hoạt động bảo vệ môi trường xây dựng.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Suy thoái và ô nhiễm đất.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Quản lý và kiểm soát bảo vệ môi trường 2.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Quản lý và kiểm soát bảo vệ môi trường 1.pdf
byNhuoc Tran
 
PDF
Investigation of Nitrogen and Phosphorus recovery from swine wastewater by st...
byNhuoc Tran
 
PDF
Nghiên cứu ứng dụng sản phẩm Bakture (Back to nature) xử lý nước mặt bị ô nhiễm
byNhuoc Tran
 
Một số lưu ý thực hiện sản xuất sạch hơn.pdf
byNhuoc Tran
 
Đánh giá vòng đời sản phẩm.pdf
byNhuoc Tran
 
Sử dụng hiệu quả năng lượng trong sản xuất sạch hơn.pdf
byNhuoc Tran
 
Phương pháp và kỹ thuật thực hiện sản xuất sạch hơn.pdf
byNhuoc Tran
 
Tổng quan sản xuất sạch hơn.pdf
byNhuoc Tran
 
Bài tập _ Hướng dẫn đánh giá rủi ro.pdf
byNhuoc Tran
 
Đánh giá khía cạnh môi trường.pdf
byNhuoc Tran
 
Đánh giá rủi ro môi trường, an toàn, và sức khỏe.pdf
byNhuoc Tran
 
Phương pháp trọng số.pdf
byNhuoc Tran
 
Thi thử EHS.pdf
byNhuoc Tran
 
Xử lý nước thải bằng phương pháp vật lý, cơ học.pdf
byNhuoc Tran
 
Xử lý Nito và Photpho trong nước thải.pdf
byNhuoc Tran
 
Hướng dẫn xử lý nước thải.pdf
byNhuoc Tran
 
Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học và hóa lý.pdf
byNhuoc Tran
 
Hoạt động bảo vệ môi trường xây dựng.pdf
byNhuoc Tran
 
Suy thoái và ô nhiễm đất.pdf
byNhuoc Tran
 
Quản lý và kiểm soát bảo vệ môi trường 2.pdf
byNhuoc Tran
 
Quản lý và kiểm soát bảo vệ môi trường 1.pdf
byNhuoc Tran
 
Investigation of Nitrogen and Phosphorus recovery from swine wastewater by st...
byNhuoc Tran
 
Nghiên cứu ứng dụng sản phẩm Bakture (Back to nature) xử lý nước mặt bị ô nhiễm
byNhuoc Tran
 

