CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT, DỊCH VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CÔNG NGHỆ MBBR 1. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC THẢI 1. Nguồn gốc, thành phần và số lượng nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt xuất phát từ nhiều nguồn. Nước thải sinh ra từ nhà vệ sinh được gọi là nước đen và nó có hàm lượng chất rắn cao và đóng góp một lượng đáng kể các chất dinh dưỡng (nitơ và photspho).
Nước đen có thể được tiếp tục tách ra thành phân và nước tiểu, nước tiểu được gọi là nước vàng và phân với nước được gọi là nước nâu. Nước xám bao gồm nước từ phòng tắm, chậu rửa và từ bếp. Theo Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT, “nước thải sinh hoạt là nước đã được sử dụng cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa,… của các khu dân cư, công trình công cộng, cơ sở dịch vụ,… Như vậy, nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người. Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn,… cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt.” Nước thải từ nhà vệ sinh được gọi là nước đen, chất rắn trong nước thải sinh hoạt chủ yếu là đây.
Trong đây chứa một số lượng đáng kể các chất dinh dưỡng (nitơ và photspho). Nước thải từ vòi hoa sen, chậu rửa tay, bồn tắm, chậu rửa bát.được gọi là nước xám, chiếm đến 50-75% lượng nước thải trong hộ gia đình. So với nước thải đen, nước thải xám có nồng độ ô nhiễm thấp hơn về chất hữu cơ (BOD5, COD), chất dinh dưỡng (N,P) và mầm bệnh hơn. Lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư được xác định trên cơ sở nước cấp.
Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt của các khu dân cư đô thị thường từ 100 ÷ 250 l/người.ngày (đối với các nước đang phát triển) và từ 150 ÷ 500 l/người. Ở nước ta hiện nay, tiêu chuẩn cấp nước dao động từ 120 ÷ 180 l/người. Đối với khu vực nông thôn, tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt từ 50 ÷ 100 l/người. Thông thường tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt lấy bằng 90 ÷ 100% tiêu chuẩn cấp nước.
Ngoài ra, lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư còn phụ 5 thuộc vào điều kiện trang thiết bị vệ sinh nhà ở, đặc điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt của người dân. Lượng nước thải sinh hoạt tại các cơ sở dịch vụ, công trình công cộng phụ thuộc vào loại công trình, chức năng, số người tham gia, phục vụ trong đó. Lượng nước thải từ các cơ sở thương mại và dịch vụ cũng có thể được chọn từ 15 ÷ 25% tổng lượng nước thải của toàn thành phố. Lượng nước thải tập trung của đô thị rất lớn.
Trong quá trình sinh hoạt, con người xả vào hệ thống thoát nước một lượng chất bẩn nhất định, phần lớn là các loại cặn, chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng. Ở nước ta, tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7957:2008 có những quy định về lượng chất bẩn tính cho một người dân đô thị xả vào hệ thống thoát nước trong một ngày như bảng 1. Lượng chất bẩn một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước Các đại lượng Khối lượng (g/người.ngày) Chất rắn lơ lửng 60 ÷ 65 BOD 5 của nước thải đã lắng 30 ÷ 35 BOD 5 của nước thải chưa lắng 65 Nitơ của muối amôni (N-NH 4 ) 8 Phốt phát (P 2 O 5 ) 3,3 Clorua (Cl-) 10 Chất hoạt động bề mặt 2÷2,5 (Nguồn: TCVN 7957-2008: Thoát nước - Mạng lưới và công trình bên ngoài - Tiêu chuẩn thiết kế) Đặc trưng của nước thải sinh hoạt và dịch vụ là hàm lượng chất hữu cơ lớn (từ 55 ÷ 65% tổng lượng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh. Đồng thời trong nước thải còn có nhiều vi khuẩn phân huỷ chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hoá chất bẩn trong nước.
Thành phần nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước, đặc điểm hệ thống thoát nước, điều kiện trang thiết bị vệ sinh,… Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư được nêu trong bảng 1. Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư Chỉ tiêu Trong khoảng Trung bình Tổng chất rắn (TS), mg/l 350-1.200 720 - Chất rắn hoà tan (TDS), mg/l 250-850 500 - Chất rắn lơ lửng (SS), mg/l 100-350 220 BOD 5 , mg/l 110-400 220 Tổng Nitơ, mg/l 20-85 40 - Nitơ hữu cơ, mg/l 8-35 15 - Nitơ Amoni, mg/l 12-50 25 - Nitơ Nitrit, mg/l 0-0,1 0,05 - Nitơ Nitrat, mg/l 0,1-0,4 0,2 Clorua, mg/l 30-100 50 Độ kiềm, mgCaCO 3 /l 50-200 100 Tổng chất béo, mg/l 50-150 100 Tổng Phốt pho, mg/l 8 (Nguồn: PGS. Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội) Nước thải sinh hoạt giàu chất hữu cơ và chất dinh dưỡng, vì vậy nó là nguồn để các loại vi khuẩn, trong đó có vi khuẩn gây bệnh phát triển. Trong nước thải đô thị tổng số coliform từ 106 ÷ 109 MPN/100ml, fecal coliform từ 104 ÷ 107 MPN/100ml.
