CHƯƠNG 1 I. NGUỒN GỐC NƯỚC THẢI Nước thải có nguồn gốc từ các nguồn nước sử dụng trong công nghiệp và sinh hoạt. Nước mưa cũng là một nguồn nước thải khá lớn. Bản thân nước mưa là nước sạch nhưng khi rơi xuống mặt đất sẽ bị pha trộn và nhiễm bẩn.
Nước thải sinh hoạt 16 Nước thải sinh hoạt bao gồm nước thải đen và nước thải xám. Nước thải từ toilet được gọi là nước thải đen. Nước thải đen chứa hàm lượng cao chất rắn và một lượng đáng kể chất dinh dưỡng cho vi khuẩn (nitơ và photpho). Nước thải đen có thể được tách thành hai phần: phân và nước tiểu.
Mỗi một người, hàng năm có thể thải ra trung bình 4 kg N và 0,4 kg P trong nước tiểu và 0,55 kg N và 0,18 kg P trong phân. Nước thải xám bao gồm nước giặt giũ quần áo, tắm rửa và nước sử dụng trong nhà bếp. Nước từ trong nhà bếp có thể chứa lượng lớn chất rắn và dầu mỡ. Cả hai loại nước thải đen và thải xám có thể chứa mầm bệnh của người, đặc biệt là nước thải đen.
Nước thải công nghiệp Rất khó phân loại nước thải từ tất cả các ngành công nghiệp. Mỗi một ngành công nghiệp có nước thải đặc trưng của ngành đó. Ví dụ, nước thải của ngành công nghiệp dệt nhuộm chứa các chất hữu cơ mang màu và một số hóa chất độc hại khó phân hủy. Nước thải của các cơ sở xi mạ chứa hàm lượng kim loại nặng cao và có pH thấp.
Nước thải chế biến thực phẩm chủ yếu là chứa các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy bằng vi sinh. ĐẶC TÍNH CỦA NƯỚC THẢI 1. Tính chất vật lý của nước thải Tính chất vật lý của nước thải bao gồm nhiệt độ, màu sắc, mùi vịvà chất rắn. Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước thải thay đổi rất lớn, phụ thuộc vào mùa trong năm.
Sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ lắng, mức độ oxy hòa tan và hoạt động của vi sinh vật. Nhiệt độ của nước thải là một yếu tố hết sức quan trọng đối với một số bộ phận của nhà máy xử lý nước thải như bề lắng và bề lọc. Màu sắc: Nước thải chứa oxy hòa tan (DO) thường có màu xám. Nước thải có màu đen thường có mùi hôi thối chứa lượng oxy hòa tan rất ít hoặc không có.
Chất rắn: Chất rắn bao gồm các chất lơ lửng hoặc các chất hòa tan trong nước và nước thải. Chất rắn được chia thành các phần khác nhau, nồng độ của chúng cho biết chất lượng của 17 nước thải và là tham số quan trọng để kiểm soát các quá trình xử lý. Thành phần chất rắn trong nước thải bao gồm: - Tổng chất rắn (TS): bao gồm tổng chất rắn lơ lửng và tổng chất rắn hòa tan. Mỗi một phần của chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan có thể chia thành phần bay hơi hoặc phần cố định.
Tổng chất rắn là các chất còn lại trong cốc sau khi bay hơi mẫu nước thải trong một giờ trong lò nung ở nhiệt độ từ 103oC đến 105oC. - Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): bao gồm cặn không có khả năng lắng ở dạng keo và cặn lắng được. TSS là một tham số quan trọng đối với nước thải và là một trong những tiêu chuẩn trong xử lý nước. Tiêu chuẩn TSS đối với nước thải sau khi xử lý sơ cấp và thứ cấp thường bằng 30 và 12 mg/l.