Bài giảng Xử lý nước thải công nghiệp

  • 1.
    BỘ GIÁO DỤCVÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BÀI GIẢNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP (Lưu hành nội bộ) ThS. Nguyễn Minh Kỳ Tp. HCM, 7/2016
  • 3.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp i ThS. Nguyễn Minh Kỳ Mục lục Mở đầu...................................................................................................................................................iii Mục tiêu .................................................................................................................................................iv Thuật ngữ viết tắt.................................................................................................................................... v Danh mục các hình, biểu bảng..............................................................................................................vii CHƯƠNG 1 ............................................................................................................................................ 1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI........................................................................... 1 1.1. Tổng quan tài nguyên nước.......................................................................................................... 1 1.1.1. Chu trình nước trong tự nhiên............................................................................................... 1 1.1.2. Vai trò của nước đối với đời sống, sinh hoạt, sản xuất......................................................... 1 1.1.3. Tài nguyên nước trên thế giới............................................................................................... 1 1.1.4. Tài nguyên nước của Việt Nam ............................................................................................ 2 1.2. Tiêu chuẩn cấp nước.................................................................................................................... 2 1.3. Ô nhiễm môi trường nước và phân loại ....................................................................................... 3 1.4. Quan trắc và giám sát chất lượng nước........................................................................................ 4 1.5. Nguồn và tác nhân gây ô nhiễm nước.......................................................................................... 4 1.6. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước............................................................................................... 9 1.7. Hậu quả ô nhiễm nước............................................................................................................... 10 1.8. Quy chuẩn kỹ thuật chất lượng nước......................................................................................... 13 1.9. Ô nhiễm môi trường nước trong công nghiệp............................................................................ 13 1.10. Kiểm soát ô nhiễm nước .......................................................................................................... 13 1.11. Đo lưu lượng, lấy mẫu và phân tích nước thải......................................................................... 15 1.12. Cơ sở lựa chọn giải pháp xử lý nước thải ................................................................................ 16 1.13. Khái quát về các hệ thống xử lý nước thải............................................................................... 20 CHƯƠNG 2 .......................................................................................................................................... 22 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC.................................................................. 22 2.1. Song chắn rác............................................................................................................................. 22 2.2. Bể lắng ....................................................................................................................................... 25 2.3. Phân tách dầu............................................................................................................................. 32 2.4. Bể lọc (Filtration)....................................................................................................................... 33 2.5. Bể điều hoà ................................................................................................................................ 35 CHƯƠNG 3.. ........................................................................................................................................ 29 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ........................................ 37 3.1. Trung hòa................................................................................................................................... 37 3.2. Keo tụ - tạo bông (Coagulation – Flocculation)......................................................................... 39 3.3. Kết tủa........................................................................................................................................ 42 3.4. Hấp thụ....................................................................................................................................... 42 3.5. Hấp phụ...................................................................................................................................... 43 3.6. Phương pháp oxy hóa................................................................................................................. 49 3.7. Trao đổi ion................................................................................................................................ 51 3.8. Tuyển nổi (Flotation) ................................................................................................................. 56 3.9. Khử trùng................................................................................................................................... 62 3.10. Phương pháp điện hóa.............................................................................................................. 63 3.11. Màng lọc .................................................................................................................................. 64 3.12. Oxy hóa nâng cao AOPs (Advanced Oxidation Process) ........................................................ 77 CHƯƠNG 4 .......................................................................................................................................... 98 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC .............................................................. 98 4.1. Tổng quan vi sinh vật trong hệ thống xử lý nước thải sinh học................................................. 98 4.2. Động học quá trình phát triển vi sinh vật và quá trình oxy hóa sinh hóa................................... 99 4.3. Phương pháp hiếu khí (Aerobic).............................................................................................. 100 4.3.1. Khái quát........................................................................................................................... 100 4.3.2. Aerotank (Quá trình bùn hoạt tính)................................................................................... 101 4.3.3. Ổn định tiếp xúc................................................................................................................ 108 4.3.4. Mương oxy hóa................................................................................................................. 109
  • 4.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp ii ThS. Nguyễn Minh Kỳ 4.3.5. Đĩa quay sinh học (Rotating biological contactor) ........................................................... 111 4.3.7. Hiếu khí mở rộng (Extended Aeration)............................................................................. 114 4.3.8. Bùn hoạt tính Step feed..................................................................................................... 114 4.3.9. Lọc nhỏ giọt (trickling filter) ........................................................................................... 115 4.3.10. Bể phản ứng lọc màng sinh học (MBR).......................................................................... 122 4.4. Phương pháp thiếu khí (Anoxic).............................................................................................. 124 4.4.1. Khái quát........................................................................................................................... 124 4.4.2. Bể Anoxic ......................................................................................................................... 124 4.5. Phương pháp kỵ khí (Anaerobic)............................................................................................. 125 4.5.1. Khái quát........................................................................................................................... 125 4.5.2. Quá trình phân hủy trong bể kỵ khí .................................................................................. 128 4.5.3. Yếu tố ảnh hưởng.............................................................................................................. 130 4.5.4. Thuận lợi và khó khăn của phương pháp kỵ khí............................................................... 131 4.5.5. Điều kiện quan trọng để xử lý kỵ khí hiệu quả................................................................. 133 4.5.6. Một số quá trình kỵ khí..................................................................................................... 133 4.6. Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên................................................................................. 141 4.6.1. Giới thiệu .......................................................................................................................... 141 4.6.2. Ao hồ sinh học .................................................................................................................. 141 4.6.3. Cánh đồng tưới (lọc) và bãi lọc......................................................................................... 144 4.7. Công nghệ Wetland.............................................................................................................. 149 4.8. Một số công nghệ xử lý nước thải hiện đại.......................................................................... 154 CHƯƠNG 5 ........................................................................................................................................ 158 XỬ LÝ NITƠ VÀ PHỐT PHO........................................................................................................... 158 5.1. Khử nitơ................................................................................................................................... 158 5.2. Loại phốt pho........................................................................................................................... 163 CHƯƠNG 6 ........................................................................................................................................ 167 XỬ LÝ BÙN CẶN ............................................................................................................................. 167 6.1. Khái quát.................................................................................................................................. 167 6.2. Nguồn gốc phát sinh và đặc điểm............................................................................................ 168 6.3. Công nghệ xử lý bùn................................................................................................................ 168 CHƯƠNG 7 ........................................................................................................................................ 175 HƯỚNG DẪN XỬ LÝ NƯỚC THẢI MỘT SỐ NGÀNH NGHỀ CÔNG NGHIỆP......................... 175 7.1. Công nghiệp nước giải khát..................................................................................................... 175 7.2. Công nghiệp chế biến thực phẩm............................................................................................. 177 7.3. Công nghiệp dệt nhuộm........................................................................................................... 179 7.4. Công nghiệp thuộc da .............................................................................................................. 181 7.5. Công nghiệp hóa chất BVTV và phân bón.............................................................................. 183 7.6. Công nghiệp luyện kim và dầu mỏ .......................................................................................... 185 7.7. Công nghiệp sản xuất giấy....................................................................................................... 188 7.8. Công nghiệp sản xuất mía đường ............................................................................................ 189 7.9. Công nghiệp chế biến cao su ................................................................................................... 191 7.10. Xử lý nước thải bệnh viện, trung tâm dịch vụ y tế................................................................. 193
  • 5.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp iii ThS. Nguyễn Minh Kỳ Mở đầu Trong xu thế phát triển của nhân loại, các hoạt động kinh tế - xã hội là nhu cầu tất yếu và cũng là động lực thúc đẩy tiến bộ. Tuy vậy, mặt trái các quá trình đó sẽ tạo ra các dòng chất thải, nhất là nước thải công nghiệp và gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe. Nhằm mục đích cung cấp cho sinh viên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường những kiến thức, kỹ năng cơ bản về các quá trình xử lý nước thải nên tập tài liệu nhỏ được ra đời trên cơ sở tham khảo các tài liệu của các đồng nghiệp trong và người trường. Trong đó, bao gồm các nội dung từ tổng quan về nước thải cho tới các phương pháp xử lý nước thải bằng cơ học, hóa lý, hóa học và sinh học. Ngoài ra, còn đề cập đến quá trình nâng cao xử lý các chất dinh dưỡng nitơ, phốt pho cũng như giải pháp loại bỏ bùn thải và giới thiệu một số nghiên cứu điển hình xử lý nước thải công nghiệp. Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng không thể tránh được sai sót, rất mong nhận được sự quan tâm của độc giả để tài liệu nhỏ được hoàn thiện hơn thời gian tới. Tác giả
  • 6.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp iv ThS. Nguyễn Minh Kỳ Mục tiêu - Cung cấp những kiến thức cơ bản về nguyên tắc cấu tạo, nguyên lý hoạt động và tính toán thiết kế các biện pháp xử lý nước thải công nghiệp. - Có khả năng nhận diện, thiết kế một số công trình xử lý nước thải các ngành nghề công nghiệp cơ bản. - Hiểu biết ứng dụng cách thức quản lý và vận hành hệ thống xử lý nước thải nói chung và nước thải công nghiệp nói riêng.
  • 7.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp v ThS. Nguyễn Minh Kỳ Thuật ngữ viết tắt Aerotank: Quá trình bùn hoạt tính ACP: Bể tiếp xúc kỵ khí AF: Lọc kỵ khí AF: Anaerobic filter - Lọc kỵ khí AOPs: Advanced Oxidation Process – Oxy hóa nâng cao atm: An atmosphere BOD: Nhu cầu oxy sinh hóa COD: Nhu cầu oxy hóa học CT: Concentration-Time (mg*min/L) DO: Oxy hòa tan Fluidized bed reactor: Lò phản ứng tầng sôi F/M: Cơ chất/vi sinh vật h+ : Electron Hole hv: Photon Energy HCBVTV: Hóa chất bảo vệ thực vật HRT: Thời gian lưu thủy lực (Hydraulic Retention Time) Kgf: kilogram-force LASER: Ánh sáng khuếch đại bởi kích thích phát ra bức xạ (sự kích thích tăng cường bức xạ quang học) MBR: Bể phản ứng lọc màng sinh học MF: Vi lọc MeV: Megaelectron-volts MLSS: Chất rắn lơ lửng trộn lẫn chất lỏng (Mixed Liquor Suspended Solids) MLVSS: Chất rắn lơ lửng bay hơi trộn lẫn chất lỏng (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids) NB: nano-bubble NF: Nanofiltration - Lọc nano OLR: Tải trọng hữu cơ (Organic Loading Rate) PCPs: Polychlorophenol PCBs: Polychlorobiphenyl PAHs: Polycyclic Aromatic Hydrocarbon - Hydrocarbon thơm đa vòng Psi: Pound per square inch
  • 8.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp vi ThS. Nguyễn Minh Kỳ RBC: Rotating biological contactor - Đĩa quay sinh học RO: Reverse Osmosis - Lọc thẩm thấu ngược SBR: Sequencing batch reactor - Bể phản ứng theo mẻ SRT: Thời gian lưu bùn (Solids Retention Time) SS: Chất rắn lơ lửng SVI: Chỉ số thể tích bùn UF: Siêu lọc UASB: Upflow anaerobic sludge blanket – Lọc ngược qua tầng bùn kỵ khí VFA: Axit béo dễ bay hơi
  • 9.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp vii ThS. Nguyễn Minh Kỳ Danh mục các hình, biểu bảng Bảng 1.1. Tiêu chuẩn thiết kế cấp nước Việt Nam Bảng 1.2. Đặc điểm một số nước thải công nghiệp Bảng 1.3. Standard quality of industrial water Bảng 1.4. Typical auto water analyzers Bảng 1.5. Typical wastewater treatment processes and removal method Bảng 1.6. Phương pháp xử lý nước thải (chất ô nhiễm) Bảng 1.7. Phương pháp xử lý nước thải (bậc) Bảng 3.1. Mối quan hệ giữa kích thước hạt và thời gian lắng Bảng 3.2. Oxidation potential of most commonly reagents used in wastewater treatment Bảng 3.3. Đặc điểm các quá trình lọc màng Bảng 3.4. Mức độ nâng lực oxy hóa của các tác nhân (so với oxy) Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật thiết kế các loại bể lọc nhỏ giọt Bảng 4.2. So sánh phương pháp xử lý kỵ khí với hiếu khí Bảng 4.3. Một số nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp bằng lọc kỵ khí Bảng 4.4. Một số nghiên cứu xử lý nước thải bằng công nghệ UASB Bảng 4.5. Activated sludge process with membrane separator instead for settling tank Bảng 4.6. Comparisons of decolorizing methods Bảng 5.1. Typical phosphorous removal processes Bảng 5.2. Aluminum sulfate requirement for P removal Bảng 6.1. Chất tạo bông tách nước bùn thải Bảng 6.2. Đặc điểm các kiểu tách nước bùn thải Bảng 7.1a. Properties of carbonated drink Bảng 7.1b. Wastewater properties in carbonated drink factories Bảng 7.2. Nguồn gốc và tính chất nước thải Bảng 7.3. Rubber wastewater characteristics in Sri Lanka Hình 1.1. Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên Hình 1.2. Sự phân bổ nước trên Trái đất Hình 1.3. Criteria vs. Standards of water Hình 1.4. Hệ thống xử lý nước thải tiêu biểu Hình 1.5. Đặc điểm nước thải và phương pháp xử lý Hình 1.6. Classification of Wastewater Treatments Processes Hình 2.1. Song chắn rác lớn
  • 10.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp viii ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 2.2. Bể lắng sơ cấp Hình 2.3a. Tấm lắng lamella Hình 2.3b. Cơ chế/nguyên lý hoạt động Hình 2.4. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bể lắng lamella Hình 2.5. Lamella Inclined Plate Clarifier Hình 2.6. Tính toán bể tách dầu Hình 2.7. Sơ đồ bể lọc nhanh Hình 2.8. Sơ đồ bể lọc chậm Hình 2.9. Sơ đồ bố trí bể điều hòa Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo bể trung hòa Hình 3.2. Bể keo tụ - tạo bông Hình 3.3. Wastewater electrocoagulation principle Hình 3.4. Example of Heavy Metal Removal Hình 3.5. Physical adsorption and chemical adsorption Hình 3.6. Biểu diễn quá trình hấp phụ Hình 3.7. Activated Carbon Basics Hình 3.8. Cơ chế hấp phụ chất bẩn trong lọc nước Hình 3.9. Những ứng dụng than hoạt tính Hình 3.10. Cơ chế hoạt động của than hoạt tính Hình 3.11. Cấu trúc Zeolit ((a) zeolite A (3D, 4.2 Å); (b) zeolite Y (3D, 7.4 Å); (c) Zeolite L (1D, 7.1 Å); (d) ZSM-5) Hình 3.12. Zeolite Process of Water Softening Hình 3.13. A comparison between absorption (hấp thụ) and adsorption (hấp phụ) Hình 3.14. Example of Organic Chemical Removal Hình 3.15. Ion Exchange Treatment Process Hình 3.16. Ion Exchange (khử khoáng) Hình 3.17. Quá trình làm mềm nước cứng Hình 3.18. Hạt trao đổi ion zeolite Hình 3.19. Hạt trao đổi ion nhựa tổng hợp Hình 3.20. Ion-exchange resin Hình 3.21. Ứng dụng khử độ cứng trong nước Hình 3.22. Khử Na+ bằng phương pháp trao đổi ion (H+ Form Cation Resin; Na+ Removal) Hình 3.23. A typical flotation system
  • 11.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp ix ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.24. Bên trong hệ tuyển nổi Hình 3.25. Sơ đồ xử lý nước thải áp dụng phương pháp tuyển nổi Hình 3.26. Design of Flotation Systems Hình 3.27. Sơ đồ tuyển nổi khí hòa tan Hình 3.28. DAF Flow Diagram Hình 3.29. Công nghệ bể tuyển nổi Hình 3.30. Phân tách nhiễm bẩn dầu Hình 3.31. Nguyên lý phương pháp điện hóa Hình 3.32. Ưu điểm công nghệ điện hóa Hình 3.33. Quá trình điện hóa hóa học Hình 3.34. Electrochemical arsenic removal process Hình 3.35. Nguyên tắc lọc màng Hình 3.36. Sơ đồ mô tả yếu tố xác định hiệu quả màng Hình 3.37. Đặc điểm các loại màng lọc Hình 3.38. Màng vi lọc Hình 3.39. Màng siêu lọc Hình 3.40. Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động Hình 3.41. How Ultrafiltration membranes work Hình 3.42. Nguyên tắc hoạt động Hình 3.43. Hệ thống màng lọc nano Hình 3.44. Ứng dụng lọc nước biển Hình 3.45. Màng lọc RO Hình 3.46. Spiral wound (like a rolled up newspaper) Hình 3.47. Hollow fibers Hình 3.48. Quá trình Fenton Hình 3.49. Công thức O3 và H2O2 Hình 3.50. Ozone Decomposition Process by Hydroperoxide Ions Hình 3.51. Conventional Water Treatment without O3/H2O2 Process Hình 3.52. Typical Water Treatment with O3/H2O2 Process Hình 3.53. Process Flow Diagram in Metropolitan Water District of Southern California Hình 3.54. Typical Physical-Chemical Treatment Plant Hình 3.55. Example of Physical-Chemical Wastewater Treatment Process Hình 3.56. Phases of matter
  • 12.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp x ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.57. Phương pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu Hình 3.58. Flow chart of sonochemical synthesis of iron oxide Hình 3.59. Properties of Nano Fe Hình 3.60. Types of Nanoparticles Hình 3.61. Schematic diagram showing macro, micro and nanobubbles Hình 3.62. Cell-level biological treatment using Micro/Nano-bubbles Hình 3.63. Gaseous-affinity separation using Micro/Nano-bubbles Hình 3.64. Nano-bubble working principal Hình 3.65. Schematic diagram of a Nano-bubble system Hình 3.66. The deference of size between MB and NB Hình 3.67. The deference of life time between MB and NB Hình 3.68. Normal ozone water vs. Ozone nano-bubble Hình 4.1. Sơ đồ bùn hoạt tính Hình 4.2. Sơ đồ quá trình ổn định tiếp xúc Hình 4.3. Sơ đồ cấu tạo mương oxy hóa Hình 4.4. Mô tả minh họa hoạt động mương oxy hóa Hình 4.5. Sơ đồ cấu tạo đĩa quay sinh học Hình 4.6. Sơ đồ hoạt động bể SBR theo các pha vận hành Hình 4.7. Step-Feed activated Sludge Pracess Hình 4.8. Overview of the step-feed denitrification process Hình 4.9. Schematic Flow of Step-feed Anoxic/Aerobic Activated Sludge Process Hình 4.10. Màng sinh học xử lý nước thải Hình 4.11. Sơ đồ cấu tạo bể lọc nhỏ giọt Hình 4.12. Lọc nhỏ giọt tốc độ cao Hình 4.13. Sơ đồ vị trí bể lọc nhỏ giọt trong HTXLNT Hình 4.14. Lịch sử phát triển công nghệ xử lý kỵ khí Hình 4.15. Cấu tạo bể kỵ khí Hình 4.16. Ảnh hưởng của nhiệt độ Hình 4.17. Ảnh hưởng pH Hình 4.18. Quá trình phân hủy trong bể kỵ khí Hình 4.19. Quá trình phân hủy kỵ khí Hình 4.20. Sơ đồ bể tiếp xúc kỵ khí Hình 4.21. Cấu tạo chi tiết lọc kỵ khí
  • 13.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp xi ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.22. Sơ đồ cấu tạo lọc kỵ khí Hình 4.23. Sơ đồ cấu tạo UASB Hình 4.24. Sơ đồ cấu tạo bể phản ứng SGBR Hình 4.25. Ao hồ sinh học Hình 4.26. Nhận thức về xử lý nước thải bằng ao hồ sinh học Hình 4.27. Cơ chế ao hồ tùy nghi Hình 4.28. Cánh đồng lọc chậm qua đất Hình 4.29. Cánh đồng thấm nhanh qua đất Hình 4.30. Cánh đồng lọc bằng chảy tràn mặt Hình 4.31. Bãi lọc xử lý nước thải Hình 4.32. Sơ đồ cấu tạo cánh đồng tưới và bãi lọc Hình 4.33. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống Wetland Hình 4.34. Mô hình chảy ngang Hình 4.35. Mô hình wetland chảy đứng Hình 4.36. Thực vật ngập trong nước Hình 4.37. Ví dụ ứng dụng cỏ vetiver xử lý nước thải Hình 4.38. Ứng dụng Horizontal Flow Hình 4.39. Hybrid activated sludge process combined with membrane separator Hình 5.1. Biological Nutrient Removal Processes Hình 5.2. Quá trình khử nitơ một pha Hình 5.3. Quá trình khử nitơ hai pha Hình 5.4. Quá trình Ludzack–Ettinger Hình 5.5. Quá trình MLE Hình 5.6. Quá trình bể phản ứng theo mẻ Hình 5.7. Bardenpho 4 giai đoạn Hình 5.8. Mương oxy hóa Hình 5.9. Anoxic Step Feed Hình 5.10. Công nghệ khử nitơ bằng hóa lý Hình 5.11. Basic process in biological phosphorous removal (AO process) Hình 5.12. Biological denitrification-phosphorous removal process (A2O) Hình 5.13. Single phase sludge process-circulating denitrification phosphorous removal process Hình 5.14. Phosphorous removal by phostripping process
  • 14.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp xii ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 5.15. Cơ chế đơn giản hóa cho phốt pho thoát ra và hấp thu ATP Hình 6.1. Belt press dehydrator Hình 6.2. Centrifuge dehydrator Hình 6.3. Filter press dehydrator Hình 6.4. Vacuum filter dehydrator Hình 6.5. Screw press dehydrator Hình 6.6. Rotary dryer Hình 6.7. Multi-stage vertical dryer Hình 6.8. Thiết bị composting Hình 6.9. Sludge reduction process by thermophilic bacteria Hình 6.10. Sludge reduction process by ozone Hình 7.1. Carbonated beverage manufacturing process and wastewater Hình 7.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia truyền thống Hình 7.3. Sơ đồ công nghệ kết hợp xử lý nước thải sản xuất bia Hình 7.4. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất một số loại thực phẩm Hình 7.5. Various steps involved in processing textile in a cotton mill Hình 7.6. Hybrid Biogranule System Hình 7.7. Quy trình công nghệ thuộc da Hình 7.8. Quy trình công nghệ xử lý nước thải thuộc da hiệu quả Hình 7.9. Phosphor fertilizer manufacturing process Hình 7.10. Treatment technology - A phosphoric acid plant Hình 7.11. Refinery water balance Hình 7.12. Refinery flow diagram Hình 7.13. Thiết bị phân tách dầu Hình 7.14. Gas floatation cell Hình 7.15. Petroleum Reserve’s bio-treatment process Hình 7.16. Flow Diagram for Sugar Manufacturing Process Hình 7.17. Steps of rubber production processes
  • 15.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 1 ThS. Nguyễn Minh Kỳ CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1. Tổng quan tài nguyên nước 1.1.1. Chu trình nước trong tự nhiên  Nước tồn tại dưới các dạng: rắn, lỏng và hơi  được tuần hoàn thông qua vòng tuần hoàn nước.  Nước: không màu, không mùi, không vị. Hình 1.1. Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên 1.1.2. Vai trò của nước đối với đời sống, sinh hoạt, sản xuất  Chiếm 75% cơ thể con người  Được ví như là « chất dinh dưỡng » quan trọng nhất  Phục vụ hoạt động sống thường ngày  Đảm bảo nhu cầu sản xuất, vận hành các hoạt động kinh tế- xã hội  An ninh và xung đột về nước 1.1.3. Tài nguyên nước trên thế giới
  • 16.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 2 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 1.2. Sự phân bổ nước trên Trái đất  Phân bố không đồng đều về không gian và thời gian  Nguồn nước ngọt sử dụng được chiếm tỷ lệ rất nhỏ 1.1.4. Tài nguyên nước của Việt Nam  Khá phong phú nhưng phân bố không đều về mặt lãnh thổ và theo mùa  Tình trạng nhiễm bẩn nhiều lưu vực sông  Các dòng chảy lớn chủ yếu bắt nguồn từ bên ngoài lãnh thổ Việt Nam 1.2. Tiêu chuẩn cấp nước  Phụ thuộc vào khu vực: o Đô thị và nông thôn o Nước phát triển, đang phát triển  Theo MetCalf và Eddy: Q thải = 80-130% Q cấp Bảng 1.1. Tiêu chuẩn thiết kế cấp nước Việt Nam (Nguồn: Bộ Xây dựng)
  • 17.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 3 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 1.3. Ô nhiễm môi trường nước và phân loại 1.3.1. Nước thải  Nước thải: Nước đã qua sử dụng được thải ra từ hộ gia đình, cộng đồng, nông trại hay nhà máy công nghiệp, có chứa chất hòa tan hay lơ lửng.  Nước thải công nghiệp: Là loại nước thải trong các nhà máy sản xuất quy mô công nghiệp. 1.3.2. Phân loại nước thải  Nước thải sinh hoạt: Khu vực dân cư, từ các hoạt động sinh hoạt và văn phòng  Thành phần nước thải sinh hoạt = hữu cơ + vô cơ. Bao gồm: cặn lắng, không lắng, hòa tan.  Đặc trưng nước thải sinh hoạt: SS, BOD5, COD, NH4+, P2O5, Cl-, vi sinh vật (Total coliform, fecal coliform)  Nước thải sản xuất: Khu vực sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp. Bảng 1.2. Đặc điểm một số nước thải công nghiệp Công nghiệp BOD, mg/l COD, mg/l SS, mg/l pH Bia 850 17.000 90 4-6 Đồ hộp (cam quýt) 2.000 - 7.000 axit Bơ sữa 600-1.000 2.000-4.000 200-400 axit Sản xuất khoai tây 2.000 3.500 2.500 11-13 Đường (củ cải đường) 450-2.000 600-3.000 800-1.000 7-8 Giết mổ gia súc 1.500-2.500 4.000-6.000 800 7 Lên men, ủ chua 50.000 70.000- 80.000 Thấp axit  Nước chảy tràn: Chảy tràn đô thị và chảy tràn nông nghiệp. Đặc điểm nước thải công nghiệp nhiễm axit  Công nghiệp nhẹ  Công nghiệp vật liệu  Công nghiệp hóa chất  Công nghệ cán thép  Sản xuất thuốc nhuộm
  • 18.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 4 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Thuốc trừ sâu, dược phẩm  Chứa axit sunfuric, axit clohydric… Nước thải: Chứa các tạp chất hữu cơ như protein (đạm), HC (tinh bột), chất béo (lipit ~ dầu mỡ động thực vật)… Chất rắn: Chứa chất vô cơ như cát, muối, kim loại. Chất rắn trong nước thải gồm chất rắn hòa tan, chất rắn keo, chất rắn lơ lửng. TS = TDS + SS. Tác nhân trong nguồn nước thải: - Các chất trôi nổi, dầu, mỡ: gạn, lọc, tuyển nổi - Vi khuẩn: nhiệt, uv, ozon,.. - Kim loại: kết tủa, keo tụ, hấp phụ, hấp thụ - Chất hữu cơ: phân hủy, chuyển hóa - Hydrate carbon: phân hủy thành axit hữu cơ, CO2 - Hợp chất nitơ: NO3-, NO2-, NH4+/NH3, org-N 1.3.3. Ô nhiễm môi trường nước Theo Hiến chương châu Âu, “Sự ô nhiễm nước là một biến đổi chủ yếu do con người gây ra đối với chất lượng nước, làm ô nhiễm nước và gây nguy hại cho việc sử dụng, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi-giải trí, cho động vật nuôi cũng như các loài hoang dại”. Theo như quan điểm truyền thống ở Việt Nam: “Ô nhiễm nước là hiện tượng thay đổi xấu về chất lượng nước do trong nước có chứa quá mức các thành phần vật chất, các chất độc hại và các vi khuẩn, vi sinh vật gây bệnh đã làm giảm giá trị sử dụng của nước, ảnh hưởng xấu tới sự tồn tại và phát triển của các sinh vật cũng như tới sức khoẻ của con người“. Như vậy, có thể hiểu ô nhiễm nước là sự làm thay đổi thành phần và tính chất của nước gây ảnh hưởng đến hoạt động sống bình thường của con người và sinh vật. 1.4. Quan trắc và giám sát chất lượng nước  Giám sát nền  Giám sát đánh giá hoạt động sản xuất (giám sát tác động)  Giám sát khác (tuân thủ và xu hướng) Gần 90% nguồn nước cấp và sử dụng trong công nghiệp  thải ra môi trường. 1.5. Nguồn và tác nhân gây ô nhiễm nước 1.5.1. Nguồn gốc ô nhiễm nước 1.5.1.1. Nguồn gốc tự nhiên
  • 19.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 5 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên là do mưa, nhiễm mặn, nhiễm phèn, lũ lụt,… Nước mưa rơi xuống mặt đất, mái nhà, đường phố đô thị, khu công nghiệp, kéo theo các chất bẩn xuống sông, hồ hoặc các sản phẩm của hoạt động sống của sinh vật, vi sinh vật kể cả các xác chết của chúng. Sự ô nhiễm này còn được gọi là ô nhiễm không xác định được nguồn. 1.5.1.2. Nguồn gốc nhân tạo Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo chủ yếu do xả nước thải từ các khu dân cư, khu công nghiệp, hoạt động giao thông vận tải, hóa chất bảo vệ thực vật (thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ) và phân bón trong nông nghiệp,… vào môi trường nước. Thực tế, nguồn gây ô nhiễm nước chủ yếu gắn liền với các hoạt động của con người. Dưới đây là các nguồn gây ô nhiễm nước chủ yếu có nguồn gốc liên quan đến các hoạt động của con người: a. Nguồn ô nhiễm do sinh hoạt Các khu vực đô thị, các vùng tập trung đông dân cư có dân số và mật độ dân cư rất cao so với các vùng khác, nên hàng ngày cũng thải ra môi trường một lượng rất lớn rác thải rắn và nước thải sinh hoạt. Nước thải sinh hoạt chứa một lượng các chất vô cơ, chất hữu cơ có nguồn gốc động thực vật và các mầm vi khuẩn gây bệnh. Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nguồn nước bị ô nhiễm làm suy giảm lượng hàm lượng oxy hoà tan trong nước dẫn đến những hậu quả xấu cho hệ sinh thái nước. Ngoài ra, việc xả thải nguồn nước thải từ hệ thống cơ sở y tế ở các đô thị là nguyên nhân làm lây lan dịch bệnh và ảnh hưởng tới sức khoẻ cộng đồng. b. Nguồn ô nhiễm do nông nghiệp Trong các hoạt động sản xuất nông nghiệp có thể gây ô nhiễm nước như: - Nước thải của chuồng trại chăn nuôi, nước chảy tràn trên bề mặt cuốn theo nhiều chất thải gia súc gia cầm là nguyên nhân làm ô nhiễm nguồn nước. - Việc sử dụng quá mức các loại phân bón để tăng năng suất cây trồng trong nông nghiệp nên dư lượng phân bón này ảnh hưởng xấu đến nguồn nước. Ngoài ra, phân bón hoá học chứa nhiều chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho. Chính vì vậy, làm phát sinh hiện tượng phú dưỡng nguồn nước ở các con sông, ao, hồ,.... Hậu quả của quá trình phát triển mạnh mẽ các loài rong tảo là sự phân hủy chúng gây mùi khó chịu, mất mỹ quan đô thị, tăng độc tố trong nguồn nước, giảm hàm lượng oxy hòa tan, ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc khai thác và sử dụng nguồn nước. - Dư lượng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, hóa chất kích thích sinh trưởng được sử dụng trong nông nghiệp không chỉ ảnh hưởng đến nông sản, nguồn nước mặt mà còn
  • 20.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 6 ThS. Nguyễn Minh Kỳ tích lũy, di chuyển vào các tầng đất, mạch nước ngầm thông qua đó gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và môi trường. c. Nguồn ô nhiễm do công nghiệp Ô nhiễm chủ yếu là do các rác thải và nước thải công nghiệp bằng nhiều con đường khác nhau tập trung hoặc chảy vào sông, hồ, biển hoặc thấm xuống tầng chứa nước ngầm. Tuỳ theo từng ngành công nghiệp mà các nước thải công nghiệp có thành phần và đặc tính khác nhau. Nước thải của các ngành công nghiệp thực phẩm, thí dụ như nước thải các ngành công nghiệp chế biến lương thực, sản xuất sữa, công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy, công nghiệp dệt... thường có thành phần tương tự như nước thải sinh hoạt với đặc điểm chứa nhiều chất ô nhiễm hữu cơ, khi xả vào nguồn nước sẽ tiêu hao lớn lượng oxy hoà tan trong nước do quá trình phân huỷ sinh học. Đối với các nguồn nước thải công nghiệp của nhiều ngành sản xuất khác, thí dụ như nước thải của các nhà máy hoá chất, nhà máy luyện kim, các xí nghiệp mạ điện... có nhiều hoá chất độc hại, các kim loại nặng, khi xả vào môi trường nước nhiều chất khó bị phân huỷ, gây độc đối với các loài sinh vật trong nước. Nhiều chất ô nhiễm trong đó có các kim loại nặng có khả năng tích tụ sinh học qua dây chuyền thức ăn, ảnh hưởng đến các loài thuỷ sinh và đến đa dạng sinh học của hệ sinh thái. Nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn nước với khối lượng lớn có thể làm thay đổi các tính chất vật lý của nguồn nước như làm thay đổi nhiệt độ nước, làm tăng lượng chất rắn hoà tan, lượng chất rắn lơ lửng, ảnh hưởng đến màu, mùi của nước... Những thay đổi đó làm giảm giá trị sử dụng của nguồn nước, nhất là cho mục đích vui chơi giải trí. Ngoài các nguồn gây ô nhiễm nước chủ yếu nêu trên, các hoạt động phát triển khác cũng gây ô nhiễm nước như hoạt động xây dựng các công trình dân dụng như xây dựng nhà cửa trên các khu đô thị, xây dựng thủy lợi, thủy điện, làm đường giao thông... Các hoạt động làm tăng bùn cát hay độ đục của nước sông ở hạ lưu khu vực xây dựng do tăng lượng đất bị rửa trôi. Dầu mỡ máy móc thi công, các chất thải của khu vực lán trại công nhân cũng góp phần ô nhiễm thủy vực. Vì thế rất biện pháp quản lý chặt chẽ các nguồn thải các công trình để giảm thiểu ô nhiễm nước. d. Nguồn ô nhiễm do hoạt động giao thông Các hoạt động giao thông đường thủy ở hệ thống sông suối, ao hồ hay ở biển và đại dương là nguyên nhân làm ô nhiễm dầu mỡ cho nguồn nước. Các sự cố tai nạn về va chạm, chìm tàu, đặc biệt là các sự cố va chạm, vỡ, chìm tàu chở dầu trên biển và đại dương làm ô nhiễm dầu nghiêm trọng, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, các nguồn tài nguyên sinh học biển,... Hoạt động giao thông đường bộ và đường hàng không cũng góp phần gián tiếp gây ô nhiễm nguồn nước do sự phát thải các khí thải độc hại vào bầu không
