MỞ ĐẦU Nước khởi nguồn cho mọi sự sống, nước là một trong hai nhu cầu không thể thiếu với bất kì loài sinh vật nào kể cả con người. Chất lượng môi trường nước ảnh hưởng trực tiếp lên sức khỏe cũng như sự sống của các loài. Hiện nay nhu cầu sống đó đang dần bị đe dọa nghiêm trọng. Bên cạnh lượng nước bi thâm hụt do sử dụng nước bừa bãi và không đúng mục đích là chất lượng nước đang suy giảm trầm trọng, mà nguyên nhân chính là do ý thức của chính mỗi con người chúng ta.
Hằng ngày một lượng lớn nước thải được xả trực tiếp hoặc gián tiếp ra ngoài môi trường mà chưa qua xử lý gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước. Hậu quả trước tiên là gây mất cân bằng sinh thái, một số loài sinh vật bị tuyệt chủng do không thích nghi với nguồn nước bị ô nhiễm. Tiếp đến là ảnh hưởng đến con người chúng ta. Nước bị ô nhiễm gây các bệnh: da liễu, đường ruột… và hơn nữa là các bệnh mà thế giới cũng chưa có phương thức cứu chữa như: ung thư… Chính vì vậy mà chúng ra cần xử lý nước thải ngay tại nguồn để giảm thiểu những tác hại của nước thải đến môi trường.
Để triển khai ngoài thực tế cần có những mô hình, tính toán tại phòng thí nghiệm. Tại trường Đại học Dân lập Hải Phòng chưa có mô hình bể chứa nước thải chứa hàm lượng hữu cơ cao. Việc thực hiện đề tài: “Tính toán hệ thống xử lý nước thải chứa hàm lượng hữu cơ cao quy mô phòng thí nghiệm “. Có vai trò làm mô hình nghiên cứu cho các công trình ngoài thực tế cũng như phục vụ cho công tác nghiên cứu và giảng dạy của giảng viên và sinh viên tại trường Đại học Dân lập Hải Phòng Nguyễn Thị Phương Lan 1 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI.
Tổng quan về nƣớc thải 1. Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và đã bị thay đổi tính chất ban đầu của chúng.[3] Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra chúng. Đó cũng là cơ sở cho việc lựa chọn các biện pháp hoặc công nghệ xử lý. Theo cách phân loại này, có các loại nước thải dưới đây: Nước thải sinh hoạt: là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác.
Nước thải công nghiệp: là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động, có cả nước thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu. Nước thấm qua: đây là nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều cách khác nhau qua các khớp nối, các ống khuyết tật hoặc thành của hố ga hay hố người. Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem như nước thải tự nhiên. Ở những thành phố hiện đại nước thải tự nhiên được thu gom theo một hệ thống thoát riêng.
Nước thải đô thị: là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát của một thành phố. Đó là hỗn hợp của các loại nước thải kể trên. Theo quan điểm quản lý môi trường, các nguồn gây ô nhiễm nước còn được phân thành hai loại: nguồn xác định và nguồn không xác định. Nguồn xác định bao gồm nước thải đô thị và nước thải công nghiệp, các cửa cống xả nước mưa và tất cả các thải vào nguồn tiếp nhận nước có tổ chức qua hệ thống cống và kênh thải.
Nguồn không xác định bao gồm nước chảy trôi trên bề mặt đất, nước mưa và các nguồn phân tán khác. Nguyễn Thị Phương Lan 2 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng Sự phân loại này rất có ích khi đề cập đến các vấn đề điều chỉnh kiểm soát ô nhiễm. Một số thông số đánh giá chất lƣợng nƣớc thải Để đánh giá chất lượng môi trường nước người ta phải căn cứ vào một số chỉ tiêu như chỉ tiêu vật lý, hóa học, sinh học. Qua các thông số trong nước sẽ cho phép ta đánh giá được mức độ ô nhiễm hoặc hiệu quả của phương pháp xử lý.1 Các chỉ tiêu vật lý.
a) Nhiệt độ [1] Nhiệt độ của nước tự nhiên phụ thuộc vào điều kiện khí hậu thời tiết hay môi trường của khu vực. Nhiệt độ nước thải công nghiệp đặc biệt là nước thải của nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện nhân thường cao hơn từ 10 – 25oC so với nước thường. Nước nóng có thể gây ô nhiễm hoặc có lợi tùy theo mùa và vị trí địa lý. Vùng có khí hậu ôn đới nước nóng có tác dụng xúc tiến sự phát triển của vi sinh vật và các quá trình phân hủy.
Nhưng ở những vùng nhiệt đới nhiệt độ cao của nước sông hồ sẽ làm thay đổi quá trình sinh, hóa, lý học bình thường của hệ sinh thái nước, làm giảm lượng ôxy hòa tan vào nước và tăng nhu cầu ôxy của cá lên 2 lần. Một số loài sinh vật không chịu được nhiệt độ cao sẽ chết hoặc di chuyển đi nơi khác, nhưng có một số loài khác lại phát triển mạnh ở nhiệt độ thích hợp. b) Màu sắc[3] Nước có thể có màu, đặc biệt nước thải thường có màu nâu đen hoặc đỏ nâu. - Các chất hữu cơ trong xác động, thực vật phân rã tạo thành.
