1

1

Mục lụcA. Thành phần nước thải …………………………………………………3

B. Các chất ô nhiễm trong nước thải1) Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD)……………………………………..82) Nhu cầu oxi hóa học (COD)……………………………………..93) pH của dung dịch ……………………………………………….9

4) Các loại muối …………………………………………………..105) Chất rắn trong nước thải…………………………………………10

6) Các kim loại độc và hợp chất hữu cơ độc trong nước thải……..12

7) Sự tiêu thụ oxi…………………………………………………...128) Nhiệt …………………………………………………………….139) Màu ……………………………………………………………...1410) Các chất tạo bọt………………………………………………….1411) Các chất gây trở ngại…………………………………………….1412) Vi khuẩn và VSV khác trong nước thải…………………………15

C. Ước lượng tải lượng ô nhiễm của nước thải1. Tải lượng các chất gây ô nhiễm …………………………………212. Nồng độ các chất gây ô nhiễm ………………………………….223. Dân số tương đương ……………………………………………..23

D. Các yếu tố cần thiết để lựa chon thông số xử lý………………………..23E. Sơ đồ quy trình xử lý……………………………………………………25

F. Các phương pháp xử lýI. Song chắn rác……………………………………………………..28

1. Chức năng và cấu tạo…………………………………………282. Mở rộng kênh nơi đặt song chắn……………………………...293. Kích thước song chắn…………………………………………29

II. Bể lắng cát………………………………………………………..311. Chức năng và vị trí……………………………………………312. Các công thức tính…………………………………………….343. Bể lắng cát có sục khí..………………………………………..384. Bể lắng cát đứng có dòng chảy xoáy………………………… 38

III. Bể điều lưu……………………………………………………….381. Thành phần nước thải sinh hoạt và sự biến động………………382. Các loại nước thải khác…………………………………………403. Các bước tiến hành……………………………………………...40

IV. Lưu lượng kế……………………………………………………….44V. Khuấy trộn………………………………………………………… .44VI. Bể lắng sơ cấp………………………………………………………48

1. Ảnh hưởng của nhiệt độ………………………………………….502. Ảnh hưởng của cặn lắng…………………………………………51

VII. Bể lọc bằng các hạt lọc…………………………………………….51

VIII. Bể tuyển nổi……………………………………………………….54IX. Bể lọc sinh học nhỏ giọt…………………………………………… 55

Phương pháp hấp phụ………………………………….............59X. Keo tụ và tạo bông…………………………………………………...60XI. Sơ lược về quá trình xử lý nước bằng VSV………………………... 61

1. Quá trình hiếu khí, tùy nghi……………………………………..612. Quá trình yếm khí……………………………………………….64

Quá trình hiếu khí, yếm khí……………………………...68 Các thiết bị xử lý hiếu khí………………………………..69 Bể bùn hoạt tính………………………………………….70 Đĩa tiếp xúc sinh học……………………………………..79

XII. Phương pháp kết tủa………………………………………………..82XIII. Phương pháp quang xúc tác……………………………………….87XIV. Phương pháp oxi hóa ……………………………………………..89XV. Quá trình nitrat, nitric hóa………………………………………….92

1. Quá trình nitrát…………………………………………………..922. Quá trình khử nitrát……………………………………………..93

XVI. Phương pháp khử trùng…...……………………………………….93G. Tái sử dụng…………………………………………………………...98

1. Sản xuất nông nghiệp……………………………………………982. Sản xuất biogas…………………………………………………..983. Sản xuất thủy sản………………………………………………..994. Tái sử dụng gián tiếp…………………………………………….99

H. Quản lý nguồn nước………………………………………………….99QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỰ NHIÊN……………………....105

I. Quá trình tự làm sạch nguồn nước…..………………………..105

1. Quá trình tự làm sạch nguồn nước…………………………...1052. Quá trình xáo trộn nước thải…………………………………106

II. Quá trình xử lý nước thải bằng thủy sinh vật………………….106

1. Xử lý bằng tảo………………………………………………...1062. Quy trình thiết kế……………………………………………..1083. Xử lý bằng các sinh vật có kích thước lớn……………………1094. Các loài sinh vật chính………………………………………..109

III. Cánh đồng chảy tràn….………………………………………..112

IV. Cánh đồng lọc…………………………………………………..115

1. Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc……….…………………115 Cánh đồng lọc chậm……………………………………117 Cánh đồng lọc nhanh…………………………………...120

2

2

A. THÀNH PHẦN NƯỚC THẢI

Trên bunh diện toàn cầu, nước là một tài nguyên vô cùng phong phú nhưng nước chỉ hữu dụng với con người khi nó ở đúng nơi, đúng chỗ, đúng dạng và đạt chất lượng theo yêu cầu. Hơn 99% trữ lượng nước trên thế giới nằm ở dạng không hữu dụng đối với đa số các mục đích của con người do độ mặn (nước biển), địa điểm, dạng (băng hà).

Phân bố và dạng của nước trên Trái đất

Địa điểm Diện tích (km2) Tổng thể tích nước (km3)

% tổng lượng nước

Các đại dương và biển (nước mặn) 361.000.000 1.230.000.000 97.2000

Khí quyển (hơi nước)510.000.000 12.700 0,0010

Sông, rạch------- 1.200 0,0001

Nước ngầm (đến độ sâu 0,8 km) 130.000.000 4.000.000 0,3100

Hồ nước ngọt855.000 123.000 0,0090

Tảng băng và băng hà28.200.000 28.600.000 2.1500

Nguồn: US Geological Survey

Con người khai thác các nguồn nước tự nhiên để cung cấp nước cho các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất. Sau khi sử dụng nước bị nhiễm bẩn do chứa nhiều vi trùng và các chất thải khác. Nếu không được xử lư trước khi thải vào các nguồn nước công cộng, chúng sẽ làm ô nhiễm môi trường. Vu vậy nước thải trước khi thải vào sông, hồ (nguồn nước) cần phải được xử lư thích đáng. Mức độ xử lư phụ thuộc vào nồng độ bẩn của nước thải; khả năng pha loăng giữa nước thải với nước nguồn và các yêu cầu về mặt vệ sinh, khả năng "tự làm sạch của nguồn nước".

3

3

Theo các qui định về bảo vệ môi trường của Việt Nam, ô nhiễm nước là việc đưa vào các nguồn nước các tác nhân lư, hóa, sinh học và nhiệt không đặc trưng về thành phần hoặc hàm lượng đối với môi trường ban đầu đến mức có khả năng gây ảnh hưởng xấu đến sự phát triển bunh thường của một loại sinh vật nào đó hoặc thay đổi tính chất trong lành của môi trường ban đầu.

Theo một định nghĩa khác "Ô nhiễm nước mặt diễn ra khi đưa quá nhiều các tạp chất, các chất không mong đợi, các tác nhân gây nguy hại vào các nguồn nước, vượt khỏi khả năng tự làm sạch của các nguồn nước này"

Để thiết kế các công trnh xử lư nước thải, trước tiên chúng ta phải biết đặc điểm, thành phần của các chất gây ô nhiễm.

Các đặc điểm lý học, hóa học và sinh học của nước thải và nguồn sinh ra nó

4

4

Đặc điểm Nguồn

Lý học  

Màu Nước thải sinh hoạt hay công nghiệp, thường do sự phân hủy của các chất thải hữu cơ.

Mùi Nước thải công nghiệp, sự phân hủy của nước thải

Chất rắn Nước cấp, nước thải sinh hoạt và công nghiệp, xói mòn đất.

Nhiệt Nước thải sinh hoạt, công nghiệp

Hóa học  

Carbohydrate Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Dầu, mỡ Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Thuốc trừ sâu Nước thải nông nghiệp

Phenols Nước thải công nghiệp

Protein Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Chất hữu cơ bay hơi

Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Các chất nguy hiểm

Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Các chất khác Do sự phân hủy của các chất hữu cơ trong nước thải trong tự nhiên

Tính kiềm Chất thải sinh hoạt, nước cấp, nước ngầm

Chlorides Nước cấp, nước ngầm

Kim loại nặng Nước thải công nghiệp

Nitrogen Nước thải sinh hoạt, công nghiệp

pH Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Phosphorus Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp; rửa trôi

5

5

Sulfur Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp; nước cấp

Hydrogen sulfide

Sự phân hủy của nước thải sinh hoạt

Methane Sự phân hủy của nước thải sinh hoạt

Oxygen Nước cấp, sự trao đổi qua bề mặt tiếp xúc không khí - nước

Sinh học  

Động vật Các dạng chảy hở và hệ thống xử lý

Thực vật Các dạng chảy hở và hệ thống xử lý

Eubacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý

Archaebacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý

Viruses Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

  Các chất ô nhiễm quan trọng cần chú ý đến trong quá trnh xử lý nước thải

Chất gây ô nhiễm Nguyên nhân được xem là quan trọng

Các chất rắn lơ lửng Tạo nên bùn lắng và môi trường yếm khí khi nước thải chưa xử lý được thải vào môi trường. Biểu thị bằng đơn vị mg/L.

Các chất hữu cơ có thể phân hủy bằng con đường sinh học

Bao gồm chủ yếu là carbohydrate, protein và chất béo. Thường được đo bằng chỉ tiêu BOD và COD. Nếu thải thẳng vào nguồn nước, quá trnh phân hủy sinh học sẽ làm suy kiệt oxy hòa tan của nguồn nước.

Các mầm bệnh Các bệnh truyền nhiễm có thể lây nhiễm từ các vi sinh vật gây bệnh trong nước thải. Thông số quản lư là MPN (Most Probable Number).

Các dưỡng chất N và P cần thiết cho sự phát triển của các sinh vật. Khi được thải vào nguồn nước nó có thể làm gia tăng sự phát triển của các loài không mong đợi. Khi thải ra với số lượng lớn trên mặt đất nó có thể gây ô nhiễm nước ngầm.

Các chất ô nhiễm nguy hại

Các hợp chất hữu cơ hay vô cơ có khả năng gây ung thư, biến dị, thai dị dạng hoặc gây độc cấp tính.

6

6

Các chất hữu cơ khó phân hủy

Không thể xử lý được bằng các biện pháp thông thường. Ví dụ các nông dược, phenols...

Kim loại nặng Có trong nước thải thương mại và công nghiệp và cần loại bỏ khi tái sử dụng nước thải. Một số ion kim loại ức chế các quá trnh xử lý sinh học

Chất vô cơ ha tan Hạn chế việc sử dụng nước cho các mục đích nông, công nghiệp

Nhiệt năng Làm giảm khả năng băo hòa oxy trong nước và thúc đẩy sự phát triển của thủy sinh vật

Ion hydrogen Có khả năng gây nguy hại cho TSV

Nguồn: Wastewater Engineering: Treatment, Diposal, Reuse, 1989

Low-maintenance Mechanically Simple Wastewater Treatment systems, 1980

Ở các thành phố có nhiều nhà máy, khu công nghiệp, nước thải công nghiệp ảnh hưởng rất lớn đến thành phần nước thải chung của thành phố, thị trấn và nó chứa nhiều các chất gây ô nhiễm ở nồng độ cao và tùy theo từng nhà máy thành phần chất gây ô nhiễm rất phức tạp. Do đó để giảm thiểu chi phí cho việc quản lý và xử lý, mỗi nhà máy cần phải có các hệ thống xử lý riêng để nước thải thải vào các nguồn nước công cộng phải đạt đến một tiêu chuẩn cho phép nào đó.

Các loại chất thải và các nguồn thải chính

Loại chất thải Từ cống rănh, kênh thoát nước Từ các nguồn chảy tràn

 Nước thải sinh hoạt Nước thải công

nghiệpChảy tràn từ khu sx

nông nghiệpChảy tràn ở khu vực

thành thị

Các chất thải cần oxy để phân hủy ´ ´ ´ ´

Dưỡng chất´ ´ ´ ´

Các mầm bệnh´ ´ ´ ´

Chất rắn lơ lửng/cặn lắng ´ ´ ´ ´

Muối  ´ ´ ´

7

7

Kim loại độc  ´

 ´

Chất hữu cơ độc  ´ ´

 

Nhiệt  ´

   

B. CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI

1.Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD)

Nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ trong một khoảng thời gian xác định và được ký hiệu bằng BOD được tính bằng mg/L. Chỉ tiêu BOD phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ của nước thải. BOD càng lớn thì nước thải (hoặc nước nguồn) bị ô nhiễm càng cao và ngược lại.

Thời gian cần thiết để các vi sinh vật oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ có thể kéo dài đến vài chục ngày tùy thuộc vào tính chất của nước thải, nhiệt độ và khả năng phân hủy các chất hữu cơ của hệ vi sinh vật trong nước thải. Để chuẩn hóa các số liệu người ta thường báo cáo kết quả dưới dạng BOD5 (BOD trong 5 ngày ở 20oC). Mức độ oxy hóa các chất hữu cơ không đều theo thời gian. Thời gian đầu, quá trình oxy hóa xảy ra với cường độ mạnh hơn và sau đó giảm dần.

Ví dụ: đối với nước thải sinh hoạt và nước thải của một số ngành công nghiệp có thành phần gần giống với nước thải sinh hoạt thì lượng oxy tiêu hao để oxy hóa các chất hữu cơ trong vài ngày đầu chiếm 21%, qua 5 ngày đêm chiếm 87% và qua 20 ngày đêm chiếm 99%. Để kiểm tra khả năng làm việc của các công trình xử lý nước thải người ta thường dùng chỉ tiêu BOD5. Khi biết BOD5 có thể tính gần đúng BOD20 bằng cách chia cho hệ số biến đổi 0,68.

BOD20 = BOD5 : 0,68

Hoặc tính BOD cuối cùng khi biết BOD ở một thời điểm nào đó người ta có thể dùng công thức:

BODt = Lo (1 - e-kt)

hay BODt = Lo (1 - 10-Kt)

trong đó

BODt: BOD tại thời điểm t (3 ngày, 5 ngày...)

8

8

Lo: BOD cuối cùngk: tốc độ phản ứng (d-1) tính theo hệ số eK: tốc độ phản ứng (d-1) tính theo hệ số 10, k = 2,303(K)

Giá trị K và k tiêu biểu cho một số loại nước thải

Loại nước thải K (20oC) (day-1) k (20oC) (day-1)

Nước thải thô

0,15 ¸ 0,30 0,35 ¸ 0,70

Nước thải đã được xử lý tốt

0,05 ¸ 0,10 0,12 ¸ 0,23

Nước sông bị ô nhiễm

0,05 ¸ 0,10 0,12 ¸ 0,23

  Để tính giá trị k ở nhiệt độ T ta có công thức

Giải:

Xác định BOD cuối cùng

BODt = Lo (1 - e-kt)

200 mg/L = Lo (1 - e-0,23 5)

Lo = 293 mg/L

Xác định BOD ngày thứ nhất

BODt = Lo (1 - e-kt)

BODt = 60 mg/L

2. Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand, COD)

Chỉ tiêu BOD không phản ánh đầy đủ về lượng tổng các chất hữu cơ trong nước thải, vì chưa tính đến các chất hữu cơ không bị oxy hóa bằng phương pháp sinh hóa và cũng chưa tính đến một phần chất hữu cơ tiêu hao để tạo nên tế bào vi khuẩn mới. Do đó để đánh giá một cách đầy đủ lượng oxy cần thiết để oxy hóa tất cả các chất hữu cơ trong nước thải người ta sử dụng chỉ tiêu nhu

9

9

cầu oxy hóa học. Để xác định chỉ tiêu này, người ta thường dùng potassium dichromate (K2Cr2O7) để oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ, sau đó dùng phương pháp phân tích định lượng và công thức để xác định hàm lượng COD.

Khi thiết kế các công trình xử lý nước thải công nghiệp hoặc hỗn hợp nước thải sinh hoạt và công nghiệp cần thiết phải xác định BOD và COD.

3. pH của nước thải

pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý. Các công trình xử lý nước thải áp dụng các quá trình sinh học làm việc tốt khi pH nằm trong giới hạn từ 7 7,6. Như chúng ta đã biết môi trường thuận lợi nhất để vi khuẩn phát triển là môi trường có pH từ 7 8. Các nhóm vi khuẩn khác nhau có giới hạn pH hoạt động khác nhau. Ví dụ vi khuẩn nitrit phát triển thuận lợi nhất với pH từ 4,8 8,8, còn vi khuẩn nitrat với pH từ 6,5 9,3. Vi khuẩn lưu huỳnh có thể tồn tại trong môi trường có pH từ 1 4. Ngoài ra pH còn ảnh hưởng đến quá trình tạo bông cặn của các bể lắng bằng cách tạo bông cặn bằng phèn nhôm.

Nước thải sinh hoạt có pH = 7,2 7,6. Nước thải công nghiệp có pH rất khác nhau phụ thuộc từng loại công nghiệp.

Các xí nghiệp sản xuất có thể thải ra nước thải có tính acid hoặc kiềm rất cao chẳng những làm cho nguồn nước không còn hữu dụng đối với các hoạt động giải trí như bơi lội, chèo thuyền mà còn làm ảnh hưởng đến hệ thủy sinh vật. Nồng độ acid sulfuric cao làm ảnh hưởng đến mắt của những người bơi lội ở nguồn nước này, ăn mòn thân tàu thuyền, hư hại lưới đánh cá nhanh hơn. Nguồn nước lân cận một số xí nghiệp có thể có pH thấp đến 2 hoặc cao đến 11; trong khi cá chỉ có thể tồn tại trong môi trường có 4,5 < pH < 9,5. Hàm lượng NaOH cao thường phát hiện trong nước thải ở các xí nghiệp sản xuất bột giặt, thuộc da, nhuộm vải sợi... NaOH ở nồng độ 25 ppm đã có thể làm chết cá

4. Các loại muối

Nhiều loại xí nghiệp có nước thải chứa hàm lượng muối khá cao; ngoài ra ở các nước ôn đới người ta còn dùng muối để rãi lên mặt đường vào mùa đông và muối bị rửa trôi vào hệ thống cống rãnh. Hàm lượng muối cao sẽ làm cho nguồn nước không còn hữu dụng cho mục đích cấp nước hay tưới tiêu, làm hoa màu bị thiệt hại và đất bị ô nhiễm.

Các loại muối khóang Ca, Mg còn làm cho nguồn nước bị "cứng", đóng cặn trong các đường ống gây thất thoát áp lực trên đường ống. Nước cứng làm ảnh hưởng đến việc nhuộm vải sợi, sản xuất bia và chất lượng của các sản phẩm đóng hộp. Nước cứng còn gây đóng vẩy trong các đường ống của lò hơi làm giảm khả năng truyền nhiệt. Magnesium sulfate gây xổ nhẹ ở người, ion chloride làm tăng độ dẫn điện của giấy cách điện, ion sắt gây các vết bẩn trên vải sợi và giấy, carbonat tạo vẩy cứng đóng trên đậu Hà Lan trong quá trình chế biến và đóng hộp chúng.

