Chương 1: Cơ sở lựa chọn công nghệ Xử lý nước thải 1. Thành phần, tính chất, mức độ xử lý nước thải Để hiểu và lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp cần phải phân biệt các loại nước thải khác nhau. Có nhiều cách hiểu về các loại nước thải, nhưng trong khuôn khổ bài giảng đưa ra 3 loại nước thải như sau: Nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của con người: tắm, giặt giũ, tẩy rữa, vệ sinh cá nhân,…chúng thường được thải ra từ các các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ và các công trình công cộng khác. Nước thải sản xuất Nước thải sản xuất là loại nước thải ra sau quá trình sản xuất.
Lưu lượng thải, đặc tính ô nhiễm và nồng độ nhiễm bẩn của nước thải sản xuất rất khác nhau phụ thuộc vào loại hình sản xuất và dây chuyền công nghệ lựa chọn. Nước thải là nước mưa Là loại nước thải sau khi mưa chảy tràn trên mặt đất và cuốn theo các chất cặn bã, dầu mỡ, bụi bẩn, vi khuẩn… khi đi vào hệ thống thoát nước. Hầu hết ở các thị trấn, thị xã, thành phố của nước ta, nơi có mạng cống chung (thoát nước thải và thoát nước mưa). Lượng nước chảy về trạm xử lý gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và một phần nước mưa theo hệ số pha loãng đã được lựa chọn khi thiết kế mạng lưới.
Thành phần của nước thải. - Theo trạng thái lý học của các chất bẩn : Các chất bẩn trong nước thải được chia thành 3 nhóm sau đây: Nhóm 1: không tan d > 10-4 mm. Nhóm 2: keo 10-4 < d < 10-6 mm. Nhóm 3: hoà tan d < 10-6 mm - Theo bản chất hoá học, các chất bẩn trong nước thải bao gồm: 1.
Hữu cơ : + Chất hữu cơ động vật. + Chất hữu cơ thực vật. Vi sinh vật - Các chất bẩn vô cơ trong nước thải sinh hoạt chiếm khoảng40% - 42% : gồm có cát, các hạt đất sét, xỉ quặng, các muối khoáng, các axit vô cơ, kiềm vô cơ, các dầu khoáng. - Các chất bẩn hữu cơ trong nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 58% - 60%: gồm các chất hữu cơ nguồn gốc thực vật và chất hữu cơ nguồn gốc động vật.
Quá trình hoà tan và tiêu thụ ôxy. Trong quá trình xử lý nước thải cần có O2 để ôxy hoá hiếu khí các chất bẩn hữu cơ. - Nguồn cung cấp O2 : không khí, hoặc quá trình quang hợp của thủy sinh vật trong nước. - Quá trình khoáng hoá (ôxy hoá sinh hoá) các chất hữu cơ diễn ra được là nhờ tác dụng của vi sinh vật khoáng hoá và còn gọi là quá trình ôxy hoá sinh hoá.
Quá trình diễn ra theo 2 giai đoạn : 6 - Giai đoạn 1 : ôxy hoá các chất hữu cơ chứa C. - Giai đoạn 2 : ôxy hoá các chất hữu cơ chứa N. Quá trình tiêu thụ ôxy (ôxy hoá). Quá trình tiêu thụ ôxy (hay tốc độ ôxy hoá, tốc độ tiêu thụ ôxy) với nhiệt độ không đổi, ở mỗi thời điểm nhất định, tỷ lệ thuận với lượng các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải.
Quá trình hoà tan ôxy. - Quy luật : Tốc độ hoà tan ôxy trong nước ở mỗi thời điểm nhất định tỷ lệ nghịch với độ bão hoà ôxy và tỷ lệ thuận với độ thiếu hụt ôxy. Các yếu tố ảnh hưởng đến k2 : To tăng thì k2 tăng. Song thực tế tốc độ hoà tan ôxy ít thay đổi nên khi tính toán quá trình hoà tan ôxy, không cần phải điều chỉnh k2 theo nhiệt độ.
