Giáo trình Kỹ thuật: xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương

Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh học nxb xây dựng 2010 nguyễn văn phước 296 tra phục vụ n

• Tác giả: Nguyễn Văn Phước
• Người hướng dẫn: TS. Lâm Minh Triết
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ và Kỹ thuật Môi trường
• Đề tài: Xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh học
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về Xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp

Xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp là một trong những vấn đề cấp bách của xã hội hiện đại. Theo sự phát triển kinh tế của đất nước, lượng nước thải ngày càng gia tăng đáng kể. Nếu không được xử lý triệt để, nước thải có khả năng gây ô nhiễm nghiêm trọng các nguồn tiếp nhận và tác động xấu đến chất lượng sống của con người. Do đó, việc xử lý nước thải không chỉ là quan tâm của giới chuyên môn mà còn thu hút sự chú ý của toàn xã hội. Giáo trình này cung cấp các kiến thức cơ bản về phương pháp sinh học trong xử lý nước thải, một giải pháp hiệu quả và kinh tế.

1.1. Khái niệm nước thải sinh hoạt và công nghiệp

Nước thải sinh hoạt bao gồm nước từ các hoạt động hàng ngày như rửa, nấu ăn, vệ sinh cá nhân. Nước thải công nghiệp xuất phát từ các quá trình sản xuất với thành phần phức tạp hơn. Cả hai loại nước thải đều chứa các chất hữu cơ, chất báo, dẫu mỡ và các cacbohydrat cần được xử lý để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

1.2. Tầm quan trọng của xử lý nước thải

Xử lý nước thải là yêu cầu bắt buộc để phòng chống ô nhiễm môi trường. Nước thải chưa xử lý làm giảm chất lượng nguồn nước, ảnh hưởng đến đời sống con người và hệ sinh thái. Việc áp dụng các công nghệ xử lý hiệu quả giúp giảm thiểu tác hại và tái sử dụng tài nguyên nước.

II. Các phương pháp xử lý nước thải

Có nhiều phương pháp xử lý nước thải khác nhau như phương pháp hóa lý, hóa học và nhiệt. Tuy nhiên, phương pháp sinh học được coi là thành công và phổ biến nhất nhờ công nghệ đơn giản, chi phí vận hành thấp và hiệu quả cao. Phương pháp này sử dụng các vi sinh vật trong bùn hoạt tính hoặc màng sinh học để phân hủy các chất hữu cơ. Xử lý sinh hóa cho phép xử lý nước thải chứa chủ yếu các chất hữu cơ dễ phân hủy như BOD, chất báo, dẫu mỡ động thực vật. Phương pháp này có thể hình thành dễ dàng và thích ứng với nhiều loại nước thải khác nhau.

2.1. Phương pháp sinh học trong xử lý nước thải

Phương pháp sinh học dựa trên hoạt động của các vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ. Các quá trình chính bao gồm xử lý kỳ khí và xử lý hiểu khí. Tác nhân chủ đạo là các vi khuận trong bùn hoạt tính có khả năng phân hủy hiệu quả các chất hữu cơ, làm giảm nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) và tạo ra bùn sinh học có thể tái sử dụng.

2.2. Ưu điểm của xử lý sinh học

Xử lý sinh học mang lại nhiều lợi ích: chi phí vận hành thấp, công nghệ đơn giản, dễ áp dụng, hiệu quả cao, có khả năng chịu sốc tải tốt, và tạo ra bùn có giá trị sử dụng. Phương pháp này thích hợp cho các nước thải chứa BOD cao và có thể kết hợp nhiều quá trình để nâng cao hiệu quả xử lý.

