CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt 1.1 Nguồn gốc và đặc tính nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt là nước thải được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của như: tắm rửa, giặt giũ, tẩy, vệ sinh cá nhân,… Chúng thường được thải ra từ các hộ gia đình, cơ quan, xí nghiệp, trường học, bệnh viện, chợ, và các công trình khác. Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước của nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có. Các trung tâm đô thị loại 1 có tiêu chuẩn cấp nước (200l/ngày) cao hơn so với các vùng ngoại thành (150l/ngày) và nông thôn (100l/ngày), do đó lượng nước thải sinh hoạt tính trên một đầu người cũng có sự khác biệt giữa thành thị và nông thôn (lượng nước thải ≈ 80% lượng nước cấp).
Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thành phố (vùng nội thành) được thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra các sông, kênh rạch, còn các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm. Khối lượng nước thải của một cộng đồng dân cư phụ thuộc vào: - Quy mô dân số - Tiêu chuẩn cấp nước - Khả năng và đặc điểm của hệ thống thoát nước - Loại hình sinh hoạt - Đặc tính chung của nước thải sinh hoạt thường bị ô nhiễm bởi các chất cặn bã hữu cơ, các chất hữu cơ hòa tan (thông qua chỉ tiêu BOD5/COD), các chất dinh dưỡng (Nitơ, phốt pho), các vi trùng gây bệnh (E.Coli, coliform…); 4 Mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào: - Lưu lượng nước thải - Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người Trong đó tải trọng chất bẩn được tính theo đầu người phụ thuộc vào: - Mức sống, điều kiện sống và tập quán sống - Điều kiện khí hậu Bảng 1.1 Tải trọng chất bẩn theo đầu người [1] TT Các đại lượng Khối lượng (g/người.ngày) 1 Chất rắn lơ lửng (SS) 60 – 65 2 BOD5 nước thải đã lắng 30 – 35 3 BOD5 nước thải chưa lắng 65 4 Chất hoạt động bề mặt 2 – 2.5 5 N-NH4+ 8 6 Phốt phát (P2O5) 3.2 Thành phần và tính chất nước thải 1.1 Thành phần nước thải Thành phần nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào nguồn gốc nước thải và đặc điểm chung của chúng tương đối ổn định. Các thành phần này bao gồm 52% chất hữu cơ, 48% chất vô cơ, ngoài ra nước thải sinh hoạt còn chứa nhiều các vi sinh vật gây bệnh và các độc tố của vi sinh vật. Phần lớn các vi sinh vật trong nước thải là các vi khuẩn, virut gây bệnh như: các vi khuẩn gây bệnh tả, lỵ, thương hàn… 5 Thành phần nước thải được chia làm 3 nhóm chính: - Thành phần vật lý - Thành phần hóa học - Thành phần sinh học ❖ Thành phần vật lý: Các chất bẩn có trong nước thải ở các kích thước khác nhau, được chia làm 3 nhóm: - Nhóm 1: Gồm các chất không tan chứa trong nước thải dạng thô (vải, giấy, cành lá cây, sạn, sỏi, da, lông…) ở dạng lơ lửng (σ > 10-1 mm) và ở dạng huyền phù, nhũ tương, bọt (σ = 10-1 – 10-4 mm) - Nhóm 2: Gồm các chất bản dạng keo (σ = 10-4 – 10-6 mm) - Nhóm 3: Gồm các chất bẩn ở dạng hòa tan (σ < 10-6 mm); chúng có thể ở dạng ion hoặc phân tử: Hệ một pha - dung dịch thật.
❖ Thành phần hóa học: Biểu thị dạng các chất bẩn trong nước thải có tính chất hóa học khác nhau: - Thành phần vô cơ: sắt, magie, silic, canxi… - Thành phần hữu cơ: phân, nước tiểu, các chất nguồn gốc từ động vật, thực vật… - Các chất thải khác: cát, sét, dầu mỡ… ❖ Thành phần sinh học: - Nấm - Vi khuẩn dạng nấm - Nguyên sinh động vật Các thành phần nền trong nước thải sinh hoạt chủ yếu gồm cacbonhydrat, protein, chất béo. - Cacbonhydrat là sản phẩm và là dạng phân nhỏ của axit hữu cơ, nó là thành phần đầu tiên bị phân hủy trong hoạt động sống của vi sinh vật. Cacbonhydrat 6 tồn tại chủ yếu ở dạng đường, hồ bột khác nhau và cả ở dạng hợp chất xenlulo của bột giấy. Cacbonhydrat là nguồn đầu tiên cung cấp năng lượng và hợp chất hữu có cho vi khuẩn sống trong nước thải.
- Protein và các sản phẩn phân hủy của chúng như amino axit là các hợp chất chứa nhiều nitơ có nguồn gốc từ động, thực vật. Protein là nguồn cung cấp nitơ cho hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải. - Chất béo và dầu mỡ có nguồn gốc từ động thực vật. Dưới tác động của vi khuẩn chúng bị phân hủy thành axit béo.
Chất béo và dầu mỡ có độ hòa tan thay đổi trong nước, ở một số điều kiện nhất định thường nổi lên trên mặt nước.2 Tính chất nước thải Nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% lượng nước được cấp cho sinh hoạt. Nước thải sinh hoạt chứa nhiều các chất bẩn hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi rút gây bệnh nguy hiểm. Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động khoảng 150 – 450 mg/l theo trọng lượng khô. Trong đó, có khoảng 20 – 40% chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.
Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Ngoài ra, nước thải sinh hoạt có chứa các chất dinh dưỡng rất cao. Vài trường hợp, lượng chất dinh dưỡng này vượt quá nhu cầu phát triển của vi sinh vật dùng trong xử lý bằng phương pháp sinh học. Trong các công trình xử lý theo phương pháp sinh học, lượng dinh dưỡng cần thiết trung bình tính theo tỉ lệ BOD5 : N : P = 100 : 5 : 1.
Các chất hữu cơ có trong nước thải không phải được chuyển hóa hết bởi các loại vi sinh vật mà có khoảng 20 – 40% BOD5 không qua quá trình chuyển hóa bởi vi sinh vật, mà chúng chuyển ra chung với bùn lắng.2 Tải lượng ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt [1] Chỉ tiêu ô nhiễm Hệ số tải lượng (g/người.ngày) Chất rắn lơ lửng 70 – 145 Amôni (N-NH4) 2,4 – 4,8 BOD5 45 – 54 Nitơ tổng 6 – 12 Tổng Photpho 0,8 – 4,0 COD 72 – 102 Dầu mỡ 10 – 30 Loại nước thải này có chứa các chất cặn bã, các chất lơ lửng (SS), các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, các hợp chất dinh dưỡng (N, P), vi khuẩn… Bảng 1.3 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt [1] Nồng độ chất ô nhiễm (mg/m3) Chỉ tiêu ô nhiễm Chưa qua xử lý Qua bể tự hoại nhỏ Chất rắn lơ lửng 730 – 1510 83 – 167 Amôni (N-NH4) 25 – 1510 5 – 16 BOD5 469 – 563 104 – 208 Nitơ tổng 63 – 125 21 – 42 Tổng Photpho 8 – 42 - COD 750 – 1063 188 – 375 Dầu mỡ 104 – 313 - Dự trên số liệu trên, nước thải sinh hoạt ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng ở mức rất 8 cao, sau khi qua bể tự hoại giảm đáng kể, tuy nhiên vẫn còn ở mức cao.4 Thành phần trung bình của nước thải sinh hoạt [1] Các chất ô nhiễm có trong Mức độ ô nhiễm nước thải (mg/l) Nặng Trung bình Nhẹ Tổng chất rắn 1.000 500 200 Chất rắn hòa tan 700 350 120 Chất rắn không hòa tan 300 150 8 Tổng chất rắn lơ lửng 600 350 120 Chất rắn lắng 12 8 4 Oxy hòa tan 0 0 0 Nitơ tổn 85 50 25 Nitơ hữu cơ 35 20 10 N-NH3 50 30 15 N-NO2 0,1 0,05 0 N-NO3 0,4 0,2 0,1 Clorua 175 100 15 Độ kiềm (mg CaCO3) 200 100 50 Chất Bo 40 20 0 Tổng Photpho - 8 - 1.2 Tổng quan về phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt thường chứa nhiều tạp chất khác nhau. Để loại bỏ các tạp chất đó, và làm sạch lại nước hoặc thải vào nguồn tiếp nhận đạt được hiệu quả như mong muốn chúng ta thường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp chất để lựa chọn phương 9 pháp xử lý thích hợp.Thông thường có các phương pháp xử lý sau: - Xử lý bằng phương pháp cơ học. - Xử lý bằng phương pháp hóa lý và hóa học. - Xử lý bằng phương pháp sinh học.1 Phương pháp cơ học Trong nước thải sinh hoạt thường có những tạp chất rắn có kích cỡ khác nhau bị cuốn theo như: rơm cỏ, bao bì ni lông, giấy, cát, sỏi…ngoài ra, còn có các loại chất lơ lửng dạng huyền phù rất khó lắng.
Các loại chất trên dùng các phương pháp xử lý cơ học là thích hợp. Một số công trình xử lý cơ học điển hình như sau: - Song chắn rác - Bể lắng cát - Bể lắng - Bể tách dầu, mỡ - Bể lọc Song chắn rác: Song chắn rác dùng để chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn như: giấy, rác, rau, cỏ, bao bì ni lông…được gọi chung là rác. Rác được chuyển tới máy nghiềm để nghiền nhỏ sau đó được dùng để phân hủy cặn. Song chắn rác là công trình xử lý sơ bộ chuẩn bị cho việc xử lý nước thải.
Song chắn rác gồm các thanh đan sắp xếp với nhau ở mương dẫn nước. Khoảng cách giữa các thanh đan là khe hở. Song chắn rác có thể chia theo: - Theo khe hở: song chắn rác loại thô (30-200 mm) và loại trung bình (5-30 mm). - Theo phương pháp lấy rác: loại lấy rác thủ công và loại lấy rác cơ giới.1 Song chắn rác [8] Bể lắng cát: Trong công trình xử lý nước thải, việc lắng cát lại trong bể lắng gây khó khăn cho công tác lấy cặn.
Ngoài ra trong cặn có cát thì có thể làm cho các ống dẫn bùn của các bể lắng không hoạt động được, máy bơm nhanh bị hỏng. Có 3 loại bể lắng cát: - Bể lắng cát ngang: nước chảy thẳng hoặc vòng. - Bể lắng cát đứng: nước dâng từ dưới lên. - Bể lắng cát xoắn ốc: nước chảy xoắn ốc.
Lượng cát giữ lại ở bể lắng cát phụ thuộc vào các yếu tố: loại hệ thống thoát nước, tổng chiều dài mạng lưới, điều kiện sử dụng, tốc độ nước chảy, thành phần và tính chất nước thải….