  • 21.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 7 ThS. Nguyễn Minh Kỳ khí. Mưa sẽ rửa sạch bầu không khí và kéo các chất bẩn đổ vào hệ thống ao hồ, sông suối... 1.5.2. Tác nhân gây ô nhiễm nước Có thể chia tác nhân gây ô nhiễm nước thành các nhóm cơ bản sau: 1.5.2. 1. Tác nhân hóa lý - Màu sắc: Khi nước chứa các chất rắn lơ lửng, các loại tảo, các chất hữu cơ…nó trở nên kém thấu quang ánh sáng tự nhiên. Từ đó, làm cản trở sự sống của các loài thủy sinh và suy giảm chất lượng môi trường nước. Để đánh giá màu sắc của nước người ta dùng máy đo màu hoặc may đo độ thấu quang của nước. - Mùi và vị: Nước tự nhiên sạch không có mùi và vị. Khi nguồn nước tiếp nhận các sản phẩm phân hủy chất hữu cơ, chất thải công nghiệp, các kim loại thì mùi vị của nước trở nên khó chịu. Thông thường, các chất có mùi bao gồm các chất hữu cơ từ cống rãnh khu dân cư, xí nghiệp chế biến thực phẩm; nước thải công nghiệp, hóa chất; sản phẩm từ sự phân hủy xác động thực vật... Để đánh giá mùi và vị của nước người ta dùng phương pháp pha loãng nhiều lần bằng một lượng nước cất để nó không còn mùi vị nữa. - Độ đục: Nguồn nước tự nhiên thường không có các chất rắn lơ lửng nên trong suốt và không màu. Khi chứa các hạt sét, mùn, vi sinh vật, hạt bụi, các hạt keo, chất kết tủa thì nước trở nên đục. Nước đục ngăn cản sự thấu quang ánh sáng xuống các tầng bên dưới các thủy vực do đo ảnh hưởng đến sự sống các loài thủy sinh. Độ đục được xác định bằng máy đo độ đục hiện trường hoặc phương pháp hóa lý trong phòng thí nghiệm. - Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết của môi trường. Các nguồn nước thải làm mát từ các nhà máy điện, phân xưởng sản xuất công nghiệp làm tăng nhiệt độ của nước. Nhiệt độ cao phá hủy các quá trình sinh, hóa, lý học của hệ sinh thái nước. Để đo nhiệt độ nước có thể dùng các loại nhiệt kế khác nhau hay máy đo nhanh hiện trường đa chỉ tiêu. - Chất rắn lơ lửng (SS): Là nồng độ các hạt chất rắn vô cơ hoặc hữu cơ không tan trong nước (thường có kích thước từ 10-1 đến 10-2 µm như khoáng sét, bụi than, mùn,…). Nồng độ các chất rắn lơ lửng được xác định bằng cách lọc mẫu nước qua giấy lọc tiêu chuẩn; cặn thu được trên giấy lọc sau khi sấy ở nhiệt độ 1050 C đến khi khối lượng không đổi đem cân xác định khối lượng. Đơn vị: mg/L. - Độ cứng: Độ cứng của nước do sự có mặt của các muối Ca và Mg gây ra. Độ cứng tạm thời là do các muối carbonate (CO3 2- ) hoặc bicarbonate (HCO3 - ) của Ca và Mg gây ra. Độ cứng vĩnh cửu của nước là do các muối sunphate (SO4 2- ) hoặc clorua (Cl- ) của Ca và Mg gây ra. Căn cứ vào hàm lượng CaCO3 có thể phân loại nước thành 3 loại: Nước mềm (<60mg/l CaCO3), nước cứng trung bình (60-180mg/l CaCO3) và
  • 22.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 8 ThS. Nguyễn Minh Kỳ nước cứng (>180mg/l CaCO3). Có thể xác định độ cứng của nước bằng phương pháp chuẩn độ. - Độ dẫn điện: Độ dẫn điện của nước liên quan đến sự hiện diện của các ion muối kim loại như NaCl, KCl, Na2SO4, KNO3… trong nước. Tác động ô nhiễm của nước có độ dẫn điện cao thường liên quan tới tính độc hại của các ion hòa tan trong nước. Để xác định có thể sử dụng máy đo điện trở hoặc cường độ dòng diện. - Độ pH: Độ pH của nước được xác định theo công thức pH = -lg[H+]. Đối với nguồn nước tinh khiết có pH = 7, nước có tính axit pH<7 và nguồn nước có tính bazơ pH>7. Độ pH ảnh hưởng đến sự sống các loài thủy sinh. Ví dụ như cá thường không sinh sống được ở môi trường pH<4 hoặc pH>10. Độ pH có thể được xác định bằng phương pháp điện hóa, chuẩn độ hoặc sử dụng các loại thuốc thử khác nhau. - Hàm lượng oxy hòa tan (DO): Hàm lượng oxy hòa tan trong nước có vai trò quan trọng và rất cần thiết cho sự sống của các loài sinh vật ở nước. Oxy hòa tan được khuếch tán từ khí quyển hoặc do sự quang hợp của các loài tảo. Khi hàm lượng oxy hòa tan thấp các loài sinh vật sống trong nước sẽ thiếu oxy, giảm các hoạt động và có thể chết. Việc xác định oxy hòa tan có thể bằng phương pháp Winkler hoặc phương pháp điện cực. - Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): Là lượng oxy cần thiết sử dụng bởi các vi sinh vật hiếu khí để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước (đơn vị: mgO2/L). BOD dùng phổ biển để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, đặc biệt là chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học trong nước. Do quá trình oxy hóa sinh học trong nước xảy ra chậm (trên 20 ngày để oxy hóa gần hết), thông thường người ta xác định nhu cầu oxy sau 5 ngày gọi là BOD5. Nguyên tắc xác định BOD5 là xác định DO của mẫu ban đầu và DO sau 5 ngày ủ mẫu (trong chai kín, ở 200 C) rồi lấy hiệu số (quy trình thực tế có thể phức tạp hơn do phải pha loãng mẫu, cấy thêm vi sinh vật,…). - Nhu cầu oxy hóa học (COD): Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hóa học các hợp chất hữu cơ trong nước. Đơn vị mgO2/L. COD dùng để đánh giá ô nhiễm các chất hữu cơ, nhưng gồm cả chất hữu cơ bị oxy hóa và không bị oxy hóa sinh học. Thông thường COD được xác định bằng phương pháp hồi lưu kín-trắc quang với thuốc thử Bicromat (Cr2O7 2- ). - Các khí hòa tan (H2S, NH3,...): Các khí hòa tan này thường là sản phẩm của các quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nguồn nước. 1.3.2.2. Tác nhân hóa học - Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (các hydrocarbon, protein, lipit,...) có trong nước thải sinh hoạt và nước thải của một số ngành sản xuất công nghiệp như chế biến thủy sản, sản xuất bia,…
  • 23.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 9 ThS. Nguyễn Minh Kỳ - Các chất hữu cơ bền vững như polychlorophenol (PCPs), polychlorobiphenyl (PCBs), các hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs: Polycyclic Aromatic Hydrocarbon). Các chất này có độc tính cao và bền vững trong môi trường. Chúng thường có trong nước thải công nghiệp (dệt, nhuộm, giấy,…) và nguồn nước chảy tràn qua các vùng nông, lâm nghiệp có sử dụng nhiều hóa chất BVTV. - Các nhóm anion vô cơ (NH4 + , NO3 - , NO2 - , PO4 3- ,...): Các nguyên tố N, P, S ở nồng độ thấp là các chất dinh dưỡng cho tảo và các vi sinh vật trong nước. Khi nồng độ cao chúng là các tác nhân gây ra sự phú dưỡng các thủy vực, làm biến đổi môi trường, hệ sinh thái. Ngoài ra, chúng còn có thể làm biến đổi sinh hóa trong cơ thể sinh vật và người. Nguồn nước ăn uống có nhiễm hàm lượng NO3 - cao có thể gây ra bệnh ung thư. - Các kim loại nặng (Hg, As, Cd, Pb, Mn,...) thường có trong nước thải của các ngành công nghiệp luyện kim, khai khoáng,… Hầu hết chúng ít tham gia vào các quá trình sinh hóa mà thường tích lũy lại trong cơ thể sinh vật, gây tác động nghiêm trọng đến các sinh vật theo chuỗi thức ăn. - Thuốc bảo vệ thực vật: Là những chất độc hại có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp hóa học, được dùng để phòng và trừ sinh vật có hại cho cây trồng nông sản với các tên gọi khác nhau như thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh, thuốc diệt cỏ… Có thể chia thuốc bảo vệ thực vật làm ba nhóm chính: nhóm clo hữu cơ, nhóm lân hữu cơ và nhóm cacbanat. Trong đó, nhóm clo hữu cơ là các hợp chất hóa học gốc clo rất bền vững trong môi trường tự nhiên và thời gian phân hủy. Thuộc nhóm này có Aldrin, Diedrin, DDT, Endrin,… Nhóm lân hữu cơ gồm hai hợp chất parathion và malathion. Nhóm này có thời gian phân hủy ngắn hơn so với nhóm clo hữu cơ nhưng lại có độ độc cao đối với người và động vật. Nhóm cacbanat gồm các hóa chất ít bền vững trong môi trường nhưng cũng rất độc với con người, động vật. Đại diện cho nhóm này gồm các hợp chất gốc cacbanat như Sevin, Puradan,… Nhìn chung, dư thuốc bảo vệ thực vật được tích lũy trong môi trường, nông sản và gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, sinh vật. 1.5.2.3. Tác nhân sinh học Tác nhân sinh học chủ yếu bao gồm các sinh vật gây bệnh như vi khuẩn, siêu vi khuẩn, ký sinh trùng gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn; virus gây tiêu chảy,…. Nguồn ô nhiễm sinh học cho môi trường nước chủ yếu do phân, rác, chất thải sinh hoạt, xác chết sinh vật, chất thải bệnh viện. Để đánh giá mức độ ô nhiễm sinh học thường hay sử dụng các thông số quan trọng như Total coliform, Fecal coliform, E.coli. 1.6. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước - Chất ô nhiễm thông thường: BOD, COD, TSS, pH, Fecal coliforms, dầu mỡ. - Chất ô nhiễm độc hại: + Kim loại (As, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, Ni, Zn, Ag)
  • 24.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 10 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Chất độc hữu cơ:  Chất hữu cơ bay hơi (1,1,1-trichloroethane, benzene, ethylbenzene, methylene chloride, toluene, and trichloroethylene)  Chất hữu cơ bán bay hơi (di-n-butyl phthalate, naphthalene, p-chloro-m-cresol, and phenols)  Thuốc trừ sâu  Polychlorinated biphenyls (PCBs) - Chất hữu cơ không thông thường: Ammonia và Phosphate. 1.7. Hậu quả ô nhiễm nước Ảnh hưởng của sự ô nhiễm nước có thể được phân làm nhiều dạng. Một vài ảnh hưởng của quá trình ô nhiễm nước có thể được ghi nhận ngay lập tức và có một số ảnh hưởng ô nhiễm nước chỉ biểu hiện sau một thời gian từ vài tháng đến vài năm. Có nhiều cách để xem xét hậu quả của ô nhiễm nước. Căn cứ theo đối tượng bị ô nhiễm có thể làm rõ hậu quả của ô nhiễm nước theo sự phân dạng ô nhiễm nguồn nước như: Ô nhiễm nước mặt, ô nhiễm biển và ô nhiễm nước ngầm. a. Ô nhiễm nước mặt Các dạng ô nhiễm nước mặt thường gặp là ô nhiễm bởi các chất hữu cơ, vô cơ; phú dưỡng; ô nhiễm kim loại nặng, hóa chất độc hại; ô nhiễm vi sinh vật và ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật. * Phú dưỡng: - Phú dưỡng là hiện tượng thường gặp trong các hồ đô thị, các sông và kênh dẫn nước thải. Biểu hiện phú dưỡng của các hồ đô thị là nồng độ chất dinh dưỡng N, P cao, tỷ lệ P/N cao do sự tích luỹ tương đối P so với N, sự yếm khí và môi trường khử của lớp nước đáy thuỷ vực, sự phát triển mạnh mẽ của tảo và nở hoa tảo, sự kém đa dạng của các sinh vật nước, đặc biệt là cá, nước có màu xanh đen hoặc đen, có mùi khai thối do thoát khí H2S... - Nguyên nhân gây phú dưỡng là sự thâm nhập một lượng lớn N, P từ nước thải sinh hoạt của các khu dân cư, sự đóng kín và thiếu đầu ra của môi trường ao hồ. Sự phú dưỡng nước hồ đô thị và các sông kênh dẫn nước thải gần các thành phố lớn đã trở thành hiện tượng phổ biến ở hầu hết các nước trên thế giới. Hiện tượng phú dưỡng hồ đô thị và kênh thoát nước thải tác động tiêu cực tới hoạt động văn hoá của dân cư đô thị, làm biến đổi hệ sinh thái nước hồ, tăng thêm mức độ ô nhiễm không khí của đô thị. Hiện tượng phú dưỡng được chia ra do 2 nguyên nhân chính: + Nguồn điểm (point sourses): là nguồn gây ô nhiễm có thể xác định được vị trí, lưu lượng cụ thể, ví dụ như nguồn thải từ các hệ thống cống rãnh trong các khu thị trấn, thành phố, các khu công nghiệp, …
  • 25.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 11 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Nguồn diện hay phân tán (non-point or diffuse sourses): là nguồn gây ô nhiễm không xác định được cụ thể vị trí, lưu lượng, ví dụ nước chảy tràn từ khu vực sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, các khu đô thị, nước mưa bị ô nhiễm, ... * Ô nhiễm kim loại nặng và các chất nguy hại khác - Nguyên nhân chủ yếu là do nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý không đạt tiêu chuẩn thải vào môi trường. - Kim loại nặng và các chất nguy hại khác sẽ tích lũy trong chuỗi thức ăn vào cơ thể động vật và người. - Nguồn nước mặt bị ô nhiễm kim loại nặng và các chất nguy hại khác sẽ kéo theo ô nhiễm đất, ô nhiễm nguồn nước ngầm, ô nhiễm không khí,… * Ô nhiễm vi sinh vật nguồn nước mặt - Thường gặp ở các vực nước nhận nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện. - Các loại vi khuẩn, ký sinh trùng, sinh vật gây bệnh sẽ theo nguồn nước bị ô nhiễm lan truyền bệnh cho người và động vật, đặc biệt là các khu đông dân sống tập trung. * Ô nhiễm nước mặt bởi dư lượng thuốc bảo vệ thực vật và phân bón hóa học - Phổ biến ở các khu thâm canh nông nghiệp - Trong quá trình sử dụng, một lượng lớn thuốc bảo vệ thực vật và phân bón hóa học không được cây trồng tiếp nhận, chúng sẽ lan truyền, tích lũy trong môi trường đất, nước và các sản phẩm nông nghiệp thâm nhập vào cơ thể người và động vật theo chuỗi thức ăn. * Mưa axit Các nguồn nước trong vùng có mưa axit sẽ làm gia tăng thành phần SO4 2- , đây là nhân tố làm tổn hại đến đời sống các loài cá và thực vật thủy sinh ở các ao hồ, sông suối. * Làm tổn hại đến chuỗi thức ăn trong tự nhiên Khi độc chất đi vào trong nước, các loài sinh vật tiêu thụ và sử dụng chúng, sau đó gây nhiễm độc cho con người khi chúng ta sử dụng các sinh vật bị nhiễm độc trong nước. * Lan truyền dịch bệnh theo con đường ô nhiễm nước Các bệnh truyền nhiễm như thương hàn và tả có thể lan truyền từ nguồn nước nhiễm bẩn hoặc bị ô nhiễm. Tim và thận của con người rất có thể gặp phải những bất lợi khi sử dụng các nguồn nước ô nhiễm một cách thường xuyên. Vấn đề kèm theo khác về sức khỏe của sự ô nhiễm nước là làm chậm quá trình lưu thông máu trong cơ thể, tổn
  • 26.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 12 ThS. Nguyễn Minh Kỳ thương về da, sự nôn mửa và tổn thương hệ thần kinh. Thực tế, ô nhiễm nước có thể được nói như là một trong những nguyên nhân gây ra sự chết chóc toàn cầu. b. Ô nhiễm nước ngầm - Nước ngầm là nguồn cung cấp nước sinh hoạt chủ yếu ở nhiều vùng quốc gia và vùng dân cư. Do đó, ô nhiễm nước ngầm có ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống con người. - Các tác nhân làm ô nhiễm nước ngầm: + Các tác nhân tự nhiên: nhiễm mặn, nhiễm phèn, hàm lượng cao của Fe, Mn và một số kim loại khác. + Các tác nhân nhân tạo như kim loại nặng, các anion, vi sinh vật,… - Biểu hiện và hậu quả của suy thoái nguồn lợi nước ngầm là mất khả năng khai thác, hạ thấp mực nước, sụt lún đất,… c. Ô nhiễm biển - Các biểu hiện và hậu quả của ô nhiễm biển: + Sự gia tăng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước biển như dầu, kim loại nặng, hóa chất độc,… + Gia tăng nồng độ các chất ô nhiễm tích tụ trong trầm tích biển ven bờ,… + Suy thoái các hệ sinh thái biển như hệ sinh thái san hô, hệ sinh thái rừng ngập mặn,… Suy giảm trữ lượng các loài sinh vật biển và giảm đa dạng sinh học biển. + Xuất hiện các hiện tượng như thủy triều đỏ, tích tụ các chất ô nhiễm trong các sản phẩm lấy từ biển. + Ô nhiễm trong nước sẽ làm biến đổi tính chất, thành phần hóa học của nước: Các chất ô nhiễm là nguyên nhân làm thay đổi tính axit, độ dẫn điện và nhiệt độ của nước. Đặc biệt các nhân tố này sẽ tác động xấu lên sự sống của đại dương. + Ô nhiễm nhiệt độ nước trong đại dương do con người gây ra là nguyên nhân làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự sống các loài sinh vật. - Các nguồn gây ô nhiễm biển: Bao gồm các ngồn ô nhiễm tự nhiên (núi lửa phun, động đất, sóng thần, lũ lụt,…) và các nguồn ô nhiễm nhân tạo. Trong đó, gây ô nhiễm biển chủ yếu là các nguồn nhân tạo có liên quan tới các hoạt động của con người.
  • 27.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 13 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 1.8. Quy chuẩn kỹ thuật chất lượng nước Hình 1.3. Criteria vs. Standards of water  Để kiểm soát, ngăn chặn ô nhiễm phải giảm thiểu chất ô nhiễm trước khi thải ra môi trường.  Xây dựng quy chuẩn chất lượng môi trường được dựa trên luật bảo vệ môi trường.  Tiêu chuẩn chất lượng môi trường liên quan tới chất lượng nước và sức khỏe con người. Tiêu chuẩn sống ở các ao hồ, sông suối, biển liên quan tới BOD, COD, N, P. Bảng 1.3. Standard quality of industrial water 1.9. Ô nhiễm môi trường nước trong công nghiệp  3 kiểu cống thải: o Công cộng o Lưu vực sông o Chảy tràn đô thị  Khi nước thải công nghiệp đổ vào cống thải cộng cộng hoặc cống thải lưu vực sông và ảnh hưởng đến môi trường. 1.10. Kiểm soát ô nhiễm nước Kiểm soát ô nhiễm nước được thực hiện thông qua các nhóm giải pháp sau:
  • 28.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 14 ThS. Nguyễn Minh Kỳ a. Giải pháp về quản lý Ban hành và hoàn chỉnh hóa hệ thống luật, các văn bản dưới luật, các tiêu chuẩn chất lượng nước,... - Ngày nay, ô nhiễm nước xảy ra có quy mô khu vực và toàn cầu do đó các luật lệ kiểm soát ô nhiễm nước không những mang tính quốc gia mà còn mang tính khu vực và toàn thế giới. - Xác định các tiêu chuẩn cho phép thải nước thải vào các nguồn nước dùng cho các mục đích khác nhau còn gọi là chỉ tiêu chất lượng nước. Các chỉ tiêu như vậy được nghiên cứu cho từng vùng, từng mục đích sử dụng và được tiêu chuẩn hóa thành tiêu chuẩn chất lượng môi trường nước. - Các loại tiêu chuẩn liên quan đến môi trường nước như sau: + Tiêu chuẩn chất lượng nước nguồn dùng cho các mục đích như cấp nước cho sinh hoạt dân cư đô thị, nông thôn, cho từng lĩnh vực hoạt động sản xuất nông nghiệp hay công nghiệp riêng biệt, nguồn nước dùng để vui chơi, giải trí, thể dục thể thao, nuôi trồng thủy sản,… + Tiêu chuẩn chất lượng nước cấp trực tiếp (sau khi xử lý nước nguồn) cho từng đối tượng trên như cấp nước cho ăn uống, sinh hoạt, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp dệt nhuộm,… + Tiêu chuẩn chất lượng nước của các dòng nước thải cho phép xả vào các vực nước tự nhiên như sông, hồ, biển,… Mỗi quốc gia sẽ đưa ra tiêu chuẩn chất lượng nước riêng trên cơ sở các lưu vực nước tự nhiên, yêu cầu phát triển kinh tế, xã hội và tiêu chuẩn gây hại cho sức khỏe con người và các sinh vật trong nước. b. Giải pháp về tài chính - Quy định thu lệ phí xả thải (theo lượng nước dùng, lượng chất thải, lượng nước thải). - Quy định xử phạt hành chính đối với các hành vi vi phạm. - Các khoản tài chính khuyến khích, hỗ trợ hoạt động, giải pháp kiểm soát ô nhiễm,… - Một nguyên tắc quản lý ô nhiễm nước là "người gây ô nhiễm phải trả cho sự ô nhiễm”. c. Giải pháp kỹ thuật - Các giải pháp giảm sự phát sinh chất thải (thay đổi công nghệ, tách riêng các dòng thải, sản xuất sạch hơn...).
  • 29.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 15 ThS. Nguyễn Minh Kỳ - Các giải pháp giảm chất thải sau phát sinh (xử lý nước thải, tái sử dụng chất thải,...). - Các giải pháp cải thiện khả năng tiếp nhận thải của nơi nhận thải (như thông khí, khơi thông dòng chảy,...). - Các giải pháp sinh thái (sử dụng các hệ động thực vật tự nhiên đồng hóa chất thải). 1.11. Đo lưu lượng, lấy mẫu và phân tích nước thải  Sự cần thiết quan trắc chất lượng môi trường: o Ngăn ngừa ô nhiễm môi trường o Phát hiện sớm o Khắc phục kịp thời  Trách nhiệm của doanh nghiệp (đơn vị xả thải) - quan trắc nồng độ đầu ra. Tính tải lượng Li (kg/d) = Ci(mg/l).Q(m3 /d).10^-3 Trong đó, L: tải lượng chất ô nhiễm i đầu ra; C: nồng độ quan trắc; Q: lưu lượng thải  Trách nhiệm của cơ quan quản lý nhà nước: Quan trắc chất lượng môi trường (đánh giá, theo dõi biến động, can thiệp/khắp phục kịp thời - thực hiện chức năng quản lý nhà nước) Bảng 1.4. Typical auto water analyzers
  • 30.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 16 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 1.12. Cơ sở lựa chọn giải pháp xử lý nước thải  Xử lý nước thải nhằm loại bỏ các hạt rắn, chất hòa tan trong nước hoặc chuyển hóa chúng thành chất ít độc và ổn định.  Xử lý gồm vật lý (cơ học), hóa học, hóa lý và sinh học.
  • 31.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 17 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Bảng 1.5. Typical wastewater treatment processes and removal method  Xử lý cần quan tâm: o Đặc điểm nước thải o Tiêu chuẩn xả thải o Kinh phí o Điều kiện môi trường o Chính sách doanh nghiệp Một số lưu ý:  Tiền xử lý bằng song chắn rác: Vật liệu thô, nhựa, bao bì… Sau tiền xử lý, BOD được xử lý bằng bùn hoạt tính.  Khi BOD quá lớn nên sử dụng phương pháp kỵ khí. Tỷ lệ loại BOD bằng phương pháp kỵ khí dao động 80-90%.  RO có thể tái sử dụng nguồn nước.  Việc thải bùn tạo ra vấn đề nghiêm trọng về kinh tế và môi trường. Bùn được tận dùng làm composting hoặc phân bón. Ngày nay, chi phí xử lý và thải bỏ bùn chiếm kinh phí lên tới 70% tổng kinh phí vận hành hệ thống xử lý nước thải.
  • 32.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 18 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 1.4. Hệ thống xử lý nước thải tiêu biểu Bảng 1.6. Phương pháp xử lý nước thải (chất ô nhiễm) TT Chất ô nhiễm Phương pháp 1 Chất hữu cơ dễ phân hủy BOD Sinh học hiếu khí (bùn hoạt tính/aerotank, ao hồ sinh học, lọc sinh học) 2 SS, chất hữu cơ khó phân hủy UASB, hồ yếm khí 3 SS Lắng, tuyển nổi 4 Dầu, mỡ Tuyển nổi 5 Kim loại nặng Trao đổi ion, kết tuả 6 Kiềm, axit Trung hòa Bảng 1.7. Phương pháp xử lý nước thải (bậc) Chất ô nhiễm Xử lý sơ bộ Bậc 2 Nâng cao pH Trung hòa
  • 33.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 19 ThS. Nguyễn Minh Kỳ SS Lọc, lắng Keo tụ/lắng, trích lọc BOD Lắng, keo tụ/lắng Bùn hoạt tính, lọc nhỏ giọt Hấp phụ bằng carbon hoạt tính, RO COD Lắng, keo tụ/lắng Bùn hoạt tính, lọc nhỏ giọt Hấp phụ bằng carbon hoạt tính, RO, oxy hóa với Cl2, O3 Dầu Phân ly Cô đặc CN- Bùn hoạt tính Phân tách với O3 Điện hóa Cr Giảm và lắng Trao đổi ion, điện hóa Sắt Lọc bằng OH- Trao đổi ion, điện hóa Kim loại nặng Lọc bằng OH- hoặc S2- Trao đổi ion, điện hóa Clorine Trung hòa với kiềm Carbon hoạt tính Xây dựng/thiết kế hệ xử lý quan tâm: Quá trình sản xuất, tiêu chuẩn nước thải, khảo sát môi trường xung quanh để lựa chọn công nghệ thích hợp và kinh tế nhất. Các tiêu chí lựa chọn công nghệ xử lý nước thải Căn cứ Nghị định 80/2014/NĐ-CP thoát nước và xử lý nước thải: 1. Hiệu quả xử lý của công nghệ: Đảm bảo mức độ cần thiết làm sạch nước thải, có tính đến khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận. 2. Tiết kiệm đất xây dựng. 3. Quản lý, vận hành và bảo dưỡng phù hợp với năng lực trình độ quản lý, vận hành của địa phương. 4. Chi phí đầu tư hợp lý trong đó tính đến cả sự phụ thuộc vào công nghệ nhập khẩu. 5. Phù hợp với đặc điểm điều kiện khí hậu, địa hình, địa chất thủy văn của khu vực và khả năng chịu tải của nguồn tiếp nhận. 6. An toàn và thân thiện với môi trường
  • 34.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 20 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 7. Có khả năng mở rộng về công suất hay cải thiện hiệu quả xử lý trong tương lai. 8. Đảm bảo hoạt động ổn định khi có sự thay đổi bất thường về chất lượng nước đầu vào, thời tiết và biến đổi khí hậu. 9. Mức độ phát sinh và xử lý bùn cặn. 10. Tiết kiệm năng lượng, có khả năng tái sử dụng nước thải, bùn thải sau xử lý. Hình 1.5. Đặc điểm nước thải và phương pháp xử lý 1.13. Khái quát về các hệ thống xử lý nước thải Hình 1.6. Classification of Wastewater Treatments Processes
  • 35.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 21 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Xử lý bậc 1: Xử lý sơ bộ (song chắn rác, bể lắng, lọc đơn giản) nhằm loại vật thô, tách các chất không tan trong nước thải. Tạo điều kiện phù hợp cho quá trình xử lý tiếp theo. Loại bỏ hạt chất rắn lơ vô cơ và hữu cơ, dầu, mỡ. Đồng thời, loại bỏ một vài hợp chất nitơ hữu cơ, phốt pho hữu cơ, kim loại nặng phối kết với chất rắn. Hiệu quả xử lý BOD là 30-40% và SS là 40-60%. • Sedimentation • Primary Settling Tanks • Coagulation • Secondary Settling Tank • Flocculation  Xử lý bậc 2: Thông thường xử lý bậc 2 là các công trình xử lý sinh học dùng để oxy hoá sinh hoá các chất hữu cơ còn lại dạng tan, keo và không tan (nhưng không lắng được). Loại bỏ các chất hữu cơ còn lại, hạt keo, SS, màu, mầm bệnh. Khả năng loại bỏ SS, BOD tương ứng 85-90%. • Activated Sludge Process • Oxidation Ponds and lagoons • Trickling Filter  Xử lý bậc 3 (xử lý triệt để): Thường được thực hiện theo yêu cầu xử lý có chất lượng cao hơn. Đó là các trường hợp cần thiết phải áp dụng các biện pháp như triệt khuẩn, khử tiếp các chất bẩn còn lại trong nước thải như nitrat, photphat, sunphat, kim loại, mầm bệnh.... Xử lý nước thải bậc cao là một công nghệ xử lý tạo ra dòng thải đạt chất lượng cao. Xử lý bậc cao gồm: • Membrane Filtration and Separation • Dechlorination and Disinfection Systems • Reverse Osmosis (RO) Systems • Ion Exchange • Activated Carbon Adsorption • Physical/Chemical Treatment Điều quan trọng của hệ thống xử lý nước thải là đảm bảo hiệu quả đầu ra. Hướng dẫn ôn tập 1. Trình bày khái niệm và phân loại nước thải? 2. Phân tích đặc điểm cơ bản của các loại nước thải? Cho ví dụ? 2. Cơ sở đề xuất thiết kế hệ thống xử lý nước thải? Ví dụ minh họa? 2. Khái quát cơ bản về hệ thống xử lý nước thải? Minh họa cụ thể? -Hết-
  • 36.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 22 ThS. Nguyễn Minh Kỳ CHƯƠNG 2 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC 2.1. Song chắn rác (Screening) a. Mục đích • Loại chất thải có kích thước lớn trôi lơ lửng, tránh tắc nghẽn bơm, đường ống, kênh dẫn. • Bảo đảm an toàn và điều kiện làm việc của toàn hệ thống. b. Phân loại  Theo kích thước khe hở: Lớn, trung bình, nhỏ.  Theo hình dạng: Trụ, vuông.  Theo phương pháp làm sạch: Thủ công, cơ giới.  Theo cách cố định hoặc di động bề mặt song chắn rác. Kích thước lưới (khe hở) song chắn rác thường 15-50 mm. Đối với song chắn rác mịn có kích thước lưới nhỏ hơn 15 mm (fine screens). c. Song chắn rác lớn (Coarse screen – Bar screen)   Đặt trước song chắn rắn trung bình (normal screen) để loại vật liệu lớn và bảo vệ song chắn rắn trung bình.  Khe hở 25-50 mm, nghiêng 700 , vận tốc dòng chảy chậm. Tính toán tổn thất áp lực (hr): Với, α: góc nghiêng của thanh chắn, t: độ dày thanh chắn (m), β: hệ số phụ thuộc hình dạng thanh chắn, b: độ rộng khe hở (m), v: vận tốc dòng nước thải trước song chắn rác (m/s) Xác định hệ số β
  • 37.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 23 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 2.1. Song chắn rác lớn d. Song chắn rác trung bình (normal screen)  Bảo vệ các thiết bị, máy móc trong hệ thống. e. Song chắn rác mịn/nhỏ (fine screen)  Loại các vật liệu nhỏ ảnh hưởng tới quá trình vi sinh. f. Lưu ý  Song, lưới chắn rác o Thủ công (khi lượng rác < 0,1 m3 /d), o Cơ giới (khi lượng rác ≥0,1 m3 /d, kết hợp máy nghiền).  Tính toán: Chiều rộng, dài, số khe hở, số thanh, tổn thất áp lực, lượng rác giữ lại trên song chắn rác. g. Bài tập  Giới thiệu và thực hành trên lớp  Tài liệu tham khảo Tính toán thiết kế song chắn rác lớn (Bar Screens): * Vận tốc dòng chảy: - Vận tốc tối ưu qua song chắn rác lớn: 0,6 m/s - Vận tốc tối đa: 0,75-1,0 m/s (ngăn ngừa đẩy các vật liệu qua khe SCR) - Vận tốc tối thiểu: 0,4 m/s (ngăn ngừa sự phân hủy các chất rắn) - Khoảng vận tốc điển hình: 0,6-1,0 m/s
  • 38.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 24 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Ghi chú: V: vận tốc đi qua SCR (m/s), v: vận tốc trước SCR (m/s). * Tổn thất áp lực (hL hay ∆H):  hL = 0,05 – 0,15 m đối với nước cấp (drinking water)  hL = 0,10 – 0,40 m đối với nước thải (wastewater) Trường hợp 1. Tổn thất áp suất qua song chắn rác là hàm số của:  Vận tốc dòng chảy trong kênh dẫn (u);  Vận tốc dòng qua song chắn rác (v). Trong đó: - hL: tổn thất áp suất (m); - 0,7: hệ số thải nghiệm tính đến tổn thất áp suất do quá trình chảy rối và xoáy; - v : vận tốc dòng chảy qua khe hở giữa các thanh chắn; - u : vận tốc của dòng chảy trong kênh dẫn (m/s); - g : gia tốc trọng trường (m/s2 ). Trường hợp 2. Tổn thất áp suất qua song chắn rác là hàm số của: - Vận tốc dòng chảy trong kênh dẫn (u); - Loại thanh chắn (); - Độ dốc đặt SCR (). Tổn thất áp lực tính theo công thức Kirchmer’s equation như sau:
  • 39.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 25 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Trong đó: - hL : tổn thất áp suất (m); - W: chiều rộng lớn nhất của thanh chắn (m); - b : khe hở nhỏ nhất giữa các thanh chắn (m); - u : vận tốc dòng chảy trong kênh dẫn (m/s); -  : góc nghiêng của thanh chắn so với phương ngang; - g : gia tốc trọng trường (m/s2 ); -  : hệ số phụ thuộc vào hình dạng của thanh chắn. * Góc nghiêng song chắn rác: 10-700 2.2. Bể lắng (Clarifiers, Sedimentation) Hình 2.2. Bể lắng sơ cấp
  • 40.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 26 ThS. Nguyễn Minh Kỳ a. Tổng quan các chất lơ lửng  Những chất lơ lửng (huyền phù) là những chất có kích thước hạt lớn hơn 10-1 mm.  Những chất lơ lửng trong nước thải gồm những hạt hoặc tập hợp hạt khác nhau về hình dạng, kích thước, trọng lượng riêng và bản chất xuất xứ.  Tính chất cơ bản của các chất dạng huyền phù lơ lửng là không có khả năng giữ nguyên tại chỗ ở trạng thái lơ lửng.  Thời gian tồn tại của chúng tùy thuộc vào kích thước hạt. Các hạt lớn sẽ lắng hoặc nổi lên mặt nước dưới tác dụng của trọng lực. b. Chức năng bể lắng  Loại SS là chủ yếu.  Bể lắng nước thải: Tách cặn sơ cấp và bùn thứ cấp (chủ yếu thành phần hữu cơ) ra khỏi dòng nước thải để tiếp tục xử lý dòng nước thải. Các kiểu lắng  Type I: Discrete particle settling - Particles settle individually without interaction with neighboring particles.  Type II: Flocculent Particles – Flocculation causes the particles to increase in mass and settle at a faster rate.  Type III: Hindered or Zone settling –The mass of particles tends to settle as a unit with individual particles remaining in fixed positions with respect to each other.  Type IV: Compression – The concentration of particles is so high that sedimentation can only occur through compaction of the structure. Các dạng lắng và ứng dụng thực tế: Dạng lắng Mô tả Ứng dụng Hạt rời rạc (loại 1) Dạng lắng các hạt rời rạc thường xảy ra trong nước thải có hàm lượng chất lơ lửng thấp. Các hạt lắng như một thực thể rời rạc và không có sự tương tác với các hạt xung quanh. Loại bỏ cát, mảnh kim loại, võ trứng, mảnh xương, hạt trái cây… Bông cặn (loại 2) Dạng lắng bông xảy ra trong nước thải có hàm lượng SS tương đối thấp. Các hạt này có khả năng keo tụ và tạo bông trong quá trình lắng, vì vậy kích thước và khối Loại bỏ cặn lơ lửng trong bể lắng 1 và phần trên lắng 2. Loại bỏ các bông cặn hình thành từ quá trình hóa học/hóa lý
  • 41.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 27 ThS. Nguyễn Minh Kỳ lượng hạt lớn dần, hạt lắng với tốc độ nhanh hơn. trong bể lắng (keo tụ- tạo bông) Cản trở (loại 3) Xảy ra trong nước thải có hàm lượng chất lở lửng cao và trung bình, trong đó lực liên kết giữa các hạt đủ lớn để cản trở quá trình lắng của các hạt lân cận. Các hạt có khuynh hướng giữ vị trí cố định so với các hạt khác và khi đó khối hạt lắng xuống như một vật thể. Giao tuyến lớp nước và lớp hạt bên trong hình thành rõ rệt. Xảy ra trong lắng 2 (lắng bùn hoạt tính, màng sinh học) Nén (loại 4) Xảy ra trong dung dịch có hàm lượng chất lở lửng cao, trong đó các hạt tạo thành một cấu trúc. Cấu trúc này bị nén do các hạt lắng xuống từ lớp nước phía trên. Thường xảy ra ở lớp bùn bên dưới (đáy bể lắng 2, bể nén bùn) c. Phân loại Bể lắng  Theo chuyển động dòng chảy có: o Bể lắng ngang, đứng, ly tâm – nước chuyển động từ trong ra ngoài và từ dưới lên.  Lắng ngang  Áp dụng khi Q >15.000 m3 /d  Lắng đứng  Áp dụng khi Q <20.000 m3 /d  Lắng ly tâm  Áp dụng khi Q >20.000 m3 /d o Nguyên tắc chung: Lắng trọng lực.  Theo vị trí trong dây chuyển xử lý: o Bậc 1, 2. o Tính toán hiệu quả, chiều dài, rộng, cao, đường kính đối với ly tâm (kích thước). Bể lắng cát  Tách tạp chất thô, chủ yếu hạt vô cơ trước khi đưa dòng nước thải vào bể phản ứng sinh học.  Nguyên tắc: Lắng trọng lực các hạt vô cơ có kích thước lớn, tỷ trọng lớn hơn nước.  Bao gồm: + Bể lắng cát đứng (dòng chảy theo phương thẳng đứng) + Bể lắng cát ngang (dòng chảy theo phương ngang) + Bể lắng cát chuyển động (tiếp tuyến, thổi khí)
  • 42.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 28 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Lắng lamella Giới thiệu  Công nghệ lắng với việc thiết kế vùng lắng được chia thành nhiều lớp mỏng với khoảng không gian nhỏ bằng cách đặt các tấm lamella nghiêng 60°. Các tấm lamella có dạng nửa lục giác và khi ghép lại tạo thành khối ống có mặt cắt ngang như những ống lục giác ghép lại.  Cấu trúc Lamella thiết kế bằng vật liệu như nhựa PVC. Hình 2.3a. Tấm lắng lamella Cấu tạo Bể lắng lamella gồm 3 vùng: - Vùng phân phối nước - Vùng lắng - Vùng tập trung và chứa cặn Hình 2.3b. Cơ chế/nguyên lý hoạt động Nguyên lý  Nguồn nước từ bể phản ứng vào bể lắng sẽ di chuyển theo chiều từ dưới lên theo các tấm lắng lamella (hoặc ống lắng) được thiết kế nghiêng 60°. Trong quá trình di chuyển các cặn lắng kết tủa hay bông lắng sẽ va chạm vào nhau và bám vào bề mặt tấm lắng lamella.
  • 43.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 29 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 2.4. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bể lắng lamella  Khi các bông lắng kết dính với nhau trên bề mặt tấm lắng lamella đủ nặng và thắng được lực đẩy của dòng nước đang di chuyển từ phía dưới lên thì bông kết tủa sẽ trượt xuống theo chiều ngược lại và rơi xuống đáy bể lắng (hoặc hố thu cặn), từ đó theo chu kỳ xả đi. Ứng dụng Bể lắng lamella sử dụng rộng rãi trong các công trình xử lý nước thải, xử lý nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp. Cụ thể:  Sử dụng hiệu quả cho tất cả các loại bể lắng trong công trình xử lý nước sạch, xử lý nước thải.  Phù hợp với công trình cải tạo, nâng cấp bể lắng đứng, bể lắng ngang thành bể lắng lamella.
  • 44.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 30 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 2.5. Lamella Inclined Plate Clarifier  Sử dụng được cho các loại bể với nhiều hình dáng khác nhau như: Hình tròn, hình vuông, hình chữ nhật.  Ứng dụng lọc chất thải, bùn bả trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn. Ưu điểm của bể lắng - Nâng cao hiệu suất lắng và ổn định. - Rút ngắn thời gian lắng, giảm diện tích xây dựng. - Lắp đặt đơn giản, có thể thi công từng mảng rời và vận chuyển thuận tiện. - Vận hành đơn giản, dễ dàng bảo trì/bảo dưỡng và chuyển đổi vị trí đặt bể lắng. Lưu ý quan trọng:  Nghiên cứu sơ đồ cấu tạo  Nguyên tắc hoạt động d. Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng  Kích thước hạt, nhiệt độ nước  Tỷ trọng các hạt  Độ nhớt nước e. Tính toán vận tốc lắng hạt  Nếu tỷ trọng các hạt bằng chất lỏng sẽ không có hiện tượng lắng. Trong trường hợp tỷ trọng các hạt khác biệt với chất lỏng, ta có công thức trọng lực Fg:
  • 45.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 31 ThS. Nguyễn Minh Kỳ V: thể tích hạt, cm3 ; p1: tỷ trọng của hạt, g/cm3 ; p2: tỷ trọng chất lỏng, g/cm3 ; g: gia tốc trọng trường, cm/s2 ; lực kéo FD (lực ma sát) gây ra bởi quán tính: Với, CD : hệ số ma sát (phụ thuộc chế độ thủy động học dòng chảy); v: vận tốc cài đặt hạt; A: diện tích bề mặt hạt  Khi lực ma sát và trọng lực cân bằng các hạt sẽ rơi theo vận tốc không đổi:  Giả sử các hạt có dạng hình cầu với đường kính D Vận tốc cài đặt v:  Hệ số ma sát CD phụ thuộc kích thước hạt, đặc trưng bởi chuẩn số Reynolds (R) : hệ số độ nhớt (N.s/m2 ); : hệ số độ nhớt động học ( = /w) (m2 /s)  Lúc này: FD lực ma sát đối với các hạt kích thước nhỏ di chuyển với vận tốc chậm:  Theo luật Stokes, hệ số ma sát CD = 24/R và vận tốc cài đặt:  Vận tốc cài đặt các hạt trong chất lỏng (công thức Stokes) – là vận tốc lắng của hạt. f. Ví dụ/Bài tập  Giới thiệu và thực hành trên lớp  Tài liệu tham khảo * Tính toán hiệu quả lắng SS và khử BOD5 của bể lắng 1 (Trịnh Xuân Lai, 2008): R = t/(a+b*t)
  • 46.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 32 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Trong đó, R là hiệu quả khử BOD5 hoặc SS biểu thị bằng %; t là thời gian lưu nước (giờ); a, b là các hằng số thực nghiệm (tra bảng). Chỉ tiêu Hằng số thực nghiệm a b Khử BOD5 0,018 0,02 Khử cặn lơ lửng SS 0,0075 0,014 * Tính toán bể lắng cát ngang (Lâm Minh Triết và nnk, 2015) - Chiều dài (L, m): L = (1000*K*vmax*Hmax)/U0 Trong đó, vmax là tốc độ chuyển động dòng nước thải trong bể lắng ngang ứng với lưu lượng lớn nhất (vmax = 0,3 m/s, theo TCXD-51-84); Hmax là độ sâu lớp nước trong bể lắng ngang; U0 là kích thước thủy lực hạt cát (tra bảng); K là hệ số thực nghiệm tính đến ảnh hưởng của đặc tính dòng chảy của nước đến tốc độ lắng của hạt cát trong bể lắng cát (Theo TCXD- 51-84: K = 1,3 ứng với U0 = 24,2 mm/s; K = 1,7 ứng với U0 = 18,7 mm/s). Quan hệ giữa kích thước hạt cát và kích thước thủy lực d, mm 0,1 0,12 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,5 U0, mm/s 5,12 7,37 11,5 18,7 24,2 28,3 34,5 40,7 51,6 Ghi chú: d - Đường kính hạt cát, mm; U0 - Kích thước thủy lực, mm/s. - Diện tích mặt thoáng bể lắng cát ngang (F, m): F = Qmax,s/U0 Với, Qmax,s là lưu lượng nước thải cực đại trong bể lắng (lít/s); U0 - Kích thước thủy lực (mm/s). - Chiều ngang tổng cộng bể lắng cát ngang (B, m): B = F/L 2.3. Phân tách dầu (Oil–Water Separator) a. Chức năng:  Tách dầu mỡ  Tránh ảnh hưởng đến quá trình xử lý tiếp theo b. Nguyên tắc  Thông thường dầu trong nước thải trôi nổi và được phân tách từ nước nhờ sự khác biệt về tỷ trọng của dầu và nước. Định luật Stokes mô tả sự trôi nổi (vận tốc) của dầu trong nước:  Trong đó, Vr: vận tốc trôi nổi hạt dầu, cm/s; g: gia tốc trọng lực, cm/s2 ; μ: Độ nhớt tuyệt đối, P; Pw: tỷ trọng của nước, g/cm3 ; Po: tỷ trọng của dầu, g/cm3 ; D: đường kính hạt dầu, cm. c. Ví dụ
  • 47.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 33 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 2.6. Tính toán bể tách dầu  Trong trường hợp hạt dầu có kích thước 150μ (D=0,015cm)  phân tách theo dòng chảy với vận tốc: Vr = (980/18*0,01)*(1,0-0,9)*0,015^2 = 0,12 cm/s  Giả sử vận tốc dòng thải VH=90cm/min = 1,5 cm/s, độ sâu của nước d= 240 cm  Thời gian để hạt dầu di chuyển từ A đến B là t = d/Vr = 240/0,12 = 2000 s = 33,2 min.  Tức để nước thải đi từ A đến D trong thời gian t, chiều dài L cần tính: L = (VH/Vr)d = VH*t = 1,5*2000 = 3000 cm = 30 m 2.4. Bể lọc (Filtration) a. Giới thiệu  Lọc là quá trình tách các hạt rắn ra khỏi pha lỏng hoặc pha khí bằng cách cho dòng khí hoặc lỏng có chứa hạt chất rắn chảy qua lớp vật liệu lọc (lớp ngăn xốp: khe hở/độ rỗng).  Các hạt rắn sẽ bị giữ lại trên bề mặt lớp vật ngăn còn khí hoặc chất lỏng sẽ thấm qua vật ngăn.  Nguyên lý: Dựa trên cơ chế o Ngăn giữ cơ học o Hấp phụ bề mặt o Màng vi sinh vật (bề mặt) b. Phân loại:  Lọc nhanh  Lọc chậm (nhà máy công suất nhỏ)
  • 48.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 34 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 2.7. Sơ đồ bể lọc nhanh Hình 2.8. Sơ đồ bể lọc chậm Bảng 2.1. Đặc điểm các bể lọc thông dụng Properties Rapid sand filter Slow sand filter Area Small area Large area Rate of filtration(L/m2 /hr) 4.000-7.500 100-400 Sand size (diameter) 0.4-0.7 mm 0.2-0.3 mm Pretreatment Coagulation and sedimentation Sedimentation Filter cleaning Backwashing Scraping Operation More skilled Less skilled Removal of colour Good Better