III. Các quá trình xử lý nước thải bậc cao

Giáo trình trình bày các quá trình xử lý nước thải bậc cao bao gồm khử nơ (Nitrogen) và phopho (Phosphorus) bằng vi sinh vật. Các quá trình sinh học lai ghép được phát triển để đạt hiệu quả xử lý cao, tải trọng cao nhưng chi phí thấp. Những công trình này có khả năng chịu sốc tải nhờ sự cộng sinh của các loài vi sinh vật khác nhau, tạo nên một hệ thống ổn định và bền vững. Các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và ứng dụng thực tế đã chứng minh hiệu quả của các phương pháp này trong xử lý các loại nước thải phức tạp.

3.1. Xử lý khử nơ và phopho

Khử nơ và phopho là bước quan trọng trong xử lý nước thải bậc cao. Các vi khuận oxy hóa amôni (AOB) và vi khuận oxy hóa nitrit (NOB) đóng vai trò chính trong quá trình này. Sử dụng các quá trình sinh học để loại bỏ các chất dinh dưỡng này giúp ngăn chặn tảo nước và bảo vệ các nguồn nước từ phú dưỡng hóa.

3.2. Quá trình sinh học lai ghép

Quá trình sinh học lai ghép kết hợp nhiều công nghệ xử lý trong cùng một thiết bị, đạt hiệu quả cao, chi phí thấp. Sự cộng sinh của các loài vi sinh vật giúp hệ thống ổn định, chịu được sốc tải. Những công trình này đã được triển khai thành công tại các khu công nghiệp và các công trình xử lý nước thải tập trung.

IV. Ứng dụng thực tế và triển khai công nghệ

Giáo trình này giới thiệu các công trình ứng dụng sinh học trong xử lý các loại nước thải điển hình đã được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm hoặc triển khai thành công trong thực tế. Các kết quả từ Khoa Môi trường, Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh và các quy trình công nghệ xử lý nước thải đang áp dụng tại các khu công nghiệp cung cấp những bài học quý báu. Tài liệu này không chỉ phục vụ cho sinh viên ngành công nghệ và kỹ thuật môi trường mà còn là tài liệu tham khảo quý giá cho các cán bộ kỹ thuật chuyên về thiết kế và vận hành hệ thống xử lý nước thải.

4.1. Các công trình thí điểm và ứng dụng thực tế

Các công trình thí điểm tại các trường đại học như Đại học Bách Khoa đã chứng minh hiệu quả của phương pháp sinh học trong xử lý nước thải. Những kết quả này được triển khai thành công tại các khu công nghiệp, giúp doanh nghiệp xử lý nước thải hiệu quả, tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường.

4.2. Đối tượng và ứng dụng của giáo trình

Giáo trình phục vụ cho các sinh viên ngành công nghệ môi trường, các bậc đào tạo từ Cao đẳng, Đại học đến Cao học. Đây cũng là tài liệu tham khảo hữu ích cho các cán bộ kỹ thuật và nhà thiết kế hệ thống xử lý, giúp họ áp dụng các công nghệ tiên tiến vào thực tế công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

NGUYEN VAN PHUGC GIAO TRINH XỬ LÝ NƯỚC THÁI SINH HOAT VA CONG NGHIỆP BANG PHUONG PHAP SINH HOC (Tái bản) INHA XUẤT BẢN XÂY DỰNG HÀ NỘI - 2010 LOI MO DAU Theo da phat trién kinh tế của đất nước, lượng nước thải sinh hoạt và công nghiệp ngày càng gia tăng. Nếu không được xử lý triệt để, nước thải có khả năng gây ô nhiễm nghiêm trọng các nguôn tiếp nhận và sẽ tác động xâu đến chất lượng sóng của con người; do đó. việc xử lý nước thải không chỉ được giới chuyên môn quan tâm mà còn lôi cuốn được sự chú ý của toàn xã hội. Có nhiều giải pháp khắc phục ô nhiễm do nước thải: 1) Ap dụng các công nghệ sản xuất mới không có hoặc có ít nước thải; 2) Triệt tiêu hoàn toàn h ° giảm thiểu nước thải sản xuất bằng cách thực hiện chương trình sản xuất sạch hơn; 3) Ap dung các hệ thống sử dụng nước tuần hoàn, quay vòng nước - tái sử dung trong quy trinh sản xuất; 4) Xi ly triét dé dong nie xa thai.