Các loại muối có chứa Nitrogen và phosphorus làm cho tảo phát triển nhanh gây hiện tượng tảo nở hoa, làm ảnh hưởng đến hệ thủy sinh vật và mất mỹ quan.

  5. Chất rắn trong nước thải

10

10

Chất rắn trong nước thải bao gồm các chất rắn lơ lửng, chất rắn có khả năng lắng, các hạt keo và chất rắn hòa tan. Tổng các chất rắn (Total solid, TS) trong nước thải là phần còn lại sau khi đã cho nước thải bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ từ 103 105oC. Các chất bay hơi ở nhiệt độ này không được coi là chất rắn. Tổng các chất rắn được biểu thị bằng đơn vị mg/L.

Tổng các chất rắn có thể chia ra làm hai thành phần: chất rắn lơ lửng (có thể lọc được) và chất rắn hòa tan (không lọc được).

Chất rắn lơ lửng là các hạt nhỏ (hữu cơ hoặc vô cơ) trong nước thải. Khi vận tốc của dòng chảy bị giảm xuống (do nó chảy vào các hồ chứa lớn) phần lớn các chất rắn lơ lửng sẽ bị lắng xuống đáy hồ; những hạt không lắng được sẽ tạo thành độ đục (turbidity) của nước. Các chất lơ lửng hữu cơ sẽ tiêu thụ oxy để phân hủy làm giảm DO của nguồn nước. Các cặn lắng sẽ làm đầy các bể chứa làm giảm thể tích hữu dụng của các bể này.

Để xác định hàm lượng các chất rắn lơ lửng phải tiến hành phân tích chúng bằng cách lọc qua giấy lọc bằng sợ thủy tinh Whatmann 934AH và 948H (Whatmann GF/C) có kích thước các lổ khoảng 1,2 micrometter (μm) hoặc của Đức loại A/E. Lưu ý là các giấy lọc cấu tạo bằng Polycarbonate cũng có thể sử dụng được, tuy nhiên các số liệu có thể chênh lệch do cấu trúc của các loại giấy này khác nhau. Các chất rắn lơ lửng bị giữ lại ở giấy lọc. Đem giấy lọc này sấy khô tuyệt đối ở nhiệt độ 105oC. Hàm lượng chất rắn lơ lửng sẽ được tính bằng công thức:

trong đó

TSS: tổng các chất rắn lơ lửng (mg/L)A: trọng lượng của giấy lọc và các chất rắn lơ lửng sau khi sấy khô tuyệt đối (mg)B: trọng lượng ban đầu của giấy lọc (mg)V: thể tích mẫu nước thải qua lọc (L)

Hàm lượng chất rắn lơ lửng phụ thuộc chủ yếu vào lượng nước sử dụng hàng ngày của một người. Lượng nước tiêu thụ càng lớn thì hàm lượng các chất rắn lơ lửng nói riêng và các chất gây ô nhiễm nói chung càng nhỏ và ngược lại. Tùy theo kích thước hạt, trọng lượng riêng của chúng, tốc độ dòng chảy và các tác nhân hóa học mà các chất lơ lửng có thể lắng xuống đáy, nổi lên mặt nước hoặc ở trạng thái lơ lửng.

Để xác định hàm lượng các chất rắn có khả năng lắng (settable solid) ngưới ta dùng một dụng cụ thủy tinh gọi là nón Imhoff có chia vạch thể tích. Cho 1 lít nước thải vào nón Imhoff để cho lắng tự nhiên trong vòng 45 phút, sau đó khuấy nhẹ sát thành nón rồi để cho lắng tiếp trong vòng 15 phút. Sau đó đọc thể tích chất lơ lửng lắng được bằng các vạch chia bên ngoài. Hàm lượng chất rắn lơ lửng lắng được biểu thị bằng đơn vị mL/L. Chỉ tiêu chất rắn có khả năng lắng biểu diễn gần đúng lượng bùn có thể loại bỏ được bằng bể lắng sơ cấp.

Ngoài các chất lắng được, trong nước thải còn chứa các tạp chất nổi (floating solid) có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng nước. Khi lắng các chất này nổi lên bề mặt công trình. Theo các tính toán của Sở KHCN & MT Cần Thơ lượng chất rắn lơ lửng tổng cộng do một người ở khu vực Cần Thơ thải ra trong một ngày đêm là 200 g.

11

11

Các chất rắn hòa tan (không lọc được bao gồm các hạt keo và các chất hòa tan. Các hạt keo có kích thước từ 0,001 1 mm, các hạt keo này không thể loại bỏ bằng phương pháp lắng cơ học. Các chất hòa tan có thể là phân tử hoặc ion của chất hữu cơ hay vô cơ.

Để xác định hàm lượng hữu cơ của các chất rắn lơ lửng người ta sử dụng chỉ tiêu VSS (volatile suspended solid) bằng cách đem hóa tro các chất rắn ở 550 50oC trong 1 giờ. Phần bay hơi là các chất hữu cơ (VSS), phần còn lại sau khi hóa tro là các chất vô cơ FSS (Fixed suspended solid). Lưu ý hầu hết các muối vô cơ đều không bị phân hủy ở nhiệt độ dưới 825oC, chỉ trừ magnesium carbonate bị phân hủy thành MgO và CO2 ở nhiệt độ 350oC. Chỉ tiêu VSS của nước thải thường được xác định để biết rõ khả năng phân hủy sinh học của nó.

 

Mối quan hệ giữa các thành phần chất rắn trong nước và nước thải

Nguồn: Wastewater Engineering: Treatment, Diposal, Reuse, 1989

  Bài tập 1.1: Cho các số liệu sau

Trọng lượng của đĩa dùng chứa mẫu là 53,5433 g

12

12

Trọng lượng của đĩa và các chất rắn còn lại sau khi cho nước thải bay hơi ở 105oC là 53,5793 g

Trọng lượng của đĩa và các chất rắn còn lại sau khi hóa tro nước thải ở 550oC là 53,5772 g

Trọng lượng giấy lọc Whatmann là 1,5433 g

Trọng lượng giấy lọc Whatmann và các chất rắn trên giấy lọc sau khi lọc mẫu là 1,5553 g

Trọng lượng sau khi hóa tro là 1,5531g

Tất cả các mẫu thử đều có thể tích là 50 mL. Xác định TS, VS, SS, VSS

 

Giải:

6 .Các kim loại độc và các chất hữu cơ độc

Nước chảy tràn ở khu vực sản xuất nông nghiệp có chứa dư lượng thuốc trừ sâu và thuốc trừ cỏ, trong khi nước chảy tràn ở các khu đô thị chứa chì và kẽm (chì từ khói xe ô tô, kẽm từ việc bào mòn các lớp xe). Nhiều ngành công nghiệp thải ra các loại kim loại và chất hữu cơ độc khác. Các chất này có khả năng tích tụ và khuếch đại trong chuỗi thức ăn, do đó cần phải được quản lý tốt.

Hàm lượng chloride 4000 ppm gây độc cho cá nước ngọt, Cr6+ gây độc cho cá ở nồng độ 5 ppm. Đồng ở hàm lượng 0,1 0,5% đã gây độc cho vi khuẩn và một số sinh vật khác. P2O5 ở nồng độ 0,5 ppm gây trở ngại cho quá trình tạo bông cặn và lắng trong các nhà máy nước. Phenol ở nồng độ 1 ppb đã gây nên vấn đề cho các nguồn nước. 

7. Sự tiêu thụ oxy

Để quá trình tự làm sạch diễn ra một cách bình thường ở nguồn nước thì cần phải có một lượng dự trữ oxy hòa tan (DO).

13

13

Việc tiêu thụ lượng oxy hòa tan do quá trình oxy hóa các chất hữu cơ bởi các vi khuẩn (quá trình oxy hóa sinh hóa) thực hiện qua 2 giai đoạn:

       Giai đoạn thứ nhất: oxy hóa các chất hữu cơ cao phân tử tạo cacbonic và nước (phương trình 1.1)

       Giai đoạn thứ hai: oxy hóa các chất chứa nitơ thành nitrit và sau đó thành nitrat (phương trình 1.7 đến phương trình 1.10).

Sự hòa tan oxy vào nước nguồn

Song song với quá trình tiêu thụ oxy, để oxy hóa các chất hữu cơ trong nguồn nước luôn xảy ra quá trình bổ sung lượng oxy mới. Nguồn bổ sung oxy là không khí. Chúng hòa tan vào nguồn nước qua mặt thoáng của nguồn nước. Ngoài ra còn có một lượng oxy bổ sung vào nước nguồn còn do quá trình quang hợp của thực vật sống trong nước. Các thực vật này đồng hóa cacbon từ axít cacbonic tan trong nước và giải phóng oxy tự do (pt 1.6).

Như các chất khí khác, độ hòa tan của oxy phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, độ mặn của nước.

Độ hòa tan của oxy vào nước phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa hai pha oxy và nước. Vì vậy trong điều kiện như nhau, độ hòa tan đó phụ thuộc vào mức độ xáo trộn gây ra bởi dòng chảy cũng như các tác nhân như gió trên mặt thoáng của dòng chảy.

Lượng oxy hòa tan của không khí vào nước theo nhiệt độ và độ mặn ở 1atm

ToC DO mg/L ToC DO mg/L

0 ppm salinity 5 ppm salinity 0 ppm salinity 5 ppm salinity

10

11

12

13

14

15

11,28

11,02

10,77

10,53

10,29

10,07

10,92

10,67

10,43

10,20

9,98

9,77

21

22

23

24

25

26

8,90

8,73

8,56

8,40

8,24

8,09

8,64

8,48

8,32

8,16

8,01

7,87

14

14

16

17

18

19

20

9,86

9,65

9,45

9,26

9,08

9,56

9,36

9,17

8,99

8,81

27

28

29

30

31

7,95

7,81

7,67

7,54

7,41

7,73

7,59

7,46

7,33

7,21

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, disposal, reuse (1991)

8 .Nhiệt

Các nước thải từ nhà máy nhiệt điện và lò hơi của một số ngành công nghiệp có nhiệt độ rất cao. Khi thải ra môi trường, nó làm tăng nhiệt độ của các thủy vực ảnh hưởng đến một số thủy sinh vật và làm suy giảm oxy hòa tan trong nguồn nước (do khả năng bão hòa oxy trong nước nóng thấp hơn và vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ sẽ hoạt động mạnh hơn).

9. Màu (color)

Các nước thải từ nhà máy dệt, giấy, thuộc da, lò mổ... có độ màu rất cao. Nó có thể làm cản trở khả năng khuếch tán của ánh sáng vào nguồn nước gây ảnh hưởng đến khả năng quang hợp của hệ thủy sinh thực vật. Nó còn làm mất vẽ mỹ quan của nguồn nước nên rất dễ bị sự phản ứng của cộng đồng lân cận.

10. Các chất tạo bọt (foam-producing matter)

  Các nước thải từ nhà máy dệt, giấy, các nhà máy hóa chất có chưá các chất tạo bọt, đây là một dạng ô nhiễm dễ phát hiện và gây phản ứng mạnh của cộng đồng lân cận.

11. Các chất gây trở ngại cho quá trình xử lý

Lông vũ làm tắt nghẽn đường ống, dầu bơm. Các mảnh mỡ nhỏ làm nghẹt các đầu bơm. Cỏ rác làm nghẹt các đầu bơm. Các chất khí độc gây nguy hại trực tiếp đến công nhân vận hành. Các chất có khả năng gây cháy nổ.

VI KHUẨN VÀ SINH VẬT KHÁC TRONG NƯỚC THẢI

Các vi sinh vật hiện diện trong nước thải bao gồm các vi khuẩn, vi rút, nấm, tảo, nguyên sinh động vật, các loài động và thực vật bậc cao.

15

15

Các vi khuẩn trong nước thải có thể chia làm 4 nhóm lớn: nhóm hình cầu (cocci) có đường kính khoảng 1 3 mm; nhóm hình que (bacilli) có chiều rộng khoảng 0,3 1,5 mm chiều dài khoảng 1 10,0 mm (điển hình cho nhóm này là vi khuẩn E. coli có chiều rộng 0,5 mm chiều dài 2 mm); nhóm vi khuẩn hình que cong và xoắn ốc, vi khuẩn hình que cong có chiều rộng khoảng 0,6 1,0 mm và chiều dài khoảng 2 6 mm; trong khi vi khuẩn hình xoắn ốc có chiều dài có thể lên đến 50 mm; nhóm vi khuẩn hình sợi có chiều dài khoảng 100 mm hoặc dài hơn. Các vi khuẩn có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên cũng như trong các bể xử lý. Do đó đặc điểm, chức năng của nó phải được tìm hiểu kỹ. Ngoài ra các vi khuẩn còn có khả năng gây bệnh và được sử dụng làm thông số chỉ thị cho việc ô nhiễm nguồn nước bởi phân. Điều này sẽ bàn kỹ trong phần sau.

Nấm có cấu tạo cơ thể đa bào, sống hiếu khí, không quang hợp và là loài hóa dị dưỡng. Chúng lấy dưỡng chất từ các chất hữu cơ trong nước thải. Cùng với vi khuẩn, nấm chịu trách nhiệm phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải. Về mặt sinh thái học nấm có hai ưu điểm so với vi khuẩn: nấm có thể phát triển trong điều kiện ẩm độ thấp và pH. Không có sự hiện diện của nấm, chu trình carbon sẽ chậm lại và các chất thải hữu cơ sẽ tích tụ trong môi trường.

Tảo gây ảnh hưởng bất lợi cho các nguồn nước mặt vì ở điều kiện thích hợp nó sẽ phát triển nhanh bao phủ bề mặt ao hồ và các dòng nước gây nên hiện tượng "tảo nở hoa". Sự hiện diện của tảo làm giảm giá trị của nguồn nước sử dụng cho mục đích cấp nước bởi vì chúng tạo nên mùi và vị.

Nguyên sinh động vật có cấu tạo cơ thể đơn bào, hầu hết sống hiếu khí hoặc yếm khí không bắt buộc chỉ có một số loài sống yếm khí. Các nguyên sinh động vật quan trọng trong quá trình xử lý nước thải bao gồm các loài Amoeba, Flagellate và Ciliate. Các nguyên sinh động vật này ăn các vi khuẩn và các vi sinh vật khác do đó, nó đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng hệ vi sinh vật trong các hệ thống xử lý sinh học. Một số nguyên sinh động vật gây bệnh cho người như Giardalamblia và Cryptosporium.

Động vật và thực vật bao gồm các loài có kích thước nhỏ như rotifer đến các loài giáp xác có kích thước lớn. Các kiến thức về các loài này rất hữu ích trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm của các nguồn nước cũng như độc tính của các loại nước thải.

Vi rút là các loài ký sinh bắt buộc, các loại vi rút phóng thích ra trong phân người có khả năng lây truyền bệnh rất cao. Một số loài có khả năng sống đến 41 ngày trong nước và nước thải ở 20oC và 6 ngày trong nước sông bình thường.

Nước thải có chứa một lượng khá lớn các sinh vật gây bệnh bao gồm vi khuẩn, vi rút, nguyên sinh động vật và các loại trùng. Nguồn gốc chủ yếu là trong phân người và gia súc.

Năm 1986, Shuval và các cộng sự viên đã xếp loại các nhóm vi sinh vật này theo mức độ gây nguy hiểm của nó đối với con người. Ông cũng đưa ra nhận xét là các tác hại lên sức khỏe con người chỉ xảy ra đáng kể khi sử dụng hoặc phân tươi hoặc phân lắng chưa kỹ, và các biện pháp xử lý thích đáng sẽ góp phần đáng kể trong việc bảo vệ sức khỏe con người.

Các vi sinh vật chỉ thị việc nhiễm bẩn nguồn nước bởi phân

Coliforms và Fecal Coliforms: Coliform là các vi khuẩn hình que gram âm có khả năng lên men lactose để sinh ga ở nhiệt độ 35 ± 0.5oC, coliform có khả năng sống ngoài đường ruột của động vật (tự nhiên), đặt biệt trong môi trường khí hậu nóng. Nhóm vi khuẩn coliform chủ yếu bao gồm các 16

16

giống như Citrobacter, Enterobacter, Escherichia, Klebsiella và cả Fecal coliforms (trong đó E. Coli là loài thường dùng để chỉ định việc ô nhiễm nguồn nước bởi phân). Chỉ tiêu tổng coliform không thích hợp để làm chỉ tiêu chỉ thị cho việc nhiễm bẩn nguồn nước bởi phân. Tuy nhiên việc xác định số lượng Fecal coliform có thể sai lệch do có một số vi sinh vật (không có nguồn gốc từ phân) có thể phát triển ở nhiệt độ 44oC. Do đó số lượng E. coli được coi là một chỉ tiêu thích hợp nhất cho việc quản lý nguồn nước.

Fecal streptococci: nhóm này bao gồm các vi khuẩn chủ yếu sống trong đường ruột của động vật như Streptococcus bovis và S. equinus; một số loài có phân bố rộng hơn hiện diện cả trong đường ruột của người và động vật nhu S. faecalis và S. faecium hoặc có 2 biotype (S. faecalis var liquefaciens và loại S. faecalis có khả năng thủy phân tinh bột). Các loại biotype có khả năng xuất hiện cả trong nước ô nhiễm và không ô nhiễm. Việc đánh giá số lượng Faecal streptococci trong nước thải được tiến hành thường xuyên; tuy nhiên nó có các giới hạn như có thể lẫn lộn với các biotype sống tự nhiên; F. streptococci rất dễ chết đối với sự thay đổi nhiệt độ. Các thử nghiệm về sau vẫn khuyến khích việc sử dụng chỉ tiêu này, nhất là trong việc so sánh với khả năng sống sót của Salmonella. Ở Mỹ, số lượng 200 F. coliform/100 mL là ngưỡng tới hạn trong tiêu chuẩn quản lý các nguồn nước tự nhiên để bơi lội.

Clostridium perfringens: đây là loại vi khuẩn chỉ thị duy nhất tạo bào tử trong môi trường yếm khí; do đó nó được sử dụng để chỉ thị các ô nhiễm theo chu kỳ hoặc các ô nhiễm đã xảy ra trước thời điểm khảo sát do độ sống sót lâu của các bào tử. Trong việc tái sử dụng nước thải chỉ tiêu này được đánh giá là rất hiệu quả, do các bào tử của nó có khả năng sống sót tương đương với một số loại vi rút và trứng ký sinh trùng.