  • 49.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 35 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Removal of bacteria 98-99% 99.9%-99.99% Prior water storage Storage needed No need c. Chức năng:  Loại bỏ vật liệu hữu cơ, hạt keo, vi sinh vật.  Rapid filtration is used as the final clarifying step in municipal water treatment plants. d. Lưu ý  Chỉ hiệu quả khi kích thước hạt >1μm  Phải giảm hàm lượng SS để tránh nghẽn cột lọc e. Bài tập  Giới thiệu và thực hành trên lớp  Tài liệu tham khảo 2.5. Bể điều hoà (Equalization tank) a. Dẫn nhập  Thông thường: Lưu lượng, nhiệt độ, hàm lượng các chất ô nhiễm trong dòng thải thay đổi theo thời gian, không gian.  Nhu cầu điều hòa lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm. Hình 2.9. Sơ đồ bố trí bể điều hòa b. Mục đích  Điều chỉnh sự biến thiên về lưu lượng của nước thải.  Tránh sự biến động về hàm lượng chất hữu cơ làm ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuẩn trong các bể xử lý sinh học.  Kiểm soát pH của nước thải để tạo điều kiện tối ưu cho các quá trình sinh học, hóa học sau đó. c. Equalization Tank Operation and Maintenance  Keep air mixing on at all times.
  • 50.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 36 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Ensure that the air flow/mixing is uniform over the entire floor of the tank.  Adjust the placement of diffusers and the air- flow rate needed.  Keep the equalization tank in wastewater treatment nearly empty before the expected peak load hours (otherwise it will over flow)  Check and clean clogged diffusers at regular intervals.  Manually evacuate settled much/sediments at least once in a year. Phương pháp cơ học xử lý nước thải là tiền đề quan trọng cho các công đoạn/quá trình xử lý tiếp theo. Hướng dẫn ôn tập 1. Trình bày cấu tạo, chức năng nhiệm vụ và vị trí của song chắn rác trong hệ thống xử lý nước thải? 2. Trình bày cấu tạo, chức năng nhiệm vụ và vị trí của bể lắng trong hệ thống xử lý nước thải? 3. Trình bày cấu tạo, chức năng nhiệm vụ và vị trí của phân tách dầu trong hệ thống xử lý nước thải? 4. Trình bày cấu tạo, chức năng nhiệm vụ và vị trí của bể lọc (filtration) trong hệ thống xử lý nước thải? 5. Trình bày cấu tạo, chức năng nhiệm vụ và vị trí của bể điều hoà trong hệ thống xử lý nước thải? Hướng dẫn bài tập: 1. Tính toán các thông số cơ bản song chắn rác. 2. Tính toán thông số cơ bản các loại bể lắng quan trọng. 3. Tham khảo tài liệu: Trịnh Xuân Lai (2009), Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây dựng. -Hết-
  • 51.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 37 ThS. Nguyễn Minh Kỳ CHƯƠNG 3 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ - Các phương pháp xử lý hoá học và hoá lý được sử dụng rộng rãi trong kiểm soát ô nhiễm nước thải công nghiệp, đặc biệt khi cần phải xử lý ở mức cao hoặc cần phải quay vòng nước. - Phương pháp này được dùng để thu hồi các chất hoặc khử các chất độc, các chất có ảnh hưởng xấu đối với giai đoạn làm sạch sinh hoá sau này. - Những biện pháp hoá lý để xử lý nước thải đều dựa trên cơ sở ứng dụng các quá trình: Keo tụ, hấp phụ, trích ly, bay hơi, tuyển nổi, trao đổi ion, tinh thể hoá, dùng màng bán thấm, cô đặc, khử hoạt tính phóng xạ, khử khí, khử màu. - Cơ sở của các phương pháp hoá học là các phản ứng hoá học, các quá trình lý hoá diễn ra giữa chất ô nhiễm với hoá chất cho thêm vào. Những phản ứng diễn ra có thể là phản ứng oxy hoá khử, các phản ứng tạo chất kết tủa hoặc các phản ứng phân huỷ chất độc hại. 3.1. Trung hòa (Neutralization) * Nước thải công nghiệp có thể mang tính axit hoặc kiềm. Tính axit và kiềm thể hiện qua giá trị pH:  pH = 7 nước có tính trung tính  pH < 7 nước có tính axit  pH > 7 nước có tính kiềm Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo bể trung hòa
  • 52.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 38 ThS. Nguyễn Minh Kỳ * Để tránh được hiện tượng ăn mòn, phá huỷ vật liệu của hệ thống ống dẫn, công trình thoát nước, cũng như đảm bảo độ pH cho phép của nguồn nước tiếp nhận như sông, ngòi, ao hồ, nước thải công nghiệp có tính axit hoặc kiềm mạnh phải được xử lý trước khi thải vào hệ thống thải chung của nhà máy hoặc thải vào các nguồn tiếp nhận. * Mục đích của phương pháp này là xử lý để nước thải đạt được độ trung hoà. Trong công nghệ xử lý nước thải, giá trị pH cho phép thải ra nguồn tiếp nhận phải theo QCVN. Mặt khác, nếu nước thải cần xử lý bằng phương pháp sinh học thì thường trước tiên phải được xử lý bằng phương pháp trung hoà vì ở độ pH trung tính thường là điều kiện tối ưu cho các quá trình phân hủy chất ô nhiễm. * Bản chất của phương pháp trung hoà là phản ứng hóa học giữa axit và kiềm hoặc giữa muối với axit hoặc kiềm có trong nước thải. Chất được chọn để thực hiện phản ứng với các axit hoặc kiềm có trong nước thải gọi là tác nhân trung hoà hoá học. * Tác nhân trung hoà thường được dùng để xử lý chất thải chứa axit là đá vôi, đá dolomit (CaMg(CO3)2), vôi các loại, xút, sôđa (NaHCO3) và để xử lý các chất thải chứa kiềm. Quá trình trung hoà có thể thực hiện theo phương thức gián đoạn hoặc liên tục. * Lựa chọn tác nhân và phương pháp trung hoà thích hợp căn cứ trên một số yếu tố cơ bản sau: - Lượng nước thải cần xử lý - Loại nước thải (nước thải chứa axít hay kiềm) - Chất lượng nước thải (độ pH, các chất có trong nước thải và nồng độ của nó,...) - Yêu cầu cần xử lý (độ pH cần đạt) - Tác nhân trung hoà rẻ tiền, dễ kiếm - Thiết bị đơn giản, dễ vận hành và dễ chế tạo - Tổng chi phí sao cho nhỏ nhất * Phương pháp trung hoà thường sử dụng - Trộn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm với nhau - Xử lý nước thải bằng vôi (cho nước thải chảy qua lớp đệm đá vôi) CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2CO3 - Trung hoà bằng xút (NaOH) hoặc sôđa (Na2CO3) 2NaOH + H2CO3 → Na2SO4+ 2H2O Na2CO3 + H2CO3 → 2NaHCO3
  • 53.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 39 ThS. Nguyễn Minh Kỳ hay NaOH + H2SO4 → NaHSO4 + H2O NaHSO4 + NaOH → Na2SO4 + H2O - Nếu dòng thải thiếu dinh dưỡng (N và P) thì dùng Na3PO4 hoặc NH4H2PO4 thêm vào dung dịch (nếu tiếp theo sẽ là xử lý sinh học) - Xử lý nước thải chứa kiềm bằng cách sục khí CO2, trung hòa bằng axit sunfuric, axit clohydric (thêm axit H2SO4 hoặc HCl vào dòng thải). CO2 + H2O → H2CO3 H2CO3 + 2NaOH → Na2CO3 + 2H2O 2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O 3.2. Keo tụ - tạo bông (Coagulation – Flocculation) * Hạt mịn trong nước thải là nguyên nhân gây độ đục và màu, do đó cần loại bỏ. Khi chúng kết hợp hạt có kích thước lớn sẽ dễ dàng xử lý hơn. Bảng 3.1. Mối quan hệ giữa kích thước hạt và thời gian lắng * Hạt keo: 2 dạng chính – Keo kỵ nước: đất sét, oxit kim loại,… • Không có ái lực với môi trường nước • Dễ keo tụ • Đa số là những hạt keo vô cơ – Keo ưa nước: proteins, polymers,… • Thể hiện ái lực với nước • Hấp thụ nước và làm chậm quá trình keo tụ • Đa số là những hạt keo hữu cơ * Đặc tính của hạt keo
  • 54.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 40 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Khả năng lắng rất chậm (chuyển động Brown gây cản trở quá trình lắng dưới tác động của trọng lực);  Là tác nhân gây ô nhiễm nước như tăng độ đục (turbidity);  Đặc tính bề mặt (điện thế ζ,…) là yếu tố quan trọng (surface properties): – Có xu hướng kết hợp với các chất từ môi trường xung quanh (tỉ lệ diện tích bề mặt: khối lượng); – Có xu hướng tăng điện tích. * Mục đích  Tách các hạt cặn có kích thước 0,001µm < Φ < 1µm, khó tách loại được bằng các quá trình lý học thông thường như lắng, lọc, tuyển nổi.  Chủ yếu loại SS.  Giảm vi sinh vật (di chuyển vào bông bùn): Bacteria 90%, Virus 60%, Protozoa 90% (khả năng hấp thụ vi sinh của bùn) Hình 3.2. Bể keo tụ - tạo bông *Chất keo tụ:  Muối kim loại oxit, hợp chất carbon đa phân tử  Polyme hữu cơ tổng hợp, nhôm (Al2(SO4)3), muối sắt (FeCl3, Fe2(SO4)3)  Thực tế: FeSO4, FeCl3 rẻ hơn Al2(SO4)3 nên được sử dụng nhiều hơn * Cơ chế:  Chất keo tụ khuếch tán vào nước, trộn với hạt làm tăng kích thước, mật độ và tỷ trọng.  Tạo bông là quá trình làm keo tụ các hạt keo hoặc dính các hạt nhỏ lại thành một tập hợp hạt lớn hơn để lắng bằng cách đưa vào chất lỏng các tác nhân tạo bông có tác dụng phá keo hoặc hấp phụ các hạt nhỏ lên bề mặt của nó hoặc dính các hạt nhỏ lại với nhau.
  • 55.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 41 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Khi các hạt keo tiếp xúc với nhau, chúng tạo thành các hạt có kích thước lớn hơn, tạo bông và kết tủa. Nước thải thường chứa các hạt keo mang điện tích (thường điện tích âm). Chính điện tích ngăn cản không cho chúng va chạm, kết hợp với nhau nên giữ dung dịch nước thải có trạng thái ổn định. Khi thêm tác nhân keo tụ thì dung dịch bị mất tính ổn định, gia tăng sự kết hợp giữa các hạt tạo những bông cặn có kích thước đủ lớn để loại bỏ bằng quá trình lọc hoặc lắng. * Yếu tố ảnh hưởng:  Liều lượng  Chế độ khuấy trộn  pH  Nhiệt độ * Một số chất keo tụ sử dụng loại bỏ các chất rắn lơ lửng trong nước thải: + Phèn Al(SO4)nH2O (n = 13-18) + Sôđa kết hợp với phèn Na2CO3 + Al2(SO4)3 + Sắt sunphat FeSO4.7H2O + Nước vôi Ca(OH)2 + Natrialuninat Na2Al2O4 + Sắt clorua và sắt (III) sunphat FeSO4 * Ví dụ: Cơ chế tạo bông lắng trong môi trường kiềm (thí dụ nước thải chứa Ca(OH)2) Al(OH)3 và Fe(OH)3 là keo dương, các hạt bùn trong nước là keo âm sẽ trung hoà và dính vào nhau hoặc các hạt keo Al(OH)3 và Fe(OH)3 sẽ hấp phụ các hạt bùn vào nó làm thành tập hợp hạt dễ lắng hơn. * Keo tụ điện hóa
  • 56.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 42 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.3. Wastewater electrocoagulation principle  Phương pháp cải tiến nâng cao hiệu quả keo tụ xử lý nước thải  Tài liệu đọc thêm 3.3. Kết tủa (Precipitation)  Đây là phương pháp phổ biến nhất loại bỏ kim loại nặng trong nước thải.  Thường chúng được kết tủa dạng hydroxyt (OH-).  Cho base để tăng pH và tạo kết tuả, làm giảm mức độ thấp nhất khả năng hòa tan. Hình 3.4. Example of Heavy Metal Removal Lưu ý:  Cần loại bỏ các chất cản trở quá trình kết tủa trong nước thải để tăng hiệu quả xử lý.  Quá trình kết tủa cũng được áp dụng nhằm khử phốt pho trong nước thải. 3.4. Hấp thụ (Absorption) * Cơ sở của phương pháp:
  • 57.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 43 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Dựa trên sự tương tác giữa chất cần hấp thụ (thường là khí hoặc hơi) với chất hấp thụ (thường là chất lỏng) hoặc dựa vào khả năng hòa tan khác nhau của các chất khác trong chất lỏng để tách chất. * Phân loại: Dựa vào bản chất của sự tương tác - Hấp thụ vật lý: Là quá trình dựa trên sự tương tác vật lý thuần túy; nghĩa là chỉ bao gồm sự khuếch tán, hòa tan các chất cần hấp thụ vào trong lòng chất lỏng và sự phân bố của chúng giữa các phần tử chất lỏng. - Hấp thụ hóa học: Hấp thụ hóa học là một quá trình luôn đi kèm với một hay nhiều phản ứng hóa học. Một quá trình hấp thụ hoá học bao giờ cũng bao gồm 2 giai đoạn: Giai đoạn khuếch tán và giai đoạn xảy ra các phản ứng hóa học. Như vậy sự hấp thụ hóa học không những phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của chất khí vào trong chất lỏng mà còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển hóa các chất - tốc độ phản ứng của các chất. 3.5. Hấp phụ (Adsorption) * Khái quát  Phương pháp hấp phụ dùng để khử mùi vị, màu, chất bẩn hữu cơ khó phân hủy, kim loại nặng,... ra khỏi nước thải công nghiệp.  Phương pháp này thường được sử dụng khi nước thải cần xử lý đạt tiêu chuẩn cao hoặc tái sử dụng lại nước thải.  Hấp phụ tách các chất hữu cơ và khí hoà tan khỏi nước thải bằng cách tập trung các chất đó trên bề mặt chất rắn (hấp phụ vật lý) hay bằng cách tương tác các chất bẩn hoà tan với các chất rắn (hấp phụ hoá học). Hình 3.5. Physical adsorption and chemical adsorption  Phương pháp hấp phụ được dùng như là phương pháp xử lý cuối cùng, sau xử lý sinh học.
  • 58.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 44 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Hấp phụ là quá trình tách các cấu tử độc hại nằm trong pha khí hoặc pha lỏng với nồng độ rất thấp lên bề mặt hoặc trong các lỗ mao quản của chất hấp phụ là pha rắn xốp.  Hấp phụ lỏng - rắn dùng để tách các chất độc hại: Phenol, các thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, các hợp chất nào của cácbuahydro thơm, các hợp chất bề mặt, các chất màu ra khỏi nước thải.  Chất hấp phụ rắn thường dùng là than hoạt tính, tro, xỉ, silica gel...  Sử dụng loại bỏ các hợp chất hữu cơ trong nước. * Nguyên lý Hấp phụ là một hiện tượng (quá trình) gây ra sự tăng nồng độ của một chất hoặc một hỗn hợp chất trên bề mặt tiếp xúc giữa hai pha (rắn - khí, rắn - lỏng, lỏng - khí). Hình 3.6. Biểu diễn quá trình hấp phụ * Các chất hấp phổ biến Than hoạt tính là một chất hấp phụ rắn, xốp, không phân cực và có bề mặt riêng rất lớn. Về bản chất nguyên tố, nó thuộc nhóm graphit - một dạng thù hình của carbon gồm các tinh thể nhỏ có cấu trúc bất trật tự; nhưng khác với graphit là trong tinh thể của than hoạt tính các vòng sáu nguyên tử carbon sắp xếp kém trật tự hơn. Vì vậy than hoạt tính có cấu tạo xốp hơn và tạo nên nhiều lỗ hổng nhỏ không đồng đều và rất phức tạp.
  • 59.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 45 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.7. Activated Carbon Basics Hình 3.8. Cơ chế hấp phụ chất bẩn trong lọc nước Than hoạt tính được coi như là một chất hấp phụ chủ yếu trong công nghệ xử lý làm sạch môi trường: - Làm sạch nước để uống, xử lý nước sinh hoạt hoặc xử lý nước thải của các công trình có độ nhiễm bẩn thấp. Trong những trường hợp này, than hoạt tính sẽ giữ lại các hợp chất hữu cơ hoà tan, nhất là các chất gây mùi, gây màu và cả vết những kim loại nặng. Than hoạt tính đặc biệt có hiệu quả xử lý cao đối với nước bị nhiễm nhẹ các chất diệt trừ dịch hại.
  • 60.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 46 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.9. Những ứng dụng than hoạt tính - Xử lý nước thải công nghiệp: Người ta sử dụng than hoạt tính trong những trường hợp hấp phụ các chất kém hoặc không bị vi sinh vật phân hủy, các chất gây độc hại đối với các vi sinh vật. Trong trường hợp này xử lý chọn lọc bảng than hoạt tính đóng vai trò như là quá trình tiền xử lý cho các bước xử lý sinh học tiếp theo. - Xử lý triệt để nước thải công nghiệp và đô thị: Khi than đã hấp phụ bão hòa, nó không còn khả năng hấp phụ tiếp tục nữa. Đối với than hoạt tính, trong trường hợp này không phải bỏ đi mà có thể tái sinh và sử dụng lại được. Đại đa số các chất hấp phụ trên than hoạt tính đều có thể giải hấp bằng nhiệt. Khi ở trong môi trường có nhiệt độ cao, các chất hữu cơ cũng như các phân tử axit dễ bay hơi đã tách khỏi bề mặt của than. Đối với mỗi một chất sẽ có một nhiệt độ xử lý phù hợp. Với các hợp chất của kim loại thì thông thường phải giải hấp bằng axit sau đó rửa bằng nước và sấy để tái sinh.
  • 61.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 47 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.10. Cơ chế hoạt động của than hoạt tính Zeolit là các hợp chất alumosihcat có cấu trúc tinh thể. Tính chất của zeolit phụ thuộc vào tỷ lệ Si và Al và mức độ tạo tinh thể của sản phẩm cuối cùng.
  • 62.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 48 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.11. Cấu trúc Zeolit ((a) zeolite A (3D, 4.2 Å); (b) zeolite Y (3D, 7.4 Å); (c) Zeolite L (1D, 7.1 Å); (d) ZSM-5) * Ưu nhược điểm - Ưu điểm: Khả năng làm sạch cao, có thể tái sinh. - Nhược điểm: Không thể sử dụng đối với nguồn thải có mức độ ô nhiễm cao (hiệu quả thấp). Hình 3.12. Zeolite Process of Water Softening * Chất hấp phụ phải thoả mãn các yêu cầu  Hấp phụ chọn lọc  Bề mặt riêng lớn  Dễ hoàn nguyên  Đảm bảo độ bền cơ và nhiệt  Không có hoạt tính xúc tác với các phản ứng oxy hoá
  • 63.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 49 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Dễ kiếm, rẻ tiền * Các yếu tố ảnh hướng tới quá trình hấp phụ  Diện tích bề mặt chất hấp phụ  Bản chất của sự hấp phụ  Độ pH  Nồng độ dung dịch  Thời gian tiếp xúc  Bản chất của hệ tiếp xúc Hình 3.13. A comparison between absorption (hấp thụ) and adsorption (hấp phụ) 3.6. Phương pháp oxy hóa (Oxidation Processes) - Nguyên tắc: Sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh như O3, KMnO4, H2O2 để giảm tiềm năng ô nhiễm, độc tính bằng cách chuyển hóa thành các chất ít độc.
  • 64.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 50 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Bảng 3.2. Oxidation potential of most commonly reagents used in wastewater treatment (Nguồn: Hunsberger, 1977) - Đối tượng xử lý:  Oxy hóa hóa học xử lý thành phần vô cơ như Mn(II), Fe(II), S2- , CN- , SO3 2- .  Các hợp chất hữu cơ như phenols, amines, humic acids, mùi vị, màu, hợp chất độc, vi khuẩn, tảo. Hình 3.14. Example of Organic Chemical Removal - Các chất oxy hóa phổ biến: NaClO, H2O2, O3, KMnO4 + Ozon  Là chất oxy hoá có hoạt tính cao và độ hoà tan trong nước lớn gấp 10 lần O2 được sử dụng xử lý nước thải có chứa các chất bẩn hữu cơ dạng hoà tan và keo.
  • 65.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 51 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Ozon làm sạch nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu H2S, hợp chất của As, hợp chất bề mặt, CN-, các chất màu, hydrocarbon thơm, thuốc trừ sâu và còn có khả năng tiêu diệt các vi khuẩn. CN- + O3 = CNO- + O2  Nếu kết hợp chiếu tia cực tím thì tốc độ oxy hoá bằng ozon sẽ tăng 102 - 104 lần. - H2O2  Là chất oxy hoá mạnh dùng để oxy hóa phenol, CN-, các hợp chất chứa lưu huỳnh (S) và các ion kim loại.  Quá trình xảy ra mãnh liệt khi có mặt của chất xúc tác như Fe2+ , Fe3+ , Cu2+ , Cr3+ , pH tối ưu: 3 – 4. - KMnO4 o Là chất oxy hoá tương đối mạnh được dùng để oxy hoá phenol, CN- và các hợp chất chứa S. o Độ pH của quá trình là 9,5 (pH càng cao thì phản ứng xảy ra càng nhanh). 3.7. Trao đổi ion (Ion Exchange) 3.7.1. Khái quát và cơ sở phương pháp Là quá trình trao đổi ion dựa trên sự tương tác hoá học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn. Trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (ví dụ như hạt nhựa trao đổi). Có thể hiểu, trao đổi ion là quá trình tương tác của dung dịch với pha rắn có tính chất trao đổi. RA + B+ = A+ + RB Where, R is the resin (as cation exchanger) and A+ and B+ the cations competing for the binding site. Việc trao đổi phải có một cấu trúc mạng mở hữu cơ hoặc vô cơ có thể mang theo các ion. Quá trình trao đổi ion phụ thuộc vào từng loại nhựa trao đổi và bản chất các loại ion khác nhau.
  • 66.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 52 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.15. Ion Exchange Treatment Process Hình 3.16. Ion Exchange (khử khoáng) Trao đổi ion có thể sử dụng với cation và anion hữu cơ hoặc vô cơ. Tuy nhiên, phần lớn ứng dụng trao đổi ion đều liên quan đến các loại chất vô cơ vì các chất hữu cơ thường đòi hỏi chất tái sinh có nồng độ rất cao hoặc sử dụng các dung môi hữu cơ để khử chất hữu cơ.  Ví dụ 1: Quá trình làm mềm nước (R: Tác nhân trao đổi ion) 2RNa+ + Ca2+  R2Ca2+ + 2Na+
  • 67.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 53 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.17. Quá trình làm mềm nước cứng  Ví dụ 2: Quá trình làm mềm nước bằng tác nhân trao đổi ion zeolite (X)  Ví dụ 3: Khử chất ô nhiễm ROH– + A–  RA– + OH– R: Nhựa trao đổi ion Resin; A– : Các anion phổ biến như Cl– , SO4 2– and NO3 – 3.7.2. Vật liệu và phương pháp trao đổi ion Vật liệu trao đổi ion là những chất không hòa tan có chứa các ion mà có thể được trao đổi với các ion khác trong dung dịch khi tiếp xúc với nó. Những trao đổi này diễn ra mà không có bất kỳ thay đổi vật lý của vật liệu trao đổi ion. a. Phân loại - Vật liệu trao đổi ion tự nhiên: Vật liệu trao đổi ion hữu cơ tự nhiên, vật liệu trao đổi ion vô cơ tự nhiên. - Vật liệu trao đổi ion nhân tạo: Vật liệu trao đổi ion hữu cơ nhân tạo, vật liệu trao đổi ion vô cơ nhân tạo. Ví dụ: Một số hạt trao đổi ion như zeolite tự nhiên, nhựa tổng hợp…
  • 68.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 54 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.18. Hạt trao đổi ion zeolite Hình 3.19. Hạt trao đổi ion nhựa tổng hợp b. Nhựa trao đổi ion Nhựa trao đổi ion còn gọi là ionit, các ionit có khả năng hấp thu các ion dương (gọi là cationit), ngược lại các ionit có khả năng hấp thu các ion âm gọi là anionit. Các ionit có khả năng hấp thu cation lẫn anion được gọi là ionit lưỡng tính. Hình 3.20. Ion-exchange resin Về cấu tạo của chất trao đổi ion, có thể phân ra hai phần: Một phần gọi là gốc của chất trao đổi ion, một phần khác gọi là nhóm ion có thể trao đổi (nhóm hoạt tính).
  • 69.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 55 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Thông qua phương pháp tổng hợp hoá học, người ta chế tạo chất trao đổi ion hữu cơ gọi là nhựa trao đổi ion (Resin). Resin được tạo ra bởi sự trùng ngưng từ styren và divinylbenzen (DVB). Phân tử styren tạo nên cấu trúc cơ bản của Resin. DVB là những cầu nối giữa các polime có tính không hoà tan và giai bền. Cầu nối trong Resin là cầu nối 3 chiều và Resin có cấu trúc rỗng. Về phân loại: Có 4 loại Resin - Resin cation acid mạnh - Resin cation acid yếu - Resin anion base mạnh - Resin anion base yếu c. Phương pháp trao đổi ion Có hai phương pháp trao đổi ion chính: - Trao đổi ion với lớp nhựa chuyển động, vận hành và tái sinh liên tục. - Trao đổi ion với lớp nhựa trao đổi đứng yên, vận hành và tái sinh gián đoạn. Trong đó, phương pháp trao đổi ion với lớp nhựa tĩnh là phổ biến hơn cả. 3.7.4. Ứng dụng Hình 3.21. Ứng dụng khử độ cứng trong nước Phương pháp trao đổi ion được sử dụng rộng rãi trong các quá trình xử lý nước cấp và nước thải. Trong xử lý nước cấp, phương pháp trao đổi ion thường được sử dụng để khử các muối, độ cứng, khoáng, nitrat, màu và các kim loại.
  • 70.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 56 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Trong xử lý nước thải, phương pháp trao đổi ion được sử dụng để loại ra khỏi nước các kim loại (kẽm, đồng, crom, nikel, chì, thuỷ ngân, cadimi, vanadi, mangan,…), các hợp chất asen, phốt pho, xianua và phóng xạ. Đồng thời, thu hồi các chất có giá trị với mức độ làm sạch nước cao. Hình 3.22. Khử Na+ bằng phương pháp trao đổi ion (H+ Form Cation Resin; Na+ Removal) Một số ứng dụng cụ thể:  Phổ biến xử lý kim loại độc và NO3-.  Sử dụng nhựa tự nhiên hoặc tổng hợp để loại bỏ ion canxi, magie và carbonate từ nước, thay thế chúng bằng natri, clorua, hydroxyl hoặc các ion khác.  Xử lý nước thải xi mạ, sơn tĩnh điện… và thu hồi Cr. Phương pháp hiệu quả loại bỏ muối vô cơ hòa tan như độ cứng (Ca, Mg) và kim loại nặng trong nước thải. 3.7.5. Ưu nhược điểm a. Ưu điểm - Xử lý triệt để và có tính chọn lọc đối tượng. - Nhựa ion có thể sử dụng lâu dài, tái sinh nhiều lần với chi phí thấp, tiêu hao năng lượng thấp. - Phương pháp thân thiện môi trường (hấp thu các chất độc trong nước). b. Hạn chế - Nước tồn tại các hợp chất hữu cơ hay Fe3+ , chúng sẽ bám dính vào các hạt nhựa ion, làm giảm khả năng trao đổi. - Chi phí đầu tư và vận hành khá cao (ít được sử dụng công trình lớn và thường dùng cho trường hợp đòi hỏi mức độ xử lý cao). 3.8. Tuyển nổi (Flotation) Dẫn nhập
  • 71.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 57 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Hàm lượng dầu 0,2 - 0,4 mg/l sẽ làm cho nước có mùi dầu. Khử mùi dầu là một việc làm khó khăn.  Hiện tượng giảm hàm lượng oxy hoà tan (<4 mg/l) trong nước gây ảnh hưởng xấu cho các loài thủy sinh vật. Khái niệm  Tuyển nổi là quá trình tách các hạt lơ lửng ra khỏi chất lỏng bằng cách sục vào chất lỏng dòng khí phân tán ở dạng bọt rất nhỏ, các hạt không thấm ướt sẽ dính vào bọt và cùng với bọt nổi lên trên bề chất lỏng và được hớt ra ngoài. Bọt khí có thể tạo ra bằng cách sục khí, bằng các phản ứng hoá học và sinh học sinh ra. Hình 3.23. A typical flotation system Nguyên tắc  Sử dụng khí hòa tan (bọt khí)  Các chất rắn lơ lửng sẽ bám vào bề mặt của bọt khí và nổi lên  Ban đầu, tăng áp suất và cấp một lượng không khí đủ lớn sau đó giảm áp để tạo ra các bọt khí trong nước. Kết quả các hạt dầu, mỡ, SS sẽ kết hợp với bọt khí và nổi lên và được tách khỏi nước thải bằng thanh gạt hoặc thiết bị thu gom bọt nổi.
  • 72.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 58 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.24. Bên trong hệ tuyển nổi Vai trò  Giải pháp thay thế bể lắng truyền thống  Áp dụng xử lý nước cấp và nước thải  Thường áp dụng xử lý nước thải công nghiệp quy mô nhỏ Hình 3.25. Sơ đồ xử lý nước thải áp dụng phương pháp tuyển nổi Phân loại (Flotation Types)  Simple flotation  Flotation with aeration  Dissolved air flotation  Electroflotation  Vacuum flotation Thiết kế
  • 73.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 59 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.26. Design of Flotation Systems Primary variables for flotation design o Pressure o Recycle ratio o Feed solids concentration o Retention period Principal components of flotation system o Pressurized pump  Elevated pressure to increase solubility o Air-injection facilities o Retention tank (saturation tank)  1-3 min o Back pressure regulation device  Constant head on pressurizing pump o Flotation unit  Circular/rectangular with a skimming device Ứng dụng:  Loại chất rắn lơ lửng, dầu mỡ, chất rắn mật độ thấp, những chất không tan trong nước  Các chất hòa tan như BOD, COD, màu cũng được xử lý hiệu quả sau keo tụ Used for  The removal of: Suspended Solids, Oil and Grease from wastewater  The seperation and concentration of sludges Cụ thể đối với nước thải: o Petroleum industry o Edible oil industry
  • 74.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 60 ThS. Nguyễn Minh Kỳ o Fiber recycling in paper industry - Tuyển nổi loại các tạp chất bẩn ra khỏi nước bằng cách tạo cho chúng khả năng dễ nổi lên mặt nước. Muốn vậy người ta cho vào nước chất tuyển nổi hoặc tác nhân tuyển nổi để thu hút và kéo các chất bẩn nổi lên mặt nước, sau đó loại hỗn hợp chất bẩn và chất tuyển nổi ra khỏi nước. - Thông thường dùng các bọt khí nhỏ li ti phân tán và bão hoà trong nước. Những hạt chất bẩn chứa trong nước (dầu, sợi giấy, ce1ulose, len...) sẽ dính vào các bọt không khí và cùng các bọt không khí nổi lên mặt nước, rồi được loại khỏi nước. Tuyển nổi khí hòa tan (DAF: tạo bông khí hòa tan, tuyển nổi siêu nông) Hình 3.27. Sơ đồ tuyển nổi khí hòa tan - Nguyên tắc  Sử dụng nước bão hòa không khí, áp suất cao 3~5 kg/cm2 (0,29~0,49 MPa)  Cho dòng nước này vào nước thải có áp suất không khí để tạo đám mây bong bóng mịn dạng hình cầu có đường kính 70~80 μm. Bong bóng giữ hạt rắn bởi các lực vật lý hoặc tham gia liên kết bề mặt… (liên kết 3 pha rắn, khí, lỏng) kết quả hạt nặng hơn và lắng xuống.
  • 75.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 61 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.28. DAF Flow Diagram Hình 3.29. Công nghệ bể tuyển nổi - Ứng dụng DAF  Thích hợp xử lý SS từ 150 mg/ℓ to 2.000 mg/ℓ sau keo tụ nhưng không thể áp dụng khi tốc độ keo tụ nhỏ hơn 20 m/h.  Loại bỏ/phân tách dầu.
  • 76.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 62 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.30. Phân tách nhiễm bẩn dầu 3.9. Khử trùng (Disinfection)  Sau khi qua bể lắng, bể lọc, phần lớn vi khuẩn trong nước đã bị giữ lại (90%) và bị tiêu diệt. Tuy nhiên, để đảm bảo hoàn toàn vệ sinh, phải áp dụng phương pháp triệt khuẩn nước.  Phương pháp triệt khuẩn nước thường dùng nhất là Clo hoá tức là sử dụng Clo hoặc hợp chất của Clo như clorua vôi (CaOCl2), zaven (NaOCl) là những chất oxy hóa mạnh, có khả năng triệt khuẩn.  Những chất oxy hoá mạnh: Cl2, HOCl, OCl-  Ví dụ:  Các phương pháp khử trùng
  • 77.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 63 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Dùng tia tử ngoại: Dùng một loại đèn phát ra tia tử ngoại để triệt khuẩn. Phương pháp này đơn giản nhưng thiết bị đắt hay hỏng và tốn điện (10-30 kW/1000 m3 nước). + Dùng ozon (O3): Khi đưa O3 vào nước sẽ tạo thành oxy nguyên tử là chất có khả năng diệt trùng. Ozon, uv đắt nhưng không để lại tác nhân phụ gây gây độc. + Dùng sóng siêu âm: Dùng thiết bị phát ra sóng siêu âm tần số 500 kHz vi trùng sẽ bị tiêu diệt. + Kim loại Cu, Ag được sử dụng để khử trùng bể bơi, bồn tắm nước nóng. 3.10. Phương pháp điện hóa (Electrochemistry) Khái quát nguyên lý Hình 3.31. Nguyên lý phương pháp điện hóa Phương pháp điện hoá học phá huỷ các tạp chất độc hại trong nước thải hoặc trong dung dịch bằng cách oxy hoá điện hoá trên điện cực anốt hoặc cũng có thể phục hồi các chất quý rồi đưa về dùng lại trong sản xuất. Nhờ các quá trình oxy hoá khử mà các chất bẩn độc hại được biến đổi thành các chất không độc. Phân loại và ưu điểm Một số công nghệ điện hóa  Electrodeposition  Electrocoagulation  Electroflotation  Electrosorption  etc.
  • 78.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 64 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.32. Ưu điểm công nghệ điện hóa Ưu điểm  Removal and recovery of heavy metals from wastewater  Tiêu thụ hóa chất mức thấp  etc. Ví dụ 1: Hình 3.33. Quá trình điện hóa hóa học Phản ứng điện hóa: Zn(s) + Cu2+ (aq) → Zn2+ (aq) + Cu(s) This reactions involves two half-reactions: Oxidation: Zn → Zn +2 + 2 e - Reduction: Cu 2+ + 2e - → Cu Ví dụ 2:
  • 79.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 65 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.34. Electrochemical arsenic removal process 3.11. Màng lọc (Membrane Filtration) 3.11.1. Khái quát Đối với các quá trình lọc, màng được hiểu theo nghĩa thông thường là rào chắn nhằm ngăn cách giữa các pha, hạn chế sự vận chuyển qua lại giữa các cơ chất một cách có chọn lọc. Màng có thể là được cấu tạo thuần nhất hoặc tổng hợp; có thể có cấu trúc đối xứng hoặc không đối xứng, có thể mang điện dương hay âm, có thể trung hòa về điện tích nhưng cũng có thể mang cả 2 loại điện tích kể trên. Quá trình vận chuyển vật chất qua màng có thể được thực hiện dưới tác động của quá trình đối lưu, quá trình khuếch tán phân tử, do trường điện từ, do nồng độ, do áp suất hay nhiệt độ. Quá trình lọc màng có thể tách dòng thành 2 dòng riêng biệt: dòng thấm và dòng cô đặc. Dòng thấm là phần chất lỏng đi qua màng trong khi đó dòng cô đặc là dòng chứa những phần tử bị giữ lại ở màng. Hình 3.35. Nguyên tắc lọc màng
  • 80.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 66 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Công nghệ màng lọc là một thuật ngữ chung dùng cho một số các quy trình tách có các đặc trưng khác nhau. Các quy trình này cơ bản là tương tự nhau về nguyên lý hoạt động, chúng đều sử dụng màng để phân tách các chất mong muốn. Công nghệ màng lọc được sử dụng nhiều trong các quy trình xử lý nước ngầm, nước mặt và nước thải. Quá trình phân tách của công nghệ màng dựa trên nguyên lý hoạt động của màng bán thấm là cho phép nước đi qua màng và giữ lại các chất rắn lơ lửng và các chất không mong muốn khác. Màng lọc có thể xem là sự tích hợp và thay thế hiệu quả cho các công nghệ keo tụ, lọc cặn, hấp phụ (lọc cát, than hoạt tính, trao đổi ion), nén ép và chưng cất. Hình 3.36. Sơ đồ mô tả yếu tố xác định hiệu quả màng Hai yếu tố dùng để xác định tính hiệu quả màng lọc, đó là tính chọn lọc và hiệu suất. Tính chọn lọc được thể hiện qua yếu tố lựa chọn chất đi qua và giữ lại trên màng, trong khi hiệu suất được thể hiện qua tham số gọi là thông lượng, tức là lượng nước qua màng (tính bằng đơn vị l/m2 *h ). Tính chọn lọc và hiệu suất phụ thuộc vào đặc điểm từng loại màng. 3.11.2. Phân loại Màng lọc có thể phân ra làm hai loại gồm nhóm màng vi lọc, siêu lọc và nhóm màng nano, thẩm thấu ngược RO.
  • 81.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 67 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.37. Đặc điểm các loại màng lọc Bảng 3.3. Đặc điểm các quá trình lọc màng Quá trình Kích thước lỗ rỗng Flux (L/m2 .h)- cường độ lọc Áp suất (psi) Xử lý MF vi lọc 0,1 -2 µm 100 – 1.000 15 - 60 SS, vi khuẩn UF siêu lọc 0,005 – 0,1 µm 30 – 300 10 – 100 SS, vi khuẩn, ion đa hóa trị NF lọc nano 0,0005 – 0,005 µm 20 – 150 40 – 200 (90 typically) SS, vi khuẩn, ion đa hóa trị RO thẩm thấu ngược < 0,5 nm 10 - 35 200 – 300 SS, vi khuẩn, virus, ion đa và đơn hóa trị Màng vi lọc và màng siêu lọc được sử dụng để loại bỏ các hạt cặn có kích thước khá lớn trong khi muốn khử muối khỏi nước ví dụ như trong công nghệ lọc nước biển thì màng nano và màng RO là sự lựa chọn thích hợp. Màng nano và RO hoạt động không theo nguyên tắc lỗ lọc, sự phân tách các chất diễn ra bằng cách khuếch tán qua màng. Áp lực cần thiết để đẩy nước qua màng nano và RO cao hơn nhiều so với áp suất qua màng vi lọc và siêu lọc, trong khi lượng nước thành phẩm (hiệu suất) lại thấp hơn nhiều. 3.11.3. Yếu tố ảnh hưởng Hiệu quả lọc màng phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản như:  Đặc điểm màng
  • 82.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 68 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Bản chất nước thải  Điều kiện và các thông số vận hành 3.11.4. Ưu nhược điểm và ứng dụng a. Ưu điểm Màng lọc là một số ưu điểm đối với các kỹ thuật lọc nước hiện nay: - Là công nghệ có thể hoạt động ở nhiệt độ thấp. Điều này quan trọng bởi vì nó cho phép xử lý đối với các chất nhạy cảm với nhiệt độ. Do đó, công nghệ màng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất thực phẩm, đồ uống. - Là công nghệ tiêu tốn ít năng lượng, hầu hết năng lượng sử dụng chủ yếu là để bơm chất lỏng qua màng, tổng năng lượng sử dụng nhỏ so với các kỹ thuật thay thế khác như công nghệ bay hơi. - Có thể dễ dàng mở rộng quy mô (màng được chế tạo theo các modul, thuận tiện thi công). Ưu điểm nổi bật:  Ôn hòa về mặt môi trường  Công nghệ sạch và dễ vận hành  Có thể thay thế được nhiều quá trình hóa lý truyền thống: lọc, chưng cất, trao đổi ion trong quy trình xử lý nước  Tạo ra sản phẩm có chất lượng cao  Thuận lợi cho việc thiết kế những hệ thống có tính linh hoạt cao b. Nhược điểm Trong quá trình lọc, màng bị nhiễm bẩn là điều không thể tránh khỏi. Loại và lượng chất bẩn bám trên màng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, chẳng hạn như chất lượng nước, loại màng, vật liệu màng và thiết kế, điều khiển của quá trình. Những chất bẩn bám trên màng khiến màng phải hoạt động với một khối lượng công việc cao hơn cần thiết để có thể đảm bảo công suất làm việc của màng. Tại thời điểm áp lực sẽ tăng lên mức cao nhất cho đến khi màng không còn đảm bảo về tính kỹ thuật và kinh tế phải tiến hành súc rửa màng. Giải pháp làm sạch màng bằng các phương pháp như rửa ngược bằng nước hoặc khí, súc rửa bằng hóa chất hoặc kết hợp các phương pháp trên. c. Ứng dụng Các quá trình lọc màng được phân loại dựa vào động lực chuyển cơ chất qua màng, đặc tính loại màng và kích thước mao quản màng. Quá trình lọc màng trong công nghệ xử lý nước dùng để khử khoáng và làm mềm nước, khử màu và chất hữu cơ hòa tan, các phân tử và nhiều mục đích khác.
  • 83.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 69 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Đặc biệt là quá trình xử lý nước tinh khiết, nước sản xuất dược phẩm, nước y tế... hay xử lý bậc cao trong xử lý nước thải khi có nhu cầu hoàn lưu. 3.11.5. Màng vi lọc MF (Microfiltration) a. Khái quát Màng có độ xốp cao, phạm vi kích thước chất loại bỏ từ 0,1 - 2 µm, bao gồm cả vi khuẩn nhưng không giống công nghệ màng lọc thẩm thấu ngược RO và nano, màng vi lọc không loại bỏ các chất hòa tan. Vật liệu màng thường được làm bằng gốm sứ, teflon, polypropylene hoặc các loại nhựa khác. Hình 3.38. Màng vi lọc b. Nguyên lý hoạt động Màng vi lọc (MF) cũng hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự màng RO và nano là loại bỏ các chất rắn lơ lửng từ nước qua lớp màng có kích thước lỗ nhỏ dưới một áp lực thấp hơn so với màng RO và nano (khoảng 15-60 psi). c. Ứng dụng Được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp và dân dụng để loại bỏ các cặn có kích thước lớn, các đại phân tử được tách ra từ các phân tử lớn khác, protein, hay các mảnh vỡ tế bào.
  • 84.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 70 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Ứng dụng quan trọng trong lọc nước đơn giản ở các chu trình cuối (ví dụ dùng trong lọc nước ép trái cây, sữa, rượu vang, bia và dược phẩm vô trùng). Màng vi lọc hoạt động ở áp suất tương đối thấp, màng lọc ứng dụng trong các lĩnh vực sau:  Khử trùng lạnh đồ uống và dược phẩm  Thanh lọc các loại nước ép trái cây, rượu vang và bia  Loại bỏ vi khuẩn từ nước  Tiền xử lý nước trước hệ thống RO  Xử lý nước thải 3.11.6. Màng siêu lọc UF (Ultrafiltration) a. Khái quát Công nghệ màng siêu lọc (UF) là một quá trình lọc có áp lực loại bỏ dầu, hydroxyt kim loại, chất keo, nhũ tương, chất rắn lơ lửng, vi khuẩn và hầu hết các phân tử lớn từ nước và các dung dịch khác. Màng UF ứng dụng trong lọc dầu, nước ép trái cây, sữa và sữa chua, sơn, dược phẩm, rượu nước uống, và xử lý nước thải cấp ba/triệt để. Màng siêu lọc có kích thước lỗ khoảng 0,005 - 0,1 µm có thể loại bỏ một số virus, trong khi màng vi lọc có kích thước lỗ lớn hơn, chỉ có thể loại bỏ một số loài vi sinh vật không bao gồm virus. Tuy nhiên cả vi lọc và siêu lọc đều không thể loại bỏ các chất hòa tan, trừ khi các chất này được hấp phụ trước bằng than hoạt tính hoặc được keo tụ bằng phèn nhôm hoặc sắt. Hình 3.39. Màng siêu lọc Các màng siêu lọc có cấu trúc mềm không đối xứng, kích thước lỗ rỗng nhỏ (cỡ 0,005 – 0,1 μm), hoạt động dưới áp suất thông thường dưới 100 psi; cho phép lọc được các chất keo, chất rắn hoà tan có kích thước nhỏ và các phần tử như vi khuẩn, virus, protein có khối lượng mol nhỏ, carbohydrates, enzymes.... Lưu lượng trong quá trình lọc diễn ra ở màng UF phụ thuộc nhiều vào hàm lượng chất keo bởi sự phân cực và sự bịt kín lỗ rỗng. Các chất keo là nguyên nhân chính làm giảm lưu lượng và tạo lên áp lực truyền qua màng tăng cao. Quá trình lọc diễn ra ở nhiệt độ bình thường và áp suất thấp nên tiêu thụ ít điện năng. Kích thuớc của hệ thống gọn nhỏ, cấu trúc đơn giản nên không