Có nhiều phương pháp xư lý nước thải khác nhau: phương pháp hóa lý, phương pháp hóa học, phương pháp nhiệt. nhưng thành công và phổ biến nhất là phương pháp xử lý hóa xinh, do công nghệ đơn giản và chỉ phí vận hành tháp nhờ địa vào tác nhân chủ đạo là các ví sinh vật trong bùn hoạt tính hoặc màng sinh học. có thê hình thành dễ dàng trong nước thải. Phương pháp sinh hóa cho phép xử lý nước thải chứa chủ yếu các chất hữu cơ dễ phân hủy xinh học (BOD).

chất báo, dẫu mỡ động thực vật và các cacbohydrat. Cúc tài liệu giảng dạy về áp dụng phương pháp sinh học trong xử lý nước thải ở nước ta cho đến nay con rất hiếm hoi. Đặc biệt là các kết quả nghiên cứu Irong phòng thí nghiệm. các trường hợp ứng dụng thực tế, các công trình khi các chất dinh duỡng và các quy trình công nghệ tiên tiến kết hợp nhiều quá trình sinh học trong cùng một thiết bị.

chưa được công bố rong rai. Tài liệu này nằm trong đề án "Đưa các nội dung bảo vệ môi trường vào hệ thông giáo dục quốc dân" của Bộ GD & ĐT, nhằm phục vụ cho các đối tượng gồm sinh viên ngành công nghệ và kỹ thuật môi trường, với các bậc đào tạo từ Cao đăng, Đại học cho đến Cao học. Ngoài ra, giáo trình này có thê là tài liệu tham khảo quý giá cho các cán bộ kỹ thuật chuyên về thiết kế và vận hành các hệ thống xử lý nước thải. Nội dung của giáo trình gồm bốn phân chính: 1) Giới thiệu cơ sơ khoa học của qua trình sinh học trong xử lý nước thai với tác nhân chính là các vì sinh vật và động học quá trình tăng Irương của chúng; 2) Giới thiệu các phương pháp sinh học được ứng dụng trong xư lý nước thải chứa các chát hữu cơ dê phân hủy sinh học như: quá trình kỳ khi.

qua trình hiểu khí trong các điều kiện tăng trưởng lơ lùng hoặc tăng trưởng bám dính và các hô sinh học: 3) Trình bày các quw trình xử lý nước thai bậc cao, khử nơ, phoipho bang vi sinh vật, các guy ình sinh học lai ghép có hiệu quả xử Ly cao, tai trọng cao, chỉ phí thấp và đông thời có khả năng chịu sốc tải nhờ sự cộng sinh của các loài vi sinh vật khác nhau; 4) Giới thiệu các công trình ứng dụng sinh học trong xử lý một số loại nước thải điển hình đã được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm hoặc triển khai thành công trong thực tế của khoa Môi trường, Đại học Bách Khoa. Đại học Quốc gia TP. Hô Chí Minh và các qiạyr trình công nghệ xử lý nước thải tập trung đang áp dụng tại các khu công nghiệp. Tập thể tác giả xin chân thành cám ơn Bộ Giáo dục và đào tạo đã tạo điều kiện thuận lợi cho công tác biên soạn, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các chuyên gia: ŒS.

Lâm Minh Triế, PGS Ngô KẾ Sương, PỚS. Nguyễn Đức Lượng, TS. Nguyễn Quốc Bình, TS. Bùi Xuân An, TS.