Việc phát hiện, xác định từng loại vi sinh vật gây bệnh khác rất khó, tốn kém thời gian và tiền bạc. Do đó để phát hiện nguồn nước bị ô nhiễm bởi phân người ta dùng các chỉ định như là sự hiện diện của Fecal Coliforms, Fecal Streptocci, Clostridium perfringens và Pseudomonas acruginosa. Cũng cần phải nói thêm rằng mối quan hệ giữa sự chết đi của các vi sinh vật chỉ thị và vi sinh vật gây bệnh chưa được thiết lập chính xác. Ví dụ khi người ta không còn phát hiện được Fecal Coliform nữa thì không có nghĩa là tất cả các vi sinh vật gây bệnh đều đã chết hết. Trong quá trình thiết kế các hệ thống xử lý các nhà khoa học và kỹ thuật phải hạn chế tối đa các ảnh hưởng của chất thải tới sức khoẻ cộng đồng. Mỗi nước, mỗi địa phương thường có những tiêu chuẩn riêng để kiểm tra khống chế. Do kinh phí và điều kiện có giới hạn các Sở KHCN & MT thường dùng chỉ tiêu E. coli hoặc tổng coliform để qui định chất lượng các loại nước thải.

Xếp loại các vi sinh vật có trong phân người và gia súc theo mức độ nguy hiểm

Mức độ nguy hiểm cao Ký sinh trùng (Ancylostoma, Ascaris, Trichuris và Taenia)

Mức độ nguy hiểm trung bình

Vi khuẩn đường ruột (Chloera vibrio, Sallmonella typhosa, Shigella và một số loại khác)

Mức độ nguy hiểm thấp Các vi rút đường ruột

 Số lượng coliform hay E. coli được biểu diễn bằng số khả hữu MPN (Most Probable Number). Và sau khi có kết quả nuôi cấy ta có thể dùng công thức Thomas để tính số MPN:

17

17

trong đó

Np: số ống nghiệm phát hiện coliform (possitive)Vn: thể tích mẫu trong các ống nghiệm không phát hiện coliform (negative)Vt: tổng thể tích mẫu trong tất cả các ống nghiệm.

Bài tập: Khi nuôi cấy để xác định số lượng coliform, người ta có các kết quả sau 

Thể tích mẫu (mL) Ống dương tính Ống âm tính

10.0 4 1

1.0 4 1

0.1 2 3

0.01 0 5

  Giải:

Số ống dương tính:

4 + 4 + 2 + 0 = 10

Thể tích mẫu trong các ống âm tính:

(1 10) + (1 1,0) + (3 0,1) + (5 0,01) = 11,35 mL

Thể tích mẫu trong tất cả các ống:

(5 10) + (5 1,0) + (5 0,1) + (5 0,01) = 55,55 mL

Số coloform khả hữu/100mL mẫu

Việc xác định các vi sinh vật gây bệnh chủ yếu

18

18

Các loài này chỉ xác định được trong phòng thí nghiệm bởi những kỹ thuật viên với trình độ thích hợp.

Salmonella spp.: một vài loài Salmonella có thể hiện hiện trong nước thải đô thị, kể cả S. typhi (gây bệnh thương hàn). Doran et al, 1977 cho rằng số lượng 700 Salmonella/L; khoảng chừng đó Shigellae và khoảng 1.000 Vibrio cholera/L thường phát hiện trong nước thải đô thị của khu vực nhiệt đới. Shigellae và Vibrio cholera nhanh chóng chết đi khi thải ra môi trường. Do đó nếu chúng ta sử dụng một biện pháp xử lý nào đó để loại được Salmonella thì cũng có thể bảo đảm là phần lớn các vi khuẩn kia đã bị tiêu diệt.

Enteroviruses: có thể gây các bệnh nguy hiểm như sởi, viêm màng não.

Rotaviruses: gây bệnh vùng vị trường. Số lượng của chúng tương đối thấp hơn enteroviruses. Người ta đã chứng minh được rằng việc loại bỏ các loài vi rút có quan hệ mật thiết với việc loại bỏ các chất rắn lơ lửng.

Ký sinh trùng: thường thì các bệnh ký sinh trùng chủ yếu là do Ascaris lumbricoides, trứng của loài ký sinh trùng này có kích thước lớn (45 70 mm 35 50 mm) và các phương pháp để xác định ký sinh trùng đã được thiết lập bởi WHO, 1989.

Các vi sinh vật chỉ thị dùng để quản lý cho các nguồn nước có mục đích sử dụng khác nhau

Mục đích sử dụng của nguồn nước

Vi sinh vật chỉ thị

Nước uống Coliform tổng số (Total coliform)

Nguồn nước ngọt cho các dịch vụ giải trí

Fecal coliform

E. coli

Enterococci

Nguồn nước lợ cho các dịch vụ giải trí

Fecal coliform

Coliform tổng số (Total coliform)

Enterococci

Khu vực sinh trưởng của các loài ốc, sò...

Fecal coliform

Coliform tổng số (Total coliform)

Tưới tiêu trong nông nghiệp Coliform tổng số (Total coliform) cho nước thải đã xử lý

Nước thải sau khi khử trùng Fecal coliform

19

19

Coliform tổng số (Total coliform)

        Đôi khi chúng ta cần phải xác định là nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân người hay phân gia súc để có những biện pháp quản lý thích hợp. Khi đó người ta thường sử dụng tỉ lệ Fecal coliform trên Fecal streptococci. Các số liệu về tỉ lệ Fecal coliform/Fecal streptococci được trình bày trong bảng 1.7.

Số lượng các vi sinh vật chỉ thị trên đầu người và đầu gia súc 

Sinh vật

TB mật độ cá thể/g phân TB số cá thể cho ra/đầu.24 h

Fecal coliform

(106)

Fecal streptococci

(106)

Fecal coliform (106)

Fecal streptococci (106)

Tæ leä

FC/FS

Gà1,3 3,4 240 620 0,4

Bò0,23 1,3 5.400 31.000 0,2

Vịt33,0 54,0 11.000 18.000 0,6

Ngöôøi 13,0 3,0 2.000 450 4,4

Heo3,3 84,0 8.900 230.000 0,04

Cöøu16,0 38,0 18.000 43.000 0,4

Gaø loâi 0,29 2,8 130 1.300 0,1

  Qua bảng 1.7 chúng ta thấy tỉ lệ FC/FS của các gia súc, gia cầm đều dưới 1 trong khi tỉ lệ FC/FS của người lớn hơn 4. Nếu FC/FS nằm trong khoảng từ 1 2 và mẫu được lấy cận khu vực nghi ngờ bị ô nhiễm bởi phân, ngưới ta có thể suy luận là nguồn nước bị ô nhiễm bởi cả phân người và phân gia súc. Để việc suy luận đạt được độ tin cậy, các điều kiện sau đây phải được thỏa:

20

20

pH của mẫu phải từ 4 - 9 để bảo đảm không có ảnh hưởng xấu đến cả hai nhóm vi khuẩn này.

Mỗi mẫu phải được đếm í nhất 2 lần. Để giảm thiểu sai số do tỉ lệ chết khác nhau, mẫu phải được lấy tại nơi cách nguồn gây ô

nhiễm không quá 24 h (tính theo vận tốc dòng chảy). Chỉ những cá thể Fecal coliform phát hiện ở phép thử ở 44oC mới được dùng để tính tỉ lệ

FC/FS

Loại và số lượng các vi sinh vật trong nước thải sinh hoạt chưa xử lý

Sinh vật Số lượng cá thể/mL

Tổng coliform105 - 106

Fecal coliform104 - 105

Fecal streptococci105 - 104

Enterococci102 - 103

ShigellaHiện diện

Salmonella100 - 102

Pseudomonas aeroginosa101 - 102

Clostrium perfringens101 - 103

Mycobacterium tuberculosisHiện diện

Cyst nguyên sinh động vật

101 - 103

Cyst của Giardia

10-1 - 102

Cyst của Cryptosporium 10-1 - 101

Trứng ký sinh trùng

10-2 - 101

21

21

Vi rút đường ruột

101 - 102

  Mức độ nhiễm bẩn vi sinh vật của nguồn nước phụ thuộc nhiều vào tình trạng vệ sinh trong khu dân cư và nhất là các bệnh viện. Đối với nước thải bệnh viện, bắt buộc phải xử lý cục bộ trước khi xả vào hệ thống thoát nước chung hoặc trước khi xả vào sông hồ.

Nguồn nước bị nhiễm bẩn sinh học không sử dụng để uống được, thậm chí nếu số lượng vi khuẩn gây bệnh đủ cao thì nguồn nước này cũng không thể dùng cho mục đích giải trí như bơi lội, câu cá được. Các loài thủy sản trong khu vực ô nhiễm không thể sử dụng làm thức ăn tươi sống được vì nó là ký chủ trung gian của các ký sinh trùng gây bệnh.

  Số lượng 1 số vi sinh vật gây bệnh trong phân và nước cống rãnh

(của một cộng đồng 50.000 dân ở nhiệt đới) 

Vi sinh vật gây bệnh

Tỉ lệ nhiễm (%) (a)

Số VSV/g phân

(b)

Tổng VSV/ 1 người bị nhiễm/ ngày ( = 100 g

phân) (c)

Tổng VSV/ngày

của TP

Nồng độ/L trong nước cống rãnh

(b)

Vi rút          

Enteroviruses

5 106 108 2, x 1011 5.000

Vi khuẩn          

E.Coli (e)

? 108 1010 ? ?

Salmonella spp

7 106 108 3.5 x 1011 7.000

Shigella spp

7 106 108 3,5 x 1011 7.000

Vibrio Cholerae

1 106 108 5 x 1010 1.000

Protozoa          

Entamoeba histolyca 30 15 ´ 104 15 ´ 106 2,5 ´ 1011 4.500

Ký sinh trùng          

22

22

Ascaris lambricoides 60 104f 106 3 ´ 1010 600

Hook worm

40 800f 8 ´ 104 1,6 ´ 109 32

Schistosoma mansoni 25 40f 4 ´ 103 5 ´ 107 1

Taenia saginata

1 104 106 5 ´ 109 10

Trichuris trichiara

60 2 ´ 103f 2 ´ 105 6 ´ 109 120

Nguồn: Feachem et al. 1983, trích bởi Chongrak 1989

? Không có số liệu chính xác

a. Tỉ lệ nhiễm nhưng chưa có triệu chứng bệnh

b. Những VSV dưới đây có khả năng tồn tại ngoài cơ thể chủ khác nhau. Một vài loài chết nhanh chóng ngay sau khi thải ra. Lượng VSV ở trong nước cống rãnh được tính toán dựa trên cơ sở mỗi người sử dụng 100 lít nước/ngày và 90% lượng VSV trong phân đã bị vô hiệu hóa sau vài phút kể từ lúc phân được thải ra ngoài.

c. Giả sử rằng trung bình mỗi ngày một người thải ra 100g

d. Tính luôn polio, echo và coxsackieviruses

e. Tổng các loại E.Coli

f. Số lượng trứng ký sinh thải ra.

g. Ancyclostoma duodenale và Necator americanes

  Đặc tính của nước thải sinh hoạt (mg/L)

Chæ tieâu Noàng ñoä

Cao Trung bình Thaáp

BOD5 400 220 110

23

23

COD 1.000 500 250

Đạm hữu cơ 35 15 8

Đạm amôn 50 25 12

Đạm tổng số 85 40 20

Lân tổng số 15 8 4

Tổng số chất rắn 1.200 720 350

Chất rắn lơ lửng 350 220 100

Nguồn: Metcalf and Eddy, 1979, trích bởi Chongrak 1989

C. ƯỚC LƯỢNG TẢI LƯỢNG Ô NHIỄM CỦA NƯỚC THẢI

1. Tải lượng các chất gây ô nhiễm

Trong quá trình tính toán các công trình xử lý, như đã trình bày ở trên cần phải biết thành phần của nước thải qua phân tích hóa học. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp khi thiết kế trạm xử lý nước thải cho thành phố, thị trấn... những nơi chưa có hệ thống thoát nước đang hoạt động để có thể lấy mẫu nước phân tích về thành phần của chúng. Trong trường hợp thiết kế các công trình xử lý cho xí nghiệp công nghiệp có thể tham khảo các số liệu về thành phần nước thải của các xí nghiệp công nghiệp tương tự. Khi thiết kế khôi phục hoặc cải tạo những thành phố thì thành phần của nước thải phải được xác định bằng tính toán. Để tính toán cần phải biết tải lượng ô nhiễm của một người có sử dụng hệ thống thoát nước trong một ngày đêm tính. Lượng các chất ô nhiễm có thể tham khảo theo bảng sau

Tải lượng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tính cho một người trong ngày đêm

Tác nhân gây ô nhiễm Tải lượng

Chất rắn lơ lửng (SS) (g/ngđ)

200

BOD5 (g/ngđ)

45 ¸ 54

24

24

COD (g/ngđ)

1,8 ´ COD

Tổng Nitơ (g/ngđ)

6 ¸ 12

Tổng Photpho (g/ngđ)

0,8 ¸ 4,0

Dầu mỡ (g/ngđ)

10 ¸ 30

Tổng Coliform (cá thể)

106 ¸ 109

Fecal Coliform (cá thể)

105 ¸ 106

Trứng giun sán

103

Nguồn: Sở KHCN & MT Cần Thơ (ĐTM Xí Nghiệp Thuộc Da MeKo,1995)

  Ngoài ra cũng cần phải biết lượng nước tiêu thụ của một đầu người. Ở các thành phố của những nước phát triển đang phát triển có hệ cống rãnh để dẫn các nước thải sinh hoạt đến khu xử lý trung tâm. Nước thải này bao gồm phân, nước tiểu người, nước nhà cầu, tắm giặt và được pha loãng tùy thuộc vào lượng nước được sử dụng của một đầu người. Theo White (1977), đối với cư dân nông thôn không có nước máy mỗi đầu người hàng ngày tiêu thụ từ vài lít tới 25 lít nước. Đối với các hộ gia đình có một robinet nước thì mỗi đầu người tiêu thụ từ 15 90 lít và có nhiều robinet thì khoảng 30 300 lít mỗi ngày.

 2. Nồng độ các chất gây ô nhiễm

Nồng độ các chất gây ô nhiễm được xác định bằng công thức:

Trong đó

C: nồng độ chất gây ô nhiễmTP: Tải lượng ô nhiễm (mg)Q: Lượng nước tiêu thụ (L/ngđ)

Nhiều khi nước thải sinh hoạt được trộn lẫn với nước thải công nghiệp, do đó ảnh hưởng đến thành phần của nước thải. Trong trường hợp đó, cần xác định nồng độ chất gây ô nhiễm của hỗn hợp nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp. Nồng độ chất gây ô nhiễm của hỗn hợp nước thải sinh hoạt và công nghiệp được tính theo công thức:

25

25

Trong đó

Chh: nồng độ chất gây ô nhiễm của hỗn hợp nước thải (mg/L)Csh và Qsh: nồng độ và lưu lượng của nước thải sinh hoạtCcn và Qcn: nồng độ và lưu lượng của nước thải công nghiệp

3. Dân số tương đương

Dân số tương đương là dân số gây ra một lượng chất gây ô nhiễm tương đương với lượng chất gây ô nhiễm do nước thải của một xí nghiệp nào đó tạo nên.

Trong đó

Np: dân số tương đương Tp: tải lượng ô nhiễm của 1 đầu người Ccn, Qcn: nồng độ và lưu lượng nước thải công nghiệp

Dân số tính toán để thiết kế trạm xử lý được tính bằng tổng dân số thành phố và dân số tương đương.

D. CÁC YẾU TỐ CẦN THIẾT ĐỂ LỰA CHỌN HỆ THỐNG XỬ LÝ

Như đã trình bày ở phần trước, nước thải trước khi xả vào nguồn cần thiết phải được xử lý để không làm ô nhiễm môi trường. Tùy theo loại nguồn nước mà chất thải sẽ xả vào chúng ta sẽ tham khảo bảng "giới  hạn nồng độ tối đa của các chất ô nhiễm trong nước thải" để biết mức độ cần thiết phải làm sạch nước thải. Tùy theo điều kiện tài chíïnh, diện tích, nhân lực của xí nghiệp để lựa chọn các hệ thống xử lý phù hợp. Để bảo đảm cho việc thiết kế hệ thống xử lý cần thiết phải thu thập các số liệu sau:

       Qui trình sản xuất của xí nghiệp (trong đó phải xác định khâu nào sinh ra nước thải? thành phần? bao nhiêu? kế hoạch giảm thiểu nước thải nếu có?)

       Về lưu lượng nước thải cần thiết phải xác định tổng lượng nước thải/ng.đ, lưu lượng nước thải theo từng giờ trong ngày, sự biến thiên lưu lượng nước thải theo giờ, ca, mùa vụ sản xuất.

       Về thành phần nước thải: nên xác định các chỉ tiêu như BOD, COD, màu, SS, VSS, Total coliform, hàm lượng các hóa chất khác nếu có (theo đặc trưng của từng loại hình sản xuất)

Các qui định của Sở KHCN & MT về tiêu chuẩn nước thải.

26

26

Khi thiết kế hệ thống xử lý nhớ chú trọng đến các điểm sau:

a. Nhu cầu của chủ nhân hệ thống xử lý

Đây là một yếu tố quan trọng nhất là đối với các cộng đồng nhỏ chưa có kinh nghiệm về xây dựng và vận hành các hệ thống xử lý. Nó liên hệ đến vấn đề vốn đầu tư, khả năng vận hành, nhân sự điều hành hệ thống, các thiết bị, kinh nghiệm và khả năng ảnh hưởng đến môi trường.

Đối với tất cả các đề án, điều cần thiết nhất là kỹ sư thiết kế và chủ nhân phải hiểu rõ các mục tiêu, mục đích chung để thỏa mãn được nhu cầu của chủ nhân mà vẫn bảo đảm được yêu cầu cơ bản trong việc lựa chọn phương pháp xử lý (đạt tiêu chuẩn nước thải cho phép thải vào nguồn nước công cộng, có hiệu quả kinh tế, giảm nhẹ các ảnh hưởng xấu đến môi trường...)

b. Kinh nghiệm

Các kinh nghiệm về thiết kế và vận hành các hệ thống xử lý giúp ta có thể dự đoán trước các khả năng và hạn chế của hệ thống xử lý để có những biện pháp hỗ trợ, cải tiến thích hợp. Kiến thức về các hệ thống xử lý giúp cho các kỹ sư loại bỏ được các yếu tố không an toàn và tính toán sai dẫn đến các thiết kế không phù hợp, lãng phí. Đối với các qui trình mới, người kỹ sư chưa có kinh nghiệm thì qui trình này phải được thử nghiệm cẩn thận ở các mô hình cũng như trong thực tiễn.

c. Yêu cầu của các cơ quan quản lý môi trường

Ở Việt Nam tiêu chuẩn nước thải được phép thải vào nguồn nước công cộng được ban hành bởi Bộ KHCN & MT. Trên nguyên tắc, các Sở KHCN & MT có quyền đưa ra các tiêu chuẩn riêng của mình nhưng các tiêu chuẩn này không được thấp hơn tiêu chuẩn của Bộ. Do đó việc tìm hiểu các qui định, tiêu chuẩn của cơ quan quản lý là hết sức cần thiết để thiết kế hệ thống xử lý đạt yêu cầu của các cơ quan này.

d.Tương thích với những thiết bị hay hệ thống sẵn có

Đối với việc nâng công suất, mở rộng một hệ thống xử lý sẵn có phải chú ý đến qui trình và thiết bị mới phải tương thích với những cái có sẵn để có thể tận dụng được nguồn nhân lực, vật lực sẵn có, tránh lãng phí.

e. Tài chính

Khả thi về mặt tài chính, các phân tích về mặt kinh tế nên dựa trên các chỉ tiêu như NPV (net present value), B/C (benefit/cost ratio), IRR (internal rate of return)... Các yếu tố về lạm phát cũng nên đưa vào để tính toán. Phải ước tính được giá vận hành và bảo trì hệ thống bao gồm các chi phí về nhân công vận hành, năng lượng, vật tư và hóa chất cung cấp cho hệ thống.