  • 85.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 71 ThS. Nguyễn Minh Kỳ tốn diện tích mặt bằng. Về cơ bản màng siêu lọc không cho hiệu quả cao như màng nano nhưng lại không đòi hỏi nhiều năng lượng như màng nano. b. Cấu tạo chức năng và nguyên lý của màng siêu lọc UF Màng siêu lọc sợi rỗng thẩm thấu, mỗi sợi màng có dạng hình ống, màu trắng. Khi lọc cho phép nước đi từ ngoài vào trong lòng ống nhờ áp lực dòng chảy của nước trong điều kiện thiết kế bịt một đầu ống lại hoặc uốn ống theo hình chữ U. Dưới áp lực dòng chảy của nước sẽ thấm qua các mao dẫn có kích thước cỡ siêu nhỏ. Hình 3.40. Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động UF là một công nghệ lọc dùng áp suất thấp để loại bỏ những phân tử có kích thuớc lớn ra khỏi nguồn nước. Dưới một áp suất nhỏ 1,5~3 kgf/cm² (1 kgf/cm² = 1 atm = 14,22 psi), nước tinh, muối khoáng và các phân tử ion nhỏ hơn lỗ lọc sẽ xuyên qua màng dễ dàng để tạo ra một nguồn nước tinh khiết. Hình 3.41. How Ultrafiltration membranes work Màng lọc Ultrafiltration có thể hoạt động theo 2 nguyên lý: Từ ngoài vào trong: Lớp lọc nằm bên ngoài màng, tức dòng nước có chất ô nhiễm được đẩy vào từ bên ngoài vào trong màng lọc tất cả các chất độc hại được giữ lại bên
  • 86.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 72 ThS. Nguyễn Minh Kỳ ngoài màng lọc. Kết quả, chỉ có nước sạch nguyên khoáng, nước tinh khiết sau lọc được thu ở bên trong màng lọc. Từ trong ra ngoài: Lớp lọc nằm bên trong màng, tức dòng nước có chất ô nhiễm được thấm vào từ bên trong màng lọc. Nước sạch sau lọc được thu ở bên ngoài màng lọc. c. Ứng dụng Màng lọc UF có thể lọc sạch các tạp chất có kích thước nhỏ hơn cả vi khuẩn, loại bỏ dầu, mỡ, hydroxit kim loại, chất keo, nhũ tương, chất rắn lơ lửng và hầu hết các phân tử lớn từ nước. Ngoài ra, còn có thể lọc các dung dịch khác như phấn hoa, tảo, ký sinh trùng, virus, vi trùng gây bệnh… và đặc biệt có thể loại bỏ được 99,9% vi khuẩn. Các phân tử có kích thước lớn hơn như các loại tạp chất, virus, vi khuẩn sẽ bị giữ lại và thải xả ra ngoài. Màng siêu lọc còn là giải pháp hợp lý cho các dây chuyền sản xuất thực phẩm và đồ uống, cung cấp nguồn nước ăn uống. Chất lượng nước rất cao sau khi lọc qua màng UF dùng cho việc sản xuất nước khoáng, nước hoa quả, nước tăng lực. Màng UF tạo nên rào chắn ngăn cản các vi sinh vật, bào tử và loại bỏ màu, chất hữu cơ. d. Ưu điểm  Quá trình lọc diễn ra ở nhiệt độ bình thường và áp suất thấp nên tiêu thụ ít điện năng.  Kích thước của hệ thống gọn nhỏ, cấu trúc đơn giản.  Không có nước thải lãng phí như công nghệ lọc RO (tiết kiệm).  Quy trình vận hành đơn giản, không cần nhiều nhân công. Cấu trúc và vật liệu màng lọc đồng nhất, đảm bảo độ tinh khiết trong suốt qúa trình xử lý. e. Nhược điểm  Tồn tại những chất khoáng còn lại trong nước có thể không có lợi cho sức khỏe.  Chi phí đầu tư ban đầu khá cao. 3.11.7. Màng lọc nano NF (Nanofiltration)
  • 87.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 73 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.42. Nguyên tắc hoạt động Màng lọc nano (NF) có kích thước lỗ khoảng 0,0005 - 0,005 µm. Có chức năng tương tự như màng thẩm thấu ngược, nhưng thường được sử dụng để loại bỏ các ion đa hóa trị, các chất hữu cơ đơn phân tử, gần như tất cả các virus, hầu hết các vật chất hữu cơ tự nhiên và các muối. Các ion đơn trị như Na, Cl sẽ đi qua nó, do đó nó thường được sử dụng cho quá trình tiền lọc trong khử muối nước mặn. Trong xử lý nước, màng NF có thể được sử dụng để làm mềm nước, loại bỏ thuốc trừ sâu, khử màu.
  • 88.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 74 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.43. Hệ thống màng lọc nano Màng lọc nano có kích thước lỗ rỗng khoảng 0,0005 - 0,005 μm, hoạt động dưới áp suất thông thường từ 40 - 200 psi; là màng trung gian giữa 2 hình thức màng RO và UF. Lọc nano có thể lọc được các phân tử muối hoá trị thấp và các chất khoáng; được ứng dụng trọng lọc cặn các protein, gelatin, công nghệ chế biến nước hoa quả, phân ly chất rắn hoà tan trong dung dịch và sản xuất nước sạch sinh hoạt. Hình 3.44. Ứng dụng lọc nước biển Màng nano được sử dụng để tách dòng chất lỏng hoặc các phân tử có trong dòng. Về cơ bản, màng NF không cho hiệu quả cao như màng lọc thẩm thấu ngược màng (RO), nhưng không tốn nhiều năng lượng như màng RO, tuy nhiên vẫn có khả năng giữ các phân tử đường, muối kim loại hóa trị II, vi khuẩn, proteins,…. Nhược điểm:
  • 89.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 75 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Công nghệ nano không qua hệ thống xử lý thô (tiền xử lý) dễ gây tắc màng;  Những chất khoáng còn lại trong nước có thể không có lợi cho sức khỏe;  Chi phí và giá thành cao;  Phải xác định trước nguồn nước để áp dụng công nghệ nano hiệu quả. 3.11.8. Phương pháp thẩm thấu ngược RO (Reverse Osmosis)  Thẩm thấu ngược là quá trình tách nước qua màng bán thấm từ phía dung dịch đặc hơn sang phía dung dịch loãng hơn khi áp suất tác đụng lên dung dịch vượt quá áp suất thẩm thấu.  Màng thường sản xuất từ vật liệu polyme. Hình 3.45. Màng lọc RO Màng thẩm thấu ngược (RO) có kích thước lỗ nhỏ hơn 0,5 nm (0,0005μm). Ngoài việc loại bỏ tất cả các phân tử hữu cơ và virus, màng RO loại bỏ hầu hết các ion đơn trị, các khoáng chất có mặt trong nước. Do đó màng RO được ứng dụng phổ biến trong khử muối, khử mặn, khử khoáng để sản xuất nước tinh khiết với tính kinh tế cao hơn so với phương pháp chưng cất. Hình 3.46. Spiral wound (like a rolled up newspaper)
  • 90.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 76 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.47. Hollow fibers Màng lọc RO có kích thước lỗ rỗng nhỏ, chúng được hoạt động dưới áp suất cao, thông thường từ 200 - 300 psi, cho phép loại bỏ hầu hết các thành phần có trong nước như: cacbuahydrat, cặn lơ lửng, các chất khoáng, các ion, amino acid... Cơ chế hoạt động của lọc RO sử dụng tính chất của màng bán thấm, tất cả các chất hoà tan bị giữ lại, trừ một vài phần tử hữu cơ rất gần với nước có khối lượng mol nhỏ và phân cực mạnh. Trên bề mặt màng RO có các lỗ siêu nhỏ, vì thế phải dùng điện để tạo áp lực của máy bơm ép nước tinh khiết đi qua màng lọc. Ngoài ra, theo cơ chế trượt ngang nguồn nước sau khi tới màng lọc RO tách ra làm hai phần: Một phần nước hoàn toàn tinh khiết, nước còn lại có lẫn các tạp chất sẽ bị cuốn ra ngoài theo đường nước thải. Nhược điểm - Công nghệ lọc RO cho ra nước tinh khiết, loại bỏ hoàn toàn khoáng chất có trong nước (tuy nhiên, nếu uống nước tinh khiết lâu dài làm cơ thể thiếu 1 số khoáng chất cần thiết). - Tiêu tốn nước nhiều (quá trình lọc nước tinh khiết đồng nghĩa với việc phải loại bỏ một lượng nước thải khá lớn). Cách khắc phục: - Đối với việc lọc nước uống hệ thống lọc RO thêm chức năng bổ sung khoáng chất có lợi cho cơ thể (thêm bộ tạo khoáng ở bước lọc cuối cùng). - Sử dụng lượng nước thải ra vào các mục đích như tưới cây, giặt đồ, vệ sinh nhà cửa...
  • 91.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 77 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 3.12. Oxy hóa nâng cao AOPs (Advanced Oxidation Process) 3.12.1. Cơ sở lý thuyết Oxy hóa nâng cao là quá trình phân hủy oxy hóa dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl HO* được tạo ra ngay trong quá trình xử lý. Gốc hydroxyl HO* là một tác nhân oxy hóa mạnh nhất trong số các tác nhân oxy hóa được biết từ trước đến nay. Thế oxy hóa của gốc hydroxyl HO* là 2,8V, cao nhất trong số các tác nhân oxy hóa thường gặp. Bảng 3.4. Mức độ nâng lực oxy hóa của các tác nhân (so với oxy) TT Chất oxy hóa Năng lực oxy hóa 1 O 1,00 2 Cl2 1,06 3 ClO2 1,06 4 HOCl 1,24 5 H2O2 1,48 6 H2SO5 1,51 7 O3 1,68 8 OH*(hydroxyl radical) 2,33 9 F2 2,50 Các gốc này không tồn tại có sẵn như những tác nhân oxy hóa thông thường, mà được sản sinh ngay trong quá trình phản ứng, có thời gian sống rất ngắn và liên tục được sinh ra trong suốt quá trình phản ứng. 3.12.2. Phân loại a. Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng Đây là các quá trình không nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng. Bảng 3.5. Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng TT Tác nhân phản ứng Phản ứng đặc trưng Tên quá trình 1 H2O2 và Fe2+ H2O2 + Fe2+ Fe3+ + OH- + HO* Fenton 2 H2O2 và O3 H2O2 + 2O3 2HO* + 3O2 Peroxone 3 O3 và các chất xúc tác 3O3 + H2O (cxt) 2HO* + 4O2 Catazon 4 H2O và năng lượng điện hóa H2O (nlđh) HO* + H* Oxy hóa điện hóa
  • 92.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 78 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 5 H2O và năng lượng siêu âm H2O (nlsa) HO* + H* (20- 40 kHz) Siêu âm 6 H2O và năng lượng cao H2O (nlc) HO* + H* (1-10 Mev) Bức xạ năng lượng cao b. Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng Quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình nhờ vào năng lượng bức xạ tia cực tím UV. Bảng 3.6. Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng TT Tác nhân phản ứng Phản ứng đặc trưng Tên quá trình 1 H2O2 và năng lượng photon UV H2O2 (hv) 2HO* (λ = 220 nm) UV/H2O2 2 O3 và năng lượng photon UV O3 + H2O (hv) 2HO* (λ = 253,7 nm) UV/O3 3 H2O2/O3 và năng lượng photon UV H2O2 + O3 + H2O (hv) 4HO* + O2 (λ = 253,7 nm) UV/H2O2+ O3 4 H2O2/Fe3+ và năng lượng photon UV Fe3+ + H2O (hv) HO* + Fe2+ + H+ Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH- + HO* Quang Fenton 5 TiO2 và năng lượng photon UV TiO2 (hv) e- + h+ (λ > 387,5 nm) h+ + H2O HO* + H+ h+ + OH- HO* + H+ Quang xúc tác bán dẫn 3.12.3. Ứng dụng Nhờ ưu thế nổi bật trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ, đặc biệt là những chất hữu cơ khó phân hủy sinh học (POPs) quá trình oxy hóa nâng cao dựa trên gốc tự do HO* được xem như một chìa khóa vàng để giải các bài toán đầy thách thức cho ngành xử lý nước và nước thải hiện nay. AOPs còn được mệnh danh là các quá trình xử lý nước của thế kỷ XXI. 3.12.4. Ưu điểm Hạn chế của quá trình xử lý sinh học (cần áp dụng AOPs) o Tốc độ chậm, thể tích lớn do đó cần nhiều hơn diện tích (quy mô hệ xử lý) o Cần sự tham gia của vi sinh vật o Dễ tổn thương shock tải trọng Ưu điểm oxy hóa nâng cao o Có thể oxy hóa nguồn nước thải có COD rất cao
  • 93.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 79 ThS. Nguyễn Minh Kỳ o Xử lý được các độc tố như CN-, S2- , chlorophenols, amines (hợp chất hữu cơ), kim loại nặng o Xử lý hiệu quả TDS o Diện tích không gian nhỏ, chi phí vận hành thấp o Có thể tái sử dụng nước sau xử lý 3.12.5. Quá trình Fenton a. Cơ chế Hệ tác nhân Fenton đồng thể (Fenton cổ điển) là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị II và H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra các gốc tự do HO*, còn Fe2+ bị oxy hóa thành Fe3+ . Fe2+ + H2O2  Fe3+ + HO* + OH- (k = 63 l.mol-1 .s-1 ) Phản ứng này được gọi là phản ứng Fenton (Fenton là người đầu tiên mô tả quá trình năm 1894). Những ion Fe2+ mất đi sẽ được tái sinh lại nhờ Fe3+ tác dụng với H2O2 dư theo phản ứng: Fe3+ + H2O2 Fe2+ + H+ + HO2* (k < 3.10-3 l.mol-1 .s-1 ) Từ những phản ứng trên cho thấy vai trò chất xúc tác của sắt. Quá trình khử Fe3+ thành Fe2+ xảy ra rất chậm, hằng số tốc độ phản ứng rất nhỏ và sắt tồn tại sau phản ứng chủ yếu dạng Fe3+ . Gốc HO* sinh ra có khả năng phản ứng với Fe2+ và H2O2, nhưng quan trọng nhất là khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ (RH = organic substrate) tạo thành các gốc hữu cơ (R*) có khả năng phản ứng cao. HO* + H2O2  H2O + HO2* HO* + Fe2+  OH- + Fe3+ HO* + RH  H2O + R* Gốc R* có thể oxy hóa Fe2+ , khử Fe3+ hoặc dimer hóa (quá trình hai phân tử của một chất kết hợp với nhau để tạo chất mới) theo phương trình phản ứng như: R* + Fe2+  Fe3+ + RH R* + Fe3+  Fe2+ + “sản phẩm phân hủy/products of degradation” R* + R*  “sản phẩm phân hủy/products of degradation” Gốc HO2* có thể tác dụng với Fe2+ , Fe3+ theo các phương trình phản ứng: HO2* + Fe2+  HO2 - + Fe3+ HO2* + Fe3+  H+ + O2 + Fe3+ Phương trình phản ứng Fenton tổng cộng có dạng:
  • 94.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 80 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Fe2+ + H2O2 + RH  Fe3+ + H2O + CO2 Tác nhân Fenton đã được biết từ lâu, thực tế đã chứng minh là tác nhân oxy hóa rất mạnh do sự hình thành gốc hydroxyl HO* trong quá trình phản ứng. Tuy nhiên, cơ chế của quá trình Fenton vẫn còn nhiều tranh cãi. Phần lớn các nhà nghiên cứu thừa nhận sự hình thành gốc HO* là yếu tố tạo khả năng oxy hóa cao của tác nhân Fenton. Hình 3.48. Quá trình Fenton Ngày nay, các khoa học gia đã phát triển thêm quá trình Fenton điện hóa (Electro Fenton: EF). This technology is based on the continuous electro generation of H2O2 at a suitable cathode fed with O2 or air, along with the addition of an iron catalyst to the treated solution to produce oxidant HO* at the bulk via Fenton’s reaction. b. Ưu điểm Quá trình Fenton vào nghiên cứu xử lý nước có những ưu điểm sau:  Các tác nhân H2O2 và các muối sắt II tương đối rẻ, có sẵn, không độc hại, dễ vận chuyển, sử dụng.  Hiệu quả oxy hóa được nâng cao rất nhiều so với H2O2 đơn lẻ. Quá trình Fenton xử lý nước sẽ khoáng hóa hoàn toàn các chất hữu cơ thành CO2, H2O và các ion vô cơ,… hoặc phân hủy từng phần, chuyển các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành các chất mới có khả năng phân hủy sinh học nhờ vào tác nhân hydroxyl HO* được sinh ra trong quá trình phản ứng.  Tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý sinh học tiếp sau.  Nâng cao hiệu quả xử lý của toàn bộ hệ thống.  Do tác dụng oxy hóa cực mạnh của HO* so với các tác nhân diệt khuẩn truyền thống (các hợp chất của Clo) nên ngoài khả năng tiêu diệt triệt để các vi khuẩn thông thường, còn có thể tiêu diệt các tế bào vi khuẩn và virus gây bệnh. 3.12.6. Quá trình Peroxone Quá trình oxy hóa của ozon với sự có mặt của hydrogen peroxit (O3/H2O2) được gọi là quá trình Peroxone hoặc Perozone.
  • 95.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 81 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.49. Công thức O3 và H2O2 Sự khác nhau cơ bản giữa hai quá trình Ozon và Peroxon:  Quá trình ozon thực hiện quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm chủ yếu trực tiếp bằng phân tử ozon trong nước.  Quá trình Peroxone thực hiện sự oxy hóa các chất ô nhiễm chủ yếu là gián tiếp thông qua gốc hydroxyl được tạo ra từ ozon. Hình 3.50. Ozone Decomposition Process by Hydroperoxide Ions Sự có mặt của H2O2 có tác dụng khơi mào sự phân hủy O3 thông qua ion hydroperoxit HO2 - được mô tả trong các phương trình sau: H2O2  HO2 - + H+ HO2 - + O3  HO2 * + O3 *- Các phản ứng tạo thành gốc HO*: - Tạo gốc HO* từ O3 *- O3 + H+  HO3 * HO3 *  HO* + O2 - Tạo gốc HO* từ HO2 *
  • 96.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 82 ThS. Nguyễn Minh Kỳ HO2 *  H+ + O2 *- O2 *- + O3  O3 *- + O2 O3 *- + H+  HO3 * HO3 *  HO* + O2 Phương trình tổng hợp đặc trưng cho quá trình Peroxone: H2O2 + 2O3  2HO* + 3O2 Bảng 3.7. Comparison between Ozone and O3/H2O2 in Water Bảng 3.8. Comparative operating costs of some AOPs Applications of O3/H2O2 in Water Treatment Taste and Odor Compound Oxidation: O3/H2O2 can be applied to oxidize many taste and odor causing compounds, which are very resistant to oxidation (such as geosmin, 2-methyliosborneol, MIB, and chlorinated compounds). Synthetic Organic Compound Oxidation: O3/H2O2 processes have been shown to be effective in oxidizing halogenated compound, such as 1,1-dichloropropene (DCPE),
  • 97.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 83 ThS. Nguyễn Minh Kỳ trichloroethene (TCE), 1-chloropentane (CPA), and 1,2-dichloroethane (DCA). Hình 3.51. Conventional Water Treatment without O3/H2O2 Process
  • 98.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 84 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.52. Typical Water Treatment with O3/H2O2 Process Ví dụ:
  • 99.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 85 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.53. Process Flow Diagram in Metropolitan Water District of Southern California MỘT SỐ VÍ DỤ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ VÀ HÓA HỌC
  • 100.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 86 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.54. Typical Physical-Chemical Treatment Plant Hình 3.55. Example of Physical-Chemical Wastewater Treatment Process 3.13. Các quá trình xử lý nâng cao khác  Plasma for water treatment  Công nghệ nano  Tài liệu tham khảo a. Plasma for water treatment
  • 101.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 87 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất (ngoài các trạng thái rắn, lỏng, khí) trong đó các chất bị ion hóa mạnh. Đại bộ phận phân tử hay nguyên tử chỉ còn lại hạt nhân, các electron chuyển động tương đối tự do giữa các hạt. Plasma không phổ biến trên Trái Đất tuy nhiên trên 99% vật chất thấy được trong vũ trụ tồn tại dưới dạng plasma, vì thế trong bốn trạng thái vật chất, plasma được xem như trạng thái đầu tiên trong vũ trụ. Hình 3.56. Phases of matter Nếu sự ion hóa được xảy ra bởi việc nhận năng lượng từ các dòng vật chất bên ngoài, như từ các bức xạ điện từ thì plasma còn gọi là plasma nguội. Nếu sự ion hóa xảy ra do va chạm nhiệt giữa các phân tử hay nguyên tử ở nhiệt độ cao thì plasma còn gọi là plasma nóng. Ví dụ về plasma: Mặt trời, các ngôi sao/hằng tinh, đèn huỳnh quang hay sét. Characteristics of Plasma Arc Technology  Produces temperatures of 4,000°C to over 7,000°C  Torch power levels from 100kW to 200 MW produce high energy densities (up to 100 MW/m3 )  Torch operates with most gases – not a combustion process Phân loại/Types of plasma Temperature  Thermal  Non-thermal/Cold Pressure  Low pressure
  • 102.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 88 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Atmospheric pressure  High pressure Gas  Air  Oxygen  Helium  Argon… Mode  Microwave  Radio frequency  Corona  Dielectric barrier Discharge * Plasma technologies for water cleaning – Plasma sources for water treatment • Types of electrical discharges used for water treatment – Discharges in gas – Discharges in water (electrohydraulic discharges) – Physics of electrohydraulic discharges * Plasma processes in water cleaning technologies  Plasma processes and plasma-induced processes in destruction of organic compounds and microorganisms • Chemical reactions • Biocidal effects • Comparison to other water treatment technologies b. Công nghệ nano Giới thiệu Công nghệ nano ra đời tạo nên bước nhảy đột phá được ứng dụng rộng rãi trong đời sống như các ngành điện tử, tin học, y sinh học, môi trường... Nano mét là một đơn vị đo lường chiều dài cực nhỏ, ký hiệu là nm, bằng 1 phần triệu mm. Ứng dụng
  • 103.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 89 ThS. Nguyễn Minh Kỳ -up sites) Ví dụ Use nano-sized rust particles to remove arsenic from drinking water. Wastewater Treatment Applications Potential Effects  Nanoparticles may be more toxic than micron- sized particles in short-term animal tests  Nanoparticles may translocate to other organs in to other organs in the body  Nanoparticles may enter the brain through inhalation through nasal neurons  Toxicity to cells may be modified or reduced by coating the particles  Buckyballs can cause brain damage in young in young largemouth bass  Carbon nanotubes can cause lung damage in lab rats  Copper nanoparticles can cause gill injury and acute lethality acute lethality in zebra fish  Some manufactured nanoparticles can damage human DNA, increasing the risk of cancer  Silver nanomaterial can cause liver damage in rats Hạt nano kim loại (khoa học vật liệu)  Hiệu ứng bề mặt  Hiệu ứng kích thước Khái niệm  Hạt nano kim loại là một khái niệm để chỉ các hạt có kích thước nano được tạo thành từ các kim loại. Phương pháp chế tạo  Phương pháp từ dưới lên:
  • 104.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 90 ThS. Nguyễn Minh Kỳ o Phương pháp tạo hạt nano từ các ion hoặc các nguyên tử kết hợp lại với nhau.  Phương pháp từ trên xuống: o Phương pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu. Hình 3.57. Phương pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu - Phương pháp ăn mòn laser: Dưới tác dụng của chùm laser xung, các hạt được hình thành và được bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt. - Phương pháp khử hóa học: Dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại (Mn+ ) thành kim loại (M0 ). - Phương pháp khử vật lý: Sử dụng các tác nhân vật lý như điện tử, sóng điện từ năng lượng cao như tia gamma, tia tử ngoại uv, tia laser khử ion kim loại thành kim loại. Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý, có nhiều quá trình biến đổi của dung môi và các phụ gia trong dung môi để sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại. - Phương pháp khử hóa lý: Đây là phương pháp trung gian giữa hóa học và vật lý, với nguyên lý là dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano. - Phương pháp khử sinh học: Sử dụng vi sinh vật như vi khuẩn làm tác nhân khử ion kim loại. Tính chất, đặc điểm nano kim loại
  • 105.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 91 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Tính chất quang học  Tính chất điện  Tính chất từ  Tính chất nhiệt Phương pháp khảo sát hình thái và kích thước hạt:  Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron Microscope)  Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM - Transmission Electron Microscope) Ví dụ: nano TiO2, Fe3O4 nanoparticles, nano-sized iron oxide particles, polyme nanocompozit Hình 3.58. Flow chart of sonochemical synthesis of iron oxide Hình 3.59. Properties of Nano Fe
  • 106.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 92 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.60. Types of Nanoparticles Công nghệ nano-bubble Hình 3.61. Schematic diagram showing macro, micro and nanobubbles
  • 107.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 93 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.62. Cell-level biological treatment using Micro/Nano-bubbles Hình 3.63. Gaseous-affinity separation using Micro/Nano-bubbles Nano-bubbles water treatment technology
  • 108.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 94 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.64. Nano-bubble working principal Hình 3.65. Schematic diagram of a Nano-bubble system
  • 109.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 95 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.66. The deference of size between MB and NB Hình 3.67. The deference of life time between MB and NB Ví dụ: Ozone nano-bubbles  Ưu điểm: Ứng dụng khử trùng, làm sạch nước
  • 110.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 96 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3.68. Normal ozone water vs. Ozone nano-bubble Hướng dẫn ôn tập 1. Giải thích nguyên nhân tại sao cần phải trung hòa nguồn nước thải? Ví dụ minh họa? 2. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp keo tụ - tạo bông trong quá trình xử lý nước thải? Minh họa cụ thể? Trình bày ưu nhược điểm? 3. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp kết tủa trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? 4. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp hấp thụ trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? 5. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp hấp phụ trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? 6. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp phương pháp oxy hóa trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? 7. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp trao đổi ion trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? 8. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp tuyển nổi trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? 9. Khử trùng là gì? Tại sao phải khử trùng nước thải? Các tác nhân khử trùng? Minh họa cụ thể? Trình bày ưu nhược điểm?
  • 111.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 97 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 10. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp phương pháp điện hóa trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? 11. Các loại màng lọc? Trình bày đặc điểm, ứng dụng và ưu nhược điểm? 12. Nêu nguyên tắc và ứng dụng cơ bản của phương pháp oxy hóa nâng cao AOPs trong quá trình xử lý nước thải? Trình bày ưu nhược điểm? Tài liệu đọc thêm [1]. Lê Xuân Vinh, Lý Tiểu Phụng, Tô Thi Hiền (2015), ”Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng UV/Fenton”, Tạp chí PT Khoa học và Công nghệ, Tập 18(T6), tr. 201-211. [2]. Nalinrut Masomboon, Chien-Wei Chen, Jin Anotai, Ming-Chun Lu (2011), ”Factors affecting degradation of o-toluidine by fenton process”, Sustain. Environ. Res., Vol. 21(2), pp. 101-107. [3]. Rein Munter (2001), ”Advanced oxidation processes - current status and prospects”, Proc. Estonian Acad. Sci. Chem., Vol. 50(2), pp. 59-80. -Hết-
  • 112.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 98 ThS. Nguyễn Minh Kỳ CHƯƠNG 4 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 4.1. Tổng quan vi sinh vật trong hệ thống xử lý nước thải sinh học Phương pháp xử lý nước thải sinh học được dựa trên hoạt động phân hủy các chất hữu cơ dạng dễ phân hủy sinh học của các nhóm vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn). Các chất thải hữu cơ + O2 → CO2 + H2O +H2SO4 + NH4 + + … + NO3 - (C, H, O, N) Vi khuẩn Phân loại: Dựa trên căn cứ vào phương thức phát triển vi khuẩn - Vi khuẩn dị dưỡng (heterotrophic): Sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn năng lượng và nguồn carbon để thực hiện các phản ứng sinh tổng hợp. + Vi khuẩn hiếu khí (aerobic) có thể oxy hoá hoà tan khi phân huỷ chất hữu cơ. {CH2O} + O2 → CO2 + H2O + E + Vi khuẩn kỵ khí (anaerobic) có thể oxy hoá các chất hữu cơ mà không cần oxy tự do mà chúng có thể sử đụng oxy liên kết trong nitrate và sulphate. {CH2O} + NO3- → CO2 + N2 +E {CH2O} + SO4 2- → CO2 + H2S + E - Vi khuẩn tự dưỡng (aototrophic) có khả năng oxy hoá chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn carbon cho quá trình sinh tổng hợp. Ví dụ: các loại vi khuẩn nitrate hoá, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt... + Quá trình nitrate hoá (nitrification) 2NH4 + + 3O2 (nitrosomonas)→ 2NO2 - + 4H+ + 2H2O + E 2NO2 - + O2 (nitrobacter) → 2NO3 - + E + Vi khuẩn sắt: Có khả năng xúc tiến cho phản ứng oxy hoá Fe2+ tan trong nước thành Fe(OH)3, [FeO(OH)] kết tủa. Fe2+ + H2O + O2 (vi khuẩn sắt)→ Fe3+ (OH)3↓ + E hoặc 4Fe2+ + 4H+ + O2 → 4Fe3+ + 2H2O + Vi khuẩn lưu huỳnh: Có thể xúc tiến cho phản ứng gây ăn mòn thiết bị: H2S + 2O2 (Vi khuẩn lưu huỳnh)→ H2SO4 + E
  • 113.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 99 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 4.2. Động học quá trình phát triển vi sinh vật và quá trình oxy hóa sinh hóa Để hệ thống xử lý nước thải đạt hiệu quả cần quan tâm đến việc kiểm soát môi trường như pH, nhiệt độ, chất dinh dưỡng, hàm lượng oxy hoà tan, các chất vi lượng và quần thể sinh vật. Việc kiểm soát các thông số môi trường này nhằm mục đích giữ mức độ thích hợp đối với đời sống và sự phát triển của vi sinh vật. Quá trình sinh trưởng phát triển vi sinh vật thường được mô tả như một phản ứng bậc một: Với: X là nồng độ chất rắn hữu cơ (khối lượng/đơn vị thể tích); t là thời gian Khi cơ chất trở thành yếu tố hạn định thì tốc độ sinh trưởng có thể được mô tả bởi phương trình sau: Trong đó: S là nồng độ cơ chất; µm là tốc độ phát triển riêng cực đại; Ks là hằng số bão hòa hay hệ số bán vận tốc. Tốc độ làm sạch hay mức độ phản ứng sinh hoá liên quan đến: Chế độ thuỷ động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, các nguyên tố dinh dưỡng cũng như các kim loại nặng và các muối khoáng. Tỷ lệ BOD5:N:P trong nước thải để xử lý sinh học cần có giá trị khoảng 100:5:1. Trong quá trình xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học, ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng giữ một vai trò rất quan trọng. Nhiệt độ không những ảnh hưởng tới các hoạt động chuyển hoá của vi sinh vật mà còn gây ảnh hưởng tới chính bản thân cơ thể của chúng như tính chất lắng đọng của các chất sinh học. Trong hệ xử lý nước thải, vi khuẩn đóng vai trò chính trong việc oxy hoá sinh học nhằm chuyển hoá các nguyên tố dưới dạng hữu cơ sang các dạng vô cơ (hay còn gọi là sự khoáng hoá). Carbon hữu cơ + O2 → CO2 Hydro hữu cơ + O2 → H2O Nitơ hữu cơ + O2 → NO3 - Lưu huỳnh hữu cơ + O2 → SO4 2- Phốt pho hữu cơ + O2 → PO4 3-
  • 114.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 100 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Chất hữu cơ phân hủy sinh học thực vật hay động vật thường có thể xử lý bằng cách sử dụng hệ thống xử lý nước thải mở rộng như bùn hoạt tính hoặc lọc nhỏ giọt.  Sự hiện diện của tác nhân làm sạch, khử trùng, thuốc trừ sâu, hoặc thuốc kháng sinh có thể có những tác động bất lợi đến quá trình xử lý.  Nhờ quá trình phát triển vi sinh vật và quá trình oxy hóa sinh hóa mà các chất ô nhiễm được xử lý hay loại bỏ.  Các chất ô nhiễm phổ biến: BOD5, COD, SS và chất dinh dưỡng (N, P). 4.3. Phương pháp hiếu khí (Aerobic) 4.3.1. Khái quát Nguyên tắc: Phương pháp hiếu khí dùng để loại các chất hữu cơ dễ bị vi sinh phân huỷ ra khỏi nguồn nước. Các chất này được các loại vi sinh hiếu khí oxy hoá bằng oxy hòa tan trong nước. Chất hữu cơ + O2 →H2O + CO2 + năng lượng Chất hữu cơ + O2 → Tế bào mới, Năng lượng Tế bào mới + O2 → CO2 + H2O + NH3 Tổng cộng: Chất hữu cơ + O2 → H2O + CO2 + NH3… Trong phương pháp hiếu khí ammoni cũng được loại bỏ bằng oxy hoá nhờ vi sinh tự dưỡng (quá trình nhật hoá): Nitrosomonas 2NH4 + + 3O2 → 2NO2 - + 4H+ + 2H2O + Năng lượng Nitrobacter 2NO2 - + O2 → 2NO3 - Tổng cộng: NH4 + + 2O2 → NO3 - + 2H+ + H2O + Năng lượng Quá trình xử lý nước thải sinh học hiếu khí gồm 3 giai đoạn: - Oxy hóa chất hữu cơ: CxHyOz + O2  CO2, H2O, E - Tổng hợp tế bào: CxHyOz + NH3 + O2  C5H7NO2, CO2, H2O, -E - Oxy hóa tế bào vi khuẩn: C5H7NO2 + O2  CO2, H2O, NH3 + , -E  Ban đầu, chất hữu cơ (CxHyOzNt) trong nước thải được tổng hợp thành bùn hoạt tính (C5H7NO2).  Sự thay đổi nồng độ BOD (Yt) theo thời gian được biểu diễn:
  • 115.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 101 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Trong đó, L: nồng độ BOD ban đầu, mg/l; T: thời gian phản ứng, d; K: hệ số tốc độ loại bỏ (1/d). K ảnh hưởng bởi nhiệt độ và sự ảnh hưởng của nhiệt độ trong khoảng 10-300 C được tính: Với, θ: hệ số nhiệt độ (1,047); K1: tốc độ loại bỏ ở nhiệt độ t1; K2: tốc độ loại bỏ ở nhiệt độ t2. Nhận xét: Phương trình trên cho biết, tốc độ loại bỏ tăng 4,7% khi nhiệt độ nước tăng lên 10 C, lên 57% khi nhiệt độ tăng 100 C, lên 2,5 lần khi nhiệt độ tăng 200 C. Kết quả: Bùn hoạt tính tăng, BOD giảm, tạo CO2, H2O. Quá trình làm thoáng nước thải với bùn hoạt tính diễn ra tăng cường khả năng tự làm sạch, tăng lượng bùn hoạt tính, chuyển hóa, thu hồi và giảm chất hữu cơ ô nhiễm. Quá trình này tăng đến cực đại và giảm xuống, phụ thuộc lượng thức ăn (cơ chất: chất hữu cơ). Đặc điểm phương pháp hiếu khí - Xử lý gần như triệt để BOD - Diễn ra trong điều kiện môi trường không khí - Cần cung cấp năng lượng cho quá trình thông khí Thông tin tham khảo phương pháp xử lý nước thải trong điều kiện hiếu khí: - Nhiệt độ 5-40 0 C - pH trên dưới 7 - DO >2 mg/l (sometimes 1-2 mg/l) - BOD:N:P = 100:5:1 - BOD:MLSS = 0,02-0,4 Yếu tố vận hành: Tải trọng BOD, DO, pH, nhiệt độ, chất dinh dưỡng. 4.3.2. Aerotank (Quá trình bùn hoạt tính) 4.3.2.1. Khái quát Bùn hoạt tính là một quá trình xử lý sinh hóa nước thải công nghiệp có sử dụng không khí (hoặc oxy) và các vi sinh vật để oxy hóa sinh học các chất ô nhiễm hữu cơ, sản phẩm bùn thải có chứa các vật liệu oxy hóa. Đặc điểm bùn hoạt tính: Chứa chất hữu cơ, vô cơ, DO, màu, chất dinh dưỡng, mầm bệnh và chủ yếu là nước.
  • 116.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 102 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Chất lượng bùn hoạt tính được đánh giá theo hình thái vi sinh vật và các nhóm động vật trong đó (thành phần hệ sinh vật trong bùn hoạt tính). Bùn hoạt tính là vật chất ở dạng rắn được hình thành khi vi sinh vật được sử dụng để xử lý nước thải trong quá trình xử lý bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính bao gồm vi sinh vật, chất hữu cơ và những sản phẩm của quá trình phân hủy hiếu khí. Mục đích xử lý: Ổn định chất hữu cơ, loại bỏ màu, diệt mầm bệnh, giảm chất rắn, tăng cường khử nước.  Có thể loại bỏ tới 85% BOD.  Loại bỏ vi sinh vật bởi bùn hoạt tính: 80-99% vi khuẩn và 90-99% virus. 4.3.2.2. Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động a. Sơ đồ cấu tạo quá trình bùn hoạt tính Hình 4.1. Sơ đồ bùn hoạt tính Ta có các đại lượng: Q: Lưu lượng nước thải đầu vào, m3 /d Qe = Q-Qw: lưu lượng nước thải đầu ra, m3 /d Qr: Lưu lượng tuần hoàn bùn, m3 /d Qw: lưu lượng bùn xả thải, m3 /d S0: Nồng độ chất hữu cơ hòa tan (BOD hoặc COD) đầu vào, mg/l S: Nồng độ chất hữu cơ hòa tan (BOD hoặc COD) đầu ra sau xử lý, mg/l V: Thể tích bể phản ứng sinh học, m3 X0, X, Xr, Xe: Nồng độ chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS) trong nước thải đầu vào, bể phản ứng, xả bùn và đầu ra, mg/l (as MLVSS). Lưu ý: - Nồng độ VSS hay MLVSS biểu thị nồng độ vi sinh vật. - Nồng độ sinh khối nước thải đầu vào không đáng kể (X0~0).
  • 117.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 103 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Bể Aerotank phải có công trình phụ như hệ thống cấp khí, trạm bơm bùn, bể lắng bậc 2, các đường ống dẫn khí, bùn. b. Cơ chế hoạt động  Quá trình xử lý nước thải hữu cơ bằng vi sinh vật hiếu khí gọi là bùn hoạt tính.  Diễn ra quá trình oxy hóa chất hữu cơ trong nước thải với sự tham gia của vi sinh vật hiếu khí mà chủ yếu là vi khuẩn. Kết quả tạo thành các hạt bùn, có thành phần chính là sinh khối của chúng (quần thể vi sinh vật).  Để tăng cường hiệu quả xử lý nước thải cần khuấy trộn (khí nén, thiết bị cơ khí), cung cấp nguồn oxy cho vi sinh vật sử dụng (tạo điều kiện tiếp xúc nước thải với bùn hoạt tính).  Vi sinh vật sử dụng và oxy hóa hợp chất hữu cơ theo 3 bước: Hấp phụ chất hữu cơ lên bùn hoạt tính sau 1-20 min tiếp xúc. Chất hữu cơ bị oxy hóa sinh năng lượng tổng hợp tế bào vi khuẩn/vi sinh vật. Oxy hóa nội bào hay còn gọi là hô hấp nội bào (do thiếu nguồn thức ăn/cơ chất cho vi sinh vật). Các quá trình trong bể Aerotank: 3 giai đoạn + Giai đoạn 1: Khuấy trộn bùn hoạt tính với nước thải để diễn ra quá trình hấp phụ chất hữu cơ và oxy hóa một phần chất hữu cơ dễ bị oxy hóa. BOD giảm 40-80%, đây là giai đoạn tiêu thụ oxy cực đại (thời gian: 0,5-2h). + Giai đoạn 2: Tái sinh bùn hoạt tính (phục hồi khả năng hấp phụ) và oxy hóa các chất hữu có khó bị oxy hóa. Giai đoạn này có tốc độ tiêu thụ oxy thấp hơn nhiều so với giai đoạn 1. + Giai đoạn 3: Nitrate hóa các muối ammoni, tiêu thụ oxy tăng trở lại.  Tổng thời gian làm thoáng (lưu nước trong bể): 6-8h. c. Phân loại Aerotank 1 bậc: Không thể tăng cường quá trình làm sạch bằng cách thêm bùn hoạt tính vì quá trình lắng của bể lắng 2 sẽ kém hiệu quả (bể lắng 2 qúa tải lắng bùn, bùn dư lớn), hệ quả làm tăng chỉ số bùn, ảnh hưởng hiệu quả xử lý và làm tăng hàm lượng chất lở lửng ở đầu ra. Aerotank cao tải: Xử lý nguồn nước thải có hàm lượng chất hữu cơ lớn (BOD>500 mg/l). Yêu cầu làm thoáng, cấp oxy mức độ cao. Hiệu quả làm sạch BOD5 có thể đạt 95%. Đặc điểm bùn hoạt hóa trong bể này thường chủ yếu là vi sinh vật, rất ít các nhóm động vật bậc thấp và khả năng lắng nhanh. Aerotank hai bậc: Hạn chế nhược điểm loại 1 bậc, tăng hiệu quả xử lý nước. Cách thức thiết kế 2 bể liên tiếp (bậc 1 và bậc 2):
  • 118.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 104 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Bể bậc 1: Thực hiện giai đoạn 1 của quá trình làm sạch nước thải để bùn hoạt hóa hấp phụ các chất hữu cơ và oxy hóa các chất hữu cơ dễ bị oxy hóa (chủ yếu là các chất chứa carbon). Giảm được 50-70% BOD. + Bể bậc 2: Tiếp tục xử lý chất hữu cơ còn lại.  Mỗi bậc phát triển các loại vi sinh đặc trưng thích hợp để xử lý nước hiệu quả. Aerotank 2 bậc thích hợp xử lý nguồn nước thải có nồng độ cao như nước thải công nghiệp. 4.3.2.3. Yếu tố ảnh hưởng Yếu tố ảnh hưởng quá trình xử lý nước thải (phân hủy chất hữu cơ): + Đặc điểm thành phần, tính chất nước thải + Chế độ thủy động lực học + Điều kiện khuấy trộn + Tỷ số F/M (cơ chất/vi sinh vật) + Yếu tố dinh dưỡng, chất cản trở (thuộc trong đặc điểm nước thải) + Đặc điểm bùn hoạt tính (chất lượng..) Tỷ số F/M (tải sinh khối) - To keep the microorganisms efficient, the Food to Microorganism Ratio (F/M) must be keep low (around 0.10 to 1.0 mg/L.d). F/M = Q*S0/V*X = S0/θ*X (kgBOD5/kgVSS.d) - To achieve a low F/M ratio, use a low sludge wasting rate (Qw) creating a long cell detention time (θc). - Thời gian lưu thủy lực (θ) và lưu bùn (θc): HRT = θ = V/Q (day, hour) SRT = θc = V*X/(Qw*XR + Qe*Xe) (day, hour) - Hiệu suất xử lý: H = (S0 - S)/S0*100% Tính toán nhu cầu oxy  Nhu cầu oxy để oxy hóa chất hữu cơ được gọi là TOD (Total Oxygen Demand) hoặc sử dụng BOD và ngoại suy bằng BOD5. Mặc dù nhu cầu oxy phụ thuộc vào nước thải nhưng thông thường có giá trị 1,5 lần BOD5.  Nhu cầu oxy được cung cấp bởi thiết bị thông khí được tính: No: nhu cầu oxy, kg/h; Cw: nồng độ oxy bão hòa trong nước, mg/l, 20 0 C, 1 at; Csw: nồng độ oxy bão hòa trong nước thải, mg/l, 20 0 C, 1 at; Cl: nồng độ oxy vận hành, mg/l; T: nhiệt độ vận hành, 0 C; α: tỷ lệ tốc độ vận chuyển oxy của nước thải vào nước.