Nguyễn Phước Dân đã tham gia phản biện, đóng góp? nhiều ý kiến quý bảu giúp cho tài liệu được hoàn chỉnh hơn. Mặc dâu đã có nhiều có gắng, tuy nhiên giáo trình không thể tránh được các sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý của các chuyên gia, các dong nghiệp cũng như các độc giá để chứng tôi sẽ tiếp tục hoàn thiện trong các lan tai ban tiép theo. Cac tac gia DANH MUC CAC TU VIET TAT ADN Axit dezoxyribonucleic ADP Adenosine DiPhotphat AOB Ammonia Oxidation Bacteria Các vi khuân oxy hóa amôni ATP Adenosine TriPhotphat Aerotank Bể bùn hoạt tính hiểu khí BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cau oxy sinh hoa CBOD Carbonaceous Biochemical Oxygen Demand Nhu cau oxy sinh hoa dé phan huy chat hiru co (C) COD Chemical Oxygen Demand Nhu câu oxy hóa hóa học DO Dissolved Oxygen Oxy hòa tan DS Dissolved Solid Chât răn hòa tan FAO Food Argricultural Organization Tỏ chức lương thLÌc thé giới F/M Food/Microorganism ratio Ty 1é thtte an /vi sinh vat HRT Hydraulic Residence Time Thời gian lưu nước LDạo Liều lượng tối thiểu gây chết 50% động vật thí nghiệm MLR Mixed Liquor Recycled Hỗn hợp chất lỏng tuân hoàn MLSS Mixed Liquor Suspended Solids Cn lo lửng của hồn hợp bùn MLTSS Mixed Liquor Total Suspended Solids Tổng cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn MLVSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solids Các chất rắn lơ lửng đễ bay hơi của hỗn hợp bùn NBOD Nitrogenous Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa để phân hủy nitơ NOB Nitrogen Oxidation Bacteria Các ví khuân oxy hóa nitrit RAS Recycled Actived Solids Bùn hoạt tính tuần hoàn SRT Solid Retention Time Thời gian lưu bùn SS Suspended Solids Cac chat ran lo lung SVI Sludge Volume Index Chi so thé tich bun TKN Total Kjeldahl Nitrogen Nito xac dinh theo Kjeldahl TOC Total Organic Carbon Tông hàm lượng cacbon hữu cơ TS Total Solid Tông chất răn TSS Total Suspended Solid Tông chât răn lơ lừng VFA Volatile Fat Acids Axit béo dé bay hoi VSS Volatile Suspended Solid Cac chat ran lo ltrng dé bay hoi WHO World Health Organization Té chite Y té thé gidi Chuong I CÁC KHÁI NIỆM CO BAN VE NUOC VA NUOC THAI 1.

TONG QUAN VE NUOC VA NUOC THAI Nước là nguồn tai nguyên vô cùng quan trọng cho tat cả các sinh vật trên trái đất. Nếu không có nước thì chắc chắn không có sự sống xuất hiện, thiếu nước thì cả nền văn mỉnh hiện nay cũng không tồn tại được. Từ xưa, con người đã biết đến vai trò quan trọng của nước; các nhà khoa học cổ đại đã coi nước là thành phần cơ bản của vật chất và trong quá trình phát triển của xã hội loài người thì các nên văn minh lớn của nhân loại đều xuất hiện và phát triển trên lưu vực của các eon sông lớn như: nền van minh Lưỡng Hà ở Tây Á năm ở lưu vực hai con sông lớn là Tigre và Euphrate (thuộc Iraq hiện nay); nền văn minh Ai Cập ở hạ lưu | song Nil; nền văn minh sông Hằng ở Án Độ; nén van minh Hoang Ha ở Trung Quốc; nền văn minh sông Hồngở Việt Nam. Nước đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình diễn ra trong tựnhiên va trong cuộc sống của con người.