Các hệ thống nên mang lại hiệu quả kinh tế (thu lại do không phải trả thuế môi trường, từ nguồn năng lượng, phân bón thu được)

f. Các vật tư, thiết bị

27

27

Các thiết bị sử dụng phải là các loại có sẵn và dễ tìm trên thị trường để bảo đảm nhu cầu về phụ tùng thay thế khi có sự cố, không làm gián đoạn việc vận hành hệ thống xử lý và tiến độ xây dựng.

Phải dự trù về khả năng cung cấp các loại vật tư sử dụng cho hệ thống kể cả điện năng trong tương lai để hệ thống không bị gián đoạn do vấn đề khan hiếm các loại vật tư này.

g. Nhân sự

Nhân sự để vận hành và bảo trì hệ thống sau này kể cả những kỹ thuật viên. Các nhân sự này phải được tập huấn về cơ chế xử lý, các sự cố có thể xảy ra, cách khắc phục...

Các hệ thống xử lý phải tương ứng với trình độ kỹ thuật của địa phương, có thể tận dụng nguồn nhân lực địa phương (giảm chi phí đầu tư, cũng như dễ dàng tìm nhân sự vận hành các thiết bị).

h.Tính mềm dẻo

Có khả năng nâng công suất khi nhà máy có yêu cầu tăng sản lượng.

E. SƠ ĐỒ CÁC QUI TRÌNH XỬ LÝ

Sử dụng bể tự hoại và bãi lọc ngầm để xử lý sơ bộ nước thải sinh hoạt

 

Phần thiết kế bể tự hoại và bãi lọc ngầm sẽ được trình bày kỹ trong môn Xử Lý Nước Thải II.

Các qui trình để xử lý nước cống rãnh hoặc nước thải các nhà máy công nghiệp

28

28

 

 

 

 

 

 Nước thải

Bùn hoặc chất rắn

29

29

Ghi chú: trên đây chỉ là một số sơ đồ tiêu biểu, tùy theo điều kiện chúng ta có thể lắp thêm hoặc thay đổi các thành phần của qui trình.

Các điểm cần chú ý khi thiết kế các qui trình xử lý

1. Tính khả thi của qui trình xử lý: tính khả thi của qui trình xử lý dựa trên kinh nghiệm, các số liệu, các ấn bản về các nghiên cứu trên mô hình và thực tế. Nếu đây là những qui trình hoàn toàn mới hoặc có các yếu tố bất thường, các nghiên cứu trên mô hình là rất cần thiết.

2. Nằm trong khoảng lưu lượng có thể áp dụng được. Ví dụ như các hồ ổn định nước thải không thích hợp cho việc xử lý nước thải có lưu lượng lớn.

3. Có khả năng chịu được sự biến động của lưu lượng (nếu sự biến động này quá lớn, phải sử dụng bể điều lưu)

4. Đặc tính của nước thải cần xử lý (để quyết định qui trình xử lý hóa học hay sinh học) 5. Các chất có trong nước thải gây ức chế cho quá trình xử lý và không bị phân hủy bởi quá

trình xử lý. 6. Các giới hạn do điều kiện khí hậu: nhất là nhiệt độ vì nó ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng

của các quá trình hóa học và sinh học. 7. Hiệu quả của hệ thống xử lý: thường được chỉ thị bằng tính chất của nước thải đầu ra. 8. Các chất tạo ra sau quá trình xử lý như bùn, chất rắn, nước và khí đều phải được ước tính

về số lượng. Thông thường thì người ta dùng các mô hình để xác định phần này. 9. Xử lý bùn: việc chọn qui trình xử lý bùn nên cùng lúc với việc lựa chọn qui trình xử lý

nước thải để tránh các khó khăn có thể xảy ra sau này đối với việc xử lý bùn. 10. Các giới hạn về môi trường: hướng gió thịnh trong năm, gần khu dân cư, xếp loại nguồn

nước... có thể là các yếu tố giới hạn cho việc lựa chọn hệ thống xử lý. 11. Các hóa chất cần sử dụng: nguồn và số lượng, các yếu tố làm ảnh hưởng đến việc tăng

lượng hóa chất sử dụng và giá xử lý. 12. Năng lượng sử dụng: nguồn và ảnh hưởng của nó đến giá xử lý. 13. Nhân lực: kể cả công nhân và cán bộ kỹ thuật. Cần phải tập huấn đến mức độ nào. 14. Vận hành và bảo trì: cần phải cung cấp các điều kiện, phụ tùng đặc biệt nào cho quá trình

vận hành và bảo trì. 15. Độ tin cậy của hệ thống xử lý bao gồm cả trường hợp chạy quá tải hay dưới tải. 16. Độ phức tạp của hệ thống xử lý. 17. Tính tương thích với các hệ thống và thiết bị có sẵn. 18. Diện tích đất cần sử dụng, kể cả khu vực đệm cho hệ thống xử lý.

30

30

F. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ

Theo bản chất của phương pháp xử lý nước thải, người ta có thể chia chúng thành phương pháp lý học, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học. Một hệ thống xử lý hoàn chỉnh thường kết hợp đủ các thành phần kể trên. Tuy nhiên tùy theo tính chất của nước thải, mức độ tài chính và yêu cầu xử lý mà người ta có thể cắt bớt một số các công đoạn.

Theo mức độ xử lý người ta có thể chia làm xử lý sơ cấp, xử lý thứ cấp, xử lý tiên tiến hay xử lý cấp ba.

1. Các phương pháp lý học (cơ học)2. Các phương pháp sinh học

3. Xử lý sơ cấp

4. Xử lý thứ cấp

5. Xử lý cấp ba

I. SONG CHẮN RÁC

1.Chức năng, cấu tạo và vị trí

Song chắn rác dùng để giữ lại các chất thải rắn có kích thước lớn trong nước thải để đảm bảo cho các thiết bị và công trình xử lý tiếp theo. Kích thước tối thiểu của rác được giữ lại tùy thuộc vào khoảng cách giữa các thanh kim loại của song chắn rác. Để tránh ứ đọng rác và gây tổn thất áp lực của dòng chảy người ta phải thường xuyên làm sạch song chắn rác bằng cách cào rác thủ công hoặc cơ giới. Tốc độ nước chảy (v) qua các khe hở nằm trong khoảng (0,65m/s v 1m/s). Tùy theo yêu cầu và kích thước của rác chiều rộng khe hở của các song thay đổi.

Các giá trị thông dụng để thiết kế song chắn rác

Chỉ tiêu Cào rác thủ công Cào rác cơ giới

Kích thước của các thanh   

Bề dầy (in) 0,2 ¸ 0,6 0,2 ¸ 0,6

Bề bản (in) 1,0 ¸ 1,5 1,0 ¸ 1,5

Khoảng cách giữa các thanh (in) 1,0 ¸ 2,0 0,6 ¸ 3,0

31

31

Độ nghiêng song chắn rác theo trục thẳng đứng (độ)

30 ¸ 45 0 ¸ 30

Vaän toác doøng chaûy (ft/s) 1,0 ¸ 2,0 2,0 ¸ 3,25

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Ghi chú: in x 25,4 = mm ft/s x 0,3048 = m/s

Song chắn rác với cào rác thủ công chỉ dùng ở những trạm xử lý nhỏ có lượng rác < 0,1m3/ng.đ. Khi rác tích lũy ở song chắn, mỗi ngày vài lần người ta dùng cào kim loại để lấy rác ra và cho vào máng có lổ thoát nước ở đáy rồi đổ vào các thùng kín để đưa đi xử lý tiếp tục. Song chắn rác với cào rác cơ giới hoạt động liên tục, răng cào lọt vào khe hở giữa các thanh kim loại; cào được gắn vào xích bản lề ở hai bên song chắn rác có liên hệ với động cơ điện qua bộ phận truyền động.

Cào rác cơ giới có thể chuyển động từ trên xuống dưới hoặc từ dưới lên theo dòng nước.

Khi lượng rác được giữ lại lớn hơn 0,1 m3/ng.đ và khi dùng song chắn rác cơ giới thì phải đặt máy nghiền rác. Rác nghiền đưọc cho vào hầm ủ Biogas hoặc cho về kênh trước song chắn. Khi lượng rác trên 1 T/ng.đ cần phải thêm máy nghiền rác dự phòng. Việc vận chuyển rác từ song đến máy nghiền phải được cơ giới hóa.

Song chắn rác được đặt ở những kênh trước khi nước vào trạm xử lý. Hai bên tường kênh phải chừa một khe hở đủ để dễ dàng lắp đặt và thay thế song chắn. Vì song chắn làm co hẹp tiết diện ướt của dòng chảy nên tại vị trí đặt song chắn tiết diện kênh phải được mở rộng. Để tránh tạo thành dòng chảy rối kênh phải mở rộng dần dần với một góc = 20o.

2. Mở rộng kênh nơi đặt song chắn rác (Trần Hiếu Nhuệ & Lâm Minh Triết, 1978)

Song chắn rác phải đặt ở tất cả các trạm xử lý không phân biệt phương pháp dẫn nước tới là tự chảy hay có áp. Nếu trong trạm bơm đó có song chắn rác với khe hở 16 mm thì có thể không đặt song chắn rác ở trạm xử lý nữa.

32

32

Hiệu suất của song chắn phụ thuộc rất nhiều vào mức độ chính xác trong tính toán kích thước và tổn thất áp lực của nước qua nó.

3. Kích thước song chắn

Số khe hở n giữa các thanh của song chắn rác được xác định theo công thức:

q = WVS = b. n . h1 .VS (4.1)

(4.2.)

trong đó qmax: lưu lượng tối đa của nước thải (m3/giây)

b: chiều rộng khe hở giữa các thanh (m)

W: diện tích tiết diện ướt của song chắn (m2) (W không nhỏ hơn 2Wk khi cào rác thủ công và không nhỏ hơn 1,2Wk khi cào rác cơ giới, với Wk diện tích tiết diện ướt của kênh dẫn nước vào)

VS: tốc độ nước qua song chắn (m/sec), chọn Vs = 0,7 m/giây khi lưu lượng trung bình và > 1 m/giây khi lưu lượng tối đa để tránh va chạm giữa rác và song chắn

h1: chiều sâu lớp nước qua song chắn (m), thường bằng chiều sâu lớp nước trong kênh dẫn vào.

Công thức (4.2) không tính tới độ thu hẹp của dòng chảy khi dùng cào rác cơ giới. Để tính tới độ thu hẹp người ta đưa hệ số ko = 1,05. Khi đó:

(4.2a)

Chiều rộng tổng cộng của song chắn là:

BS = b(n - 1) + S.n(4.3)

với S: chiều dày của mỗi thanh

Chiều dài đoạn kênh mở rộng trước song chắn rác:

(4. 4)

Nếu = 20o thì

33

33

L1 = 1,37 (BS - BK) (4 .4a)

với BK: chiều rộng của kênh dẫn vào

Chiều dài đoạn thu hẹp lại sau song chắn chọn bằng:

L2 = 0,5 L1 (4.5)

Trong trường hợp song chắn rác đặt chéo một góc so với hướng nước chảy trên mặt bằng (hình 4.4) có thể chọn:

BS = 0,83 BS

(Các công thức trên trích dẫn từ tài liệu của Trần Hiếu Nhuệ & Lâm Minh Triết, 1978)

Để tránh lắng cặn, tốc độ của nước ở đoạn kênh mở rộng trước song chắn không được dưới 0,4 m/giây khi lưu lượng nhỏ nhất.

Hiện nay ở một số nước trên thế giới người ta còn dùng máy nghiền rác (communitor) để nghiền rác có kích thước lớn thành rác có kích thước nhỏ và đồng nhất để dễ dàng cho việc xử lý ở các giai đoạn kế tiếp, máy nghiền rác đã được thiết kế hoàn chỉnh và thương mại hóa nên trong giáo trình này không đưa ra các chi tiết của nó. Tuy nhiên nếu lắp đặt máy nghiền rác trước bể lắng cát nên chú ý là cát sẽ làm mòn các lưỡi dao và sỏi có thể gây kẹt máy. Mức giảm áp của dòng chảy biến thiên từ vài inches đến 0,9 m.

 

Sơ đồ lắp đặt của một máy nghiền rác

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposa

II. BỀ LẮNG CÁT

1. Chức năng, vị trí

34

34

Bể lắng cát nhằm loại bỏ cát, sỏi, đá dăm, các loại xỉ khỏi nước thải. Trong nước thải, bản thân cát không độc hại nhưng sẽ ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của các công trình và thiết bị trong hệ thống như ma sát làm mòn các thiết bị cơ khí, lắng cặn trong các kênh hoặc ống dẫn, làm giảm thể tích hữu dụng của các bể xử lý và tăng tần số làm sạch các bể này. Vì vậy trong các trạm xử lý nhất thiết phải có bể lắng cát.

Bể lắng cát thường được đặt phía sau song chắn rác và trước bể lắng sơ cấp. Đôi khi người ta đặt bể lắng cát trước song chắn rác, tuy nhiên việc đặt sau song chắn có lợi cho việc quản lý bể lắng cát hơn. Trong bể lắng cát các thành phần cần loại bỏ lắng xuống nhờ trọng lượng bản thân của chúng. Ở đây phải tính toán thế nào để cho các hạt cát và các hạt vô cơ cần giữ lại sẽ lắng xuống còn các chất lơ lửng hữu cơ khác trôi đi.

Có ba loại bể lắng cát chính: bể lắng cát theo chiều chuyển động ngang của dòng chảy (dạng chữ nhật hoặc vuông), bể lắng cát có sục khí hoặc bể lắng cát có dòng chảy xoáy.

 

35

35

 

Các giá trị tham khảo để thiết kế bể lắng cát theo chiều chuyển động ngang của dòng chảy (hình chữ nhật)

 Thông số Giá trị

Khoảng biến thiên Giá trị thông dụng

36

36

Thời gian lưu tồn nước (giây)45 - 90 60

Vận tốc chuyển động ngang ft/s0,8- 1,3 1,0

Tốc độ lắng của các hạt ft/min    

Giữ lại trên lưới 0,21 mm 3,2 - 4,2 3,8

Giữ lại trên lưới 0,15 mm 2,0 - 3,0 2,5

Độ giảm áp % độ sâu diện tích ướt trong kênh dẫn 30 - 40 36

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Ghi chú: ft/s 0,3048 = m/s ft/min 0,3048 = m/min

Chú ý thời gian lưu tồn nước nếu quá nhỏ sẽ không bảo đảm hiệu suất lắng, nếu lớn quá sẽ có các chất hữu cơ lắng. Các bể lắng thường được trang bị thêm thanh gạt chất lắng ở dưới đáy, gàu múc các chất lắng chạy trên đường ray để cơ giới hóa việc xả cặn.

Loại bể lắng cát theo chiều chuyển động ngang của dòng chảy hình vuông được áp dụng hơn 50 năm qua và có thể lắp đặt thêm bộ phận cơ giới để lấy cát ở đáy bể.

37

37

 Diện tích cần thiết cho bể lắng cát có trọng lượng riêng 2,65 (oF - 32 = oC)

2. Các công thức tính:

Kích thước bể lắng cát ngang phải được xác định chính xác, nếu quá nhỏ sẽ không bảo đảm hiệu quả lắng, nếu quá lớn thì cặn lắng sẽ chứa nhiều chất bẩn hữu cơ.

Chiều dài bể xác định theo công thức:

L = Vmax . t (4.6)

trong đó

Vmax: tốc độ dòng chảy khi lưu lượng tối đa (m/sec)

t: thời gian nước lưu lại trong bể (chọn bằng 30 60 sec)

Từ điều kiện liên tục của dòng chảy ta có:

(4.7)

38

38

trong đó

: diện tích tiết diện ướt của bể (m2)

qmax: lưu lượng tối đa của nước thải (m3/sec)

Số ngăn trong bể:

(4.8)

trong đó

b: chiều rộng của mỗi ngăn (thường chọn 0,6 1,6 m đối với bể lắng cát thông thường và 4 6 m đối với bể lắng cát có thanh gạt)

h1: chiều sâu công tác của bể, chọn lớn hơn chiều sâu dòng nước trong kênh dẫn nước vào bể một chút nhưng không quá 1,2 (thường h1 = 0,5 1,2m)

n: phải là một số tròn.

Sau khi xác định được kích thước của bể phải kiểm tra lại để trường hợp nước chảy với lưu lượng nhỏ nhất (qmin) vẫn bảo đảm có vận tốc Vmin > 0,15 m/giây.

Chiều sâu lớp cặn lắng xuống h2 phụ thuộc lượng cặn lắng và thời gian giữa hai lần xả. Thể tích phần cặn lắng xuống là:

(m3)(4.9)

trong đó

Ntt: dân số tính toán theo chất lơ lửng (người)

P: lượng cặn theo đầu người, đối với nước thải sinh hoạt P = 0,02 L/ng.ng.đ

T: thời gian giữa hai lần xả cặn, thường T = 2 4 ngày đêm.

Ở các bể lắng cát ngang làm việc tốt thì cặn lắng xuống có độ tro tới 85% trong đó cát chiếm 60%. Độ ẩm của cặn 60% và trọng lượng thể tích 1,5 T/m3.

Chiều sâu lớp cặn h2 là:

39

39

(4.10)

Đối với hệ thống thoát nước chung, thể tích cặn lắng trong bể lắng cát tăng gấp 1,5 2 lần.

Chiều sâu tổng cộng của bể lắng cát:

H = h1 + h2 + h3 (4.11)

với h3: chiều cao phần tường kể từ mặt nước trở lên. Chọn h3 = 0,2 0,4m.

3. Bể lắng cát có sục khí

Được thiết kế để loại các hạt cát có kích thước lớn hơn 0,2 mm. Các ống phân phối khí đặt cách đáy bể 0,45 0,6 m.