  • 119.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 105 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Tải trọng BOD và ảnh hưởng của nhiệt độ  Bùn hoạt tính, tỷ lệ loại BOD được thể hiện tải trọng BOD-MLSS (kgBOD/kgMLSS.d) và tỷ lệ thiết kế thường 0,02-0,4 (BOD kg/MLSS kg.d).  Nồng độ MLSS thiết kế trong bể Aerotank thường 2.000-5.000 mg/l và phụ thuộc các điều kiện quá trình.  Giả sử tỷ lệ BOD/MLSS = 0,2 và nồng độ MLSS = 5.000 mg/l thì tỷ lệ tải trọng thể tích 1,0 kg/m3 .d.  Thông thường, tỷ lệ nhỏ hơn sẽ hiệu quả nhất và ở mức BOD/MLSS = 0,1 (tốt nhất). Trường hợp tỷ lệ này quá nhỏ 0,01 làm tăng độ đục đầu ra do sự phân tán bùn mặc dù tỷ lệ loại bỏ BOD, COD không giảm (tức hiệu quả loại vẫn tốt, nhưng bùn dư quá lớn làm phân tán và tăng đục). Yêu cầu dinh dưỡng  Phương pháp xử lý sinh học với nhu cầu N, P được xác định theo tỷ lệ C:N:P=100:5:1.  Trong nước thải thực phẩm, phốt pho ít nên phải thêm bằng cách bổ sung H3PO4 hoặc (NH4)3PO4. Ảnh hưởng của pH  Quá trình xử lý sinh học, khoảng pH cho phép 4-9 và sự thay đổi phụ thuộc các chất trong nước thải. pH tối ưu cho xử lý sinh học nước thải thực phẩm bằng 7.  Nước thải từ nhà máy chế biến thực phẩm nhanh chóng phân hủy thành axit hữu cơ trước khi chuyển đến trạm xử lý nước thải và giảm pH. Axit hữu cơ này dễ bị oxy hóa và chuyển thành CO2 trong bể Aerotank và giải phóng vào không khí và làm tăng pH bể xử lý trở lại.  Việc kiểm soát pH bể Aerotank không thường xuyên bắt buộc. Các thông số khác cần quan tâm - Chỉ số thể tích sinh khối SVI (ml/g) SVI = Thể tích sinh khối lắng/hàm lượng sinh khối Trong đó, thể tích sinh khối lắng: Thể tích bùn lắng sau 30 min (V thí nghiệm = 1 lít); hàm lượng sinh khối (X, mg/l). - Tải trọng hữu cơ OLR (kg BOD/m3 .d hoặc kg COD/m3 .d) có công thức: OLR = BOD (kg/m3 )*Q (m3 /d)/V(m3 ) - Tải trọng bề mặt (lượng nước chảy vào bể lắng trong 1 giờ trên 1 m2 bề mặt lắng) được tính theo công thức: Vs (m3 /m2 .h) = Lưu lượng (m3 /h)/diện tích bề mặt lắng (m2 )
  • 120.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 106 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 4.3.2.4. Tiêu chuẩn thiết kế và ứng dụng Khái quát  Aerotank thường sử dụng xử lý nước thải sinh hoạt hoặc hỗn hợp (sinh hoạt + sản xuất).  Sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải đô thị và công nghiệp.  Xử lý loại BOD, nitơ và coliform. Steps for Activated Sludge Design (Bài tập thực hành) - Tài liệu tham khảo (Activated Sludge Design Equations) Tính toán thiết kế (Lâm Minh Triết và nnk, 2015) * Căn cứ thiết kế bể phản ứng Aerotank: - Thành phần và tính chất nước thải - Nhu cầu oxy sinh hóa - Mức độ xử lý nước thải - Hiểu quả sử dụng không khí * Nội dung tính toán: - Lượng không khí cần thiết - Kiểu và kích thước bể - Kiểu và thiết bị cấp khí (i). Xác định lưu lượng không khí cung cấp cho bể Aerotank - Lượng không khí đi qua 1 m3 nước thải cần xử lý (lưu lượng riêng của không khí) trong quá trình xử lý sinh học bùn hoạt tính được tính theo công thức: D = 2*La/(K*H) (m3 không khí/m3 nước thải) Trong đó: La - Nhu cầu oxy sinh hóa của nước thải (BOD20, mg/l) K - Hệ số sử dụng không khí, g/m4  K = 6-7 g/m4 nếu thiết bị khuếch tán là đường ống châm lỗ  K = 14-18 g/m4 nếu sử dụng tấm plastic xốp H - Chiều sâu công tác bể Aerotank, m - Thời gian thổi khí cần thiết được tính theo công thức: t = 2*La/K*I (h, giờ) Với, I: Cường độ thổi khí (m3 /m2 .h) và phụ thuộc vào hàm lượng nhu cầu oxy sinh hóa trước và sau xử lý (tra bảng bên dưới). Cường độ thổi khí phụ thuộc vào nhu cầu oxy sinh hóa
  • 121.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 107 ThS. Nguyễn Minh Kỳ La, mg/l I, m3 /m2 .h ứng với La sau xử lý 15 mg/l 20 mg/l 25 mg/l 150 4,0 4,5 5,0 200 4,7 5,4 6,0 250 5,4 6,1 6,7 - Lượng không khí thổi vào bể trên đơn vị thời gian cụ thể (h, giờ): V = D*Q (m3 /h) Trong đó, Q: Lưu lượng nước thải, m3 /h  Nếu hệ số điều hòa chung Kch ≤ 1,25 thì Q lấy bằng lưu lượng trung bình giờ của nước thải trong ngày đêm; nếu Kch > 1,25 thì Q lấy bằng lưu lượng trung bình nước thải chảy vào Aerotank những giờ lớn nhất. (ii). Kích thước bể Aerotank - Diện tích bể Aerotank: F = V/I (m2 ) - Thể tích bể Aerotank: W = F*H (m3 ), với H: Chiều cao công tác bể, m - Chiều dài các hành lang bể Aerotank: L = F/b (m), với b: Chiều ngang mỗi hành lang bể (b = 2*H, m). Lưu ý: Có thể lựa chọn tính toán thiết kế với nhiều đơn nguyên (các hành lang). Khi đó, chiều dài mỗi hành lang sẽ là l =L/n*N (m). N: Số đơn nguyên; n: số hành lang trong mỗi đơn nguyên. (iii). Thiết bị khuếch tán không khí Với thiết bị khuếch tán khí là các tấm xốp ta có số lượng tấm xốp: Nx = V*1000/D’*60 (tấm) Với, Nx: Số lượng tấm xốp (tấm); D’: Lưu lượng riêng của không khí, có giá trị từ 80- 120 lít/min. Nếu thiết kế với nhiều đơn nguyên (N), số lượng tấm xốp trong một hành lang là: n1 = Nx/n*N Với, n1: số lượng tấm xốp trong một hành lang; n: số hành lang mỗi đơn nguyên. (iv). Lượng bùn tuần hoàn Lượng bùn tuần hoàn thường dao động khoảng 40-70% tổng lượng bùn sinh ra hoặc có thể tính toán theo công thức: P = (Chh-Cll)/(Cth-Chh)*100%
  • 122.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 108 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Trong đó, P là lượng bùn tuần hoàn, %; Chh là nồng độ bùn hoạt tính (mg/l) trong hỗn hợp nước-bùn đi ra từ bể Aerotank đến bể lắng 2; Cll là nồng độ chất lơ lửng trong nước thải chảy vào bể Aerotank, mg/l; Cth là nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn, mg/l. Khi đó, lưu lượng tuần hoàn bùn là: Qth = (P*Qtb.h)/100 (m3 /d hoặc l/s). Với, Qtb.h ~ Lưu lượng nước thải trung bình giờ. Thiết kế Aerotank cơ bản (thông thường)  Tỷ số BOD/MLSS = 0,2-0,4  MLSS = 3.000-5.000 mg/l  HRT = 8h  Hiệu quả loại BOD, SS cao (Đầu ra: BOD, SS thấp, chỉ vài mg/l). Thiết kế đặc điểm kỹ thuật tải trọng thấp. Bùn tồn dư của quá trình xử lý nước thải thực phẩm bằng 20- 30% BOD đầu vào. Thiết kế Aerotank mở rộng  BOD/MLSS = 0,03-0,05  Nồng độ MLSS = 3.000-6.000 mg/l  HRT = 24h  Thích hợp nguồn thải công suất nhỏ, thường xử lý dạng mẻ. Ưu điểm không cần thiết xử lý bùn. Nhược điểm chi phí xây dựng, không gian rộng, chất lượng đầu ra thấp. 4.3.2.5. Ưu nhược điểm  Ưu điểm: Đơn giản, làm sạch nước thải và tái sinh bùn trong một công trình.  Nhược điểm: Trong trường hợp nguồn nước thải có chứa chất độc hại sẽ kìm hãm, cản trở quá trình hoạt động của hệ vi sinh vật. 4.3.3. Ổn định tiếp xúc Hình 4.2. Sơ đồ quá trình ổn định tiếp xúc
  • 123.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 109 ThS. Nguyễn Minh Kỳ - Quá trình hiếu khí cải tiến từ quá trình Aerotank. - Hiệu quả xử lý cao hơn quá trình bùn hoạt tính truyền thống. Contact stabilization: Sự ổn định tiếp xúc (Một trong các phương pháp xử lý bằng bùn hoạt hoá, trong đó bùn hoạt hoá đã sục khí được đưa vào tiếp xúc với nước cống thô trong một thời gian ngắn (thí dụ từ 15 đến 30 phút). Cặn bùn sau khi tiếp xúc được để lắng và đưa trở lại vào một bể riêng biệt, ở đó nó được sục khí với thời gian lâu hơn (thí dụ từ 6 giờ đến 8 giờ). 4.3.4. Mương oxy hóa (Oxidation Ditch) Khái quát  Ra đời những năm 1950 ở Hà Lan, là một dạng cải tiến của phương pháp bùn hoạt tính bằng hình thức thông khí tăng cường (Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh). Phân loại  Mương oxy hóa gián đoạn: o Hoạt động luân phiên quá trình thổi khí và lắng. o Nạp và tháo nước chỉ tiến hành trong giai đoạn lắng vì vậy quá trình xử lý có dạng bậc và nước thải sau xử lý có chất lượng tốt.  Mương oxy hóa liên tục: o Dòng nước vào và ra liên tục đồng thời quá trình lắng diễn ra ở hai mương bên hông, luân phiên nhau. Nguyên lý hoạt động  Làm việc trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính (sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật trong nước thải) chuyển động tuần hoàn trong mương. Hình 4.3. Sơ đồ cấu tạo mương oxy hóa
  • 124.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 110 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.4. Mô tả minh họa hoạt động mương oxy hóa Về cấu tạo, vùng khử nitrat đặt trong mương để khử nitơ. Vùng hiếu khí tồn tại sau làm thoáng và lưu lượng hỗn dịch xuôi theo kênh theo hướng từ máy làm thoáng, nồng độ DO giảm do sự hấp thu oxy bởi sinh khối. Ở điểm mà DO không còn, một vùng thiếu khí được tạo thành trong mương và nitrat sẽ được sử dụng cho hô hấp nội bào bởi hỗn dịch. Phần lớn BOD phân hủy dễ dàng được tiêu thụ trước trong vùng hiếu khí. Thiết kế  Chiều rộng trung bình 2-6m  Chiều sâu 1-4m  Vận tốc tuần hoàn dòng trong mương 0,25-0,3 m/s  F/M = 0,04-0,1  Nồng độ bùn: 2.000-5.000 mg/l  Hệ số tuần hoàn bùn α = Qt/Q = 1-2  HRT = 1-3 days  Tốc độ nitrate hóa (mg N/mg bùn.ngày): 0,2-0,8  Tốc độ khử NO3- (mg NO3-/mg bùn.ngày): 0,1-0,4 Ứng dụng  Xử lý nước thải sinh hoạt, đô thị, công nghiệp Ưu điểm  Xử lý hiệu quả chất hữu cơ, chất dinh dưỡng N, P  Quản lý đơn giản, ít bị ảnh hưởng bởi biến động về chất lượng và lưu lượng nước thải  Thiết kế linh hoạt - hệ thống với 1, 2, hoặc 3 vòng tuần hoàn cho phép đa dạng hóa các tùy chọn để phù hợp với yêu cầu xử lý nước thải  Ít mùi  Dễ dàng mở rộng nâng công suất
  • 125.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 111 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Nhược điểm  Đòi hỏi diện tích khá lớn  Cần có trình độ kỹ thuật để thao tác, vận hành  Bảo trì, bảo hành thường xuyên  Chi phí vận hành cao 4.3.5. Đĩa quay sinh học (Rotating Biological Contactor) Giới thiệu  Đĩa quay sinh học RBC được nghiên cứu những năm 1960 tại Đức dựa trên ý tưởng phát triển lọc nhỏ giọt.  Thiết bị xử lý sinh học màng cố định, được ứng dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới, nhất là ở Châu Âu.  Thích hợp xử lý đối với nước thải có nguồn gốc sinh hoạt, khu dân cư và một số ngành nghề công nghiệp chứa thành phần hữu cơ, chất dinh dưỡng. Hình 4.5. Sơ đồ cấu tạo đĩa quay sinh học Cấu tạo  RBC gồm hàng loạt các đĩa thường được chế tạo bằng vật liệu nhựa tổng hợp, có dạng hình tròn gắn cạnh nhau (xem hình vẽ).  Các đĩa được gắn kết bởi một trục xoay ngang, phần tỷ lệ tiếp xúc với không khí và nước thải tương đương 60:40.  Vật liệu thường ở dạng đĩa có diện tích bề mặt khoảng 6-8 m2 /m3 . Ứng dụng  Giảm thiểu các chất ô nhiễm carbon (BOD) hoặc BOD/nitrate hoá  Xử lý nước thải sinh hoạt và một số ngành sản xuất công nghiệp Nguyên tắc hoạt động
  • 126.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 112 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Dựa vào nguyên lý tiếp xúc của hệ vi sinh vật bán dính trên đĩa quay (màng sinh học) đối với nước thải và oxy có trong không khí.  Vi sinh vật trong nước thải bắt đầu dính vào bề mặt đĩa và phát triển ở đó cho đến khi tất cả các đĩa được phủ một lớp mỏng bùn sinh học.  Trong điều kiện tiếp xúc không khí, vi sinh vật lấy oxy để oxy hoá các chất hữu cơ và giải phóng CO2. Khi khối đĩa quay xuống, vi sinh vật nhận chất nền (chất dinh dưỡng) có trong nước. Quá trình tiếp diễn như vậy cho đến khi hệ vi sinh vật sinh trưởng và phát triển sử dụng hết các hữu cơ có trong thành phần nước thải.  Sự tăng trưởng vượt quá mức bị rơi ra từ các đĩa và chảy ra bể lắng thứ cấp, tại đây nó được tách ra khỏi nước thải bằng cách lắng. Yếu tố ảnh hưởng hiệu quả xử lý  Tốc độ quay (số vòng quay)  Thời gian lưu thủy lực  Vật liệu và số lượng đĩa  Nhiệt độ vận hành  Tỉ lệ diện tích tiếp xúc không khí và chìm trong nước thải Ưu điểm  Hiệu quả xử lý chất hữu cơ (BOD) dao động 85-95%; chất dinh dưỡng (N, P) trên 35% và các chất rắn lơ lửng loại bỏ khoảng 85-90%  Không yêu cầu tuần hoàn bùn, không yêu cầu cấp khí cưỡng bức  Hoạt động ổn định, ít nhạy cảm với sự biến đổi lưu lượng đột ngột và tác nhân độc với vi sinh  Khả năng tự động vận hành cao, không yêu cầu lao động có trình độ cao  Không gây mùi, độ ồn thấp, tính thẩm mỹ cao  Thiết kế theo đơn nguyên, dễ dàng thi công theo từng bậc, tiết kiệm diện tích  Chi phí lắp đặt thấp, tiện dụng cho người sử dụng 4.3.6. Bể phản ứng theo mẻ SBR (Sequencing Batch Reactor) Giới thiệu  SBR là bể xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theo quy trình phản ứng từng mẻ liên tục. Công trình xử lý nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính truyền thống.  Bể SBR hoạt động theo chu kỳ tuần hoàn với 5 pha bao gồm: Làm đầy, sục khí, lắng, rút nước và nghỉ.  Hiệu quả khử BOD khoảng 90-92%.
  • 127.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 113 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.6. Sơ đồ hoạt động bể SBR theo các pha vận hành Pha làm đầy: Nước thải được bơm vào bể xử lý trong khoảng từ 1-3 giờ. Trong bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tùy thuộc theo mục tiêu xử lý, hàm lượng BOD đầu vào mà quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: Làm đầy - tĩnh, làm đầy - hòa trộn, làm đầy - sục khí. Pha sục khí: Tiến hành sục khí cho bể xử lý để tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính hay làm thoáng bề mặt để cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp. Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, thường khoảng 2 giờ. Trong pha phản ứng, quá trình nitrat hóa có thể thực hiện, chuyển nitơ từ dạng N-NH3 sang N-NO2 - và nhanh chóng chuyển sang dạng N-NO3 - . Pha lắng: Quá trình diễn ra trong môi trường tĩnh, hiệu quả thủy lực của bể đạt 100%. Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thường kết thúc sớm hơn 2 giờ. Pha rút nước: Khoảng 0,5 giờ. Pha chờ (nghỉ): Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian vận hành.
  • 128.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 114 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Ưu nhược điểm Ưu điểm  Kết cấu đơn giản, bền, không cần xây dựng bể lắng 1-2, bể Aerotank.  Ổn định và linh hoạt thay đổi tải trọng, chế độ hoạt động có thể thay đổi theo nước đầu rất linh động.  Giảm được chi phí do giảm thiểu nhiều loại thiết bị so với quy trình cổ điển.  Có thể lắp đặt từng phần và dễ dàng mở rộng thêm.  Hiệu quả trong xử lý chất ô nhiễm, có khả năng khử nitơ và phốt pho hàm lượng cao. Nhược điểm  Kiểm soát quá trình rất khó, đòi hỏi hệ thống quan trắc các chỉ tiêu tinh vi, hiện đại.  Do có nhiều phương tiện điều khiển hiện đại nên việc bảo trì bảo dưỡng trở nên khó khăn.  Có nguy cơ ở giai đoạn xả nước đầu ra cuốn theo các bùn khó lắng, tạo váng nổi.  Do đặc điểm là không tháo rút bùn nên hệ thống thổi khí dễ bị nghẹt bùn. Nếu các công trình phía sau chịu sốc tải thấp thì phải có bể điều hòa phụ trợ. 4.3.7. Hiếu khí mở rộng (Extended Aeration)  Dựa trên nguyên tắc quá trình bùn hoạt tính  Công nghệ bùn hoạt tính tải trọng thấp, cung cấp oxy mức độ cao (liên tục)  Xử lý ổn định và đạt hiệu quả cao  Vận hành đơn giản  Chi phí xây dựng thấp  Có khả năng khử nitơ và xử lý phốt pho  BOD đầu ra < 10 mg/l, NH4 + < 1 mg/l  Thời gian lưu bùn 15-25 ngày 4.3.8. Bùn hoạt tính Step feed Hình 4.7. Step-Feed activated Sludge Pracess
  • 129.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 115 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Stepped feed (Nạp cách quãng): Một phương pháp xử lý bằng bùn hoạt hoá, trong đó các chất thải được đưa vào bể sục không khí tại các điểm khác nhau dọc theo chiều dài của bể để đạt được nhu cầu oxy đồng đều cho cả hệ thống ứng dụng xử lý nitơ. Hình 4.8. Overview of the step-feed denitrification process Hình 4.9. Schematic Flow of Step-feed Anoxic/Aerobic Activated Sludge Process 4.3.9. Lọc sinh học nhỏ giọt (Trickling Filter) 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. Nước thải đi qua lớp vật liệu này sẽ thấm hoặc nhỏ giọt trên đó. 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 kỵ khí được hình thành ngay sát bề mặt vật liệu lọc.
  • 130.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 116 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 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. Bể lọc sinh học nhỏ giọt, nước thải được lọc qua lớp vật liệu rắn được bao bọc lớp màng vi sinh vật. Quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật bằng cách sử dụng cơ chất (chất ô nhiễm) làm thức ăn, qua đó xử lý nước thải. Chất hữu cơ + oxy + nguyên tố vết (chất dinh dưỡng, vi lượng) → Sinh khối vi sinh vật + sản phẩm khí (CO2, CH4) Trong đó:  Các chất hữu cơ phân hủy hiếu khí sinh ra CO2 và nước  Quá trình phân hủy kỵ khí sinh ra CH4 và CO2 Hình 4.10. Màng sinh học xử lý nước thải  Bể lọc sinh học (biophil): Lọc nhỏ giọt  Vật liệu lọc: Than, xỉ, sỏi, chất dẻo tổng hợp, đá dăm.  Phân loại dựa vào công suất: Lọc nhỏ giọt, cao tải, tháp lọc, bể lọc bằng vật liệu dẻo.  Phân loại dựa vào phương thức cấp khí: Bể thông khí tự nhiên, nhân tạo. 4.3.9.1. Cấu tạo
  • 131.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 117 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.11. Sơ đồ cấu tạo bể lọc nhỏ giọt Cấu tạo bể lọc sinh học gồm các thành phần chính: - Phần chứa vật liệu lọc - Hệ thống phân phối nước - Hệ thống thu nước - Hệ thống cấp khí Phân loại: Căn cứ cách thức bố trí lớp vật liệu lọc, có 2 loại chính: - Bể lọc sinh học có lớp vật liệu lọc không ngập trong nước (lọc phun, lọc nhỏ giọt) - Bể lọc sinh học có lớp vật liệu lọc ngập trong nước
  • 132.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 118 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.12. Lọc nhỏ giọt tốc độ cao Phân loại: Dựa vào tải trọng hữu cơ và thủy lực có:  Lọc tải trọng cao  Lọc tải trọng thấp Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật thiết kế các loại bể lọc nhỏ giọt
  • 133.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 119 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 4.3.9.2. Nguyên tắc hoạt động  Nguyên tắc: Dòng nước thải chảy qua lớp vật liệu lọc bề mặt được bao bọc bởi màng sinh học là lớp vi sinh vật hiếu khí (vi sinh vật oxy hóa chất hữu cơ trong nước thải – đây là các chất phân tán nhỏ chưa kịp lắng, tan hay keo).  Cơ chế chuyển hóa chất hữu trong bể lọc: Giai đoạn đầu sẽ hình thành lớp màng sinh học dày 1-2mm trong thời gian 40-50 ngày. Trong thời gian đầu vẫn xảy ra quá trình xử lý nước nhưng hiệu quả thấp cho tới khi đạt được độ dày nêu trên. 4.3.9.3. Tiêu chuẩn thiết kế và ứng dụng  Bể lọc sinh học nhỏ giọt: Thích hợp việc xử lý nước thải quy mô nhỏ.  Nguyên tắc: Nước được phun tưới đều trên bề mặt vật liệu lọc trong thời gian ngắn, có hệ thống cấp khí tự nhiên phía trên và thu nước phía dưới.  Khả năng loại bỏ mầm bệnh thấp (Vi khuẩn: 20-90%; Virus: 50-90%). Tính toán thiết kế bể lọc sinh học nhỏ giọt: 2 cách + Căn cứ năng lực oxy hóa (gO2/1m3 VLL/ngày) + Căn cứ tải trọng thủy lực cho phép của nước thải (OLR, kgBOD/m3 /ngày) * Liên quan đến tính toán thiết kế (Nguyễn Văn Phước, 2014): E = 100/[1+sprt(Lv)]
  • 134.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 120 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Với, E là hiệu suất xử lý theo BOD5 của bể lọc sinh học (E thường được chọn trên 85%); Lv là tải trọng chất hữu cơ của bể, kg BOD5/m3 VLL.ngày; a là hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải và BOD5 trước khi xử lý (tra bảng dưới). Hệ số thực nghiệm a BOD5, mg/l 100 150 200 Hệ số a (20 0 C) 0,38 0,34 0,30 Thể tích vật liệu lọc được tính theo công thức: W = (La-Lt)*Q/(1000*Lv) (m3 ) Trong đó: La, Lt là BOD5 trước và sau xử lý, mg/l ; Q là lưu lượng nước thải, m3 /ngày. Lưu ý: Để đảm bảo tải trọng thủy lực đạt 1-3 m3 /m2 .ngày, chiều cao bể lọc nhỏ giọt H thường chọn 1,5-2,0 m. Tổn thất áp lực qua bể lọc sinh học h = H + 1,8 m. Tính toán thiết kế bể lọc cao tải Thông gió hệ thống bể lọc: Thông khí CO2 và cung cấp O2 cho vi sinh vật hiếu khí hoạt động. + Thông khí tự nhiên: Do chênh lệch nhiệt độ, áp suất trong và ngoài hệ thống. + Thông khí nhân tạo: Quạt gió, hệ thống cấp khí chuyên dụng. Tháp lọc Bể lọc có chiều cao lớn, hình tháp (cột hình trụ) Hình 4.13. Sơ đồ vị trí bể lọc nhỏ giọt trong HTXLNT
  • 135.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 121 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 4.3.9.4. Yếu tố ảnh hưởng hiệu quả + Bản chất, kích thước, đặc điểm vật liệu lọc + Độ dày, cách thức bố trí vật liệu lọc + Thời gian tiếp xúc của nước thải + Khả năng phát triển của vi sinh vật + Điều kiện môi trường: nhiệt độ, khí hậu + Đặc điểm nguồn nước thải 4.3.9.5. Ưu nhược điểm Ưu điểm  Quá trình oxy hóa chất hữu cơ nhanh  Tiết kiệm chi phí vận hành (nhân công)  Tiết kiệm năng lượng (nếu thông gió tự nhiên)  Hiệu quả xử lý chất hữu cơ Nhược điểm  Nhạy cảm với nhiệt độ (ảnh hưởng sinh trưởng và phát triển vi sinh vật)  Dễ bị tắc nghẽn, bùn dư không ổn định  Tiêu tốn năng lượng (nếu thông khí nhân tạo)  Giá thành xây dựng khá cao  Có phát sinh mùi và ảnh hưởng không khí chung quanh 4.3.9.6. Bài tập  Giới thiệu và thực hành trên lớp  Tài liệu tham khảo Phương pháp thiết kế bể lọc nhỏ giọt dựa vào một trong số các công thức sau: 1. NRC equations (National Research Council of USA) 2. Rankins equation 3. Eckenfilder equation 4. Galler and Gotaas equation NRC and Rankin's equations are commonly used. NRC equations give satisfactory values when there is no re-circulation, the seasonal variations in temperature are not large and fluctuations with high organic loading. Rankin's equation is used for high rate filters. NRC equations: These equations are applicable to both low rate and high rate filters. The efficiency of single stage or first stage of two stage filters, E2 is given by
  • 136.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 122 ThS. Nguyễn Minh Kỳ For the second stage filter, the efficiency E3 is given by where E2= % efficiency in BOD removal of single stage or first stage of two-stage filter, E3=% efficiency of second stage filter, F1.BOD= BOD loading of settled raw sewage in single stage of the two-stage filter in kg/d, F2.BOD= F1.BOD(1- E2)= BOD loading on second-stage filter in kg/d, V1= volume of first stage filter, m3 ; V2= volume of second stage filter, m3 ; Rf1= Recirculation factor for first stage, R1= Recirculation ratio for first stage filter, Rf2= Recirculation factor for second stage, R2= Recirculation ratio for second stage filter. Ví dụ cụ thể: Trickling Filter Design Problem: Design a low rate filter to treat 6.0 Mld of sewage of BOD of 210 mg/l. The final effluent should be 30 mg/l and organic loading rate is 320 g/m3 /d. Solution: Assume 30% of BOD load removed in primary sedimentation i.e., = 210 x 0.30 = 63 mg/l. Remaining BOD = 210 - 63 = 147 mg/l. Percent of BOD removal required = (147-30) x 100/147 = 80% BOD load applied to the filter = flow x conc. of sewage (kg/d) = 6x106 x147/106 = 882 kg/d. To find out filter volume, using NRC equation  80 = 100/(1+0.44(882/V1))1/2 Rf1= 1, because no circulation. V1= 2704 m3 . Depth of filter = 1.5 m, Fiter area = 2704/1.5 = 1802.66 m2 , and Diameter = 48m<60m. Hydraulic loading rate = 6 x 106 /103 x 1/1802.66 = 3.33m3 /d/m2 < 4 hence O.K. Organic loading rate = 882x1000/2704 = 326.18 g/d/m3 which is approx. equal to 320. 4.3.10. Bể phản ứng lọc màng sinh học (MBR) a. Khái quát  Công nghệ màng lọc sinh học MBR (Membrane bioreactor) là sự kết hợp quá trình bùn hoạt tính sinh học và màng lọc.
  • 137.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 123 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  MBR là sự kết hợp quá trình bùn hoạt tính với màng để tách bùn ra khỏi dòng sau xử lý. b. Cấu tạo và nguyên tắc  Màng lọc có kích thước lỗ màng dao động từ 0,01-0,4 μm nên vi sinh vật, chất ô nhiễm, bùn bị giữ lại tại bề mặt màng.  Bùn sinh học sẽ được giữ lại trong bể phản ứng, mật độ vi sinh cao nên nâng cao hiệu suất xử lý chất ô nhiễm.  Vật liệu chế tạo màng lọc gồm các chất liệu vô cơ hoặc hữu cơ. Tuy nhiên xu hướng sử dụng màng lọc có nguồn gốc hữu cơ được sử dụng rộng rãi hơn. Màng lọc hữu cơ như polypropylene, polyethylene, polyacrylonitrile, polysulfone, aromatic polyamide, fluorinated polymer. Màng lọc vô cơ được tạo thành từ vật liệu như kim loại, oxit kim loại, ceramic, zeolites, thủy tinh, sứ, polymer tổng hợp.  Cấu trúc màng thường có các dạng như sợi rỗng, ống mao dẫn, cuộn và được chế tạo có diện tích bề mặt lớn để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật. c. Thiết kế và ứng dụng  Đây là một trong những phương pháp tiên tiến, đã được áp dụng xử lý thành công nhiều loại nước thải khác nhau từ đô thị cho tới các loại nước thải công nghiệp, y tế có thành phần phức tạp và khó xử lý. d. Ưu nhược điểm  Ưu điểm vượt trội của MBR là chất lượng nước thải sau xử lý rất cao có thể tái sử dụng nước thải, diện tích hệ thống xử lý nhỏ gọn, thời gian lưu bùn dài, lượng bùn sinh ra thấp và vận hành linh hoạt.  Hạn chế của công nghệ MBR là vấn đề bẩn màng. THUẬN LỢI VÀ KHÓ KHĂN CỦA PHƯƠNG PHÁP HIẾU KHÍ Thuận lợi - Xử lý SS, BOD hiệu quả - Vận hành đơn giản - Không sinh khí độc Khó khăn - Chi phí vận hành cao - Nhu cầu cung cấp năng lượng lớn - Phát sinh một số khí không cháy - Không hiệu quả đối với nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao
  • 138.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 124 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 4.4. Phương pháp thiếu khí (Anoxic) 4.4.1. Khái quát Nguyên tắc chung, trong điều kiện thiếu oxy hoà tan sẽ xảy ra sự khử nitơ: NH3 → NO3- → NO2- → NO → N2O → N2 (gas) Trong hệ thống xử lý theo kỹ thuật bùn hoạt hóa sự khử nitơ sẽ xảy ra khi không tiếp tục cung cấp không khí. Khi đó oxy cần cho hoạt động của vi sinh giảm dần và việc giải phóng oxy từ nitrat sẽ xảy ra. Theo nguyên tắc trên phương pháp thiếu khí (khử nhật hóa) được sử dụng để loại nitơ ra khỏi nước thải. Phương pháp thiếu khí: Chủ yếu xử lý nitơ, phốt pho và một phần COD, BOD. 4.4.2. Bể Anoxic Bể anoxic được thiết kế để diễn ra quá trình nitrat hóa/khử nitrat và photphorit nhằm mục đích xử lý các chất dinh dưỡng N, P. Đây là bể quan trọng trong quá trình xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học. Trong đó, dựa trên cơ chế nitrat hóa và khử nitrat. * Quá trình nitrat hóa – khử nitrat Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosonas và Nitrobacter. Trong điều kiện môi trường thiếu oxy, các loại vi khuẩn thiếu khí sẽ khử Nitrat (NO3-) và Nitrit (NO2 - ) theo chuỗi chuyển hóa: NH3 → NO3- → NO2- → NO → N2O → N2 (gas) Theo đó, khí nitơ phân tử N2 tạo thành sẽ thoát khỏi nước và ra ngoài. * Quá trình photphorit hóa Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu cơ chứa phốt pho sẽ được hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất mới không chứa phốt pho và các hợp chất có chứa phốt pho nhưng dễ phân hủy đối với chủng loại vi khuẩn hiếu khí. * Thúc đẩy quá trình nitrat hóa-khử nitrat và photphorit hóa diễn ra thuận lợi  Tại bể Anoxic bố trí máy khuấy chìm với tốc độ khuấy phù hợp. Máy khuấy có chức năng khuấy trộn dòng nước tạo ra môi trường thiếu oxy cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển.  Ngoài ra, để tăng hiệu quả xử lý và làm nơi trú ngụ cho hệ vi sinh vật thiếu khí, tại bể Anoxic lắp đặt thêm hệ thống đệm sinh học được chế tạo từ nhựa PVC, với bề mặt hoạt động 230 ÷ 250 m2 /m3 . Hệ vi sinh vật thiếu khí bám dính vào bề mặt vật liệu đệm sinh học để sinh trưởng và phát triển. 4.4.3. Một số quá trình ứng dụng thiếu khí
  • 139.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 125 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Quá trình Ludzack-Ettinger: Xử lý chủ yếu dựa trên nguyên lý thiếu khí (anoxic).  Quá trình thiếu khí kết hợp ở các công nghệ xử lý nước thải như: o SBR o Mương oxy hóa 4.5. Phương pháp kỵ khí (Anaerobic) 4.5.1. Khái quát Hình 4.14. Lịch sử phát triển công nghệ xử lý kỵ khí Xử lý kỵ khí là quá trình sinh học thực hiện trong điều kiện yếm khí (không có mặt oxy) để ổn định chất hữu cơ và chuyển hóa chúng thành các sản phẩm cuối cùng như CH4, các chất vô cơ như CO2, NH3. Chất hữu cơ + Chất dinh dưỡng  CH4 + CO2 +NH3 + Sinh khối Nguyên tắc
  • 140.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 126 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.15. Cấu tạo bể kỵ khí Phương pháp xử lý kỵ khí dùng để loại bỏ các chất hữu cơ trong phần cặn của nước thải bằng vi sinh vật tuỳ nghi và vi sinh kỵ khí. Các phương pháp kỵ khí thường được dùng để xử lý nước thải công nghiệp và chất thải từ trại chăn nuôi. Các giai đoạn kỵ khí bao gồm sự chuyển hóa các chất hữu cơ phức tạp thành chất hữu cơ đơn giản (axit hữu cơ) – vai trò của vi khuẩn có cấu trúc axit. Sau đó, sử dụng axit hữu cơ (vi khuẩn methane, rất nhạy với các điều kiện môi trường) tạo thành CO2 và CH4. Để hoạt động kỵ khí hiệu quả cần chú ý: Vi khuẩn, cơ chất, tải trọng, sự tiếp xúc (khuấy trộn), môi trường. - Vi khuẩn: Vi khuẩn kỵ khí. - Cơ chất: Chất rắn bay hơi. - Môi trường: Kỵ khí (không oxy), nhiệt độ (kiểm soát hoạt động của vi khuẩn, vi khuẩn nhạy với sự thay đổi của nhiệt độ), pH (best: 6,8-7,2), độc tố. + Nhiệt độ: Không nên thay đổi >1 0 C/ngày. Cân bằng hệ xử lý: Tải trọng hữu cơ, độ kiềm, axit bay hơi, nhiệt độ, khuấy trộn. * Các loại nước thải công nghiệp thích hợp sử dụng phương pháp kỵ khí: - Sản xuất bia rượu, đường, tinh bột (lúa mạnh, ngô, khoai tây, lúa mì, khoai mì), thực phẩm, bánh mì, giấy, sữa, giết mổ gia súc, nhà máy hóa dầu. * Để hệ xử lý hiệu quả phụ thuộc việc duy trì nhân tố môi trường sao cho thích hợp sự sinh trường, phát triển của hệ vi sinh vật trong cả quá trình. - Nhiệt độ: Giống như quá trình xử lý sinh học nói chung, quá trình kỵ khí cũng hoạt động hiệu quả trong khoảng nhiệt độ nhất định. Trong đó, có 3 khoảng nhiệt độ tối ưu: + Ưa lạnh 5-15 0 C + Ưa ấm 35-40 0 C + Ưa nhiệt 50-55 0 C Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hoạt động kỵ khí:
  • 141.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 127 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.16. Ảnh hưởng của nhiệt độ - pH: Hai nhóm vi khuẩn lên men axit (pH tối ưu 5,5 – 6,5) và sinh methane (pH tối ưu 7,8 – 8,2). pH vận hành hệ thống trong các môi trường kết hợp ở khoảng 6,8-7,4 và trung tính là tối ưu. pH thấp làm giảm hoạt động của vi khuẩn CH4 do nguyên nhân tích lũy H2 và VFAs. Hình 4.17. Ảnh hưởng pH - Chất dinh dưỡng và kim loại vết Tất cả quá trình sinh học (bao gồm cả kỵ khí) đều cần chất dinh dưỡng và kim loại vết để tổng hợp tế bào. Vi sinh vật kỵ khí, đặc biệt vi khuẩn CH4 cần Ni, Co, Fe, Mo, Se… và COD:N:P = 350:7:1 (for highly loaded system) hoặc 1000:7:1 (lightly loaded system). - Độc chất và chất cản trở: Độc chất được gây ra do sự có mặt các chất nền trong dòng thải đầu vào hoặc được sinh ra từ các hoạt động trao đổi chất. Kim loại nặng, hợp
  • 142.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 128 ThS. Nguyễn Minh Kỳ chất halogel, CN- là các ví dụ cho thấy các sản phẩm S2- , VFAs sẽ theo sau đó (hậu quả). * Các kiểu bể phân hủy kỵ khí: - Bể phản ứng tốc độ thấp + Ao hồ kỵ khí + Bể tự hoại septic tank + Imhoff tank + Standard rate anaerobic digester (phân hủy kỵ khí tốc độ chuẩn)  Các yếu tố quan trọng: Kiểu bùn, nhiệt độ, khuấy trộn, SRT (điều kiện môi trường khác không yêu cầu). Loading of 1-2 kg COD/m3 -day. - Bể phản ứng tốc độ cao + Quá trình tiếp xúc kỵ khí/Anaerobic contact process + Lọc kỵ khí/ Anaerobic filter (AF) + Upflow anaerobic sludge blanket (UASB) + Fluidized bed reactor (lò phản ứng tầng sôi) + Hybrid reactor: UASB/AF + Anaerobic sequencing batch reactor (ASBR)/Bể phản ứng kỵ khí dạng mẻ hàng loạt.  Có khả năng duy trì nồng độ cao sinh khối hoạt tính trong bể phản ứng. Load 5-20 kg COD/m3 -d. COD removal efficiency: 80-90% 4.5.2. Quá trình phân hủy trong bể kỵ khí Hình 4.18. Quá trình phân hủy trong bể kỵ khí
  • 143.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 129 ThS. Nguyễn Minh Kỳ - Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ phức tạp được thực hiện bởi hàng loạt vi khuẩn và cổ khuẩn (xem sơ đồ). Trong đó có sự tương tác qua lại giữa chúng và sẽ bị ngưng trệ nếu gặp phải yếu tố cản trở hay bất lợi. + Vi khuẩn lên men: Đây là nhóm vi khuẩn đóng vai trò trong giai đoạn đầu tiên của quá trình chuyển hóa/phân hủy kỵ khí (thủy phân và axit hóa). Những vi khuẩn này hoặc kỵ khí hoặc tùy nghi nghiêm ngặt. Chúng thuộc họ Streptococcaceae và Enterobacteriaceae và các chi phổ biến như Bacteroides, Clostridium, Butyrivibrio, Eubacterium, Bifidobacterium và Lactobacillus. + Sản xuất vi khuẩn tổng hợp acetate: Nhóm vi khuẩn này chuyển hóa các muối hữu cơ, axit hữu cơ, rượu, hợp chất thơm bền vững thành acetate và CO2. CH3CH2COO -  CH3COO - + CO2 + H2 + Giai đoạn kỵ khí nghiêm ngặt: Quá trình kỵ khí tạo sản phẩm sau cùng là acetate, đóng vai trò tiền chất quan trọng sinh CH4. Nhóm vi khuẩn kỵ khí nghiêm ngặt homoacetogenes tiêu thụ H2 và CO2. Hai vi khuẩn Clostridium aceticum và Acetobacterium woodii được phân lập từ cống nước thải. Vi khuẩn kỵ khí nghiêm ngặt homoacetogenes có hiệu quả nhiệt động học cao nên kết quả không tích lũy H2 và CO2 trong suốt quá trình sinh trưởng trên các hợp chất đa carbon. CO2 + H2  CH3COOH + 2H2O + Vi khuẩn sinh CH4 (Methanogens)/quá trình sinh CH4 Vi khuẩn sinh CH4 là nhóm vi sinh vật độc đáo như cổ khuẩn. Đây là nhóm vi khuẩn kỵ khí bắt buộc và được quan tâm với vai trò là loài giới hạn trong hệ kỵ khí xử lý nước thải. Hai nhóm vi khuẩn CH4 chuyển hóa acetate thành CH4: ++ Methanosaeta (tên cũ Methanothrix): hình gậy, low Ks, ái lực cao. ++ Methanosarcina (còn gọi là M. mazei): hình cầu, ái lực thấp, high Ks. Cơ chế và đặc điểm phản ứng Quá trình kỵ khí diễn ra 3 giai đoạn:  Thủy phân hợp chất hữu cơ  Phân hủy thành axit béo dễ bay hơi  Sinh CH4 Các chất vô cơ như SO4 2- , NO3 - cũng đồng thời được loại bỏ. Quá trình thủy phân chuyển hóa hợp chất hữu cơ cao phân tử thành chất hữu cơ đơn giản như đường đơn, hợp chất thơm, amino axit, axit béo chuỗi dài. Sau đó bị phân hủy thành axit béo bay hơi (VFA) dưới tác dụng của vi khuẩn. Tiếp tục từ Axit acetic sẽ chuyển thành CH4, CO2 (vi khuẩn methane).
  • 144.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 130 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.19. Quá trình phân hủy kỵ khí 4.5.3. Yếu tố ảnh hưởng Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH, độ kiềm  Hợp chất hữu cơ thủy phân thành chất hữu cơ đơn giản ở pH 4,0-7,8  Giai đoạn sinh CH4 với pH < 6  Anaerobic vận hành với tải trọng COD kg/VSS kg.d = 0,3-0,5 Chất dinh dưỡng và kim loại vết  Quá trình xử lý sinh học, yếu tố dinh dưỡng vô cơ và kim loại vết được yêu cầu cho sự trao đổi của hệ vi sinh vật. Quá trình kỵ khí cũng yêu cầu N, P ở mức độ thấp.  Vi khuẩn kỵ khí chứa 10,5% N, 1,5% P trong VSS (chất rắn lơ lửng bay hơi) nên lượng nitơ bổ sung đầu vào có thể đạt được và xác định dựa vào tỷ lệ kgCOD/kgVSS.  Nhu cầu phốt pho được tính theo tỷ lệ trong vi sinh vật, ví dụ N:P = 7:1. Nếu tải trọng bể phản ứng với COD bằng 0,5 kgCOD/kgVSS.d thì COD:N:P =
  • 145.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 131 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 100:0,6:0,08. Như vậy, so với quá trình hiếu khí thì nhu cầu N và P thấp lớn (nhu cầu thấp hơn).  Kim loại vết có vai trò cho quá trình tạo bông vi khuẩn kỵ khí, sản sinh ezym. 4.5.4. Thuận lợi và khó khăn của phương pháp kỵ khí Ưu điểm + Ít có nhu cầu năng lượng (trong khi quá trình hiếu khí cần 0,5-0,75 kWh cho việc loại bỏ 1 kg COD). + Thu năng lượng từ sinh khí CH4 (thu 1,16 kWh năng lượng từ việc lên men 1 kg COD). + Sinh khối ít (quá trình kỵ khí chỉ tạo 20% lượng bùn (sinh khối) so với hiếu khí). Xử lý 1 kg BOD bằng hiếu khí tạo ra 0,5 kg (CO2, H2O) và 0,5 sinh khối mới. Trong khi, phân hủy sinh học 1 kg COD kỵ khí sinh ra > 0,9 kg CH4 và < 0,1 kg sinh khối mới. + Nhu cầu dinh dưỡng (N, P) thấp (tỷ lệ tổng hợp sinh khối thấp hơn và nhu cầu dinh dưỡng thấp, chỉ bằng 20% so với hiếu khí). + Áp dụng xử lý nước thải có tải trọng cao (tải trọng hữu cơ cao gấp 5-10 lần so với hiếu khí). + Tiết kiệm không gian (tỷ lệ tải trọng cao hơn yêu cầu bể phản ứng nhỏ hơn). + Có khả năng phân hủy, chuyển hóa các dung môi độc hại như chloroform, trichloroethylene, trichloroethane thành các chất dễ phân hủy. Ứng dụng  Oxy hóa chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí và sinh CH4, CO2.  Kết quả giảm thể tích chất rắn sinh học 50-80% và bùn sinh học sau cùng có thể ổn định sinh học và làm giàu dinh dưỡng trong nông nghiệp (giàu humic). Ưu điểm so với bùn hoạt tính  Tận thu CH4  Tiết kiệm năng lượng  Tiết kiệm chi phí xử lý bùn thải  Tiết kiệm chi phí hóa chất (nhu cầu dinh dưỡng thấp)  Vận hành dễ, ổn định, kinh phí thấp Hạn chế + Thời gian start-up dài: Do tỷ lệ tổng hợp sinh khối chậm nên yêu cầu thời gian start-up dài để đạt được nồng độ sinh khối thích hợp.