Từ 3000 năm trước Công nguyên, người Ai Cập đã biết dùng hệ thông tưới nước để trồng trọt và ngày nay con người đã khám phá thêm nhiều khả năng của nước đảm bảo cho sự phát triên của xã hội trong tương lai: nước là nguồn cung cấp thực phẩm và nguyên liệu công nghiệp đổi dào, nước rất quan trọng trong nông nghiệp. công nghiệp, trong sinh hoạt. thể thao, giải trí và cho rất nhiều hoạt động khác của con người. Ngoài ra nước còn được coi là một khoáng sản đặc biệt vì nó tàng trữ một nguồn năng lượng lớn và hòa tan nhiều vật chất có thể khai thác phục vụ cho nhu cầu nhiều mặt của con người.

Trong công nghiệp, người ta sử dụng nước làm nguyên liệu và nguồn năng lượng. làm dung môi, làm chất tải nhiệt và dùng để vận chuyên nguyên vật liệu. Nước bao phủ 71% diện tích của quá đất, trong đó có 97% là nước mặn, còn lại là nước ngọt. Nước giữ cho khí hậu tương đối ôn định và pha loãng các yếu tố gây ô nhiễm môi trường, nó còn là thành phan cầu tạo chính yếu trong cơ thê sinh vật, chiếm từ 50% - 97% trọng lượng của cơ thể, chăng hạn như ở người nước chiếm 70% trọng lượng co thé va ở Sứa biển nước chiếm tới 97%.

Trong 3% lượng nước ngọt có trên quả đất thì có khoảng hơn 3/4 lượng nước mà con người không sử dụng được vì nó nằm quá sâu trong lòng đất, bị đóng băng, ở dạng hơi trong khí quyền và ở dạng tuyết trên lục địa.5% nước ngọt hiện diện trong sông, suối, ao, hồ mà con người đã và đang sử dụng. Tuy nhiên, nếu ta trừ phần nước bị ô nhiễm ra thì chỉ có khoảng 0,003% là nước ngọt sạch mà con người có thẻ sử dụng được. [20] Theo sự tính toán thì khối lượng nước ở trạng thái tự do phủ lên trên trái đất khoảng 1,4 ti km’; nhưng so với trữ lượng nước ở lớp vỏ giữa của quả đất (khoảng 200 ti km”) thì chăng đáng kê vì nó chỉ chiêm không đên 1%. Nước ngọt Hơi nước (0.7% Nước mặt (10%) Nước ngầm (13%) Nước mặn (97%) Ea lăng (76,3%) Téng lvong nude 1.450km? Nước ngọt 34.258km" Hơi nước trong đất Hơi nước trong khí quyển (6,5%) (349% Nước sông suối (0,6%) BE Hồ nước ngọi (58,1%) Nước mận và hơi nước 215.

1: lệ giữa các loại nước trên thế giới (Liêm, 199) Nước trong tự nhiên được tuần hoàn theo chu trình sau: Nước tron; Nước trong khí quyển băng & tuyệt | Sự thoát hơi nước. po Lắng đọng t Ngưng tụ Dòng chảy mặt Nước tan từ băng tuyết chảy thành dòng Bốc hơi Thắm vào đát Nước đái dương Hồ chứa nước 4 Dòng chảy từ: nước ngầm —. Chu trình tuần hoàn nước toàn cầu hàng năm Theo chu trinh tuần hoàn, nước ngọt được chu chuyền qua quá trình bốc hơi và mưa (thường là ngắn theo hàng năm): lượng bốc hơi hang nam khoang 500.000 km? (trong do 430.000 km” nước bốc hơi từ đại dương và 70.000 km” được bốc hơi từ đất liền) cân bằng với lượng mưa hàng năm (mưa trên biển là 390.000 km? va mua trên đất liền là 110. Như vậy, với chu trình này, lượng nước được bảo toàn, nhưng nước biến từ dạng lỏng sang hơi và ran, hoặc từ nơi này sang nơi khác ở các thủy vực: biển và đại dương, nước mặt (sông, suối, ao, hd) va nước ngầm.