Các giá trị tham khảo để thiết kế bể lắng cát có sục khí

Thông số Giá trị

Khoảng biến thiên Giá trị thông dụng

Thời gian lưu tồn nước ở lưu lượng cưc đại (phút)2 5 3

kích thướt    

Sâu(ft) 7 16

 

Dài (ft) 25 65

 

Rộng (ft) 8 23

 

tỉ lệ sâu : rộng 1:1 5:1 1,5:1

tỉ lệ dài : rộng 3:1 5:1 4:1

40

40

Lượng không khí cần (ft3/min.ft chiều dài)2,0 5,0

 

Lượng cát ft3/Mgal0,5 27 2

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Ghi chú: ft/s 0,3048 = m/s

ft/min 0,3048 = m/min

ft3/min.ft chiều dài 0,0929 = m3/min.m

ft3/Mgal 0,00748 = m3/103 m3

 

Sơ đồ bể lắng cát có sục khí và dòng chảy trong bể

Tính toán:

(m2)(4.12)

trong đó

qmax: lưu lượng tối đa của nước thải (m3/sec)

Vt: tốc độ thẳng của dòng chảy (m/sec)

n: số ngăn bể

41

41

W: tiết diện ngang của bể

Từ đó xác định được kích thước của tiết diện. Nên chọn tỉ lệ giữa chiều rộng : chiều sâu tổng cộng là1 :1,5, dài : rộng = 4 :1

4. Bể lắng cát đứng có dòng chảy xoáy

a. Sân phơi cát

Cặn xả ra từ bể lắng cát còn chứa nhiều nước nên phải phơi khô ở sân phơi cát hoặc hố chứa cát đặt ở gần bể lắng cát.

Chung quanh sân phơi cát phải có bờ đắp cao 1 2 m.

Kích thước sân phơi cát được xác định với điều kiện tổng chiều cao lớp cát h chọn bằng 3 5 m/năm. Cát khô thường xuyên được chuyển đi nơi khác.

Diện tích hữu ích của sân phơi cát xác định theo công thức sau:

(m)(4.37)

trong đó

p: lượng cặn lắng tính theo đầu người. Chọn p = 0,02 L/ng.ng.đ

Ntt: dân số tính toán theo chất lơ lửng.

Số ô của sân phơi cát phải chọn không quá 2.

Sân phơi cát có thể xây dựng trên nền đất tự nhiên hoặc nhân tạo.

Khi đất thấm tốt (cát, á cát) thì xây dựng sân phơi cát với nền tự nhiên. Nếu là đất thấm nước kém hoặc không thấm nước (á sét, sét) thì phải xây dựng nền nhân tạo. Khi đó phải đặt hệ thống ống ngầm có lỗ để thu nước thấm xuống. Nước này có thể dẫn về trước bể lắng cát.

III. BỂ ĐIỀU LƯU

1. Nước thải sinh hoạt và sự biến động về lưu lượng của nó theo thời gian và không gian

Theo định nghĩa của một số nước, nước thải sinh hoạt (domestic wastewater) là nước thải của các hộ dân cư, khu vực thương mại, các cơ quan và các khu vui chơi, giải trí. Đối với những khu dân cư đã phát triển ổn định, việc xác định lưu lượng nên tiến hành bằng cách đo trực tiếp. Đối những khu còn đang xây dựng và qui hoạch phát triển, lưu lượng nước thải được ước tính theo các biện pháp được trình bày sau đây (lưu ý rằng lưu lượng nước thải cho một khu dân cư có từ 1.000 người trở xuống hòan toàn khác hẳn với các khu dân cư lớn hơn).

42

42

Khu dân cư: đối với khu vực dân cư, lượng nước thải chủ yếu được xác định dựa trên dân số và lượng nước thải bình quân trên đầu người. Các số liệu về lượng nước thải trên đầu người ở các khu vực dân cư ở Mỹ được trình bày trong bảng 2.1. Đối với các khu còn trong tình trạng phát triển và khu dân cư lớn nên dựa trên dân số và qui hoạch sử dụng đất để dự báo lưu lượng nước thải. Nếu có thể nên so sánh với số liệu của một khu dân cư có qui mô và qui hoạch tương tự (nên chọn các khu trong cùng khu vực). Trước đây việc dự báo dân số của khu vực là trách nhiệm của các kỹ sư, nhưng ngày nay các số liệu này có thể tìm thấy dễ dàng ở các cơ quan quy hoạch cấp địa phương, khu vực hay quốc gia. Lượng nước tiêu thụ trên đầu người cũng rất biến động theo điều kiện cấp nước.

Lưu lượng nước thải tiêu biểu ở các khu dân cư Mỹ

Nguồn thải Đơn vị tính Lưu lượng, gal/đơn vị.ngày

Khoảng biến thiên Thông dụng

Các hộ chung cư      

nhà lầu Một đầu người 35 75 50

nhà trệt Một đầu người 50 80 65

Khách sạnMột người khách 30 55 45

Các hộ tư      

nhà thông thường Một đầu người 45 90 70

nhà tiện nghi hơn Một đầu người 60 100 80

các hộ giàu Một đầu người 75 150 95

các ngôi nhà cũ Một đầu người 30 60 45

các nhà để nghỉ hè Một đầu người 25 50 40

Các trạm xe lửaMột đầu người 30 50 40

43

43

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Khu thương mại: các khu thương mại có lưu lượng rất biến thiên theo loại hình phục vụ. Thường người ta biểu diễn đơn vị lưu lượng nước thải ở các khu thương mại bằng gal/acre.d (m3/ha.d) dựa trên các dữ liệu hiện tại hoặc các qui hoạch tương lai. Ở Mỹ lưu lượng nước thải trung bình cho khu vực thương mại từ 7,5 14 m3/ha.d. Lưu lượng nước thải cho từng loại hình phục vụ được tổng kết trong bảng 4.2. 

Các cơ quan và khu vui chơi giải trí: lưu lượng nước thải ở các cơ quan thường tính bằng gal/nhân viên.ngày và biến động rất lớn theo địa phương, khí hậu và các tiện nghi lắp đặt trong cơ quan. Nước thải ở các khu vui chơi, giải trí biến động lớn theo mùa.

2. Các nguồn nước khác có thể có trong hệ thống thu gom nước thải

Nước thải được thu gom, đưa đến các hệ thống xử lý nước thải bằng các đường cống hay rãnh hở. Các loại nước khác như nước ngầm thấm vào cống qua các mối nối không kỹ của đường cống, nước mưa có thể đi vào các hệ thống thu gom làm thay đổi lưu lượng của nước thải khi đến bể xử lý. "Cô lập, làm kín" các hệ thống thu gom sẽ mang lại các lợi ích như không gây hiện tượng quá tải cho hệ thống xử lý, không gây úng, ngập các đường cống.

3. Các bước để tính toán, thiết kế một bể điều lưu cho một xí nghiệp

Ở khu vực dân cư (nước thải sinh hoạt) và khu vực sản xuất (nước thải công nghiệp) nước thải được thải ra với lưu lượng biến đổi theo giờ, thời vụ sản xuất, mùa (mưa, nắng). Trong khi đó các hệ thống sinh học phải được cung cấp nước thải đều đặn về thể tích cũng như về các chất cần xử lý 24/24 giờ. Do đó sự hiện diện của một bể điều lưu là hết sức cần thiết. Bể điều lưu có chức năng điều hòa lưu lượng nước thải và các chất cần xử lý để bảo đảm hiệu quả cho các qui trình xử lý sinh học về sau, nó chứa nước thải và các chất cần xử lý ở các giờ cao điểm, phân phối lại trong các giờ không hoặc ít sử dụng để cung cấp ở một lưu lượng nhất định 24/24 giờ cho các hệ thống xử lý sinh học phía sau.

Các lợi ích của bể điều lưu như sau:

       Bể điều lưu làm tăng hiệu quả của hệ thống sinh học do nó hạn chế hiện tượng "shock" của hệ thống do hoạt động quá tải hoặc dưới tải về lưu lượng cũng như hàm lượng các chất hữu cơ, giảm được diện tích xây dựng các bể sinh học (do tính toán chính xác). Hơn nữa các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hòa ở mức độ thích hợp cho các hoạt động của vi sinh vật.

       Chất lượng của nước thải sau xử lý và việc cô đặc bùn ở đáy bể lắng thứ cấp được cải thiện do lưu lượng nạp các chất rắn ổn định.

       Diện tích bề mặt cần cho hệ thống lọc nước thải giảm xuống và hiệu suất lọc được cải thiện, chu kỳ làm sạch bề mặt các thiết bị lọc cũng ổn định hơn.

44

44

 

Cách tính toán bể điều lưu:

Bước 1: đo lưu lượng nước thải từng giờ từ 0 giờ ngày hôm trước đến 0 giờ ngày hôm sau (có thể thông qua việc đo lưu lượng nước sử dụng trừ đi lượng nước giữ lại trong các sản phẩm).

Bước 2: tính toán tổng lượng nước thải ra môi trường theo từng giờ (Ví dụ lưu lượng nước thải ở 0 1 giờ là 10 m3/h, lưu lượng nước thải ở 1 2 giờ là 20 m3/h, lưu lượng nước thải ở 2 3 giờ là 20 m3/h , Tổng lượng nước thải thải ra môi trường ở 0 giờ là 0 m3, 1 giờ là 10 m3, 2 giờ là 30 m3. Vẽ đồ thị biểu diễn tổng lượng nước thải ra môi trường theo từng giờ và tổng lượng nước thải theo lưu lượng trung bình thải ra môi trường theo từng giờ.

Bước 3: xác định điểm bụng của đồ thị, vẽ đường tiếp tuyến với đồ thị tại điểm bụng, hiệu số khoảng cách thẳng đứng chiếu từ điểm bụng của đường biểu diển tổng lượng nước thải ra môi trường theo từng giờ đến đường biểu diễn tổng lượng nước thải theo lưu lượng trung bình thải ra môi trường theo từng giờ là thể tích cần thiết của bể điều lưu.

Trong thực tế bể điều lưu thường được thiết kế lớn hơn thể tích tính toán từ 10 20% để phòng ngừa các trường hợp không tiên đoán được của sự biến động hàng ngày của lưu lượng; trong một số hệ thống xử lý người ta có thể bơm hoàn lưu một số nước thải về bể điều lưu (mặc dù điều này không được khuyến cáo).

Nên lưu ý thêm yếu tố biến động của nước thải theo mùa vụ sản xuất trong năm.

45

45

Sơ đồ cách tính thể tích cần thiết của bể điều lưu

Bài tập: Tiến hành đo lưu lượng nước thải của một xí nghiệp, người ta ghi nhận được các số liệu được trình bày trong bảng bên dưới; hãy xác định thể tích bể điều lưu cần thiết. 

Giờ Lưu lượng trung bình (ft3/s) Lưu lượng cộng dồn (1000 ft3)g

Thực tế Trung bình

M 0 0 0

1 9.7 34.9 38.88

2 7.8 63 77.76

3 5.8 83.9 116.64

4 4.6 100.5 155.52

5 3.7 113.8 194.4

46

46

6 3.5 126.4 233.28

7 4.2 141.5 272.16

8 7.2 167.4 311.04

9 12.5 212.4 349.92

10 14.5 264.6 388.8

11 15 318.6 427.68

N 15.2 373.3 466.56

1 15 427.3 505.44

2 14.3 478.8 544.32

3 13.6 527.8 583.2

4 12.4 572.4 622.08

5 11.5 613.8 660.96

6 11.5 655.2 699.84

7 11.6 697 738.72

8 12.9 743.4 777.6

9 14.1 794.2 816.48

47

47

10 14.1 844.9 855.36

11 13.4 893.2 894.24

M 12.2 937.1 933.12

Avg 10.8   

 

Giải:

Vẽ đồ thị thể tích nước thải cộng dồn theo lưu lượng thực tế và theo lưu lượng trung bình.

Xác định điểm bụng của đường biểu diễn thể tích cộn dồn nước thải theo lưu lượng thực tế và vẽ đường tiếp tuyến tại điểm này.

Tính khoảng giữa điểm bụng và điểm chiếu của nó lên đường biểu diễn thể tích nước thải cộng dồn theo lưu lượng trung bình. Đó chính là thể tích bể điều lưu theo lý thuyết.

Thể tích bể điều lưu theo thực tế là (+20%) 180000 ft3

IV. LƯU LƯỢNG KẾ

48

48

Các thiết bị đo lưu tốc đã được thương mại hóa. Tuy nhiên việc lựa chọn, sử dụng và bảo trì cho các thiết bị đo lưu tốc chính xác là một yếu tố quan trọng cho việc vận hành các hệ thống xử lý đạt hiệu quả. Một thiết bị đo lưu tốc bao gồm hai bộ phận là (1) đầu dò; (2) bộ phận chuyển đổi các tín hiệu từ đầu dò sang kết quả trên bảng số của thiết bị.

Hiện nay có nhiều loại lưu tốc kế của nhiều hãng khác nhau, trước khi lựa chọn nên tham khảo các thông tin từ nhà sản xuất và nên lưu ý đến các yếu tố sau:

       Loại lưu tốc kế đó thích hợp cho việc đo lưu tốc trong ống cống hay các rãnh hở?

       Kích thước của nó có phù hợp với dòng chảy cần khảo sát hay không?

       Các thành phần của nước thải có phù hợp cho lưu tốc kế hay không?

       Độ chính xác và tin cậy?

       Việc lắp lưu tốc kế vào dòng chảy có làm giảm áp dòng chảy hay không?

       Các yêu cầu về lắp đặt, vận hành và bảo trì?

V. KHUẤY TRỘN

Khuấy trộn là một hoạt động quan trọng trong nhiều giai đoạn khác nhau của quá trình xử lý nước thải nhằm: (1) trộn lẫn hoàn toàn chất này với chất khác; (2) khuấy trộn duy trì các chất rắn lơ lửng ở trạng thái lơ lửng; (3) khuấy trộn các giọt chất lỏng ở trạng thái lơ lửng; (4) trộn lẫn các chất lỏng; (4) tạo bông cặn; (5) trao đổi nhiệt. Thường quá trình khuấy trộn còn tạo ra được hiệu quả phụ đó là việc cung cấp thêm oxy hoà tan cho quá trình phân hủy sinh học hiếu khí.

Trong xử lý nước thải, người ta thường sử dụng hai kiểu khuấy trộn:

       Khuấy trộn nhanh, liên tục (continuous rapid mixing): thời gian khuấy từ 30 giây trở xuống nhằm trộn các hóa chất vào nước. Quá trình khuấy trộn này có thể diễn ra bởi (1) việc thay đổi áp suất đột ngột ở các rãnh; (2) các ống hay máng khuếch tán; (3) trong đường ống; (4) bởi các bơm; (5) thiết bị khuấy tĩnh; (6) các thiết bị khuấy cơ học (moteur gắn cánh khuấy).

       Khuấy liên tục (continuous mixing): để giữ các hạt chất rắn, lỏng trong bể ở trạng thái lơ lửng. Quá trình khuấy trộn này có thể diễn ra bởi (1) các thiết bị khuấy cơ học; (2) khuấy khí động học; (3) khuấy tĩnh và (4) bơm.

49

49

Hai loại thiết bị khuấy

Ảnh một thiết bị khuấy trộn (cơ học)

 

Ảnh một số loại thiết bị khuấy tĩnh

50

50

Ảnh thiết bị khuấy khí động học

VI. BỂ LẮNG SƠ CẤP

Để giữ lại các chất hữu cơ không tan trong nước thải trước khi cho nước thải vào các bể xử lý sinh học người ta dùng bể lắng sơ cấp. Bể lắng sơ cấp dùng để loại bỏ các chất rắn có khả năng lắng (tỉ trọng lớn hơn tỉ trọng của nước) và các chất nổi (tỉ trọng nhẹ hơn tỉ trọng của nước). Nếu thiết kế chính xác bể lắng sơ cấp có thể loại được 50 70% chất rắn lơ lửng, 25 40% BOD của nước thải.

Nếu bể lắng sơ cấp được thiết kế như là giai đoạn sửa soạn cho quá trình xử lý sinh học thì các thông số tính toán có thể thay đổi như là thời gian lưu tồn ngắn hơn lưu lượng nạp cho một đơn vị diện tích lớn hơn so với trường hợp bể lắng sơ cấp là phương pháp xử lý duy nhất.

51

51

Trước khi vào bể lọc sinh học hoặc bể aeroten, hàm lượng chất lơ lửng trong nước không được quá 150mg/l. Thời gian lắng khi đó chọn không dưới 1,5 giờ.

Nếu hàm lượng chất lơ lửng cho phép lại trong nước đã lắng trên 150 mg/l (chẳng hạn khi xử lý nước thải ở cánh đồng lọc, cánh đồng tưới) thời gian lắng có thể giảm xuống 0,5 1 giờ.

Bể lắng sơ cấp có thể có hình chữ nhật hoặc hình trụ tròn, được trang bị thêm thiết bị gạt váng trên bề mặt và cặn dưới đáy bể, các thiết bị này đã được thương mại hóa nên trong giáo trình này không đề cập đến vấn đề tính toán thiết kế.

 Phân loại các hiện tượng lắng trong việc xử lý nước thải

Loại Mô tả Ứng dụng

Lắng từng hạt riêng lẻ

Xảy ra đối với nước thải có hàm lượng chất rắn lơ lửng thấp. Các hạt được lắng xuống riêng lẻ, không xảy ra phản ứng đáng kể nào đối với các hạt lân cận.

Loại bỏ đá, cát trong nước thải.

Tạo bông cặn

Trong quá trình lắng các hạt liên kết lại với nhau hoặc tạo thành bông cặn do đó tăng trọng lượng và lắng nhanh hơn.

Loại bỏ một phần SS ở nước thải chưa xử lý và nước thải sau quá trình xử lý sinh học.

Lắng theo vùng

Lực tương tác giữa các hạt đủ lớn để ngăn cản các hạt bên cạnh. Mặt phân cách giữa chất lỏng và chất rắn xuất hiện ở phía trên khối lắng

Xảy ra ở bể lắng thứ cấp đặt sau bể xử lý sinh học.

Nén Diễn ra khi hàm lượng chất các hạt đủ để tạo nên một cấu trúc nào đó và các hạt này phải được đưa lên tục vào cấu trúc đó.

Diễn ra ở đáy của các bể lắng thứ cấp và trong các thiết bị cô bùn.

 Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

  Các số liệu tham khảo để thiết kế bể lắng sơ cấp

Thông số Giá trị

Khoảng biến thiên Thông dụng

Bể lắng sơ cấp đi trước các hệ thống xử lý khác

   

52

52

Thời gian lưu tồn (giờ)1,5 2,5 2,0

Lưu lượng gal/ft2.d    

Trung bình 800 1200

 

Tối đa 2000 3000 2500

Lưu lượng qua băng phân phối nước gal/ft.d10000 40000 20000

Bể lắng sơ cấp có hoàn lưu bùn hoạt tính    

Thời gian lưu tồn (giờ)1,5 2,5 2

Lưu lượng gal/ft2.d    

Trung bình 600 800

 

Tối đa 1200 1700 1500

Lưu lượng qua băng phân phối nước gal/ft.d10000 40000 20000

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Chú ý: gal/ft2.d 0,0407 = m3/m2.d gal/ft.d 0,0124 = m3/m.d 

Các số liệu tham khảo để thiết kế bể lắng sơ cấp hình chữ nhật và trụ tròn

Thông số Giá trị

Khoảng biến thiên Giá trị thông dụng

Hình chữ nhật    

Sâu(ft) 10 15 12

53

53

Dài(ft) 50 300 80 130

Rộng(ft) 10 80 16 32

Vận tốc thiết bị gạt váng và cặn (ft/min) 2 4 3

Hình trụ tròn    

Sâu(ft) 10 15 12

Đường kính (ft) 10 200 40 150

Độ dốc của đáy (in/ft) 0,75 2 1

Vận tốc thiết bị gạt váng và cặn (ft/min) 0,02 0,05 0,03

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Chú ý : ft 0,3048 = m

in/ft 83,333 = mm/m

1. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ của nước nguồn cũng có ảnh hưởng đáng kể đến chế độ oxy của nguồn nước. Về mùa hè khi nhiệt độ của nước nguồn tăng, quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ xảy ra với cường độ mạnh hơn. Trong khi đó độ hòa tan của oxy vào nước lại giảm xuống. Vì vậy về mùa hè, độ thiếu hụt oxy tăng nhanh hơn so với mùa đông.

Về mùa đông nhiệt độ nước nguồn thấp nên độ hòa tan tăng, tuy nhiên với nhiệt độ thấp các vi khuẩn hiếu khí tham gia vào quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ sẽ hoạt động yếu. Do đó quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ xảy ra chậm chạp. Nói một cách khác, về mùa đông quá trình tự làm sạch của nước nguồn xảy ra một cách chậm chạp.

2. Ảnh hưởng của cặn lắng

Khi xả nước thải chưa xử lý vào nguồn nước, các chất lơ lửng sẽ lắng xuống đáy nguồn và khi tốc độ dòng chảy trong nguồn không lớn lắm thì các chất đó sẽ lắng ở ngay cạnh cống xả.

Các chất hữu cơ của cặn lắng bị phân hủy bởi vi khuẩn. Nếu lượng cặn lắng lớn và lượng oxy trong nước nguồn không đủ cho quá trình phân hủy hiếu khí thì oxy hoà tan của nước nguồn cạn

54

54

kiệt (DO = 0). Lúc đó quá trình phân giải yếm khí sẽ xảy ra và sản phẩm của nó là chất khí H2S, CO2, CH4. Các chất khí khi nổi lên mặt nước lôi kéo theo các hạt cặn đã phân hủy, đồng thời các bọt khí vỡ tung và bay vào khí quyển. Chúng làm ô nhiễm cả nước và không khí xung quanh.

Cần chú ý rằng quá trình yếm khí xảy ra chậm hơn nhiều so với quá trình hiếu khí. Bởi vậy khi đưa cặn mới vào nguồn thì quá trình phân giải yếm khí có thể xảy ra liên tục trong một thời gian dài và quá trình tự làm sạch nguồn nước có thể coi như chấm dứt. Nguồn như vậy không thể sử dụng vào mục đích cấp nước, cá sẽ không thể sống và có thể có nhiều thiệt hại khác nữa. Vì vậy trước khi xả vào sông hồ, cần phải loại bỏ bớt chất rắn lơ lửng có trong nước thải.

VII.BỂ LỌC NƯỚC THẢI BẰNG CÁC HẠT LỌC

Bể lọc được dùng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng (và cả BOD) của nước thải sau khi qua xử lý sinh học hoặc hóa học. Các hạt lọc thường dùng là sỏi, than….

 

 

55

55

 

 

56

56

 

 

Sơ đồ một số bể lọc

VIII. BỂ TUYỂN NỔI

Bể tuyển nổi được sử dụng để loại bỏ các hạt rắn hoặc lỏng ra khỏi hỗn hợp nước thải và cô đặc bùn sinh học. Không khí được thổi vào bể tạo nên các bọt khí, các bọt khí này kết với các hạt và nổi lên trên mặt nước thải và bị loại bỏ bằng các thiết bị gạt bọt. Một số loại hóa chất như phèn nhôm, muối ferric, silicat hoạt tính có thể được thêm vào nước thải để kết dính các hạt lại làm cho nó dể kết với các bọt khí để nổi lên bề mặt hơn. Một chỉ số quan trọng để tính toán cho bể tuyển nổi là tỉ lệ A/S (air/solid ratio), theo thực nghiệm tỉ lệ tối ưu nằm trong khoảng 0,005 0,060 [mL (air)/mg (solid)].

57

57

Sơ đồ bể tuyển nổi kết hợp với cô bùn

Các chất rắn được đưa lên mặt bể tuyển nổi

 

Một bể tuyển nổi điển hình

58

58

IX. BỂ LỌC SINH HỌC NHỎ GIỌT

Bể lọc sinh học nhỏ giọt đã được dùng để xử lý nước thải hơn 100 năm. Bể lọc nhỏ giọt đầu tiên xuất hiện ở Anh năm 1893, hiện nay được sử dụng ở hầu khắp các nước với các trạm xử lý công suất nhỏ. Ở nước ta bể lọc sinh học nhỏ giọt đã được xây dựng tại nhà máy cơ khí Hà Nội, xí nghiệp chế biến thuốc thú y Hà Tây, bệnh viện đa khoa Gia Lâm v.v...

Nước thải được phân phối đều trên bề mặt nguyên liệu lọc (hoạt động như giá bám cho vi khuẩn) theo kiểu nhỏ giọt hoặc phun tia. Lượng không khí cần thiết cho quá trình được cấp vào nhờ quá trình thông gió tự nhiên qua bề mặt hở phía trên và hệ thống thu nước phía dưới của bể lọc. Ngày nay người ta thường sử dụng chu trình lọc 2 pha bao gồm 2 bể lọc nối tiếp nhau.

Bể lọc sinh học nhỏ giọt chia ra bể lọc vận tốc chậm, bể lọc vận tốc trung bình và nhanh, bể lọc cao tốc, bể lọc thô (xử lý nước thải sơ bộ trước giai đoạn xử lý thứ cấp), bể lọc hai pha.

       Bể lọc vận tốc chậm: có hình trụ hoặc chữ nhật, nước thải được nạp theo chu kỳ, chỉ có khoảng 0,6 ¸ 1,2 m nguyên liệu lọc ở phía trên có bùn vi sinh vật còn lớp nguyên liệu lọc ở phía dưới có các vi khuẩn nitrat hóa. Hiệu suất khử BOD cao và cho ra nước thải chứa lượng nitrat cao. Tuy nhiên cần phải lưu ý đến vấn đề mùi hôi và sự phát triển của ruồi Psychoda. Nguyên liệu lọc thường dùng là đá sỏi, xỉ.

       Bể lọc vận tốc trung bình và nhanh: thường có hình trụ tròn, lưu lượng nạp chất hữu cơ cao hơn, nước thải được bơm hoàn lưu trở lại bể lọc và nạp liên tục, việc hoàn lưu nước thải giảm được vấn đề mùi hôi và sự phát triển của ruồi Psychoda. Nguyên liệu lọc thường sử dụng là đá sỏi, plastic.

       Bể lọc cao tốc: có lưu lượng nạp nước thải và chất hữu cơ rất cao, khác với bể lọc vận tốc nhanh ở điểm có chiều sâu cột lọc sâu hơn do nguyên liệu lọc làm bằng plastic, do đó nhẹ hơn so với đá sỏi.

       Bể lọc thô: lưu lương nạp chất hữu cơ lớn hơn 1,6 kg/m3.d, lưu lượng nước thải là 187m3/m2.d bể lọc thô dùng để xử lý sơ bộ nước thải trước giai đoạn xử lý thứ cấp.

       Bể lọc hai pha: thường sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao và cần nitrat hóa đạm trong nước thải. Giữa 2 bể lọc thường có bể lắng để loại bỏ bớt chất rắn sinh

59

59

ra trong bể lọc thứ nhất. Bể lọc thứ nhất dùng để khử BOD của các hợp chất chứa carbon, bể thứ hai chủ yếu cho quá trình nitrat hóa.

Một số giá trị tham khảo để thiết kế bể lọc sinh học nhỏ giọt

Thông số VT chậm

VT trung bình VT nhanh Cao tốc Lọc thô Hai pha

Nguyên liệu lọc đá sỏi,

xỉđá sỏi, xỉ đá sỏi plastic plastic đá sỏi,

plastic

Lưu lượng nước thải nạp

           

       gal/ft2.min

0,02 ¸ 0,06

0,06 ¸ 0,16 0,16 ¸ 0,64 0,2 ¸ 1,2 0,8 ¸ 3,2 0,16 ¸ 0,64

       Mgal/acre.d

1 ¸ 4 4 ¸ 10 10 ¸ 40 15 ¸ 90 50 ¸ 200c 10 ¸ 40c

Lưu lượng nạp BOD lb/103ft3.d

5 ¸ 25 15 ¸ 30 30 ¸ 60 30 ¸ 100 100 ¸ 500 60 ¸ 120

Bề sâu cột lọc ft 6 ¸ 8 6 ¸ 8 3 ¸ 6 10 ¸ 40 15 ¸ 40 6 ¸ 8

Tỉ lệ hoàn lưu0 0 ¸ 1 1 ¸ 2 1 ¸ 2 1 ¸ 4 0,5 ¸ 2

Ruồi Psychoda nhiều ít rất ít rất ít -

khôngrất ít -không

rất ít -không

Làm sạch cột lọc chu kỳ chu kỳ liên tục liên tục liên tục liên tục

Hiệu suất khử BOD % 80 ¸ 90 50 ¸ 70 65 ¸ 85 65 ¸ 80 40 ¸ 65 85 ¸ 95

Nước thảinitrat

hóa caonitrat hóa một

phầnít nitrat

hóaít nitrat

hóakhông

nitrat hóanitrat hóa

cao

60

60

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Ghi chú: c: không kể lưu lượng hoàn lưu

gal/ft2.min 58,674 = m3/m2.d

lb/103ft3.d 0,0160 =kg/m3.d

Tính toán các thiết bị cơ khí

Vận tốc quay của hệ thống phân phối nước

 

trong đó

QT: tổng lưu lượng nước thải nạp cho bể QT = Q + Qr Q: lưu lượng nước thải đầu vào Qr: lưu lượng nước thải hoàn lưuA: số cánh của hệ thống phân phối nước DR: dosing rate, in/pass

Một số giá trị DR tham khảo                           

Lưu lượng nạp tính theo BOD lb BOD5/103ft3 Dosing rate (in/pass)

< 25 3

50 6

75 9

100 12

150 18

200 24

Ghi chú: lb/103ft3 0,0160 = kg/m3 in 2,54 = cm 

61

61

Một số đặc tính lý học của các loại nguyên liệu lọc 

Nguyên liệu lọc Kích thước thông dụng (in)

Trọng lượng riêng (lb/ft3)

Diện tích bề mặt (ft2/ft3)

Độ rỗng trong cột lọc (%)

Đá sỏi ở sông        

Nhỏ1 ¸ 2,5 78 ¸ 90 17 ¸ 21 40 ¸ 50

Lớn4 ¸ 5 50 ¸ 62 12 ¸ 50 50 ¸ 60

Xỉ lò        

Nhỏ2 ¸ 3 56 ¸ 75 17 ¸ 21 40 ¸ 50

Lớn3 ¸ 5 50 ¸ 62 14 ¸ 18 50 ¸ 60

Plastic b        

Thông dụng24 ´ 24 ´ 48 2 ¸ 6 24 ¸ 30 94 ¸ 97

Loại có diện tích bề mặt lớn 24 ´ 24 ´ 48 2 ¸ 6 30 ¸ 60 94 ¸ 97

Cao su Redwood b

48 ´ 48 ´ 20 9 ¸ 11 12 ¸ 15 70 ¸ 80

Random pack1 ¸ 3,5 3 ¸ 6 38 ¸ 85 90 ¸ 95

  Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Ghi chú: b: kích thước của một module

in 25,4 = mm lb/ft3 16,0815 = kg/m3 ft2/ft3 3,2808 = m2/m3

Nguyên liệu lọc lý tưởng phải có diện tích bề mặt lớn, giá rẻ, độ bền cao và ít bị tắc nghẽn. Trước những năm 1960 người ta thường sử dụng đá sỏi và xỉ, nhưng sau đó người ta thường sử dụng plastic hoặc cao su redwood để tăng độ rỗng của cột lọc, giảm thiểu việc tắc nghẽn cột lọc.

PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ

62

62

Quá trình hấp phụ là quá trình tập hợp các chất hòa tan trong dung dịch lên bề mặt chung của chất lỏng và khí, hai chất lỏng hoặc giữa chất lỏng và chất rắn thích hợp. Trong giáo trình này chúng ta chỉ đề cập đến quá trình hấp phụ xảy ra trên bề mặt chung của chất lỏng và chất rắn.

Xử lý bằng bột than hoạt tính: bột than hoạt tính và nước thải (thường là nước thải sau xử lý sinh học) được cho vào một bể tiếp xúc, sau một thời gian nhất định bột than hoạt tính được cho lắng, hoặc lọc. Do than hoạt tính rất mịn nên phải sử dụng thêm các chất trợ lắng polyelectrolyte. Bột than hoạt tính còn được cho vào bể aeroten để loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải. Than hoạt tính sau khi sử dụng thường được tái sinh để xử dụng lại, phương pháp hữu hiệu để tái sinh bột than hoạt tính chưa được tìm ra, đối với than hoạt tính dạng hạt người ta tái sinh trong lò đốt để oxy hóa các chất hữu cơ bám trên bề mặt của chúng, trong quá trình tái sinh 5 10% hạt than bị phá hủy và phải thay thế bằng các hạt

Khả năng hấp phụ tối đa của than hoạt tính dạng hạt được tính bằng công thức: 

[8,34lb/Mgal.(mg/L)]

với

(X/m)b: khả năng hấp phụ tối đa của than hoạt tính dạng hạt, lb/lb hoặc g/g (thực tế, bằng khoảng 25 50% giá trị lý thuyết)Xb: trọng lượng của chất hữu cơ bị hấp phụ bởi các hạt than hoạt tính lb hoặc gMc: trọng lượng than hoạt tính sử dụng cho cột lọcQ: lưu lượng nước thải, Mgal/dCi: hàm lượng chất hữu cơ của nước thải, mg/LCb: hàm lượng chất hữu cơ bị hấp phụ (lý thuyết), mg/Ltb: thời gian cần thiết cho quá trình hấp phụ

X. BỂ KEO TỤ VÀ TẠO BÔNG CẶN

Thực tế phương pháp này là phương pháp kết hợp giửa phương pháp hoá học và lý học. Mục đích của phương pháp này nhằm loại bỏ các hạt chất rắn khó lắng hay cải thiện hiệu suất lắng của bể lắng. Cấu tạo của bể này là loại bể lắng cơ học thông thướng, nhưng trong quá trình vận hành, chúng ta thêm vào một số chất keo tụ như phèn nhôm, polymere để tạo điều kiện cho quá trình keo tụ và tạo bông cặn để cải thiện hiệu suất lắng. Quá trình tạo bông cặn có thể đơn giản hoá trong hình dưới đây.

63

63

 

 

Các chất thường dùng cho quá trình keo tụ là muối sắt và muối nhôm.

Các chất thường dùng để tạo bông cặn là polyacrilamids. Nếu kết hợp với các loại muối kim loại sẽ cho hiệu suất tốt hơn.

XI. SƠ LƯỢC VỀ CÁC QUÁ TRÌNH VI SINH TRONG BỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Như đã nói ở các chương trước quá trình xử lý sinh học thường theo sau quá trình xử lý cơ học để loại bỏ các chất hữu cơ trong nước thải nhờ hoạt động của các vi khuẩn. Tùy theo nhóm vi khuẩn sử dụng là hiếu khí hay yếm khí mà người ta thiết kế các công trình khác nhau. Tùy theo

64

64

khả năng về tài chính, diện tích đất mà người ta có thể dùng ao hồ có sẵn hoặc xây dựng các bể nhân tạo để xử lý.

1. Quá trình hiếu khí và hiếu khí không bắt buộc (tùy nghi)

Để thiết kế và vận hành một bể xử lý sinh học có hiệu quả chúng ta phải nắm vững các kiến thức sinh học có liên quan đến quá trình xử lý. Trong các bể xử lý sinh học các vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu vì nó chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải. Trong các bể bùn hoạt tính một phần chất thải hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí và hiếu khí không bắt buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ còn lại thành tế bào vi khuẩn mới. Vi khuẩn trong bể bùn hoạt tính thuộc các giống Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium và hai loại vi khuẩn nitrát hóa là Nitrosomonas và Nitrobacter. Ngoài ra còn có cácloại hình sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix và Geotrichum. Ngoài các vi khuẩn các vi sinh vật khác cũng đóng vai trò quan trọng trong các bể bùn hoạt tính. Ví dụ như các nguyên sinh động vật và Rotifer ăn các vi khuẩn làm cho nước thải đầu ra sạch hơn về mặt vi sinh.

Khi bể xử lý được xây dựng xong và đưa vào vận hành thì các vi khuẩn có sẵn trong nước thải bắt đầu phát triển theo chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong một mẻ cấy vi khuẩn. Trong thời gian đầu, để sớm đưa hệ thống xử lý vào hoạt động ổn định có thể dùng bùn của các bể xử lý đang hoạt động gần đó cho thêm vào bể mới như là một hình thức cấy thêm vi khuẩn cho bể xử lý. Chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong bể xử lý bao gồm 4 giai đoạn:

       Giai đoạn chậm (lag-phase): xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và bùn của các bể khác được cấy thêm vào bể. Đây là giai đoạn để các vi khuẩn thích nghi với môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào.

       Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khuẩn tiến hành phân bào và tăng nhanh về số lượng. Tốc độ phân bào phụ thuộc vào thời gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thức ăn trong môi trường.

       Giai đoạn cân bằng (stationary phase): lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một số lượng ổn định. Nguyên nhân của giai đoạn này là (a) các chất dinh dưỡngcần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn đã bị sử dụng hết, (b) số lượng vi khuẩn sinh ra bằng với số lượng vi khuẩn chết đi.

       Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số lượng vi khuẩn chết đi nhiều hơn số lượng vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm nhanh. Giai đoạn này có thể do các loài có kích thườc khả kiến hoặc là đặc điểm của môi trường.

 

65

65

 

Một đồ thị điển hình về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý

  Cũng cần nó thêm rằng đồ thị trên chỉ mô tả sự tăng trưởng của một quần thể vi khuẩn đơn độc. Thực tế trong bể xử lý có nhiều quần thể khác nhau và có đồ thị tăng trưởng giống nhau về dạng nhưng khác nhau về thời gian tăng trưởng cũng như đỉnh của đồ thị. Trong một giai đoạn bất kỳ nào đó sẽ có một loài có số lượng chủ đạo do ở thời điểm đó các điều kiện như pH, oxy, dinh dưỡng, nhiệt độ... phù hợp cho loài đó. Sự biến động về các vi sinh vật chủ đạo trong bể xử lý được biểu diễn trong hình bên dưới. Khi thiết kế và vận hành hệ thống xử lý chúng ta phải để ý tới cả hệ vi sinh vật này, không nên nghĩ rằng đây là một "hộp đen" với những vi sinh vật bí mật.

 

Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý nước thải

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

  Như đã nói ở trên vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu trong các bể xử lý nước thải. Do đó trong các bể này chúng ta phải duy trì một mật độ vi khuẩn cao tương thích với lưu lượng

66

66

các chất ô nhiễm đưa vào bể. Điều này có thể thực hiện thông qua quá trình thiết kế và vận hành. Trong quá trình thiết kế chúng ta phải tính toán chính xác thời gian tồn lưu của vi khuẩn trong bể xử lý và thời gian này phải đủ lớn để các vi khuẩn có thể sinh sản được. Trong quá trình vận hành, các điều kiện cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn (pH, chất dinh dưỡng, nhiệt độ, khuấy trộn...) phải được điều chỉnh ở mức thuận lợi nhất cho vi khuẩn.

  Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của các công trình xử lý nước thải hiếu khí

Loại Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của công trình

Bùn hoạt tính Loại bể phản ứngThời gian lưu của nước thải trong bể phản ứngChế độ nạp nước thải và các chất hữu cơHiệu suất sục khíThời gian lưu trữ VSV trong bể phản ứngTỉ lệ thức ăn/vi sinh vật (F/M)Tỉ lệ bùn bơm hoàn lưu về bể phản ứngCác chất dinh dưỡngCác yếu tố môi trường (nhiệt độ, pH)

Bể lọc sinh học nhỏ giọt

Loại nguyên liệu làm giá bám và chiều cao của cột nguyên liệu nàyChế độ nạp nước thải và các chất hữu cơHiệu suất thông khíTỉ lệ hoàn lưuCách sắp xếp các cột lọcCách phân phối lưu lượng nước

Đĩa quay sinh học

Số bể, đĩaChế độ nạp nước thải và các chất hữu cơBộ phận truyền độngMật độ của nguyên liệu cấu tạo đĩaVận tốc quayCác trục quayĐộ ngập nước của đĩaTỉ lệ hoàn lưu

Loại Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của công trình

Bùn hoạt tính Loại bể phản ứngThời gian lưu của nước thải trong bể phản ứngChế độ nạp nước thải và các chất hữu cơHiệu suất sục khíThời gian lưu trữ VSV trong bể phản ứngTỉ lệ thức ăn/vi sinh vật (F/M)Tỉ lệ bùn bơm hoàn lưu về bể phản ứngCác chất dinh dưỡngCác yếu tố môi trường (nhiệt độ, pH)

Bể lọc sinh học nhỏ giọt

Loại nguyên liệu làm giá bám và chiều cao của cột nguyên liệu nàyChế độ nạp nước thải và các chất hữu cơHiệu suất thông khíTỉ lệ hoàn lưuCách sắp xếp các cột lọc

67

67

Cách phân phối lưu lượng nước

Đĩa quay sinh học

Số bể, đĩaChế độ nạp nước thải và các chất hữu cơBộ phận truyền độngMật độ của nguyên liệu cấu tạo đĩaVận tốc quayCác trục quayĐộ ngập nước của đĩaTỉ lệ hoàn lưu

 Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

2. Quá trình yếm khí

Các hệ thống yếm khí ứng dụng khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong điều kiện không có oxy. Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ rất phức tạp liên hệ đến hàng trăm phản ứng và sản phẩm trung gian. Tuy nhiên người ta thường đơn giản hóa chúng bằng phương trình sau đây:

Chất hữu cơlên men-----------> yếm khí

CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S

Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas. Thành phần của Biogas như sau: 

Methane (CH4) 55 ¸ 65%

Carbon dioxide (CO2) 35 ¸ 45%

Nitrogen (N2) 0 ¸ 3%

Hydrogen (H2) 0 ¸ 1%

Hydrogen Sulphide (H2S) 0 ¸ 1%

 Methane có nhiệt trị cao (gần 9.000 kcal/m3). Do đó, nhiệt trị của Biogas khoảng 4.500 6.000 kcal/m3, tùy thuộc vào phần trăm của methane hiện diện trong Biogas.

Quá trình phân hủy yếm khí được chia thành 3 giai đoạn chính như sau:

1. Phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử. 2. Tạo nên các axít.

68

68

3. Tạo methane.

 

Giai đoạn I Thủy phân và lên men

Giai đoạn IITạo axid acetic, H2

Giai đoạn IIISinh CH4

Ba giai đoạn của quá trình lên men yếm khí (Mc. Cathy, 1981)

Ba nhóm vi khuẩn chính tham gia vào quá trình là nhóm vi sinh vật thủyphân ch6át hữu cơ, nhóm vi sinh vật tạo acid bao gồm các loài Clostridium spp., Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium spp., Desulphovibrio spp., Corynebacterium spp., Lactobacillus, Actonomyces, Staphylococcus và Escherichia coli, và nhóm vi sinh vật sinh methane gồm các loài dạng hình que (Methanobacterium, Methanobacillus), dạng hình cầu (Methanococcus, Methanosarcina).

 Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình lên men yếm khí

Quá trình lên men yếm khí có thể được khởi động một cách nhanh chóng nếu như chất thải của một hầm ủ đang hoạt động được dùng để làm chất mồi (đưa vi khuẩn đang hoạt động vào mẻ ủ). Hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu nạp cho hầm ủ nên được điều chỉnh ở mức 5 10%, 90 95% còn lại là nước.

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ và sự biến đổi của nhiệt độ trong ngày và các mùa ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ. Thông thường biên độ nhiệt sau đây được chú ý đến trong quá trình xử lý yếm khí:

       25 40oC: đây là khoảng nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưa ấm.

       50 65oC: nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưa nhiệt.

Nói chung khi nhiệt độ tăng tốc độ sinh khí tăng nhưng ở nhiệt độ trong khoảng 40 45oC thì tốc độ sinh khí giảm vì khoảng nhiệt độ này không thích hợp cho cả hai loại vi khuẩn, nhiệt độ trên 60oC tốc độ sinh khí giảm đột ngột và quá trình sinh khí bị kềm hãm hoàn toàn ở 65oC trở lên. 

69

69

 

  Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ

(Price and Cheremisinoff, 1981, trích dẫn bởi Chongrak, 1989)

Ở các nước vùng ôn đới nhiệt độ môi trường thấp; do đó tốc độ sinh khí chậm và ở nhiệt độ dưới 10oC thể tích khí sản xuất được giảm mạnh. Để cải thiện tốc độ sinh khí người ta có thể dùng Biogas đun nóng nguyên liệu nạp, hoặc đun nước nóng để trao đổi nhiệt qua các ống hình xoắn ốc lắp đặt sẵn trong lòng hầm ủ. Ngoài ra người ta còn dùng các tấm nhựa trong để bao hầm ủ lại, nhiệt độ bên trong tấm nhựa trong sẽ cao hơn nhiệt độ môi trường từ 5 10oC, hoặc thiết kế cho phần trên hầm ủ chứa nước và lượng nước này được đun nóng lên bằng bức xạ mặt trời, hoặc tạo lớp cách nhiệt với môi trường bằng cách phủ phân compost hoặc lá cây lên hầm ủ.

  Ảnh hưởng của pH và độ kiềm (alkalinity)

pH trong hầm ủ nên được điều chỉnh ở mức 6,6 7,6 tối ưu trong khoảng 7 7,2 vì tuy rằng vi khuẩn tạo acid có thể chịu được pH thấp khoảng 5,5 nhưng vi khuẩn tạo methane bị ức chế ở pH đó. pH của hầm ủ có khi hạ xuống thấp hơn 6,6 do sự tích tụ quá độ các acid béo do hầm ủ bị nạp quá tải hoặc do các độc tố trong nguyên liệu nạp ức chế hoạt động của vi khuẩn methane. Trong trường hợp này người ta lập tức ngưng nạp cho hầm ủ để vi khuẩn sinh methane sử dụng hết các acid thừa, khi hầm ủ đạt được tốc độ sinh khí bình thường trở lại người ta mới nạp lại nguyên liệu cho hầm ủ theo đúng lượng quy định. Ngoài ra người ta có thể dùng vôi để trung hòa pH của hầm ủ.

Alkalinity của hầm ủ nên được giữ ở khoảng 1.000 5.000 mg/L để tạo khả năng đệm tốt cho nguyên liệu nạp.

  Ảnh hưởng của độ mặn

Thường trên 90% trọng lượng nguyên liệu là nước. TTNLM đã tìm hiểu khả năng sinh Biogas của hầm ủ tùy thuộc nồng độ muối trong nước. Kết quả cho thấy vi khuẩn tham gia trong quá trình sinh khí methane có khả năng dần dần thích nghi với nồng độ của muối ăn NaCl trong nước. Với nồng độ < 0,3% khả năng sinh khí không bị giảm đáng kể. Như vậy việc vận hành các hệ thống xử lý yếm khí tại các vùng nước lợ trong mùa khô không gặp trở ngại nhiều (Lê Hoàng Việt, 1988).

 Các chất dinh dưỡng

70

70

Để bảo đảm năng suất sinh khí của hầm ủ, nguyên liệu nạp nên phối trộn để đạt được tỉ số C/N từ 25/1 30/1 bởi vì các vi khuẩn sử dụng carbon nhanh hơn sử dụng đạm từ 25 30 lần. Các nguyên tố khác như P, Na, K và Ca cũng quan trọng đối với quá trình sinh khí tuy nhiên C/N được coi là nhân tố quyết định.

  Ả nh hưởng lượng nguyên liệu nạp

Ảnh hưởng của lượng nguyên liệu nạp có thể biểu thị bằng 2 nhân tố sau:

       Hàm lượng chất hữu cơ biểu thị bằng kg COD/m3/ngày hay VS/m3/ngày

       Thời gian lưu trữ hỗn hợp nạp trong hầm ủ HRT

Lượng chất hữu cơ nạp cao sẽ làm tích tụ các acid béo do các vi khuẩn ở giai đoạn 3 không sử dụng kịp làm giảm pH của hầm ủ gây bất lợi cho các vi khuẩn methane.

  Ả nh hưởng của các chất khóang trong nguyên liệu nạp

Các chất khóang trong nguyên liệu nạp có tác động tích cực hoặc tiêu cực đến quá trình sinh khí methane. Ví dụ ở nồng độ thấp Nikel làm tăng quá trình sinh khí.

Các chất khóang này còn gây hiện tượng cộng hưởng hoặc đối kháng. Hiện tượng cộng hưởng là hiện tượng tăng độc tính của một nguyên tố do sự có mặt một nguyên tố khác. Hiện tượng đối kháng là hiện tượng giảm độc tính của một nguyên tố do sự có mặt của một nguyên tố khác.

  Hiện tượng cộng hưởng và đối kháng của các cation đối với quá trình lên men yếm khí

(EPA, 1979, trích dẫn bởi Chongrak, 1989)            

Cations gây độc Cations cộng hưởng Cations đối kháng

Ammonium - N

Ca, Mg, K Na

Ca Ammniu - N, Mg K, Na

Mg Ammonium - N, Ca K, Na

K   K, Na

Na Ammonium - N, Ca, Mg

K

Khuấy trộn

71

71

Khuấy trộn tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất thải làm tăng nhanh quá trình sinh khí. Nó còn làm giảm thiểu sự lắng đọng của các chất rắn xuống đáy hầm và sự tạo bọt và váng trên mặt hầm ủ.

QUÁ TRÌNH HIẾU KHÍ, QUÁ TRÌNH YẾM KHÍ

Do chất thải của người và gia súc là chất thải hữu cơ do đó khi thải vào ao hồ, sông rạch nó sẽ làm thức ăn cho vi sinh vật dị dưỡng. Vi sinh vật dị dưỡng này phân hủy các hợp chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản và tạo nên năng lượng cho quá trình tổng hợp tế bào của chúng.

1. Quá trình hiếu khí

* Quá trình oxy hóa (hay dị hóa)

(COHNS) + O2 + VK hiếu khí          →             CO2 + NH3 + sản phẩm khác + năng lượng (1.1)

Chất hữu cơ

* Quá trình tổng hợp (đồng hóa)

(COHNS) + O2 + VK hiếu khí + năng lượng         →        C5H7O2N (tb vi khuẩn mới) (1.2)

 2. Quá trình yếm khí

Trong điều kiện yếm khí (không có oxy), vi khuẩn yếm khí sẽ phân hủy chất hữu cơ như sau:

(COHNS) + VK yếm khí        →         CO2 + H2S + NH3 + CH4 + các chất khác + năng lượng (1.3)

(COHNS) + VK yếm khí + năng lượng       →          C5H7O2N (tb vi khuẩn mới) (1.4)

 Ghi chú: C5H7O2N là công thức hóa học thông dụng để đại diện cho tế bào vi khuẩn.

  Trong điều kiện không có chất hữu cơ thì vi khuẩn sẽ trải qua quá trình hô hấp nội bào hay là tự oxy hóa sử dụng chính bản thân chúng làm nguyên liệu.

 C5H7O2N + 5O2         →            5CO2 + NH3 + 2H2O + năng lượng(1.5)

trong đó CO2 và NH3 là chất dinh dưỡng đối với các loài tảo.

Trong điều kiện ánh sáng thích hợp, quá trình quang hợp của tảo diễn ra như sau:

NH3 + 7,62CO2 + 2.53H2O      →     C7,62H8,06O2,53N + 7,62O2 (1.6)

                                  (tb tảo mới)

72

72

Đối với các nguồn nước tự nhiên nhận một lượng chất hữu cơ thấp thì lượng oxy sản sinh ở phương trình (1.6) sẽ đáp ứng cho hoạt động của vi khuẩn ở phương trình (1.1) và (1.2), và chu trình hoạt động cứ tiếp diễn. Chu trình này gọi là "cộng sinh tảo và vi khuẩn", đây là một chu trình tự nhiên và các hoạt động của tảo và vi khuẩn ở trạng thái cân bằng động.

 

 

 

 

 

 

 Chu trình cộng sinh vi khuẩn - tảo trong hệ thống xử lý nước thải

(Oswald và Gotaas, 1955; trích dẫn bởi Chongrak, 1989)

Tảo sau đó sẽ bị các loại cá ăn thực vật sử dụng, cá ăn động vật sẽ ăn cá ăn thực vật và sau cùng con người sẽ ăn cá. Đây là một trong những cơ chế tự làm sạch các nguồn nước mà chúng ta sẽ bàn đến trong phần sau.

Việc thải các chất thải chưa được xử lý vào nguồn nước sẽ gây nên sự mất cân bằng về mặt sinh học. Khi lượng chất thải hữu cơ lên cao thì vi khuẩn cần nhiều oxy hơn cho quá trình oxy hóa và tổng hợp của chúng, đưa đến việc suy giảm oxy hòa tan trong các nguồn nước gây nguy hại cho các thủy sinh vật. Mặc dù quá trình quang hợp của tảo tạo nên oxy, nhưng về đêm khi không có ánh sáng, tảo sẽ hô hấp và tiêu thụ oxy và việc này càng làm suy giảm lượng oxy hòa tan của nguồn nước. Thậm chí khi hàm lượng chất thải quá cao thì nguồn nước bị cạn kiệt oxy hoàn toàn và có màu đen chỉ có các vi khuẩn yếm khí và một vài loại trùng có thể sống được. Bên cạnh vấn đề ô nhiễm nguồn nước sẽ mất mỹ quan và chất lượng môi trường sống ở khu vực xung quanh sẽ bị suy giảm.

Trong kỹ thuật xử lý nước thải, quá trình sinh hóa hiếu khí thường được ứng dụng để làm sạch nước thải chứa các chất bẩn hữu cơ dạng hòa tan và dạng keo. Quá trình sinh hóa yếm khí được ứng dụng để chế biến và khử độc cặn trong nước thải. Ngoài ra, quá trình yếm khí còn được ứng dụng để xử lý nước thải công nghiệp chứa các chất hữu cơ với hàm lượng lớn.

KẾT HỢP CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ HIẾU KHÍ

a) B ể lọc sinh học hoạt tính : giống như bể lọc sinh học nhỏ giọt cao tải, chỉ khác là bùn từ bể lắng thứ cấp được bơm hoàn lưu vào bể lọc sinh học hoạt tính để tăng mật độ vi sinh vật trong bể này. Ưu điểm của bể lọc sinh học hoạt tính là hiệu suất khử BOD cao hơn, lưu lượng nạp BOD có thể tăng 4 5 lần so với bể lọc sinh học nhỏ giọt thông thường. Thông số thiết kế thường dùng là 3,21 4,00 kg/m3.d (hiệu suất khử BOD là 60 65%).

Oxy

hoøa tan

Chaát thaûi

höõu cô

Caùc caù theå vi khuaån môùi

OÂxy hoùa bôûi vi khuaån

Quang hôïp cuûa taûo

Caùc caù theå taûo

môùi

Naêng löôïng

maët trôøi

CO2 +H2O +NH4 Chlorophyll

73

73

b) Bể lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp với bể sục khí: hệ thống này gồm bể lọc sinh học nhỏ giọt, bể sục khí và bể lắng thứ cấp. Các bùn vi sinh vật từ bể lọc được đưa qua bể sục khí để tạo bông cặn và khử các chất hữu cơ hòa tan. 

c) Kết hợp bể lọc thô với bể bùn tính: giống như bể lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp với bể sục khí, tuy nhiên hệ thống này có thể hoạt động được với lưu lượng nạp chất hữu cơ cao hơn. Bể lọc thô dùng để khử chất hữu cơ của nước thải giúp cho hệ thống khỏi bị hoạt động quá tải hay dưới tải.

d) Kết hợp bể lọc sinh học với bể bùn hoạt tính

e) Kết hợp bể lọc sinh học và bể bùn hoạt tính theo dạng nối tiếp

B Ể BÙN HOẠT TÍNH

Để thiết kế bể bùn hoạt tính người ta phải chú ý đến loại bể, lưu lượng nạp, lượng bùn sinh ra, nhu cầu và khả năng chuyển hóa oxy, nhu cầu về dinh dưỡng cho vi khuẩn, đặc tính của nước thải đầu vào và đầu ra, điều kiện môi trường, giá thành, chi phí vận hành, bảo trì.