  • 146.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 132 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Thời gian phục hồi chậm: Nếu bể phản ứng bị cản trở bởi tác động rửa sinh khối, shock tải trọng, độc tố thì cần thời gian dài để hồi phục trở lại các điều kiện vận hành bình thường. + Nhu cầu chất dinh dưỡng, kim loại vết cụ thể: Vi sinh vật kỵ khí, đặc biệt methanogens cần các yếu tố vi lượng như Fe, Ni, Co để sinh trưởng tối ưu. + Nhiều yếu tố nhạy cảm dẫn đến sự thay đổi các điều kiện môi trường: Vi sinh vật kỵ khí, đặc biệt methanogens có khuynh hướng thay đổi trong điều kiện nhiệt độ, pH, thế oxy hóa khử. + Xử lý nước thải giàu sulfate: Nước thải giàu sulfate không những giảm sản lượng CH4 mà nó còn ức chế methanogens (vi khuẩn sinh CH4) do sản sinh khí H2S. + Xử lý nước thải giàu nitơ và protein: Quá trình kỵ khí có mặt protein sinh amine và làm kéo dài (làm chậm) sự phân hủy sinh học kỵ khí. Tương tự, nitơ cũng không thay đổi trong quá trình kỵ khí (Hướng giải pháp: Phát triển quá trình ANAMOX bằng việc oxy hóa NH4 + với sự có mặt của NO2 - ). Bảng 4.2. So sánh phương pháp xử lý kỵ khí với hiếu khí Nhân tố Hiếu khí Kỵ khí Tỷ lệ tải trọng hữu cơ Thấp: 0,5-1,5 kg COD/m3 - day (bùn hoạt tính) Cao:10-40 kg COD/m3 -day (AF,UASB, E/FBR) Sản lượng sinh khối Cao: 0,35-0,45 kg VSS/kg COD (sinh khối khá ổn định, không quá phụ thuộc kiểu chuyển hóa chất nền) Thấp: 0,05-0,15 kg VSS/kg COD (sinh khối không ổn định nhưng phụ thuộc nhiều vào kiểu chuyển hóa chất nền) Mức độ/tỷ lệ sử dụng chất nền cụ thể Thấp: 0,15-0,75 kg COD/kg VSS-day Cao: 0,75-1,5 kg COD/kg VSS-day Thời gian start-up Ngắn: 1-2 weeks Dài: 1-2 months for mesophilic (ưu ấm), 2-3 months for thermophilic (ưu nhiệt) SRT (thời gian lưu bùn) 4-6 ngày là đủ cho quá trình bùn hoạt tính Dài và quan trọng để hình thành vi khuẩn sinh methane (methanogens) trong bể phản ứng Vi sinh vật Chủ yếu là một loại, ngoại trừ quá trình loại chất dinh dưỡng Quá trình kỵ khí bao gồm nhiều bước chuyển hóa hóa học và có sự đa dạng các nhóm vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ
  • 147.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 133 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Nhân tố môi trường Ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi các điều kiện môi trường Nhạy cảm cao với sự thay đổi điều kiện môi trường 4.5.5. Điều kiện quan trọng để xử lý kỵ khí hiệu quả - Tránh phơi nhiễm/tiếp xúc oxy/không khí quá mức. - Tránh sự có mặt các hợp chất độc tố, chất cản trở ở dòng nước thải đầu vào. - Duy trì pH ở 6,8-7,2. - Duy trì độ kiềm thích hợp (chủ yếu bicarbonates). - Axit béo bay hơi thấp (VFAs). - Duy trì khoảng nhiệt độ trung bình (ưa ấm) 30-38 0 C. - Đủ chất dinh dưỡng (N, P) và kim loại vết, nhất là Fe, Co, Ni, v.v.. Tỷ lệ COD:N:P = 350:7:1 (hệ thống tải trọng cao) và 1000:7:1 (tải trọng thấp). - SRT/HRT >>1 (sử dụng cho bể kỵ khí tốc độ cao). 4.5.6. Một số quá trình kỵ khí 4.5.6.1. Bể tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process: ACP) Hình 4.20. Sơ đồ bể tiếp xúc kỵ khí  Thích hợp: Xử lý nước thải SS cao.  Nồng độ sinh khối trong bể phản ứng: 4-6 g/l, max = 25-30 g/l và phụ thuộc khả năng lắng của bùn.  Tải trọng 0,5 – 10 kg COD/m3 -day.  Yêu cầu thời gian lưu bùn SRT có thể duy trì bởi tốc độ hồi lưu bùn tương tự quá trình bùn hoạt tính. 4.5.6.2. Lọc kỵ khí (Anaerobic Filter: AF) - Được phát triển bởi Young & McCarty những năm 1960s để xử lý chất thải hữu cơ hòa tan. Là một công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo. Bể lọc kỵ khí là các loại bể lọc kín, phía trong có chứa các vật liệu đóng vai trò như giá thể của vi
  • 148.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 134 ThS. Nguyễn Minh Kỳ sinh dính bám. Bộ lọc có thể bằng các loại đá (rocks) tương tự quá trình lọc nhỏ giọt (trickling filter). - Nước thải được phân phối từ dưới lên trên hoặc từ trên xuống và chảy qua đệm lọc (bed of rocks). Quá trình lọc dạng chìm hoàn toàn. Vi sinh vật kỵ khí tích tụ trong các khe hở của vật liệu lọc (đá hoặc mao quản của hạt nhựa tổng hợp, sợi ceramic…). Mao quản nhựa lưu giữ sinh khối hoạt tính. Phần sinh khối không dính bám khe hở tạo bông lớn hơn do sự gia tăng bọt khí/lỏng. Sự phân phối sinh khối không dính bám có ý nghĩa quan trọng trong xử lý nước thải. Phần sinh khối dính bám không phải là phần chính của sinh khối tổng. Trong đó, khoảng 64% sinh khối dính bám và 36% không dính bám. Bảng 4.3. Một số nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp bằng lọc kỵ khí Type of wastewater Tempr. (°C) Organic Loading Rate (kg/m3 .d) HRT (h) Removal efficiency Sugar industry 35-37 - 12-36 55% Distillery wastes 35 15 72 90 Chemical process 37 12-15 22-30 80-90 Leachate 37 0,2-0,7 30-40 d 90-96 - Về đặc điểm: Khả năng duy trì sinh khối cao, SRT dài; HRT tiêu biểu 0,5 – 4 ngày và tải trọng 5 - 15 kg COD/m3 -day; Điều kiện thủy động học có vai trò quan trọng duy trì sinh khối. Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
  • 149.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 135 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.21. Cấu tạo chi tiết lọc kỵ khí Các loại bể lọc kỵ khí là các loại bể kín, phía trong chứa vật liệu lọc đóng vai trò như giá thể của vi sinh vật dính bám. Khí CH4 và các loại khí sinh học tạo thành khác được thu hồi ở phía trên. Nước thải đưa vào bể có thể phân phối phía dưới hoặc phía trên theo sơ đồ nêu trên. Vật liệu lọc của bể lọc kỵ khí là các loại cuội sỏi, than đá, xỉ, ống nhựa, tấm nhựa hình dạng khác nhau. Kích thước và chủng loại vật liệu lọc, được xác định dựa vào công suất công trình XLNT, hiệu quả khử COD, tổn thất áp lực nước cho phép, điều kiện cung cấp nguyên vật liệu tại chỗ... Các loại vật liệu lọc, cần đảm bảo độ rỗng lớn (từ 90-300 m3 /m2 bề mặt bể). Tổng bề mặt của vật liệu lọc có vai trò quan trọng trong việc hấp thụ các chất hữu cơ. Khi màng vi sinh vật dày, hiệu quả lọc nước thải giảm (tổn thất áp lực lọc tăng). Vật liệu lọc được rửa bằng dòng nước thải chảy ngược. Vật liệu lọc cũng có thể lấy ra, rửa sạch bằng nước thải sau đó nạp lại vào bể. Hình 4.22. Sơ đồ cấu tạo lọc kỵ khí
  • 150.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 136 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Các giá thể là các loại vật liệu có hình dạng, kích thước khác nhau (Sỏi, than đá, xỉ, ống nhựa, tấm nhựa, giá thể vi sinh dạng bánh xe, giá thể vi sinh dạng sợi ...) hoạt động như vật liệu lọc. Các dòng nước thải có thể đi từ dưới lên hoặc từ trên xuống. Nước thải được phân phối đều theo diện tích đáy bể đi từ dưới lên (hoặc trên xuống) chảy qua lớp vật liệu lọc, các chất hữu cơ sẽ bám lại tại vật liệu lọc có chứa vi khuẩn yếm khí và tạo thành lớp màng vi sinh vật. Tại đây các chất hữu cơ sẽ được hấp thụ và phân hửi, bùn cặn sẽ được giữ lại trong khe rỗng của lớp vật liệu lọc. Sau 2-3 tháng sẽ xả bùn dư một lần. Phần nước sau khi qua lớp vật liệu lọc sẽ được chảy vào máng thu và tiếp tục được xử lý bởi các công trình phía sau. - Bể lọc kỵ khí ngược dòng (Upflow anaerobic filter – UAF) - Bể lọc kỵ khí xuôi dòng (Downflow anaerobic filter – ADF) Kích thước và chủng loại Vật liệu lọc được xác định dựa vào công suất xử lý, hiệu quả khử COD, tổn thất áp lực cho phép, ... Các loại vật liệu lọc cần đảm bảo độ rỗng lớn (từ 90-300 m3 /m2 bề mặt). Ưu điểm - Khả năng xử lý nồng độ ô nhiễm cao. - Thời gian lưu ngắn, vi sinh vật dễ thích nghi với nước thải. - Quản lý vận hành đơn giản. - Ít tốn năng lượng và dễ kết hợp với những công nghệ xử lý nước thải khác. Nhược điểm - Thời gian khởi động hệ thống dài. - Hay bị tắc nghẽn. - Hàm lượng cặn lơ lửng trong nguồn nước thải đầu ra lớn. - Vật liệu lọc đạt tiêu chuẩn thường có giá thành cao. 4.5.6.5. UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) a. Khái quát
  • 151.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 137 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.23. Sơ đồ cấu tạo UASB  UASB được phát triển bởi Gazte Lattinga tại phòng thí nghiệm năm 1972 trong quá trình xử lý kỵ khí nước thải củ cải đường tại Hà Lan.  Hệ lơ lửng quan trọng, tải trọng hữu cơ được duy trì để tập hợp sinh khối dày đặc (bông bùn, có đường kính 1-3 mm). Các bông bùn gồm có vi khuẩn thủy phân, vi khuẩn lên men axit, acetate và CH4.  Nồng độ sinh khối trong bể phản ứng có thể đạt mức cao 50 g/l. Do đó thời gian lưu bùn SRT cao có thể đạt được khi HRT ở mức thấp 4 h. Ngoài ra, do tầng bùn kỵ khí mịn nên thời gian lưu thủy lực và rắn độc lập nên giảm thời xử lý từ vài ngày xuống còn vài giờ.  Cấu trúc bể gồm 4 hợp phần (xem sơ đồ). Nhiệt độ và OLR là 2 yếu tố quan trọng nhất. Ngoài các yếu tố trên thì HRT cũng quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý.  Thời gian start-up dài mất thường 2 tháng và có thể dài hơn trong điều kiện nhiệt độ thấp hơn, đây là điểm bất lợi của xử lý UASB. b. Nguyên tắc hoạt động  Được thiết kế nhằm hạn chế những vấn đề của lọc kỵ khí bằng cách cho dòng chảy dưới đi lên, sinh khối lắng của đáy thường có cấu trúc hạt mịn và nhỏ.  Trong quá trình xử lý các bông bùn có kích thước lớn và nặng sẽ lắng xuống và lưu lại trong bể phản ứng. c. Tiêu chuẩn thiết kế và ứng dụng
  • 152.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 138 ThS. Nguyễn Minh Kỳ These are the 4 top applications of the UASB reactors:  Breweries and beverage industry  Distilleries and fermentation industry  Food Industry, Slaughter Houses.  Pulp and paper In general, there are two ways to design an UASB reactor.  If input COD is 5,000 – 15,000 mg/L or more, the design method should be used based on Organic Loading Rate.  If input COD less than 5,000 mg/L, the design method should be based on velocity. Let’s take an example. Data  Waste water input flow rate (Q) = 62.5 m3 /day  COD = 15,000 mg/L = 15 kg/m3  Organic loading rate = 5.5 kg COD/m3 .day (I found that organic loading rate is sometimes state of art in wastewater treatment design. Some vendors may have already had the data)  Volume of tank = QxC/OLR = 62.5 x 15 / 5.5 = 170 m3  Note: the above volume is the actual volume. You need to add more volume (as void volume). Calculating an UASB Tank Based on Velocity When input COD < 5,000 mg/l, using the method base on OLR is not effective in operation process because the granular sludge will be hardly formed. Therefore, the design criteria must be: Up-flow velocity v = 0,5 m/h. Hydraulic retention time HRT іs 4 h. Chosen in table 1, the height of sludge is Hs = 3 – 5 m The height of setting area Hse іs 1.2 m The volume of the UASB reactor: W = Q x HRT. The area of the UASB reactor: A = V/Q. Operation & Maintenance (O&M) Operation criteria: The optimum pH range is from 6.6 to 7.6 The wastewater temperatures should not be <5°C because low temperatures can impede the hydrolysis rate of phase 1 and the activity of methanogenic bacteria. Therefore in winter season, methane gas may be needed to heat the wastewater to be treated in the reactor. Always maintain the ratio of COD:N:P = 350:5:1 If there is a deficiency of some of these nutrients in the wastewater nutrient addition must be made to sustain the micro-
  • 153.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 139 ThS. Nguyễn Minh Kỳ organisms. Chemicals that are frequently used to add nutrients (N, P) are NH4H2PO4, KH2PO4, (NH4)2CO3… Suspended solid (SS) can affect the anaerobic process in many ways: Formation of scum layers and foaming due to the presence of insoluble components with floating properties, like fats and lipids. Retarding or even completely obstructing the formation of sludge granules. Entrapment of granular sludge in a layer of adsorbed insoluble matter and sometimes also falling apart (disintegration) of granular sludge. A sudden and almost complete wash-out of the sludge present in reactor Decline of the overall methanogenic activity of the sludge due to accumulation of SS Therefore, the SS concentration in the feed to the reactor should not exceed 500 mg/l. In phase 2 and 3 the pH will be reduced and the buffer capacity of wastewater may have to be increased to provide alkalinity of 1000 – 5000 mg/l CaCO3. Start-up: An UASB reactor requires a long time for start-up, e.g. from 2 – 3 weeks in good conditions (t > 20 0 C) and sometimes the start-up can take up to 3 – 4 months. In start- up process, hydraulic loading must be 50% of the design hydraulic loading. The start-up of the UASB reactor can be considered to be complete once a satisfactory performance of the system has been reached at its design load. Bảng 4.4. Một số nghiên cứu xử lý nước thải bằng công nghệ UASB Type of wastewater Influent COD OLR (kg/m3 /d) Tempe (0 C) HRT (h) % COD Removal Beer industry 1000- 1500 4.5-7 20-24 5 75-80 Agricultural waste 11000 2-5 30 48 70-65 Slaughter hause 2000- 3500 4 30 19 85 Paper industry 1000 5 - 49 75 Sugar industry 4000- 60000 20-25 28-32 - 92-95 Ưu nhược điểm UASB
  • 154.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 140 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Ưu điểm  Có khả năng xử lý chất thải hữu cơ với tải trọng cao  Lượng bùn sinh ra ít  Nhu cầu chất dinh dưỡng thấp  Năng lượng tiêu thụ ít và có khả năng tái sinh năng lượng  Vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp  Thiết bị đơn giản, chiếm ít diện tích  So với lọc kỵ khí, cũng có thể áp dụng xử lý ngay cả khi nước thải có hàm lượng SS cao  Có khả năng giữ bùn lâu dài và ít thay đổi hoạt tính khi không hoạt động Nhược điểm  Thời gian vận hành dài, kéo dài từ 2-8 tháng.  Hạt bùn có thành phần phức tạp và chưa hiểu biết đầy đủ về nó. 4.5.6.6. Bể phản ứng dạng hạt tĩnh (Static Granular Bed Reactor: SGBR) Hình 4.24. Sơ đồ cấu tạo bể phản ứng SGBR  Static granular bed reactor: SGBR o Developed at Iowa State University by Drs. Ellis and Kris Mach o Just opposite to UASB; flow is from top to bottom and the bed is static o No need of three-phase separator or flow distributor o Simple in operation with fewer moving parts o Major issue: head loss due to build-up of solids  Công nghệ kỵ khí, được ứng dụng xử lý hiệu quả nước thải chứa chất hữu có khó phân hủy.  Tham khảo Tài liệu.
  • 155.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 141 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Nhận xét phương pháp kỵ khí: Đặc điểm kỵ khí - Xử lý hiệu quả chất hữu cơ khó phân hủy nhưng nhược điểm không thể xử lý triệt để BOD - Cần cung cấp nhiệt - Có thể loại bỏ phần lớn mầm bệnh và màu - Ít bùn cặn (sinh khối chất thải) Ứng dụng  Sử dụng phổ biến để xử lý nước thải công nghiệp  Xử lý tải lượng lớn, nhiều chất hóa học 4.6. Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên 4.6.1. Giới thiệu 4.6.2. Ao hồ sinh học (Wastewater Stabilization Ponds/Lagoons) Hình 4.25. Ao hồ sinh học Khái quát  Đây là phương pháp xử lý sinh học đơn giản, dựa trên nguyên lý ổn định nước thải nhờ các quá trình sinh hóa diễn ra trong tự nhiên.  Đặc điểm: Sâu một vài mét, rộng tới cả ha. Thời gian lưu 1-4 tuần, chi phí vận hành thấp.  Nhược điểm: Mùi và phát sinh muỗi (nhất giai đoạn đầu khi mới tiếp nhận nước thải).  Khả năng loại bỏ mầm bệnh: o Vi khuẩn (Bacteria), 90-99%
  • 156.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 142 ThS. Nguyễn Minh Kỳ o Vi rút (Virus), 90-99% o Động vật nguyên sinh (Protozoa), 67-99% Cơ chế, ứng dụng:  Dựa trên các quá trình quang hợp, lắng lọc tự nhiên, vai trò của ánh sáng, nhiệt độ và các quá trình hấp thụ, hấp phụ (hóa lý sinh tự nhiên).  Thích hợp xử lý nước thải ở các nước đang phát triển, có hệ ao hồ tự nhiên. Chi phí xử lý thấp, duy trì - vận hành dễ nhưng cần diện tích lớn. Hình 4.26. Nhận thức về xử lý nước thải bằng ao hồ sinh học Ưu điểm hồ sinh học: - Loại bỏ vi khuẩn gây bệnh - Chuyển hóa/phân hữu chất hữu cơ (phát sinh tảo) - Xử lý chất dinh dưỡng N, P 4.6.2.1. Ao hồ hiếu khí (Aerobic Pond)  Là loại ao cỡ 0,3 - 0,5 m được thiết kế sao cho ánh sáng mặt trời thâm nhập vào lớp nước nhiều nhất làm phát triển tảo do hoạt động quang hợp để tạo oxy.  Điều kiện không khí bảo đảm từ mặt đến đáy ao. Ao chứa đựng vi khuẩn và tảo ở thể lơ lửng và các điều kiện ưa khí được ngự trị suốt chiều sâu của hồ.  Lượng oxy cung cấp cho nước hồ từ 2 nguồn: - Sản phẩm của quá trình quang hợp. - Khuếch tán từ không khí.
  • 157.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 143 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 4.6.2.2. Ao hồ tùy nghi (Facultative Pond)  Ao thường sâu từ 1 - 2 m, thích hợp cho việc phát triển tảo và các vi sinh tùy nghi. Ban ngày, khi có ánh sáng quá trình chính xảy ra trong ao là hiếu khí. Ban đêm ở lớp đáy ao quá trình chính là kỵ khí. Hình 4.27. Cơ chế ao hồ tùy nghi  Các vùng trong một hồ tuỳ nghi: o Vùng bề mặt trong đó các vi khuẩn ưa khí và tảo tồn tại trong một mối quan hệ cộng sinh. o Vùng đáy kỵ khí trong đó các chất rắn được tích tụ bị phân hủy bởi các vi khuẩn kỵ khí. o Vùng trung gian, vừa có một phần là ưa khí và một phần là kỵ khí, trong đó sự phân hủy của các chất thải hữu cơ được tiến hành bởi các vi khuẩn tuỳ tiện. 4.6.2.3. Ao hồ kỵ khí (Anaerobic Pond)  Là loại ao sâu, không cần oxy hoà tan cho hoạt động vi sinh. Ở đây các loại vi sinh kỵ khí và vi sinh tùy nghi dùng oxy từ các hợp chất như nitrat, sunphat để oxy hoá chất hữu cơ thành CH4 và CO2.  Các ao này có khả năng tiếp nhận khối lượng lớn chất hữu cơ và không cần quá trình quang hợp của tảo.
  • 158.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 144 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Hồ kỵ khí thường được dùng để xử lý nước thải có độ ô nhiễm hữu cơ cao và cũng chứa hàm lượng chất rắn lớn.  Để có thể duy trì điều kiện kỵ khí, các hồ kỵ khí có thể xây dựng với chiều sâu hơn 6 m.  Thông thường các hồ này ở điều kiện kỵ khí suốt cả chiều sâu của chúng, trừ vùng rất nhỏ trên bề mặt. Sự ổn định các chất hữu cơ xảy ra bởi sự kết hợp của quá trình kết tủa và chuyển hóa kỵ khí CO2 và CH4.  Hiệu suất chuyển hoá BOD thường đạt tới 70%. Ưu điểm phương pháp xử lý sinh học nguồn nước thải trong điều kiện tự nhiên: - Cấu tạo đơn giản - Tận dụng điều kiện tự nhiên sẵn có - Hệ thống riêng, độc lập - Chi phí xây dựng, vận hành thấp - Không yêu cầu bảo dưỡng, bổ sung dinh dưỡng - Xử lý triệt để - Tái sử dụng cao Nhược điểm phương pháp xử lý sinh học nước thải trong điều kiện tự nhiên: - Cần diện tích lớn - Quy mô xử lý nhỏ, tải trọng xử lý không cao (trung bình) - Chỉ xử lý được một số nguồn nước thải đơn giản - Khả năng ứng dụng thấp tại đô thị 4.6.3. Cánh đồng tưới (lọc) và bãi lọc Giới thiệu Đặc tính hóa lý của tầng đất: Lọc, hấp phụ, trao đổi ion, khả năng thấm nước và giữ nước, giữ cặn bẩn và các cá thể sinh vật nhỏ. Đặc tính sinh học của nền đất: Hoạt động của hệ vi sinh vật đất và cây cỏ. Dựa vào khả năng giữ cặn nước ở trên bề mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua một bề mặt lọc, sau đó tiếp tục được vi sinh vật hiếu khí oxy hoá nhờ sự có mặt của oxy trong các lỗ hổng và mao quản của lớp đất mặt. Càng đi sâu xuống lòng đất, lượng oxy tự do càng giảm và quá trình oxy hóa hiếu khí các chất hữu cơ giảm dần. Cuối cùng đến một độ sâu mà ở đó chỉ diễn ra quá trình khử nitrat (quá trình oxy hóa chất hữu cơ chỉ xảy ra ở lớp đất mặt có độ sâu tới hạn 1,5 m). Trong nước thải sinh hoạt và đô thị thường chứa đủ các thành phần dinh dưỡng cho cây trồng. Hàm lượng nitơ vào khoảng 15–60 mg/l, phốt pho vào khoảng 3–12
  • 159.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 145 ThS. Nguyễn Minh Kỳ mg/l, kali vào khoảng 6– 5 mg/l. Những hợp chất chứa các nguyên tố này chủ yếu ở dạng hòa tan, một phần ở dạng chất rắn lơ lửng: Nitơ có 85% ở dạng hòa tan, 15% ở dạng chất lơ lửng; tỷ lệ này ở phốt pho là 60% và 40%; đối với kali là 95% và 5%. Như vậy, tỷ lệ N:P:K trong nước thải sinh hoạt là 5:1:2. So với phân chuồng (tỉ lệ N:P:K là 2:1:2) thì nước thải sinh hoạt là nguồn phân đạm rất tốt đối với nhiều loại cây trồng. Đối với nước thải một số ngành công nghiệp như công nghiệp thực phẩm để có thể xử lý theo phương pháp này thì yêu cầu cần phải không có chất độc (kim loại nặng) hoặc các chất có tác dụng ức chế sinh trưởng thực vật. Nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp (đã loại bỏ các chất độc hại), chứa một hàm lượng các chất dinh dưỡng N:P:K =5:1:2 rất thích hợp làm phân bón cho thực vật. Đây là cơ sở quan trọng để áp dụng xử lý nước thải dựa trên phát triển những loại cây trồng thích hợp. Chức năng  Xử lý nước thải  Tưới bón cây trồng Phân loại  Cánh đồng lọc chậm: Là hệ thống xử lý nước thải thông qua đất và hệ thực vật ở lưu lượng nước thải nạp cho hệ thống khoảng vài cm/tuần.  Cánh đồng lọc nhanh: Là việc đưa nước thải vào các kênh đào ở khu vực đất có độ thấm lọc cao (mùn pha cát, cát) với một lưu lượng nạp lớn. Hình 4.28. Cánh đồng lọc chậm qua đất
  • 160.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 146 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.29. Cánh đồng thấm nhanh qua đất Hình 4.30. Cánh đồng lọc bằng chảy tràn mặt  Bãi lọc: Khu đất chỉ dùng xử lý hoặc chứa nước thải. Hình 4.31. Bãi lọc xử lý nước thải
  • 161.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 147 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Tùy thuộc vào chức năng nào là chính, cánh đồng tưới sẽ là cánh đồng tưới công cộng hay cánh đồng tưới nông nghiệp hoặc chỉ làm chức năng xử lý nước thải gọi là bãi lọc (hay cánh đồng lọc). Cơ chế  Nước thải sau khi thấm lọc qua đất được thu lại bằng các ống thu nước đặt ngầm trong đất hoặc các giếng khoan.  Cánh đồng tưới và bãi lọc thực hiện việc xử lý nước thải dựa vào khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua tầng lọc. Các vi sinh vật hiếu khí nhờ có oxy trong các lỗ hổng và mao quản của lớp đất mặt đã thực hiện hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Càng xuống sâu, lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ nhiễm bẩn giảm dần. Quá trình oxy hóa nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu khoảng 1,5m. Yếu tố ảnh hưởng Các điều kiện địa lý như độ thấm lọc của đất, mực thủy cấp rất quan trọng đối với việc ứng dụng phương pháp này. Trong trường hợp sử dụng cho cánh đồng tưới nông nghiệp thì ngoài yêu cầu làm ẩm đất còn phải đáp ứng yêu cầu về chất dinh dưỡng (N, P, K) của cây trồng. Lưu ý Nước thải trước khi được đưa ra cánh đồng tưới hay bãi lọc cần qua bước xử lý sơ bộ qua song chắn rác để loại bỏ rác, các vật thô cứng; qua lắng cát để loại bỏ cát, sỏi, loại bỏ dầu mỡ. Loại bỏ dầu, mỡ và một phần các chất huyền phù tránh cho các lỗ hổng và mao quản lớp đất mặt bị bít kín làm giảm độ thoáng khí, ảnh hưởng xấu tới khả năng oxy hóa chất hữu cơ của vi sinh vật. Trong trường hợp lượng nước thải lớn cần phải có bể điều hòa sau khi xử lý sơ bộ. Thời gian lưu nước ở đây là 6 – 8 giờ. Trường hợp tưới cây theo vụ, khi không cần nước tưới, nước thải được đưa vào xử lý ở hệ ao hồ ổn định. Ngoài chức năng loại bỏ rơm rác, các vật thô cứng, bước xử lý sơ bộ còn đảm nhiệm chức năng loại bỏ một phần các vi sinh vật gây bệnh có trong nước thải (đặc biệt là nước thải sinh hoạt), trong đó có trứng giun sán (có thể loại bỏ được 50 – 60% các sinh vật này). Ngoài ra, các loại nước thải chưa qua xử lý sơ bộ không được dùng để tưới cho các loại rau ăn sống. Cấu tạo
  • 162.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 148 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.32. Sơ đồ cấu tạo cánh đồng tưới và bãi lọc Thành phần cơ bản: 1. Mương chính và màng phân phối 2. Máng, rãnh phân phối trong các ô 3. Mương tiêu nước 4. Ống tiêu nước 5. Đường đi Thiết kế, ứng dụng Mục đích chính ứng dụng nhằm: Tưới bón cây, xử lý nước thải sinh hoạt, công nghiệp chứa nhiều chất hữu cơ không chứa chất độc và vi sinh vật gây bệnh. Cánh đồng tưới cần san phẳng hoặc dốc không đáng kể rồi chia thành các ô. Mỗi ô có diện tích không nhỏ hơn 3 ha. Tùy địa hình, tính chất đất đai và phương thức canh tác, kích thước các ô này có thể lớn hơn, khoảng 5 – 8 ha đối với cánh đồng tưới lọc, còn bãi lọc nhỏ hơn. Mỗi ô có chiều dài khoảng 300 – 450 m, chiều rộng không quá 100– 200 m. Các ô này được ngăn bằng các bờ đất. Nước thải đưa vào các ô nhờ hệ thống mương (mương chính và mương phân phối). Số lượng ô trong một công trình không ít hơn 3 ô. Cánh đồng tưới thường được xây dựng ở những nơi đất pha cát, có thể ở nơi đất pha sét nhưng cần tính toán đủ nước cho nhu cầu sinh lý của cây và đất thấm kịp. Nước sau khi thấm qua đất được thu về hệ thống tiêu nước là các ống ngầm đặt dưới các ô với độ sâu 1,2 – 2m và các mương máng hở bao quanh công trình. Trong trường hợp không thu nước sau khi thấm qua đất để đổ vào các nguồn nước mặt mà cho ngấm sâu vào lòng đất. Trường hợp này cần tính lượng nước thấm đủ, nếu dư có khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm. Xem xét nhu cầu nước của cây trồng theo các yếu tố loại cây trồng, thời vụ, loại đất và giai đoạn sinh trưởng mà sử dụng nước thải để tưới phù hợp. Ưu nhược điểm
  • 163.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 149 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Ưu điểm  Xử lý các chất dinh dưỡng (quá trình nitrat hóa/khử nitrat, hấp thụ của thực vật thủy sinh).  Hiệu quả xử lý BOD và NO3- khá cao, vi khuẩn giảm.  Kết hợp ao hồ sinh học và bãi lọc trồng cây để xử lý nước thải hiệu quả.  Nhu cầu năng lượng thấp, dễ xây dựng, vận hành và bảo dưỡng.  Có thể sử dụng nguyên vật liệu địa phương.  Chịu được thay đổi tải trọng khá tốt.  Có giá trị thẩm mỹ và sinh học.  Có thể áp dụng để xử lý nước xám, nước thải công nghiệp hay nước mưa. Nhược điểm  Phải xử lý sơ bộ để loại bỏ rác, các tạp chất chất thô, cứng, hay dầu mỡ. Sự phát sinh tảo sẽ ngăn cản quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh, ảnh hưởng cơ chế lắng, lọc.  Diện tích tưới cố định phải lớn và nhu cầu tưới đều đặn trong năm. Trong khi, với cây trồng thường chỉ tưới được 3 – 6 tháng trong năm.  Cần có một kế hoạch tổng thể việc tưới nước cho các loại cây trồng trong các cánh đồng tưới và có một quy hoạch thiết kế các kỹ thuật xử lý nước thải hỗ trợ, như xử lý bằng các ao hồ sinh học, để đảm bảo nước thải được làm sạch trước khi đổ vào nguồn.  Cánh đồng tưới và bãi lọc chỉ được xây dựng ở những nơi có mực nước nguồn thấp hơn so với mặt đất.  Xây dựng xa khu dân cư về cuối hướng gió (300-1.000 m).  Yêu cầu diện tích lớn hơn so với hệ thống thông thường. 4.7. Công nghệ Wetland 4.7.1. Tổng quan Wetland là phần đất có chứa nước trong đất thường xuyên dạng bão hòa hoặc cận bão hòa, tuy nhiên việc xử lý nước thải qua đất tự nhiên không hiệu quả cao, tốn nhiều thời gian. Công nghệ xử lý nước thải qua đất, gọi là đất ngập nước kiến tạo (constructed wetland) xử lý nước thải hiệu quả hơn, giảm diện tích và có thể kiểm soát quá trình vận hành. 4.7.2. Cơ chế xử lý chất ô nhiễm trong đất ngập nước Các cơ chế chủ yếu giảm thiểu hoặc giữ ổn định các chất ô nhiễm trong đất ngập nước, bao gồm:
  • 164.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 150 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Chuyển hóa địa hóa học Với 2 yếu tố tăng O2 và CO2, hoặc chất kiềm để tạo ra các hợp chất kết tủa dưới dạng hydroxyt. Chuyển hóa do vi sinh vật Vi khuẩn, nấm, sinh vật nguyên sinh, đặc biệt là tảo, được xem là thành phần quan trọng trong hệ thống đất ngập nước. Đất ngập nước tích lũy và lọc sạch kim loại trong nước làm giảm bớt chất ô nhiễm để thu được nitơ hoặc năng lượng như một phần trong vòng đời của chúng, đồng thời là xúc tác cho các phản ứng kết tủa do sự thay đổi tính chất hóa học của nước. Trao đổi và hấp phụ ion Các axit humic và fulvic do chất hữu cơ tạo thành có thể chuyển hóa các kim loại bằng phản ứng acid - base. Sự hấp phụ kim loại bằng trao đổi cation kim loại trong chất hữu cơ theo thời gian dần trở nên bão hòa, tuy nhiên chất hữu cơ lại được bổ sung thường xuyên từ nguồn lá khô và các xác thực vật khác chìm xuống và tích tụ trong chất nền. Hấp thụ của thực vật Một số loài thực vật có thể đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa kim loại, với kim loại được tập trung trên các rễ cây và các phần khác của thực vật. Các kim loại có thể được giữ lại trong sinh khối, khi thực vật chết đi, lắng dần và tích tụ trong trầm tích. Tuy nhiên, các loài khác nhau có khả năng hấp thụ các kim loại rất khác nhau. 4.7.3. Phân loại kiểu dòng chảy Các kiểu wetland nhân tạo:  Ao hồ thủy sinh  Dòng chảy mặt  Dòng chảy ngầm Đất ngập nước kiến tạo có 02 loại hình thức chảy như sau: Chảy tự do trên mặt đất (free surface flow) và loại chảy ngầm trong đất (Subsurface flow). Loại chảy tự do ít tốn kém và chi phí đầu tư thấp nhưng hiệu quả xử lý thấp và chiếm nhiều diện tích. Loại chảy ngầm trong đất chia làm 03 dạng, dòng chảy theo phương đứng (Vertical flow), dòng chảy theo phương ngang (Horizontal flow) và dòng chảy hỗn hợp (Hybrid flow).
  • 165.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 151 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 4.33. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống Wetland Hình 4.34. Mô hình chảy ngang Hình 4.35. Mô hình wetland chảy đứng Các dạng thực vật phổ biến trong Wetland
  • 166.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 152 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Thực vật bán ngập nước: Cỏ vertiver, cây thủy trúc, cây cỏ nến, cây chuối hoa, cây rau chai.  Thực vật nổi: Bèo nhật bản, tảo, bèo tây.  Thực vật ngập nước: Tảo, thực vật thủy sinh.. Hình 4.36. Thực vật ngập trong nước 4.7.4. Thiết kế, ứng dụng a. Các yếu tố cơ bản trong thiết kế hệ thống đất ngập nước Kích thước của hệ thống xử lý Kích thước và thiết kế hệ thống xử lý phụ thuộc vào lưu lượng nước thải cần xử lý và hàm lượng chất ô nhiễm trong nước cần xử lý. Lựa chọn kích thước thường căn cứ vào kinh nghiệm của các hệ thống xử lý đã hoạt động. Thực vật trong wetlands Có nhiều loài thực vật đã thử nghiệm, loài được sử dụng nhiều là Typha latifolia (cỏ nến), kết quả cho thấy nó có sức chịu đựng tốt với nước mỏ có độ pH thấp, hàm lượng sắt cao. Các loài thực vật khác cũng được sử dụng như lau sậy, cây bấc (cói), lách và một số họ cỏ. Chất nền Chất nền cung cấp vật chất nuôi dưỡng cho thực vật bên trong hệ thống, bao gồm đất cát hoặc hợp chất mùn hữu cơ. Sự lựa chọn chất nền thường dựa vào giá thành và khả năng sử dụng. Các chất nền khác nhau sẽ có khả năng chuyển hóa các kim loại khác nhau. Chất nền bằng đất hữu cơ và sét thường có hoạt động trao đổi ion cao hơn so với các loại vật liệu khác. b. Ứng dụng Công nghệ đất ngập nước Wetland áp dụng hiệu quả đối với nhiều loại nước thải như:  Nước thải sinh hoạt
  • 167.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 153 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Nước thải chăn nuôi  Nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm  Nước thải nuôi trồng thủy hải sản Hình 4.37. Ví dụ ứng dụng cỏ vetiver xử lý nước thải Hình 4.38. Ứng dụng Horizontal Flow c. Một số ví dụ  Lục bình và bèo tấm sử dụng hấp thụ kim loại nặng.  Xử lý nước bằng sinh học nhờ những loại cây thủy sinh có các khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm như các chất hữu cơ, amoni, các kim loại nặng, As, Fe… Cụ thể, chúng sử dụng như nguồn thức ăn hấp thụ và phát triển thành sinh khối. Trong quá trình phát triển, chúng có khả năng loại bỏ được các chất ô nhiễm trong nước.  Hệ Wetland được nuôi trồng nổi trên bè, hoặc trồng trên hệ vật liệu màng kết hợp hình thành màng biofilm tăng hiệu quả xử lý nước.  Một số loại cây thủy thực vật có thể được sử dụng trong công nghệ Wetland như: Cỏ Vetiver, cây cỏ nến, cây thủy trúc (cyperus alternifolius), cây chuối hoa (canna), cây cỏ voi (elephant grass). 4.7.5. Ưu nhược điểm Ưu điểm
  • 168.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 154 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Hệ thống này xử lý nước hoàn toàn bằng phương pháp cơ hoặc kết hợp với sinh học mà không có sự can thiệp của hóa chất (ưu điểm nổi bật).  Thân thiện môi trường và hệ thống được thiết kế đa dạng theo quy mô, loại hình khác nhau. Nhược điểm  Công nghệ wetland quan trọng phải xem xét yếu tố khí hậu.  Ứng dụng ao hồ thủy sinh/sinh học là công nghệ rẻ tiền nhưng khó khăn về diện tích. 4.8. Một số công nghệ xử lý nước thải hiện đại Mục đích Xử lý bậc cao nhằm loại bỏ phần dư BOD, SS, N, P và các chất ô nhiễm khác. Phương pháp + Xử lý sinh học: Đầu ra bùn hoạt tính thường có BOD khoảng 5~15 mg/ℓ, COD là 10~40 mg/ℓ và SS là 5~20 mg/ℓ. Do đó phần dư BOD, COD, SS vẫn ảnh hưởng đến môi trường, quá trình trao đổi chất của sinh vật… thậm chí khi chất hữu cơ khó phân hủy trong nước thải giảm xuống nhưng COD vẫn phát hiện cao ở đầu ra. Do đó, biện pháp sinh học không giảm bền vững BOD, COD, SS. Trong khi, ngày nay việc xử lý bậc cao được kết hợp quá trình xử lý sinh học bậc 2 với lọc màng trở nên phổ biến và hiệu quả. Trong đó, MF và UF là phương pháp phổ biến sử dụng loại bỏ bùn hơn là lắng trọng lực thông thường. Hai loại kết hợp xử lý sinh học với màng dạng chìm và dòng chảy ngang (phân tán nồng độ MLSS tốt hơn kiểu chìm). Hình 4.39. Hybrid activated sludge process combined with membrane separator Bảng 4.5. Activated sludge process with membrane separator instead for settling tank
  • 169.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 155 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Xử lý vật lý: Lọc là giải pháp xử lý vật lý có mục đích chính là loại bỏ SS. Xử lý bậc cao bằng phương pháp vật lý sử dụng kết hợp cát và than antraxit, vận tốc lọc 10-20 m/h. Hiệu quả loại SS thường đạt < 10 mg/l. + Xử lý hóa lý: Keo tụ + lắng là kiểu xử lý hóa lý bậc cao loại bỏ SS, COD (hạt keo hữu cơ mịn dạng keo). Sử dụng phèn nhôm Al2(SO4)3, PAC, sắt FeCl3 cùng với polyme tích điện để tạo bông. Thông thường, hiệu quả loại SS đạt < 10mg/l và loại bỏ được 30% COD ở dòng ra sau xử lý sinh học bậc 2. Cũng giống như keo tụ + lắng, còn có thể sử dụng carbon hoạt tính để loại bỏ COD là mục đích chính. + Loại màu: Do các hạt kích thước nhỏ, vật liệu/chất không phân hủy trong quá trình sinh học. Màu do hạt mịn và hạt keo gây ra có thể sử dụng phương pháp keo tụ - lắng để xử lý. Màu có công thức là các chất hòa tan được loại bỏ bằng biện pháp hấp phụ bằng carbon hoạt tính hoặc oxy hóa bằng ozon. Biện pháp kết hợp oxy hóa bằng ozon và uv có hiệu quả cao.
  • 170.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 156 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Bảng 4.6. Comparisons of decolorizing methods Hướng dẫn ôn tập 1. Kể tên các nhóm vi khuẩn chính trong công nghệ xử lý nước thải sinh học (dựa trên phương thức phát triển vi khuẩn)? 2. Trình bày nguyên tắc chung của phương pháp xử lý nước thải sinh học hiếu khí? 3. Quá trình bùn hoạt tính Aerotank là gì? Sơ đồ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động? Phân loại? 4. Nêu ngắn gọn các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bùn hoạt tính Aerotank? Trình bày ưu nhược điểm của quá trình bùn hoạt tính Aerotank? 5. Khái niệm về mương oxy hóa, sơ đồ cấu tạo và chức năng? Ưu nhược điểm? 6. Khái niệm quá trình lọc nhỏ giọt? Sơ đồ cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, chức năng và ứng dụng? Ưu nhược điểm? 7. Trình bày khái niệm bể phản ứng lọc màng sinh học (MBR)? Nêu sơ đồ cấu tạo, ứng dụng và cho biết ưu nhược điểm? 8. Anoxic là gì? Sơ đồ cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, thông số vận hành và ứng dụng? Ưu nhược điểm? 9. Xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí là gì? Nêu ngắn gọn các giai đoạn trong quá trình kỵ khí?
  • 171.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 157 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 10. Trình bày ưu nhược điểm của quá trình kỵ khí xử lý nước thải? 11. So sánh phương pháp xử lý kỵ khí và hiếu khí? 12. Trình bày các điều kiện quan trọng để xử lý kỵ khí hiệu quả? 13. UASB là gì? Sơ đồ cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, thông số vận hành và ứng dụng? Ưu nhược điểm? 14. Khái niệm về ao hồ sinh học? Phân loại, đặc điểm và ứng dụng? Ưu nhược điểm? 15. Ưu nhược điểm phương pháp xử lý sinh học nguồn nước thải trong điều kiện tự nhiên? 16. Cánh đồng lọc, tưới là gì? Ưu nhược điểm và ứng dụng? 17. Khái niệm Công nghệ Wetland? Phân loại, nguyên tắc hoạt động và ứng dụng? Hướng dẫn bài tập: 1. Tính toán thiết kế quá trình bùn hoạt tính Aerotank. 2. Tính toán bể lọc nhỏ giọt (Trickling Filter) và bể kỵ khí UASB. 3. Tham khảo tài liệu: Trịnh Xuân Lai (2009), Tính toán thiết kế các công trình xử lý nước thải, NXB Xây dựng. -Hết-
  • 172.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 158 ThS. Nguyễn Minh Kỳ CHƯƠNG 5 XỬ LÝ NITƠ VÀ PHỐT PHO Mở đầu Mặt trái của các hoạt động phát triển kinh tế- xã hội của con người đã góp phần gia tăng nồng độ các chất ô nhiễm chứa thành phần dinh dưỡng (nitơ và phốt pho) vào môi trường tự nhiên. Các chất dinh dưỡng nitơ và phốt pho là nguyên nhân gây ra hiện tượng phú dưỡng, làm ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng đến sự cân bằng sinh thái. Thông thường, quá trình sinh học xử lý nitơ và phốt pho thường gắn liền trong một hệ thống. Việc loại bỏ các chất dinh dưỡng dựa vào hệ vi sinh vật sử dụng các chất ô nhiễm trong nước thải hứa hẹn triển vọng góp phần bảo vệ môi trường. Hình 5.1. Biological Nutrient Removal Processes Ngoài phương pháp sinh học, các quá trình hóa lý, hóa học cũng được các nhà khoa học nghiên cứu phát triển mạnh mẽ nhằm loại bỏ các chất độc hại trước khi thải vào môi trường. Quá trình xử lý nitơ và phốt pho (quá trình xử lý triệt để/nâng cao) ngày càng được quan tâm, nhất là ở các quốc gia phát triển, nơi có tiêu chuẩn chất lượng môi trường nghiêm ngặt và ý thức bảo vệ môi trường cao. 5.1. Khử nitơ Nitơ tồn tại trong nước thải có thể ở dạng vô cơ hoặc hữu cơ và ở dạng hòa tan hoặc lơ lửng. Nó có thể được loại bỏ bởi phương pháp hóa lý hoặc sinh học. Đối với