Như vậy nước thải sinh hoạt của đô thị, các khu dân cư và các cơ sở dịch vụ, công trình công cộng có khối lượng lớn, hàm lượng chất bẩn cao, nhiều vi khuẩn gây bệnh là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trường nước 1. Tính chất vật lý Tính chất vật lý của nước thải được xác định dựa trên các chỉ tiêu: Các chất rắn, độ đục, màu sắc, mùi vị, nhiệt độ, lưu lượng. Các chất rắn trong nước thải Nước thải là hệ đa phân tán bao gồm nước và các chất bẩn. Các loại nước thải sinh hoạt có nguồn gốc từ các hoạt động của con người., các nguyên tố chủ yếu tham gia trong thành phần nước thải là cacbon, hydro, ôxy và nitơ ứng với công thức trung bình C 12 H 26 O 6 N.
Các chất bẩn trong nước thải có các thành phần hữu cơ và vô cơ, tồn tại dưới dạng cặn lắng, các chất rắn không 7 lắng được là các chất hoà tan và dạng keo. Thành phần chất bẩn trong nước thải sinh hoạt được biểu thị theo sơ đồ hình 1. Nước thải sinh hoạt 99,9% 0,1% Nước Các chất rắn 50÷70% 30÷50% Các chất hữu cơ Các chất vô cơ 65% 25% 10% Protein Cacbon hydrat Các chất béo Cát Muối Kim loại Hình 1. Thành phần các chất bẩn trong nước thải sinh hoạt Theo Imhoff, khối lượng chất bẩn do một người thải vào nước thải sinh hoạt trong một ngày được xác định theo bảng 1.
Khối lượng chất bẩn có trong nước thải sinh hoạt, g/người.ngày Thành phần Cặn lắng Chất rắn không tan Chất hoà tan Tổng cộng Hữu cơ 30 10 50 90 Vô cơ 10 5 75 90 Tổng cộng 40 15 125 180 (Nguồn: PGS. Trần Đức Hạ (2006), Xử lý nước thải đô thị, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội) Tổng chất rắn là thành phần vật lý đặc trưng của nước thải. Các chất rắn không hoà tan có hai dạng: chất rắn keo và chất rắn lơ lửng. Chất rắn lơ lửng (SS) được giữ lại trên giấy lọc kích thước lỗ 1,2 µm, bao gồm chất rắn lơ lửng lắng được và chất rắn lơ lửng không lắng được.
Màu Đây là một trong những thông số để xác định chất lượng nước. Nước sạch thường không có màu, nhìn chung màu nước thải thường là màu xám có vẩn đục. 8 Màu sắc của nước thải sẽ bị thay đổi đáng kể nếu như nó bị nhiễm khuẩn, khi đó nước thải sẽ có màu đen tối. Độ đục Một trong những đặc điểm dễ nhận biết về sự ô nhiễm của nước, đó chính là độ trong của nước, được xác định thông qua độ đục.
Độ đục của nước có được là do sự tồn tại các chất lơ lửng trong nước như tảo, vi sinh vật, đất sét, bọt xà phòng, các chất tẩy rửa,… Phương pháp thường sử dụng để đo độ đục trong nước thải là phương pháp UV-Vis. Mùi Mùi của nước thải là do khí sinh ra từ quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ hay do một số chất được đưa thêm vào trong nước thải. Nước thải sinh hoạt thông thường có mùi mốc, nhưng nếu nước thải bị nhiễm khuẩn thì nó sẽ có mùi trứng thối do sự tạo thành khí H 2 S. Nhiệt độ Nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nhiệt độ của nguồn nước sạch ban đầu, bởi vì có sự gia nhiệt vào nước từ các đồ dùng trong gia đình và các máy móc thiết bị công nghiệp.
Tuy nhiên, chính những dòng nước thấm qua đất và lượng nước mưa đổ xuống mới là nhân tố làm thay đổi đáng kể nhiệt độ của nước. Khi nhiệt độ của nước tăng lên sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoà tan ôxy trong nước, tốc độ hoạt động của các vi khuẩn trong nước thải. Lưu lượng Lưu lượng nước thải cũng được xem là một trong những đặc tính vật lý của nước thải, có đơn vị là m3/ngày. Khi thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, lưu lượng được tính theo lượng nước thải bình quân đầu người.
Lưu lượng nước thải luôn thay đổi trong ngày. Tính chất hoá học Tính chất hoá học của nước thải thường bao gồm tính chất của các hợp chất hữu cơ và hợp chất vô cơ. Các hợp chất hữu cơ trong nước thải Trong nước thải tồn tại nhiều tạp chất hữu cơ nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo: polysacarit, protein, hợp chất hữu cơ chứa nitơ, axit humic, lipit (dầu, mỡ), phụ 9 gia thực phẩm, chất hoạt động bề mặt, phenol và các chất thuộc họ của chúng (chất thải của người, động vật, thực vật, chất bảo vệ thực vật, dược phẩm, thuốc màu, nhiên liệu,…), chất hữu cơ tạo phức, hydro cacbon và dẫn xuất của chúng. Các hợp chất vô cơ trong nước thải Độ pH: được xác định thông qua nồng độ ion H+.
pH = 7 cho biết môi trường trung tính, pH thấp (<5) cho biết môi trường axit và pH cao (>9) là môi trường bazơ. Tính axit của nước là một trong những nguyên nhân gây nhiễm bẩn môi trường nước, do các trầm tích thường giải phóng độc chất trong môi trường axit. Độ kiềm: đặc trưng cho khả năng trung hoà axit, thường là độ kiềm bicacbonat, cacbonat và hydroxit. Độ kiềm thực chất là môi trường đệm (để giữ pH trung tính) của nước thải trong suốt quá trình xử lý sinh hoá.
Clo: Clo tồn tại trong nước thải chủ yếu ở dạng Cl-. Nồng độ clo trong nước thải thường cao hơn trong nước nguyên chất.