- Nước có sắt và mangan ở dạng keo hoặc hòa tan. - Nước có chất thải công nghiệp (crom, tanin, lignin). Màu của nước thường được phân thành hai dạng; màu thực do các chất hòa tan hoặc dạng hạt keo; màu biểu kiến là màu của các chất lơ lửng trong nước tạo nên. Trong thực tế người ta xác định màu thực của nước, nghĩa là sau khi lọc bỏ các chất không tan.
Có nhiều phương pháp xác định màu của nước, nhưng Nguyễn Thị Phương Lan 3 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng thường dùng ở đây là phương pháp so màu với các dung dịch chuẩn là clorophantinat coban.[3] Độ đục của nước do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân hủy hoặc do giới thủy sinh gây ra. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, ảnh hưởng khả năng quang hợp của các sinh vật tự dưỡng trong nước, gây giảm thẩm mỹ và lảm giảm chất lượng của nước khi sử dụng. Vi sinh vật có thể bị hấp phụ bởi các hạt rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn. Đơn vị chuẩn của độ đục là sự cản quang do 1mg SiO2 hòa tan trong 1 l nước cất gây ra.
Đơn vị đo độ đục: 1 đơn vị độ đục = 1 mg SiO2 /lít nước. Độ đục càng cao nước nhiễm bẩn càng lớn. Nước sạch là nước không mùi vị. Khi bắt đầu có mùi thì đó là biểu hiện của hiện tượng ô nhiễm.
Trong nước thải mùi rất đa dạng tùy thuộc vào lượng và đặc điểm của chất gây ô nhiễm. Một số khí sau sinh ra từ quá trình phân hủy sinh học trong nước thải có chứa chất ô nhiễm như: H 2 S (mùi trứng thối), NH 3 (mùi khai) … 1. Các chỉ tiêu hóa học và sinh học. Giá trị pH của nước thải có ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý.
Giá trị pH cho phép ta lựa chọn phương pháp thích hợp, hoặc điều chỉnh lượng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý nước. Các công trình xử lý nước bằng phương pháp sinh học thường hoạt động ở pH từ 6,5 – 9,0. Môi trường tối ưu nhất để vi khuẩn phát triển thường là 7 – 8. Các nhóm vi khuẩn khác nhau có giới hạn pH khác nhau.
Ví dụ vi khuẩn nitrit phát triển thuận lợi nhất với pH từ 4,8 – 8,8, còn vi khẩn nitrat với pH từ 6,5 – 9,3. b) Chỉ số DO (Disolved Oxygen).[3] DO là lượng oxi hòa tan để duy trì sự sống cho các sinh vật dưới nước. Bình thường oxi hòa tan trong nước khoảng 8 – 10 mg/l, chiếm 70 – 80 % khi oxi bão hòa. Mức oxi hòa tan trong nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào Nguyễn Thị Phương Lan 4 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, các hoạt động của thế giới thủy sinh, các hoạt động hóa sinh, hóa học và vật lý của nước.
Trong môi trường nước bị ô nhiễm nặng, oxi được dùng nhiều cho các quá trình hóa sinh và xuất hiện hiện tượng thiếu oxi trầm trọng. Phân tích chỉ số oxi hòa tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá sự ô nhiễm của nước và giúp ta đề ra các biện pháp xử lý thích hợp. c) Chỉ số BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa - Biochemical Oxygen Denand). Nhu cầu oxy sinh hóa hay là nhu cầu oxy sinh học thường viết tắt là BOD, là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước bằng vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí.
Quá trình này được gọi là quá trình oxy hóa sinh học. Quá trình này được tóm tắt như sau: Chất hữu cơ + O 2 vikhuân CO 2 + H 2 O + tế bào mới + sản phẩm cố định. Quá trình này đòi hỏi thời gian dài ngày, vì phải phụ thuộc vào bản chất của chất hữu cơ, vào các chủng loại vi sinh vật, nhiệt độ nguồn nước. Bình thường 70% nhu cầu oxy được sử dụng trong 5 ngày đầu, 20% trong 5 ngày tiếp theo, 99% ở ngày thứ 20 và 100% ở ngày thứ 21.
d) Chỉ số COD (Nhu cầu oxy hóa học – Chemical oxygen Demand) Chỉ số COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ trong nước thành CO2 và H 2 O bởi một tác nhân oxi hóa mạnh. COD biểu thị lượng chất hữu cơ có thể oxy hóa bằng con đường hóa học. Chỉ số COD có giá trị cao hơn BOD vì nó bao gồm cả lượng chất hữu cơ không bị oxy hóa bằng vi sinh vật. Có thể xác định hàm lượng COD bằng phương pháp trắc quang với lượng dư dung dịch K 2 Cr2 O7 là chất oxy hóa mạnh để oxy hóa các chất hữu cơ trong môi trường axit với xúc tác là Ag 2 SO4.
Cr2 O72 + 14 H + 6e → 2 Cr 3 + 7 H 2 O + CO2 Hoặc: O2 + 4 H + 4e → 2 H 2 O Nguyễn Thị Phương Lan 5 Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHDL Hải Phòng Hoặc có thể xác định hàm lượng COD bằng phương pháp chuẩn độ. Theo phương pháp này lượng Cr2 O72 dư được chuẩn bằng dung dịch Feroin. Điểm tương đồng được xác định khi dung dịch chuyển từ xanh sang nâu đỏ. 6 Fe 2 + Cr2 O72 + 14 H → 6 Fe 3 + 2 Cr 3 + 7 H 2 O e.