Sự hoà tan chất khí trong nước , T o, áp suất, ảnh hưởng của điều kiện khuấy trộn - bề mặt tiếp xúc. Nhu cầu ôxy sinh hoá (NOS) - Nhu cầu ôxy hoá học(NOH). Nhu cầu ôxy sinh hoá BOD (NOS): (mg/l) Là lượng oxy cần thiết cho vi khuẩn phát triển để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải. Đây là thông số quan trọng dùng chỉ mức độ nhiễm bẫn nước thải do các chất hữu cơ.
Thông số này được dùng tính toán, thiết kế các công trình xử lý bằng phương pháp sinh học. 20 ngày NOS1=21% NOS20; NOS5= 65% NOS20; NOS20 NOStoàn phần. Đối với nước đã lắng khi thiết kế trạm xử lý nước thải mới có thể lấy NOStf = 1,5 NOS5. Đôi khi NOStf không tính đến lượng chất hữu cơ tiêu thụ cho sự tăng sinh khối của vi sinh vật và lượng chất hữu cơ bền vững không bị ôxy hoá sinh hoá.
Các số liệu tiêu chuẩn : Đối với nước thải sinh hoạt theo 20TCN 51-84 : BOD5 = 35 g/ng. Nitơ của muối amôn : 8 g/ng. Phốt phát P2O5 : 1,7 g/ng. Nhu cầu ôxy hoá học COD (NOH): Là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ và một phần các chất vô cơ.
- Xác định COD bằng phương pháp oxy hóa mạnh trong điều kiện acid (PP Bicromat) - COD luôn > BOD - Tỷ lệ COD/BOD càng nhỏ thì xử lý sinh học càng dễ. - Nước thải sinh hoạt có BOD ~ 0.) để đo hàm lượng các chất hữu cơ trong nước thải. ThOD (NOT) chính là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hoàn toàn chất hữu cơ thành CO2 và nước Hàm lượng này sẽ tính được khi biết cấu tạo công thức hóa học của các chất hữu cơ. 7 COD BOD nhu cÇu oxy theo lý thuyÕt, thod Hình 1.
Mối quan hệ giữa BOD và COD Oxy hòa tan (DO) Đây là chỉ số quan trọng trong xử lý sinh học hiếu khí. Việc xác định hàm lượng oxy hòa tan có ý nghĩa quan trọng trong việc duy trì điều kiện hiếu khí của nước tự nhiên và phân hủy hiếu khí trong quá trình xử lý nước thải, chỉ tiêu nồng độ oxy hòa tan đảm bảo cho quá trình xử lý hiếu khí là 1,5-2mg/l. Mặt khác hàm lượng oxy hòa tan còn là cơ sở xác định nhu cầu oxy sinh hóa. DO phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, nồng độ muối có trong nước.
Trong quá trình xử lý, các vi sinh vật tiêu thụ oxy hòa tan để oxy hóa sinh hóa, đồng hóa các chất dinh dưỡng và chất nền (BOD, N, P) cần thiết cho sự sống, sinh sản và tăng trưởng của chúng. Vì vậy giữ được oxy hòa tan trong nước thải trong quá trình xử lý là một yêu cầu quan trọng pH Trị số pH cho biết nước thải có tính trung hòa (pH = 7) hay tính axit (pH<7) hoặc tính kiềm (pH>7). Quá trình xử lý sinh học nước thải rất nhạy cảm với sự dao động của trị số pH. Quá trình xử lý hiếu khí đòi hỏi trị số pH trong khoảng 6,5 đến 8,5, khoảng giá trị tốt nhất là từ 6,8 đến 7,4.
Quá trình xử lý kị khí đòi hỏi trị số pH trong khoảng 6,4 7,4. Nhiệt độ nước thải Đây là đại lượng ảnh hưởng trực tiếp đến công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến thời gian chuyển hóa của SV mà còn tác động đến quá trình hấp thu khí oxy vào nước thải và quá trình lắng bông cặn ở bể lắng 2. Xác định nồng độ chất bẩn, dân số tương đương.