TSS được xác định bằng cách lọc mẫu đã được trộn đều qua giấy lọc có kích thước lỗ bằng 0,2 μm. Cặn giữ lại trên giấy lọc được nung trong lò nung trong thời gian ít nhất là 1 giờ ở nhiệt độ từ 103 oC đến 105 °C cho đến khi khối lượng không đổi. - Tổng chất rắn hòa tan (TDS): chất rắn hòa tan được gọi là cặn không có khả năng lọc. Tổng chất rắn hòa tan trong nước thải thô nằm trong khoảng từ 250 - 850 mg/l.
TDS được xác định như sau: mẫu sau khi được trộn đều, lọc qua giấy lọc sợi thủy tỉnh có kích thước lỗ bằng 2,0 μm. Dịch lọc được bay hơi trong thời gian ít nhất là 1 giờ trong lò nung ở nhiệt độ 180 °C. Trọng lượng tăng lên của cốc nung là trọng lượng của TDS - Chất rắn bay hơi được nung ở 550°C. Trọng lượng bị mất sau khi nung là chất rắn bay hơi.
Ngược lại, chất rắn còn lại là chất rắn cố định. - Chất rắn có khả năng lắng: các chất rắn lơ lửng có khả năng lắng trong một thời gian xác định. Chất rắn lắng được biều diễn theo đơn vị ml/l hoặc mg/l. Phương pháp thể tích để xác định chất rắn có khả năng lắng như sau: Cho nước thải vào lống đong hình trụ có các vạch chia thể tích.
Sau khi hỗn hợp được trộn đều, để im trong thời gian 45 phút. Dùng đũa thủy tỉnh đầu bọc cao su đảo nhẹ quanh thành ống. Sau đó, để im thêm 15 phút nữa. Ghi thể tích chất rắn lắng theo ml/l.
Tính chất hóa học của nước thải Chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan trong nước thải chứa các chất hữu cơ và vô cơ. Chất hữu cơ có thể là hydrat cacbon, mỡ, dầu, chất béo, chất hoạt động bề mặt, protein, thuốc trừ sâu, các hợp chất hữu cơ bay hơi, các chất hóa học độc hại, v. Các chất vô cơ 18 bao gồm kim loại nặng, chất dinh dưỡng (N, P), pH, độ kiềm, clo, sulfua. Các chất khí như CO2, N2, O2, H2S và CH4 cũng có thể có mặt trong nước thải.
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): Là lượng oxy cần thiết cho vi khuẩn sống và hoạt động để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải. Nhu cầu oxy sinh hóa là chỉ tiêu rất quan trọng và tiện dùng để chỉ mức độ nhiễm bẩn của nước thải bằng các chất hữu cơ. Trị số BOD đo được cho phép tính toán lượng oxy hòa tan cần thiết để cấp cho các phần ứng sinh hóa của vi khuẩn diễn ra trong quá trình phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ có trong nước thải. Có thể mô tả sơ lược việc xác định trị số BOD như sau : Lấy mẫu nước đã bão hòa oxy, đo lượng oxy hòa tan bản đầu trong mẫu (mg), cho 1 lượng nhất định nước thải vào mẫu khuấy đều thành dung dịch rồi đưa vào tủ nuôi cấy ở nhiệt độ 20°C, sau 5 ngày, đưa mẫu ra và đo lượng oxy hòa tan còn lại trong mẫu (mg).
Lấy hiệu số giữa lượng oxy ban đầu và lượng oxy còn lại trong mẫu sau 5 ngày (mg) chia cho thể tích lượng nước thải cho vào mẫu (ml) sẽ được trị số BOD5 biểu thị bằng (mg/l). Thực nghiệm chỉ ra rằng muốn phân. hủy hoàn toàn (> 99,2%) chất hữu cơ có trong nước thải trong điều kiện hiếu khí tự nhiên, phải để mẫu trong tủ nuôi cấy ở 20°C trong 20 ngày. Lượng oxy đã tiêu thụ sau 20 ngày gọi là BOD20 (mg/l).