  • 173.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 159 ThS. Nguyễn Minh Kỳ nước thải thực phẩm thì bùn hoạt tính là giải pháp phổ biến xử lý nitơ. Nitơ tồn tại trong nước thải thực phẩm dưới dạng nitrate, nitrite, amoni, amin do đó công nghệ khử nitơ sinh học là giải pháp phổ biến và hiệu quả kinh tế. Công nghệ khử nitơ sinh học trải qua giai đoạn nitrate hóa (oxy hóa ammoni thành nitrate dưới điều kiện hiếu khí); sau đó khử nitrate (giảm nitrate bằng cách chuyển sang N2 dưới điều kiện thiếu khí). Để oxy hóa 1 kg N-NH3 cần 4,8 kg oxy và quá trình oxy hóa ammoni giảm tính kiềm của nước. Vi khuẩn nitrate hóa rất nhạy với nhiệt độ và pH do đó cần kiểm soát cẩn thận. Thông thường để xử lý được hiệu quả, quá trình khử nitơ là giai đoạn sau quá trình bùn hoạt tính. Quá trình khử nitơ là gồm sự kết hợp của hiếu khí và thiếu khí. Quá trình này yêu cầu BOD gấp 3-5 lần nitơ. Hình 5.2. Quá trình khử nitơ một pha
  • 174.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 160 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 5.3. Quá trình khử nitơ hai pha Tham khảo một số quá trình khử nitơ  Quá trình Ludzack–Ettinger (LE) Hình 5.4. Quá trình Ludzack–Ettinger  Vùng thiếu khí theo sau bởi một vùng hiếu khí  Nitrate sinh ra trong vùng hiếu khí được tuần hoàn lại vùng thiếu khí qua RAS (khử nitơ)  Quá trình Ludzack–Ettinger cải tiến (MLE) Hình 5.5. Quá trình MLE o Quá trình MLE tuần hoàn hỗn hợp bay hơi từ vùng hiếu khí đến vùng thiếu khí (xem hình vẽ). o Dòng chảy hỗn hợp bay hơi có thể tương đương 100-300% dòng chảy thứ cấp, tùy thuộc vào lượng khử nitơ được mong muốn. o Nồng độ nitrate thải thường khoảng 4-7 mg/L. o Nền tảng của nhiều quá trình BNR khác.  SBR  Thiết kế để loại bỏ C-BOD, bao gồm các giai đoạn (pha): Làm đầy, phản ứng, lắng, rút nước, nghỉ.  Để khử nitơ nước thải, pha làm đầy nên được điều chỉnh để làm đầy xáo trộn, trong đó dòng vào được xáo trộn nhưng không sục khí.
  • 175.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 161 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 5.6. Quá trình bể phản ứng theo mẻ  Bardenpho 4 giai đoạn  Quá trình Bardenpho bốn giai đoạn là quá trình MLE với vùng thiếu khí và hiếu khí lơ lửng.  Thiết kế sử dụng cho cả quá trình khử nitơ và BPR.  Quá trình này có thể đạt được nồng độ nitrate nhỏ hơn 3 mg/L. Hình 5.7. Bardenpho 4 giai đoạn  Mương oxy hóa  Tạo ra một vùng thiếu khí bằng cách tắt một hoặc nhiều cánh quạt sục không khí.  Máy xáo trộn duy trì sự tuần hoàn trong mương trong suốt pha thiếu khí.
  • 176.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 162 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 5.8. Mương oxy hóa  Anoxic Step Feed Hình 5.9. Anoxic Step Feed  Physico-chemical technologies Hình 5.10. Công nghệ khử nitơ bằng hóa lý
  • 177.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 163 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 5.2. Loại phốt pho  Hầu hết phốt pho tồn tại dưới dạng phosphate (PO4 3- ), non-phosphate do nhân tạo (thuốc trừ sâu, khí độc). 1 mg phosphate-P = 95/31 = 3,06 mg phosphate.  Các kiểu phosphate: Ortho, ngưng tụ (poly và cyclic), hữu cơ (nucleotides, phospholipids, sugar phosphates).  Phốt pho có trong nước thải do (thêm vào):  Kiểm soát ăn mòn trong nước uống (sodium hexametaphosphate (NaPO3)6, sử dụng liều lượng: 1 mg/l)  Làm mềm nước công nghiệp  Nồi hơi  Chất làm sạch, tẩy rửa  Nước cống (chất thải thực phẩm và sinh hoạt con người)  Phốt pho ở đầu ra bậc 2:  3-4 mg/l  Hầu hết là orthophosphate  < 1 mg/l P-hữu cơ (2-3% của 20mg/l  0,4-0,6 mg/l P)  Phương pháp loại phốt pho  Kết tủa hóa học (vôi - Ca(OH)2, alum – Al2(SO4)3 phổ biến nhất, hoặc FeCl3)  Sinh học (đồng hóa, bậc cao) Phốt pho được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm mặc dù lượng nhỏ. Nó được lưu giữ trong nước thải dưới dạng phosphate PO4 3- . Lượng phốt pho đầu ra quá trình bùn hoạt tính phụ thuộc tỷ lệ BOD:P, DO trong bể và bùn dư trong hệ. P thường được xử lý bởi quá trình bùn hoạt tính, keo tụ/hóa lý. Bảng 5.1. Typical phosphorous removal processes
  • 178.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 164 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Quá trình bùn hoạt tính hiếu khí kết hợp kỵ khí xử lý Phốt pho  Điều kiện hiếu khí, bùn hoạt tính hấp phụ phốt pho vào tế bào dưới dạng cấu trúc axit polyphosphoric. Với điều kiện kỵ khí, bùn hoạt tính bắt vật liệu hữu cơ và giải phóng phốt pho. Bùn hoạt tính chiếm 1-1,6% phốt pho trong các tế bào.  Quá trình AO xử lý phốt pho sinh học: đạt 90%. Hình 5.11. Basic process in biological phosphorous removal (AO process) Hình 5.12. Biological denitrification-phosphorous removal process (A2O) Hình 5.13. Single phase sludge process-circulating denitrification phosphorous removal process + Keo tụ  Sử dụng Al2(SO4)3 và FeCl3 kết hợp trong quá trình bùn hoạt tính để loại bỏ phốt pho. Phốt pho được loại do tạo bông keo tụ với muối kim loại thêm vào. Polyme tích được được sử dụng sẽ tăng hiệu quả loại phốt pho.  pH tối ưu cho quá trình keo tụ ở 6~7 đối với Al2(SO4)3 aluminium sulfate, 4,5~5,0 đối với FeCl3 iron chloride, khoảng 8 đối với Fe2(SO4)3 iron sulfate và cần thiết phải kiểm soát.  Mối quan hệ giữa tỷ lệ loại phốt pho và lượng phèn nhôm cần thiết xử lý: Bảng 5.2. Aluminum sulfate requirement for phosphorus removal
  • 179.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 165 ThS. Nguyễn Minh Kỳ + Quá trình phostripping  Quá trình phostripping được phát triển những năm 1960.  Phốt pho hòa tan và hấp phụ lên bùn trong điều kiện hiếu khí. Sau đó tạo bông nổi lên mặt nước. Hình 5.14. Phosphorous removal by phostripping process Tham khảo một số công nghệ loại Phốt pho Một số quá trình loại phốt pho phổ biến: o EDR: Electrodialysis Reversal - Điện thẩm tách đảo ngược o MUCT: Modified University of Cape Town o NF: Lọc nano o RO: Thẩm thấu ngược o VIP: Virginia Initiative Plant (VIP process) o SBR: Bể phản ứng từng mẻ liên tục Ba quá trình khử phốt pho cơ bản:  Hóa học: Chuyển đổi phốt pho hóa bằng cách thêm một muối kim loại hoặc vôi.  Sinh học: Kết hợp phốt pho vào sinh khối.  Nano: Các quá trình lọc nano có thể được sử dụng để loại bỏ phốt pho. Cơ chế sinh học Các nhóm vi sinh vật chủ yếu loại bỏ phốt pho được gọi là sinh vật tích lũy polyphosphate (PAOs).
  • 180.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 166 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 5.15. Cơ chế đơn giản hóa cho phốt pho thoát ra và hấp thu ATP Chú thích: ATP = adenosine triphosphate; NAD = nicotinamide adenine dinucleotide; ADH = ADH = Alcohol Dehydrogenase, hình thức giảm NAD; PHB = poly-p-hydroxybutyrate; TCA = Tricarboxylic acid cycle. Trong điều kiện yếm khí, PAOs hấp thu nguồn carbon như các axit béo dễ bay hơi (VFAs) và dự trữ chúng trong tế bào như polymer carbon, hoặc poly-b- hydroxyalkanoates (PHAs). Trong điều kiện hiếu khí, vi sinh vật dụng sử dụng nguồn carbon được dự trữ trong nội bào (PHAs) cho sự sinh trưởng và dự trữ phosphate quá mức như polyphosphate nội bào. Điều này dẫn đến việc loại bỏ phốt pho ở pha lỏng với số lượng lớn thông qua việc loại bỏ tế bào PAO trong chất thải bùn hoạt tính (WS). Thông thường, sinh khối trong bùn hoạt tính có chứa 1,5% đến 2,0% phốt pho dựa trên trọng lượng khô. Tuy nhiên,trong quá trình EBPR, hàm lượng phốt pho trong bùn có thể cao hơn nhiều (Metcalf và Eddy, 2003). Loại bỏ phốt pho bằng cách bổ sung hóa chất thì đơn giản và dễ thực hiện. Tuy nhiên, sẽ làm tăng sản lượng bùn, vận hành và bảo trì cần thêm chi phí. Hóa chất được thêm vào nước thải phải được pha trộn tốt, tiếp theo là chất keo tụ và chất rắn loại bỏ bằng cách lắng, lọc, tách màng, hoặc các quá trình tương tự. Hướng dẫn ôn tập 1. Trình bày nguồn gốc và đặc điểm nitơ trong nước thải? 2. Nêu ngắn gọn cơ chế khử nitơ sinh học? Minh họa ví dụ ứng dụng? 3. Trình bày nguồn gốc và đặc điểm phốt pho trong nước thải? 4. Nêu các phương pháp loại bỏ phốt pho trong nước thải? Minh học ví dụ ứng dụng thực tế? -Hết-
  • 181.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 167 ThS. Nguyễn Minh Kỳ CHƯƠNG 6 XỬ LÝ BÙN CẶN 6.1. Khái quát  Bùn thải là rắn lơ lửng được loại bỏ sau quá trình xử lý bùn hoạt tính.  Bùn rắn là hỗn hợp của những chất rắn có khả năng lắng và nước được thải bỏ ở dưới đáy bể lắng.  Hệ xử lý nước thải thực phẩm, quá trình xử lý bùn chiếm đến 70% tổng chi phí.  Xử lý bùn thường được giảm thể tích/khử nước. Bùn thải khử nước được sử dụng làm phân bón hoặc đốt để giảm thể tích. Bảng 6.1. Chất tạo bông tách nước bùn thải Xử lý bùn cặn:  Giảm ô nhiễm và tận dụng làm phân bón, sản xuất gạch…  Nguyên tắc: Tách nước bằng bể nén bùn, ổn định chất hữu cơ, làm khô bùn cặn. Làm mất nước trong bùn thải:  Tự nhiên (thể tích nhỏ, lớp mỏng)  Cơ học Bảng 6.2. Đặc điểm các kiểu tách nước bùn thải
  • 182.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 168 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Bùn khử hydrate vẫn chiếm 75-90% nước và có khuynh hướng bóc mùi khó chịu. Bùn khử hydrate có thể sử dụng làm phân bón. 6.2. Nguồn gốc phát sinh và đặc điểm  Xử lý nước tạo ra bùn hữu cơ và kim loại từ lọc và lắng.  Hầu hết các chất rắn có thể được loại bỏ bằng kỹ thuật lắng đơn giản với chất rắn được thu lại như bùn than hoặc bùn.  Bùn sinh ra trong quá trình xử lý bậc 1 và 2.  Xử lý bùn thực hiện 3 mục tiêu chính:  Trích ly nước (giảm khối lượng)  Giảm mùi  Giảm mầm bệnh Chi phí xử lý bùn đắt đỏ (kinh phí lớn) trong công nghệ/hệ thống xử lý nước. Bùn phát sinh trong quá trình xử lý bậc 1 (có thành phần 3-8% chất rắn), bậc 2 (0,5-2% chất rắn). 6.3. Công nghệ xử lý bùn  Công nghệ xử lý bùn theo quy trình: Loại nước  chuyển hóa (kiểm soát mùi, mầm bệnh)  điều hòa (khử nước với phèn Al, nhiệt độ cao 175-230 0 C)  khử nước (loại mùi, mầm bệnh)  thiêu đốt (giảm khối lượng và thể tích)  thải bỏ/chôn cất sau cùng.  Ủ compost: Phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ dưới điều kiện hiếu khí. Sản phẩm cuối cùng chứa humic (mùn, phân bón). Đây là phương pháp phổ biến xử lý bùn. 6.3.1. Dehydration (Khử nước) a. Sludge Coagulation (Keo tụ/đông tụ bùn) b. Dehydrator (Thiết bị loại/khử nước)  Belt Press Dehydrator
  • 183.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 169 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 6.1. Belt press dehydrator  Centrifuge (Máy quay ly tâm) Hình 6.2. Centrifuge dehydrator  Filter Press (Lọc nén)
  • 184.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 170 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 6.3. Filter press dehydrator  Vacuum Filter (Lọc chân không) Hình 6.4. Vacuum filter dehydrator  Screw Press Dehydrator (Máy khử nước nén đinh vít)
  • 185.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 171 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 6.5. Screw press dehydrator 6.3.2. Drying (Sấy, làm khô)  Bùn tách nước (Dehydrated sludge) vẫn chứa 75-90% nước gây nguy cơ bóc mùi thối.  Thiết bị máy móc làm khô bùn: o Rotary Type Hình 6.6. Rotary dryer o Vertical Multistage Type
  • 186.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 172 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 6.7. Multi-stage vertical dryer 6.3.3. Incineration (Thiêu đốt)  Giảm thể tích bùn, ổn định và đảm bảo yếu tố vệ sinh.  Sử dụng nhiệt độ 700~1.000 ℃.  Thiết bị đốt bùn có cấu tạo tương tự máy làm khô/tách nước (Dryers) 6.3.4. Composting  Compost là sản phẩm quá trình lên men bởi vi sinh vật hiếu khí. Quá trình này phụ thuộc điều kiện môi trường như hệ vi khuẩn, độ ẩm, nhiệt độ, pH, oxy, C:N. Độ ẩm tối ưu cho quá tình compost bắt đầu là 40-60%. Nhiệt độ tối đa trong quá trình lên men là 70-80 0 C. Trong suốt quá trình này, nhiệt lên men giải phóng nước và diệt vi khuẩn trong bùn.  Bùn duy trì độ ẩm trong buồng lên men 10-20 ngày, nhiệt giai đoạn lên men làm bay hơi nước và diệt mầm bệnh. Sau giai đoạn này, bùn chín, thay đổi độ màu (humic) dưới các hoạt động vi sinh vật và tiếp theo làm khô với thời gian 1-3 tháng.
  • 187.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 173 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 6.8. Thiết bị composting 6.3.5. Sludge Reduction Process  Thermophilic Sludge Digestion Process/Quá trình phân hủy bùn ưa nhiệt - Sử dụng vi khuẩn ưa nhiệt. o Duy trì mức nhiệt 65 ℃. o Sản phẩm: Bùn lỏng được chuyển hóa thành CO2 và nước (bùn lỏng là nguồn cơ chất của bùn hoạt tính). Hình 6.9. Sludge reduction process by thermophilic bacteria  Sludge Reduction Process by Ozonation o Bùn được trung hòa trước khi tuần hoàn bể hiếu khí. o Vi sinh vật chuyển hóa bùn tạo thành CO2, H20. o Microorganisms are responsible for the removal of organic matter, nitrogen, phosphorous and other emerging contaminants.
  • 188.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 174 ThS. Nguyễn Minh Kỳ o Ozone has been used to reduce excess sludge production by wastewater treatment plants. Hình 6.10. Sludge reduction process by ozone Hướng dẫn ôn tập 1. Bùn thải là gì? Nguồn gốc phát sinh và đặc điểm bùn thải trong quá trình xử lý nước? 2. Nêu ngắn gọn quy trình tuần tự công nghệ xử lý bùn? 3. Trình bày ngắn gọn khái niệm composting? Cơ chế sản xuất composting trong quá trình xử lý bùn thải? 4. Trình bày các phương pháp xử lý bùn thải? -Hết-
  • 189.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 175 ThS. Nguyễn Minh Kỳ CHƯƠNG 7 HƯỚNG DẪN XỬ LÝ NƯỚC THẢI MỘT SỐ NGÀNH NGHỀ CÔNG NGHIỆP 7.1. Công nghiệp nước giải khát 7.1.1. Khái quát  Ngành công nghiệp quan trọng, mức tiêu thụ mạnh (nhu cầu cao).  Mức tiêu thụ lượng nước tương ứng 3-10 lít trên mỗi đơn vị lít bia sản xuất.  Nguyên nhân gây ảnh hưởng môi trường và mối quan tâm lo lắng về mặt sinh thái. 7.1.2. Quy trình công nghệ sản xuất Hình 7.1. Carbonated beverage manufacturing process and wastewater Nguyên liệu sản xuất – Nuớc – Đại mạch, gạo – Nấm men, huoblon – Các chất phụ gia 7.1.3. Đặc điểm nước thải Nguồn gốc nước thải – Nước làm lạnh, nước ngưng – Nước thải từ bộ phận nấu - đường hoá – Nước thải từ hầm lên men – Nước thải rửa chai – Nước thải từ các phòng khác
  • 190.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 176 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Đặc điểm  Chứa phần lớn protein, chất béo, sợi, hydratecarbon, ethanol, VFA, TSS.  Hàm lượng cao các chất dinh dưỡng N, P (tiềm năng bảo tồn). Bảng 7.1a. Properties of carbonated drink Bảng 7.1b. Wastewater properties in carbonated drink factories 7.1.4. Phương pháp xử lý • Anaerobic and aerobic treatment • High rate algal ponds and constructed wetlands treatment • Carbon nanotubes based treatment • Advanced oxidation treatment process • Membrane filtration treatment • Membrane bioreactor treatment • Microalgae based treatment • Treatment using air cathode microbial fuel cells • Activated carbon based treatment • Treatment of brewery effluent using electrochemical methods • Non-thermal quenched plasma technology treatment
  • 191.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 177 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 7.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia truyền thống 1 – Sand remover; 2 – Equalization/neutralization tank; 3 – Septic tank; 4 – Biological unit (SBR); 5 – Sludge thickener; 6 – River. Hình 7.3. Sơ đồ công nghệ kết hợp xử lý nước thải sản xuất bia 1 Collection Tank 2 UASB Reactor 3 Primary Plate Settler 4 Aerobic Treatment Tanks 5 Secondary Parallel Plate Settler 6 Sand Filter 7 Activated Carbon Filter 8 Sludge Drying Beds. 7.2. Công nghiệp chế biến thực phẩm 7.2.1. Khái quát  Đường sữa, bơ, bánh kẹo  Sản xuất tinh bột  Chế biến thủy sản  Chăn nuôi, giết mổ gia súc  Nước tương, bột cá 7.2.2. Quy trình công nghệ sản xuất
  • 192.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 178 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 7.4. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất một số loại thực phẩm 7.2.3. Đặc điểm nước thải  Nồng độ cao nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), chất rắn lơ lửng (SS), dầu mỡ và mùi nặng.  Thành phần nước thải phức tạp do phụ thuộc nguyên liệu đầu vào, tính chất mùa vụ và kỹ thuật chế biến, canh tác. 7.2.4. Phương pháp xử lý  Cơ sở lựa chọn: Căn cứ công nghệ và yếu tố kinh tế  Phương pháp truyền thống áp dụng: Hiếu khí + Bể lắng  Bùn hoạt tính và ao hồ sinh học được áp dụng phổ biến  Ngày nay ứng dụng kỵ khí giải pháp hiệu quả và chi phí thấp  Công nghệ hiếu khí kết hợp kỵ khí: o Loại bỏ SS và dầu o Ngăn chặn ảnh hưởng của chúng đến hiệu quả xử lý hệ thống.  Xử lý nước thải chế biến thực phẩm: o Lọc vật lý o Hấp thụ
  • 193.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 179 ThS. Nguyễn Minh Kỳ o Oxy hóa hóa học  Xử lý nước thải sản xuất sữa (lọc màng)  The sequencing batch reactor (SBR) system might be suitable to treat milk industry wastewater because of its ability to reduce nitrogen compounds by nitrification and de-nitrification. 7.3. Công nghiệp dệt nhuộm 7.3.1. Khái quát  Nguyên liệu: – Tự nhiên: bông, đay, tơ tằm, sợi gai dầu, len… – Nhân tạo: polyester, nilon...  Sử dụng nước khá lớn, khoảng 50 - 300 m3 /tấn vải.  Thuốc nhuộm và trợ nhuộm (phẩm màu) – Thuốc nhuộm hoạt tính – Thuốc nhuộm trực tiếp – Thuốc nhuộm hoàn nguyên – Thuốc nhuộm phân tán – Thuốc nhuộm lưu huỳnh – Thuốc nhuộm axit – Thuốc in, nhuộm pigmen 7.3.2. Quy trình công nghệ sản xuất
  • 194.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 180 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 7.5. Various steps involved in processing textile in a cotton mill 7.3.3. Đặc điểm nước thải  Dyestuffs  Surfactants  Oily substances  Natural materials  Organic and inorganic salts  Solvents  Acids and alkalis  Suspended solids 7.3.4. Phương pháp xử lý  Physico-chemical wastewater treatment – Equalization and homogenization – Floatation – Coagulation flocculation sedimentation
  • 195.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 181 ThS. Nguyễn Minh Kỳ – Chemical oxidation (Fenton reaction, Ozone oxidation) – Adsorption – Membrane separation process (Reverse osmosis, Nanofiltration, Ultrafiltration, Microfiltration)  Physico-chemical treatment is available but expensive in terms of chemical and operational costs  Biological wastewater treatment method  Aerobic biological treatment – Activated sludge process (Oxidation ditch process, Sequencing Batch Reactor Activated Sludge process/SBR Process) – Biofilm (Biological contact oxidation, Rotating Biological Contactor, Biological fluidized bed)  Anaerobic biological treatment  Biochemical and physico-chemical combination processes (Hydrolytic acidification-contact oxidation-air floatation process, Anaerobic-aerobic- biological carbon contacts, Coagulation-ABR-oxidation ditch process, UASB-aerobic-physicochemical treatment process)  Anaerobic followed by Aerobic stage Hình 7.6. Hybrid Biogranule System 7.4. Công nghiệp thuộc da 7.4.1. Khái quát • Mục đích: Nâng cao chất lượng da • Hóa chất: Tanin, fomandehit, các hợp chất Crom, nhôm..
  • 196.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 182 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 7.4.2. Quy trình công nghệ sản xuất Hình 7.7. Quy trình công nghệ thuộc da 7.4.3. Đặc điểm nước thải • Chất rắn lơ lửng (SS)
  • 197.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 183 ThS. Nguyễn Minh Kỳ • COD • BOD5 • Sulfide S2- , crom, dầu mỡ … • Tannery wastewater is difficult to treat because of complex characteristics like high BOD, COD, suspended solids, sulfide and chromium. • Tanneries generate wastewater in the range of 30 - 35 L/kg skin or hide processed with variable pH and high concentrations of suspended solids, BOD, COD. • Major problems are due to wastewater containing heavy metals, toxic chemicals, chloride, lime with high dissolved and suspended salts and other pollutants. 7.4.4. Phương pháp xử lý • Biological treatment of wastewater is more favorable and cost effective as compared to other physiochemical methods. • Aerobic treatment • Anaerobic treatment • Physico-chemical techniques (Coagulation–flocculation) Hình 7.8. Quy trình công nghệ xử lý nước thải thuộc da hiệu quả 7.5. Công nghiệp hóa chất BVTV và phân bón 7.5.1. Khái quát • Thuốc bảo vệ thực vật (HCBVTV) – Bảo vệ cây trồng và nông sản – Chống lại sự phá hoại của những sinh vật gây hại • Phân loại – Theo thành phần • Nhóm clo hữu cơ
  • 198.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 184 ThS. Nguyễn Minh Kỳ • Nhóm phốt pho hữu cơ • Nhóm carbamate • Nhóm Pyrethrum và Pyrethroids 7.5.2. Quy trình công nghệ sản xuất Hình 7.9. Phosphor fertilizer manufacturing process 7.5.3. Đặc điểm nước thải  Nước thải công nghiệp phân bón • Fertilizer industry is very important manufacturing sector. • Wastewaters from chemical fertilizer industry mainly contain organics, alcohols, ammonia, nitrates, phosphorous, heavy metals such as cadmium and suspended solids.  Nước thải thuốc trừ sâu (Nhà máy sản xuất TTS, Hoạt động canh tác nông nghiệp) • Major quality of pesticide pollution is released during pesticide manufacturing. Pesticide, usually have direct adverse effects on the living organisms. • Pesticides are highly toxic and carcinogenic in nature even at picogram loads. • Moreover it persists in nature for long period of time. • Pesticides are carcinogenic and mutagenic (đột biến) in nature. 7.5.4. Phương pháp xử lý
  • 199.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 185 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  The efforts to improve wastewater treatment by separating ammonia have been done by using variety of methods such as: – Ion Exchange – Breakpoint chlorination – Aerobic-nitrification and anaerobic - denitrification electron – Water striping – Fluidized-bed reactor – Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation) – Combined nitrification - denitrification and microalgae – Membrane reactors (MBR)  Treatment technology - A phosphoric acid plant Hình 7.10. Treatment technology - A phosphoric acid plant  Treatment Technologies - Pesticide Wastewater  Reverse osmosis or ultrafiltration is used to recover and concentrate active ingredients.  Effluent treatment normally includes flocculation, coagulation, settling, carbon adsorption, detoxification of pesticides by oxidation (using ultra- violet systems or peroxide solutions), and biological treatment. 7.6. Công nghiệp luyện kim và dầu mỏ 7.6.1. Khái quát
  • 200.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 186 ThS. Nguyễn Minh Kỳ • A major concern in refineries is the release of phenols, although described as this, the category may include a variety of similar chemical compounds among which are polyphenols, chlorophenols, and phenoxyacids. • The concern is because of their toxicity to aquatic life and the high oxygen demand they sponsor in the streams that receive it. Phenols are toxic to fish and also they can cause taste and odor problems when present in potable water. 7.6.2. Quy trình công nghệ sản xuất Hình 7.11. Refinery water balance
  • 201.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 187 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 7.12. Refinery flow diagram 7.6.3. Đặc điểm nước thải  Kim loại nặng độc hại, Hydrocarbon thơm đa vòng PAHs  Khối lượng nước làm mát nhiễm độc tố như CN-, NO3-  Nước thải luyện cán thép có thành phần và hàm lượng axit cao (H2SO4, HCl) 7.6.4. Phương pháp xử lý  Corrugated Plate (CPI) packing separates oil and solids from produced water Hình 7.13. Thiết bị phân tách dầu  API Separators  American Petroleum Institute  Design of gravity separators  Induced gas floatation cell
  • 202.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 188 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 7.14. Gas floatation cell  Petroleum Reserve’s bio-treatment process Hình 7.15. Petroleum Reserve’s bio-treatment process 7.7. Công nghiệp sản xuất giấy 7.7.1. Khái quát 7.7.2. Quy trình công nghệ sản xuất  Sử dụng nhiều nước.  Trung bình sản xuất 1 tấn giấy cần 200-500 m3 nước, tùy thuộc công nghệ.  Nước sử dụng cho các công đoạn rửa nguyên liệu, nấu, tẩy, xeo giấy và sản xuất hơi nước. 7.7.3. Đặc điểm nước thải  Thường có hàm lượng TSS và BOD rất cao.  Thậm chí chứa cả thủy ngân, dioxin và PCBs (công nghiệp phay giấy).
  • 203.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 189 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Hoạt động tẩy trắng bột gỗ làm giấy có thể tạo ra chloroform, dioxin, furan, phenol và nhu cầu oxy hóa học (COD). Nguyên nhân gây ra một số đặc điểm nước thải: - pH cao do kiềm dư - Màu đen, mùi, bọt: chủ yếu là do dẫn xuất của lignin - Cặn lơ lửng do bột giấy và các chất độn - COD & BOD do các chất hữu cơ hòa tan Hợp chất hữu cơ có thành phần là lignin và dẫn xuất của chúng, đường cao phân tử, dẫn xuất hữu cơ chứa clo (chất tẩy trắng). 7.7.4. Phương pháp xử lý  Xử lý sinh học như bùn hoạt tính hoặc lò chắn bùn kỵ khí  Xử lý màng như siêu lọc hoặc thẩm thấu ngược  Công nghệ UASB thích hợp xử lý COD tải trọng cao (đặc điểm nước thải sản xuất giấy). UASB: Nước thải thô được bơm ngược từ dưới lên trên của thiết bị qua lớp đệm bùn (sinh khối dạng hạt). Quá trình nước thải tiếp xúc hạt bùn diễn ra quá trình xử lý nước. Thiết bị tách khí lỏng rắn thu CH4 và CO2 sinh ra. 7.8. Công nghiệp sản xuất mía đường 7.8.1. Khái quát • Nguyên liệu – Cây mía (chủ yếu) – Cây củ cải đường 7.8.2. Quy trình công nghệ sản xuất • Các công đoạn sản xuất – Ép – Làm sạch nước mía – Kết tinh • Sản xuất đường thô – Ép mía – Làm trong và làm sạch – Nấu chân không – Ly tâm • Sản xuất đường tinh luyện – Rửa và hòa tan
  • 204.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 190 ThS. Nguyễn Minh Kỳ – Làm sạch – Kết tinh và hoàn tất Hình 7.16. Flow Diagram for Sugar Manufacturing Process 7.8.3. Đặc điểm nước thải • Wastewater from sugar industry generally contains carbohydrates, nutrients, oil and grease, chlorides, sulphates, and heavy metals. • BOD, COD, SS cao và dao động lớn • Chất rắn lơ lửng (chủ yếu là chất vô cơ) • Tính axit Bảng 7.2. Nguồn gốc và tính chất nước thải Loại nước thải Đặc trưng Nước rửa mía cây Ô nhiễm hữu cơ Nước rửa nồi nấu đường Ô nhiễm hữu cơ cao, nhiệt độ cao Nước thải từ phòng thí nghiệm Ô nhiễm hữu cơ và hóa chất Nước bùn tù quá trình lọc và nước thải từ quá trình rửa lọc (lọc bản và lọc bằng than hoạt tính) Ô nhiễm chất hữu cơ rất cao Nước thải giai đoan gia vôi Nước có hàm lượng lớn ion (Ca2+ , CO3 2- )
  • 205.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 191 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Nước giải nhiệt máy nghiền, tuốc bin, bơm Nhiệt độ cao Nước vệ sinh nhà xưởng Ô nhiễm hữu cơ và hóa chất 7.8.4. Phương pháp xử lý • Biological Treatment – Anaerobic Process – Aerobic treatment • Physico-chemical treatment – Adsorption – Coagulation and flocculation – Oxidation process – Membrane treatment – Electrodialysis – Evaporation/combustion 7.9. Công nghiệp chế biến cao su 7.9.1. Khái quát • Việt Nam – Sơ chế và xuất khẩu thô – Công nghệ chế biến lạc hậu – Ô nhiễm nặng • Phân loại – Cao su thiên nhiên – Cao su tổng hợp 7.9.2. Quy trình sản xuất
  • 206.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 192 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 7.17. Steps of rubber production processes 7.9.3. Đặc điểm nước thải • Dây chuyền chế biến mủ nước (mủ latex) – BOD, COD, SS và N-NH3 rất cao – pH thấp • Dây chuyền chế biến mủ tạp – BOD, COD, SS, N cao – Nước thải thường có màu nâu, đỏ – Chứa rất nhiều đất, cát.. Bảng 7.3. Rubber wastewater characteristics in Sri Lanka
  • 207.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 193 ThS. Nguyễn Minh Kỳ • The high concentrations of nitrogen and organic and inorganic loading in rubber wastewater pose serious threats to the environment. • Rubber industry consumes large volumes of water, uses chemicals and other utilities and produces enormous amounts of wastes and effluent. • Another serious threat of rubber wastewater towards environmental protection is high concentration of nitrogen in this effluent. 7.9.4. Phương pháp xử lý • Biological methods – Pond technology – Aerobic and anaerobic treatment • Biological method incorporated with sulphate reduction system • Biological method incorporated with precipitation • Chemical methods • Combined physical, chemical and biological methods 7.10. Xử lý nước thải bệnh viện, trung tâm dịch vụ y tế 7.10.1. Khát quát 7.10.2. Nguồn gốc, đặc điểm nước thải  Nước thải bệnh viện: – Phẫu thuật, dịch tiết, xét nghiệm, máu, mũ,.. – Vệ sinh giường bệnh, dụng cụ y tế.. – Pha chế thuốc – Tẩy khuẩn/diệt trùng – Sinh hoạt (bệnh nhân, người nhà bệnh nhân, cán bộ/nhân viên bệnh viện..) – Đặc biệt, chứa nhiều mầm bệnh nguy hiểm  Categories of Healthcare Wastewater • Blackwater (sewage) is heavily polluted wastewater containing high concentrations of: – faecal matter and urine – food residues – toxic chemicals • Greywater (sullage) is low polluted wastewater with residues from: – Washing, bathing, laboratory processes, laundry, or technical processes such as cooling water or the rinsing of X-ray films.
  • 208.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 194 ThS. Nguyễn Minh Kỳ • Stormwater is technically not wastewater but consists of rainfall collected on hospital roofs, grounds, and paved surfaces. – It may seep into groundwater, or be used for irrigation of hospital grounds or toilet flushing. 7.10.3. Phương pháp xử lý  Wastewater Treatment Methods  Physico-chemical treatments o A coagulation-flocculation process was generally found to be unable to remove personal care products. o Adsorption by activated carbons has great potential for the removal of trace emerging contaminants.  Biological treatments o Activated sludge processes o Membrane biological reactors (MBR)  Tertiary treatment o Reverse osmosis (RO) o Nanofiltration (NF) o Ozonation and advanced oxidation processes (AOPs)  On-Site Wastewater Treatment for Large Healthcare Facilities/Three Stages for efficient on-site treatment - Primary treatment: to remove of heavy solids. - Secondary treatment: to remove dissolved and suspended biological matter using indigenous bacteria. - Tertiary treatment: to further treat the wastewater for the purpose of reducing pathogens, suspended solids, excessive phosphorus and nitrogen nutrients, and/or chemical contaminants. Hướng dẫn ôn tập 1. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất nước giải khát? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên? 2. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ chế biến thực phẩm? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên?
  • 209.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 195 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 3. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ dệt nhuộm? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên? 4. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ thuộc da? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên? 5. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất hóa chất bảo vệ thực vật hoặc phân bón? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên? 6. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất giấy? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên? 7. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất mía đường? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên? 8. Mô hình hóa sơ đồ quy trình công nghệ chế biến cao su? Cho biết đường lưu chuyển nước thải, bùn, khí (nếu có); nêu đặc trưng cơ bản nguồn nước thải; đề xuất và thuyết minh sơ lược phương án xử lý? Ưu nhược điểm của quy trình kỹ thuật nên trên? -Hết-
  • 210.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 196 ThS. Nguyễn Minh Kỳ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002), Giáo Trình Công Nghệ Xử Lý Nước Thải, NXB Khoa học và Kỹ thuật. [2]. Metcalf & Eddy, Inc (2003) (4th Edition), Wastewater Engineering - Treatment and Reuse, NY: McGraw-Hill. [3]. Overseas Environmental Cooperation Center, Japan (2003), Technology Transfer Manual of Industrial Wastewater Treatment, Project Commissioned by Ministry of Environment, Government of Japan. [4]. Trịnh Xuân Lai (2015), Xử Lý Nước Thải Công Nghiệp, NXB Xây Dựng. [5]. Trịnh Xuân Lai (2009), Tính toán thiết kế các công trình XLNT, NXB Xây dựng. [6]. Lương Hữu Phẩm (2003), Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, NXB Giáo Dục. [7]. Trần Hiếu Nhuệ (2001), Thoát nước và xử lý nước thải công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật. [8]. Lâm Minh Triết, Nguyễn Thanh Hùng, Nguyễn Phước Dân (2015), Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, NXB ĐHQG TP. Hồ Chí Minh. [9]. Tổng cục môi trường (2011), Sổ tay hướng dẫn xử lý nước thải của một số ngành công nghiệp, Hà Nội. *******
  • 211.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 197 ThS. Nguyễn Minh Kỳ PHỤ LỤC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP (Drinking Water Treatment Technology) 1-F. Khái quát 1.1. Safe drinking water supply  Nước sạch là nhu cầu thiết thực  Áp lực ngày càng lớn  Công nghệ xử lý phù hợp Hình 1f. Sơ đồ mạng lưới cấp nước Hình 2f. Rooftop catchment with tank
  • 212.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 198 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Bảng 1f. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống (Bộ Y tế, 2009) Ghi chú: (*) Là chỉ tiêu cảm quan. Bảng 2f. Drinking water and sanitation access in developing countries
  • 213.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 199 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 3f. Multiple barriers to microbiological contamination in surface water treatment Bảng 3f. Typical removal efficiencies in slow sand filtration
  • 214.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 200 ThS. Nguyễn Minh Kỳ 1.2. Nguồn nước cấp Nước ngầm (Groundwater)  Các tạp chất hòa tan như sắt, mangan, asen...  Các hợp chất hữu cơ  Các chất khí hòa tan như CH4, H2S, CO2  Nitrat, nitrit, ammoni, các chỉ tiêu vi sinh  To remove industrial chemicals, natural minerals, viruses and bacteria. Nước mặt (ao hồ, sông suối..) (Surface Water)  Các chất hòa tan nguồn gốc hữu cơ và vô cơ  Các chất rắn lơ lửng, độ đục  Các vi sinh vật (vi trùng, virus...)  To reduce illnesses caused by pathogens in drinking water. Nước mưa (Rainwater)  Rủi ro bệnh tật  Mưa acid  Kim loại nặng  Ít khoáng chất nhưng giàu hàm lượng Ca, Mg, Fe, F.. (không tốt cho sức khỏe)  To ensure the safety of your catchment area, you need to consider:  rainwater tank – whether your tank is made from food-grade material  roofing and pipework – what material your roof and pipework is made from  contaminants – can leaves, debris, animal droppings, bacteria and parasites enter you water supply? 2-F. Công nghệ xử lý nước cấp Hình 4f. Drinking water production
  • 215.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 201 ThS. Nguyễn Minh Kỳ  Traditional technologies, that are brand named WATERPROOF  Under membrane technologies we understand micro- and ultrafitration (AQUALITY®) as well as nano-fitration and reverse osmosis (EXSEL®).  MEMCARE® chemical cleaning agents to guarantee a long membrane lifetime to its clients. Bảng 4f. Raw water sottrces and treatment schemes Bảng 5f. Main water pollutants versus main treatment technologies o Oxidation o Coagulation and filtration o Ion-Exchange Resins
  • 216.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 202 ThS. Nguyễn Minh Kỳ o Activated Alumina  This material can have a surface area significantly over 200 m²/g  It is made of aluminium oxide (alumina, Al2O3)  Arsenic removal from drinking water  To remove fluoride from drinking water Hình 5f. Activated Alumina Filter System and Activated Alumina o Membrane methods o Solar Distillation (chưng cất) Hình 6f. Quá trình chưng cất nước bằng năng lượng Mặt trời
  • 217.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 203 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 7f. Chưng cất nước từ nước thải o Solar Pasteurization (khử trùng) Bảng 6f. Hiệu quả tiệt trùng bằng năng lượng Mặt trời o Other techniques 3-F. Application of safe drinking water supply technologies  Municipal level  Community level  Household level
  • 218.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 204 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 8f. Quá trình xử lý nước uống điển hình Hình 9f. Xử lý nước cấp (nước mặt) Hình 10f. Quá trình quan trắc và xử lý nước cấp
  • 219.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 205 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 11f. Xử lý nước cấp đơn giản 4-F. Case studies Hình 12f. Arsenic removal plant design
  • 220.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 206 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Bảng 7f. Summary of technologies for arsenic removal Giới thiệu một số trường hợp ở Địa Trung Hải (Mediterranean countries)
  • 221.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 207 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Hình 13f. Scheme of Larnaca seawater treatment plant (Cyprus) Hình 14f. Scheme of Chaiba treatment plant (Algeria) Hình 15f. SODIS methods for disinfecting drinking water Hình 16f. Scheme of Casablanca treatment plant (Morocco)
  • 222.
    Bài giảng –Xử lý nước thải công nghiệp 208 ThS. Nguyễn Minh Kỳ Tài liệu tham khảo [1]. J. P. van der Hoek, C. Bertelkamp, A. R. D. Verliefde and N. Singhal (2014), “Drinking water treatment technologies in Europe: state of the art - challenges - research needs”, Journal of Water Supply: Research and Technology-AQUA, Vol. 63(2), pp. 124-130. [2]. World Health Organization (2011), Guidelines for Drinking-water Quality (4th Edition), WHO Press, Switzerland. ------------------------------------Hết--------------------------------------