Nồng độ chất bẩn a.QCN 2 LHH = 1 2 mg / l QSH QCN QCN 1. Dân số tương đương. Dân số tương theo chất lơ lửng được tính theo công thức sau : 1 1 2 2 CCN .QCN 60 800 70 700 ss N TD 1492 người a 65 ( a = 65 g/người.đ ) 8 Dân số tương đương tính theo BOD20 .QCN 2 114,3 800 114,3 700 BOD N TD 4286 người a1 40 ( a1 = 40 g/người.đ ) Dân số tính toán. Dân số tính toán theo chất lơ lửng: ss N TT ss N N TD 35000 1492 36492 người Dân số tính toán theo BOD20.
BOD N TT 35000 4286 39286 người 1. Sự ô nhiễm nguồn nước, bảo vệ nguồn nước khỏi bị nhiễm bẩn bởi nước thải và mức độ xử lý 1. Sự ô nhiễm nguồn nước. Sự ô nhiễm nguồn nước có thể do 2 nguồn: Tự nhiên và nhân tạo.
ô nhiễm do tự nhiên : - Do sự xói lở. - Do sự phân huỷ thối rữa : vi sinh vật và sinh vật. ô nhiễm do nhân tạo : Do việc xả nước thải sinh hoạt và sản xuất một cách vô tổ chức, bừa bãi. ô nhiễm nguồn nước gây ra rất nhiều vấn đề như: - Thay đổi tính chất lý học của nước nguồn (độ trong, màu sắc, mùi vị.) - Xuất hiện các chất nổi trên bề mặt nước và các cặn lắng chìm xuống đáy nguồn.
- Thay đổi thành phần hoá học của nước nguồn (thay đổi pH và hàm lượng của các chất hữu cơ và vô cơ, xuất hiện các chất độc hại.) - Lượng ôxy hoà tan trong nước nguồn giảm do đã tiêu hao để ô xy hoá các chất bẩn hữu cơ lẫn trong nước nguồn. - Các vi khuẩn thay đổi về dạng và về số lượng. Có xuất hiện cả các vi trùng gây bệnh do nước thải đưa vào. - Nguồn nhiễm bẩn như vậy có ảnh hưởng rất lớn đến việc sử dụng nguồn vào mục đích cấp nước, nuôi cá.
Qúa trình tự làm sạch nguồn nước. Để bảo vệ nguồn nước khỏi sự nhiễm bẩn của nước thải ta cần nghiên cứu 2 vấn đề: Quá trình tự làm sạch của nguồn nước và nồng độ cho phép chất thải khi đưa vào nguồn nước. Quá trình tự làm sạch nguồn nước diễn ra qua 2 giai đoạn : 1. Quá trình xáo trộn (pha loãng) thuần tuý giữa nước thải với nguồn nước: Trong quá trình này nồng độ chất hữu cơ giảm do pha loãng giữa nước thải (bẩn) với nước nguồn (sạch).
Quá trình khoáng hoá (ôxy hoá sinh hoá) các chất hữu cơ trong nước nguồn : + Hiếu khí : ở trong nước. + Yếm khí : ở đáy sông (cặn lắng). Nguồn nước chia làm 2 nhóm : + Nhóm 1 : nguồn nước chảy nhanh : sông, + Nhóm 2 : nguồn nước chảy chậm hoặc đứng yên : hồ, ao. 9 - Khi xả nước thải ra nguồn sẽ xuất hiện các vùng : + Vùng 1 : vùng cống xả nước thải + Vùng 2 : vùng xáo trộn hoàn toàn giữa nước thải và nước sông.
+ Vùng 3 : vùng nhiễm bẩn nặng nhất, nơi ôxy hoà tan trong nguồn đạt giá trị nhỏ nhất(vi sinh vật sử dụng oxy để ôxy hoá chất bẩn hữu cơ). + Vùng 4 : vùng phục hồi trạng thái bình thường. Quá trình tự làm sạch coi như đã mi?ng x?