Đối với nước thải sinh hoạt BOD5 thường bằng 0,68 ~ 0,7 BOD20. Nhu cầu oxy hóa học COD: Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hoàn toàn chất hữu cơ và một phân nhỏ các chất vô cơ dễ bị oxy hóa có trong nước thải. Chỉ tiêu nhu cầu oxy sinh hóa BOD5 không đủ để phản ánh khả năng oxy hóa các chất hữu cơ khó bị oxy hóa và các chất vô cơ có thể bị oxy hóa có trong nước thải, nhất là nước thải công nghiệp. Vì vậy, cần phải xác định nhu cầu oxy hóa học (COD (mg/)) để oxy hóa hoàn toàn các chất bẩn có trong nước thải.
Việc xác định COD có thể tiến hành bằng cách cho chất oxy hóa mạnh vào mẫu thử nước thải ở điều kiện dung dịch có tính axít. Trị số COD luôn luôn lớn hơn trị số BOD; và tỷ số COD trên BOD luôn thay đổi tùy thuộc vào tính chất của nước thải. Tỷ số COD : BOD càng nhỏ thì xử lý sinh học càng dễ. Oxy hòa tan: Nông độ oxy hòa tan trong nước thải trước và sau xử lý là chỉ tiêu rất quan trọng.
Trong quá trình xử lý hiếu khí luôn phải giữ nồng độ oxy hòa tan trong nước thải từ 1,5 - 2mg/l để quá trình oxy hóa diễn ra theo ý muốn và để hỗn hợp không rơi vào tình trạng yếm khí. Oxy là khí có độ hòa tan thấp và nồng độ oxy hòa tan phụ thuộc vào 19 nhiệt độ, và nồng độ muối có trong nước. Trong quá trình xử lý nước thải, vi sinh vật tiêu thụ oxy hòa tan để đồng hóa các chất dinh dưỡng và chất nền BOD, N, P cần thiết cho việc duy trì sự sống, sinh sản và tăng trưởng của chúng. Thành phần sinh học của nước thải Nước thải sinh hoạt chứa vô số sinh vật chủ yếu là vi sinh với số lượng từ 105 – 106 con trong 1 ml.
Hai nguồn chủ yếu đưa vi sinh vào nước thải là phân, nước tiểu và từ đất. Nước thải và đất chứa vô số vi sinh đặc biệt là vi khuẩn. Tế bào vi sinh hình thành từ chất hữu cơ nên có thể coi tập hợp vi sinh là một phần của tổng chất hữu cơ có trong nước thải, phần này sống, hoạt động, tăng trưởng để phân hủy phần hữu cơ còn lại của nước thải. Phần lớn vi sinh có trong nước thải không phải là vi khuẩn gây bệnh.
Có thể có một số ít vi khuẩn gây bệnh như : thương hàn, tả, lỵ. Thường phân loại vi sinh có trong nước thải bằng hình dạng (hình thái học). Vì sinh trong xử lý nước thải có thể phân làm ba nhóm là : Vị khuẩn, nấm và tế bào nguyên sinh. Vi khuẩn (Bacteria): Đóng vai trò quan trọng đầu tiên trong việc phân hủy chất hữu cơ, nó là cơ thể sống đơn bào, có khả năng phát triển và tăng trưởng trong các bông cặn lơ lửng hoặc dính bám vào bề mặt vật cứng.
Có rất nhiều loại vi khuẩn không thể chỉ tên và mô tả hết được, loại dễ nhận biết nhất là vi khuẩn Coli. Vi khuẩn có khả năng sinh sản rất nhanh, khi tiếp xúc với chất dinh dưỡng có trong nước thải, chúng hấp thụ nhanh thức ăn qua thành tế bào. Có ba loại vi khuẩn cơ bản là: Khuẩn que, khuẩn cầu và khuẩn xoắn thường có trong nước thải dưới dạng tụ tập lại thành màng mỏng như lưới, hoặc liên kết với nhau thành khối như bông cặn: Đại đa số vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy chất hữu cơ, biến chất hữu cơ thành chất ổn định tạo thành bông cặn dễ lắng, nhưng thường cũng có loại vi khuẩn dạng lông tơ (filamentous) kết với nhau thành lưới nhẹ nổi lên bề mặt làm ngăn cầnquá trình lắng ở bể lắng đợt 2.