Xác định tỉ lệ thức ăn trên số lượng vi khuẩn F/M (food to microorganism)

trong đó

F/M: tỉ lệ thức ăn trên số lượng vi khuẩn d-1

S0: BOD hoặc COD của nước thải đầu vào, mg/L (g/m3) [influent soluble BOD]Q: thời gian lưu tồn nước trong bể bùn hoạt tính = Vr/Q, dVr: Thể tích bể, Mgal (m3)Q: Lưu lượng nước thải nạp vào bể, Mgal/d (m3/d)X: hàm lượng vật chất rắn bay hơi (VSS) trong bể mg/L (g/m3)Lưu ý các giá trị thực nghiệm cho thấy F/M nằm trong khoảng 0,05 1,0

Với một hiệu suất sử dụng thức ăn U của vi khuẩn ta có công thức:

 trong đó

E: hiệu suất của quá trình xử lý, %E = [(S0 - S)/S0)] 100

Thay vào phương trình trên ta có:

74

74

S: BOD hoặc COD của nước thải đầu ra, mg/L (g/m3) [ effluent soluble BOD]

Thời gian lưu nước trong bể bùn hoạt tính được tính bằng công thức: 

Thời gian lưu nước trong cả hệ thống được tính bằng công thức: 

trong đó

qs: thời gian lưu nước trong hệ thốngVs: thể tích bể lắng thứ cấp

Xác định thời gian lưu trú trung bình của vi khuẩn trong bể 

trong đó

qc: thời gian cư trú trung bình của vi khuẩn trong bể theo thể tích bể, dVr: thể tích bể, Mgal (m3)X: hàm lượng VSS trong bể, mg/L (g/m3)Xw: hàm lượng VSS trong bùn thải bỏ, mg/L (g/m3)Qw: lưu lượng bùn thải bỏ, Mgal/d (m3/d)Xe: hàm lượng VSS trong nước thải đầu ra, mg/L (g/m3)Qe: Lưu lượng nước thải đầu ra, Mgal/d (m3/d )

Theo các số liệu của Mỹ qc = 3 15 ngày cho hiệu quả xử lý và khả năng lắng của bùn tốt. Thời gian lưu tồn nước trong bể là 4 8 giờ, lưu lượng nạp 3 30 kg BOD5/m3.d

Nếu hàm lượng VSS trong nước thải đầu ra là không đáng kể ta có:

 

Nhu cầu về dưỡng chất nhằm bảo đảm sự phát triển của các vi khuẩn được thể hiện qua công thức:

75

75

  trong đó

Rs: là lượng BOD5 (hay chất nền) được sử dụng (hay loại bỏ)Rs = Q(S0 - S)Rb: lượng sinh khối được sản sinh ra 

trong đó

Y: sản lượng biomass tính bằng mgVSS/mg BOD5

Ta có:  

Kd = 0,48tS-0,415(1,05)t - 20

 trong đó

Kd: tốc độ phân hủyts: tuổi trung bình của bùn đối với bể bùn hoạt tính ( C)

Theo thực nghiệm thì tỉ lệ BOD5 : N : P 100 : 5 : 1

 Một số hệ số động cho việc xử lý nước thải sinh hoạt bằng bể bùn hoạt tính

Hệ số Đơn vị Giá Trị

Khoảng biến thiên Tiêu biểu

k d-1 2 10 5

Ks mg/L BOD5 25 100 60

 mg/L COD 17 50 40

Y mg VSS/mg BOD5 0,4 0,8 0,6

Kc d-1 0,025 0,075 0,06

76

76

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Các bước để thiết kế một bể bùn hoạt tính:

1.  Chọn thời gian cư trú trung bình của vi khuẩn trong bể. Các yếu tố cần biết:

       BOD5 của nước thải đầu ra

       SS của nước thải đầu ra

       Khả năng chịu đựng của bể đối với sự biến động lớn của nước thải đầu vào (lưu lượng, hàm lượng chất gây ô nhiễm)

       Nhu cầu về năng lượng cho các thiết bị cung cấp khí

       Nhu cầu về dưỡng chất

2.  Chọn thời gian lưu tồn của nước thải trong bể. Các yếu tố cần biết:

       Thích hợp cho việc loại bỏ các chất ô nhiễm

       Quá trình ổn định, không bị ảnh hưởng của các chất độc

       Lượng MLSS được giữ ổn định

3.  Xác định thể tích bể lắng thứ cấp cần thiết. Các yếu tố cần biết:

       Diện tích bề mặt của bể lắng

       Diện tích cần thiết cho việc cô đặc bùn

4.   Xác định công suất thiết bị sục khí. Các yếu tố cần biết:

       Xác định nhu cầu về oxy

       Xác định nhu cầu điện năng để duy trì các chất rắn ở dạng lơ lửng.

5.   Chọn tỉ lệ hoàn lưu bùn

6.   Ước tính lượng bùn thải bỏ

 Các sự cố thường gặp trong quá trình vận hành bể bùn hoạt tính và nguyên nhân 

Sự cố Nguyên nhân

Hiệu suất loại BOD hoà tan thấp

1. Thời gian cư trú của vi khuẩn trong bể quá ngắn2.  Thiếu N và P

77

77

         pH quá cao hoặc quá thấp       Trong nước thải đầu vào có chứa độc tố       Sục khí chưa đủ       Khuấy đảo chưa đủ hoặc do hiện tượng ngắn mạch

 

Nước thải chứa nhiều chất rắn

 

1. Thời gian cư trú của vi khuẩn trong bể quá lâu2. Quá trình khử nitơ diễn ra ở bể lắng

       Do sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi (trong điều kiện thời gian cư trú của vi khuẩn ngắn, thiếu N và P, sục khí không đủ)

       Tỉ lệ hoàn lưu bùn quá thấp  

Mùi 1. Sục khí không đủ

2. Quá trình yếm khí xảy ra ở bể lắng

Cách hiệu chỉnh các sự cố

Sự cố Cách hiệu chỉnh

Thời gian cư trú của VK

 

       Quá thấp Giảm bớt lượng bùn thải       Xây thêm bể điều lưu

 

       Quá cao Tăng lượng bùn thải

Thiếu dưỡng chất N và P

Cung cấp thêm dưỡng chất cho nước thải đầu vào

pH quá cao hoặc quá thấp

Xây thêm bể điều lưu       Trung hòa nước thải đầu vào

Nước thải đầu vào có chứa độc tố

Xây thêm bể điều lưu       Loại bỏ các chất độc trong nước thải đầu vào

Sục khí không đủ Tăng công suất thiết bị sục       Phân bố lại các ống phân phối khí trong bể

Khuấy đảo không đủ, "mạch ngắn"

Tăng mức độ sục khí       Gắn thêm các đập phân phối nước

78

78

Quá trình khử nitơ ở bể lắng

Giảm thời gian giữ bùn trong bể lắng bằng cách tăng tỉ lệ hoàn lưu

       Gắn thêm gàu múc bùn

       Tăng lượng bùn thải

Quá trình yếm khí ở bể lắng

Các phương pháp tương tự phương pháp áp dụng để tránh quá trình khử nitơ của bể lắng

   Xác định lượng oxy cần cung cấp cho bể bùn hoạt tính (aeroten) theo công thức

:

trong đó

f: hệ số biến đổi BOD5 sang BOD cuối cùng (0,68)

Px: lượng bùn sản xuất ròng trong một ngày của bể bùn hoạt tính tính bằng VSS kg/ngày

Sau đó nhân với hiệu suất của quá trình trao đổi khí để tính ra lượng oxy cần thiết.

Lưu ý ở 1atm và 25oC thì 1m3 không khí nặng khoảng 1,2 kg. Nên giữ trị số DO bằng 1,5 4 mg/L (thông thường khoảng 2 mg/L ở tải trung bình và 0,5 mg/L ở tải đỉnh) ở mọi khu vực của bể, trên 4 mg/L không tăng được hiệu suất của quá trình mà còn tốn thêm điện. Đối với F/M lớn hơn 0,3 lượng không khí cần thiết là 30 55 m3/kg BOD5 được xử lý (hệ thống sục khí tạo bọt lớn), 24 36m3/kg BOD5 (hệ thống xử lý tạo bọt mịn). Nếu F/M nhỏ hơn 0,3 lượng không khí cần thiết sẽ tăng lên. Thông thường khi sử dụng hệ thống bơm nén khí với hệ thống khuếch tán khí người ta cần 3,75 15,0 m3 không khí/m3 nước thải. Đối với các thiết bị cơ khí khuấy đảo để sục khí cần 1,0 1,5 kg O2/kg BOD5 được xử lý. 

Mô tả các thiết bị thường được sử dụng để cung cấp khí cho các bể xử lý  

Phân loại Mô tả Ứng dụng

Khuếch tán khí đặt ngầm

   

       Đục lổ (bọt khí nhỏ)

Các bọt khí thoát ra từ các đĩa hình phẳng, vòm hay ống có đục lổ làm bằng sứ, thủy tinh hoặc nhựa.

Tất cả các loại bể bùn hoạt tính.

       Đục Các bọt khí thóat ra từ các màng có lổ hoặc các ống Tất cả các loại bể

79

79

lổ (bọt khí trung bình)

nhựa bùn hoạt tính.

       Không đục lổ (bọt khí lớn)

Bọt khí được thóat ra trực tiếp từ đầu ra của các thiết bị cung cấp khí.

Tất cả các loại bể bùn hoạt tính.

Ống khuấy tĩnh

Các ống ngắn, đặt thẳng đứng, bên trong có các vách ngăn để làm chậm sự thóat các bóng khí lên mặt bể. Không khí được đưa vào bể từ phía dưới các ống này, khi thóat lên trên bề mặt bể nó tiếp xúc với nước thải trong ống.

Ao thông khí, và bể bùn hoạt tính.

Turbine phân phối khí

Bao gồm một turbine có vận tốc chậm và một bơm nén khí.

Tất cả các loại bể bùn hoạt tính.

Thiết bị phun tia

Khí nén được đưa vào nước thải khi nó được bơm với áp suất cao vào các thiết bị phun tia.

Tất cả các loại bể bùn hoạt tính.

Thiết bị khuấy bề mặt

   

       Turbine vận tốc chậm

Turbine có đường kính lớn, khi quay nó bắn các giọt nước lên khí quyển để tiếp xúc với không khí.

Các bể bùn hoạt tính cổ điển và các ao thông khí

       Turbine vận tốc nhanh

Turbine có đường kính nhỏ, khi quay nó bắn các giọt nước lên khí quyển để tiếp xúc với không khí.

Ao thông khí

Rotor răng lược

Các cánh khuấy được gắn lên trục trung tâm như một cái lược. Khi rotor quay oxy được đưa vào nước thải bởi việc bắn các giọt nước lên khí quyển để tiếp xúc với không khí

Mương oxy hóa, kênh thông khí hay ao thông khí.

Thác nước Nước thải được cho chảy xuống bên dưới kiểu như thác nước

Nâng DO của nước thải sau xử lý.

80

80

   Các thiết bị cung cấp khí cho bể xử lý thông dụng (p. 279)

Các giá trị tham khảo về hiệu suất cung cấp khí của các thiết bị khuếch tán khí  

Loại thiết bị, cách lắp đặt Công suất thổi khí (ft3/min.đầu thổi)

Hiệu suất cung cấp khí (%) ở độ sâu 15 ft » 4.6 m

Đĩa sứ đục lổ - đặt thành hàng thẳng0,4 ¸ 3,4 25 ¸ 40

Đĩa sứ hình vòm đục lổ - đặt hàng thẳng 0,5 ¸ 2,5 27 ¸ 39

Đĩa sứ phẳng đục lổ - đặt hàng thẳng2,0 ¸ 5,0 26 ¸ 33

Ống plastic cứng đục lổ    

       Hàng thẳng2,4 ¸ 4,0 28 ¸ 32

       Xoắn ốc đôi3,0 ¸ 11,0 17 ¸ 28

       Xoắn ốc đơn2,0 ¸ 12,0 13 ¸ 25

Ống plastic mềm đục lổ    

       Hàng thẳng1,0 ¸ 7,0 26 ¸ 36

       Xoắn ốc đơn2,0 ¸ 7,0 19 ¸ 27

Ống châm lổ    

       Hàng thẳng1,0 ¸ 4,0 22 ¸ 29

       Đặt ở 4 góc bể2,0 ¸ 6,0 19 ¸ 24

       Xoắn ốc đơn2,0 ¸ 6,0 15 ¸ 19

 Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

81

81

Chú ý: ft3/min x 0,0283 = m3 /min ft x 0,3048 = m

 Các giá trị tham khảo về hiệu suất cung cấp khí của các thiết bị cơ khí khuấy đảo

Loại thiết bị Hiệu suất cung cấp khí lb O2/hp.h

Tiêu chuẩn Thực nghiệm

Khuấy đảo bề mặt vận tốc chậm2,0 5,0 1,2 2,4

Khuấy đảo bề mặt vận tốc nhanh 2,0 3,6 1,2 2,0

Khuấy ngầm 2,0 4,0 1,2 1,8

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Người ta còn sử dụng oxy tinh khiết để hoàn thành quá trình sục khí.

Khống chế các vi sinh vật hình sợi

Sự phát triển của các vi sinh vật hình sợi tạo nên bùn khó lắng cho nên phải khống chế sự phát triển của các vi sinh vật này, bằng cách thêm chlorine vào bùn hoàn lưu, thay đổi DO trong bể, thay đổi điểm nạp để thay đổi F/M.

                

Các vi sinh vật hình sợi tiêu biểu trong bể bùn hoạt tính

(Trái sang phải: Sphaerotilus natans, và 2 loài Thiothrix)

Chú ý trong quá trình đôi khi người ta cho bùn ở bể lắng thứ cấp hoàn lưu trở lại bể bùn hoạt tính nhằm tăng lượng bùn hoạt tính trong bể để bể đạt được hiệu suất cao.

Xử lý bùn

Việc xử lý bùn tạo ra từ các quá trình xử lý lý, hóa, sinh học cũng rất cần thiết để hoàn thiện một hệ thống xử lý.

Đối với bùn có chứa kim loại nặng kết tủa trong quá trình xử lý hóa học người ta thường cô đặc, sau đó xi măng hóa và thải đi ở các khu vực qui định.

82

82

Đối với các loại bùn từ bể lắng sơ cấp, thứ cấp người ta có thể xử lý bằng hầm ủ Biogas hoặc quá trình ủ phân compost, sân phơi bùn... tùy điều kiện cho phép.

ĐIÃ TIẾP XÚC SINH HỌC

Đĩa tiếp xúc sinh học đầu tiên được lắp đặt ở Tây Đức vào năm 1960, sau đó du nhập sang Mỹ. Ở Mỹ và Canada 70% số đĩa tiếp xúc sinh học được dùng để khử BOD của các hợp chất carbon, 25% dùng để khử BOD của các hợp chất carbon kết hợp với nitrat hóa nước thải, 5% dùng để nitrat hóa nước thải sau quá trình xử lý thứ cấp.

Để thiết kế đĩa tiếp xúc sinh học cần lưu ý các thông số sau: cách sắp xếp các đĩa tiếp xúc sinh học, lưu lượng nạp, chất lượng nước thải đầu ra và nhu cầu của bể lắng thứ cấp.

Cách sắp xếp các đĩa tiếp xúc sinh học: người ta dùng các vách ngăn để chia bể xử lý thành nhiều ngăn, mỗi ngăn có một đĩa sinh học hoạt động độc lập, hoặc sử dụng nhiều bể chứa các đĩa sinh học nối tiếp nhau. Người ta thường sử dụng các hệ thống xử lý từ ba giai đoạn đĩa sinh học trở lên, việc sử dụng nhiều giai đoạn đĩa sinh học nhằm nitrat hóa nước thải. 

  Lưu lượng nạp: lưu lượng nạp rất quan trọng đối với hiệu suất của đĩa sinh học, nạp quá tải sẽ làm thiếu DO cần thiết cho quá trình, sinh mùi thối do khí H2S, sinh ra nhiều vi sinh vật hình sợi làm giảm diện tích tiếp xúc bề mặt.

83

83

 

Các cách sắp xếp đĩa sinh học

Các giá trị tham khảo để thiết kế hệ thống xử lý bằng đĩa sinh học

Thông số Cấp xử lý

Thứ cấp Kết hợp nitrat hoá Natrat hoá riêng biệt

Lưu lượng nước thải nạp gal/ft2.d2,0 4,0 0,75 2,0 1,0 2,5

84

84

Lưu lượng chất hữu cơ nạp      

Lb SBOD5/103ft2.d0,75 2,0 0,5 1,5 0,1 0,3

Lb TBOD5/103ft2.d2,0 3,5 1,5 3,0 0,2 0,6

Lưu lượng nạp tối đa cho giai đoạn 1

     

Lb SBOD5/103.d4 6 4 6

 

Lb TBOD5/103.d8 12 8 12

 

Lưu lượng nạp NH3 lb /103ft2.d- 0,15 0,3 0,2 0,4

Thời gian lưu tồn nước (giờ)0,7 1,5 1,5 4 1,2 2,9

BOD5 nước thải sau xử lý mg/L15 30 7 15 7 15

NH3 nước thải sau xử lý mg/L- < 2 1 2

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Ghi chú: gal/ft2.d 0,0407 = m3/m2.d lb/103ft2.d 0,0049 = kg/m2.d

Các thiết bị cơ khí cho đĩa sinh học

Trục quay: trục quay dùng để gắn kết các đĩa sinh học bằng plastic và quay chúng quanh trục. Chiều dài tối đa của trục quay là 27 ft (8,23 m) trong đó 25 ft (7,62 m) dùng để gắn các đĩa sinh học. Các trục quay ngắn hơn biến thiên từ 5 25 ft (1,52 7,62 m). Cấu trúc, đặc điểm của trục quay và cách gắn các đĩa sinh học vào trục phụ thuộc vào cơ sở sản xuất.

Đĩa sinh học: được sản xuất từ PE có nhiều nếp gấp để tăng diện tích bề mặt. Tùy theo diện tích bề mặt người ta chia làm 3 loại: loại có diện tích bề mặt thấp (9290m2/8,23m trục), loại có diện tích bề mặt trung bình và loại có diện tích bề mặt cao (11.149 16.723m2/8,23m trục).

Thiết bị truyền động: để quay các đĩa sinh học người ta có thể dùng motor truyền động gắn trực tiếp với trục hoặc dùng bơm nén khí. Trong trường hợp dùng bơm nén khí các đầu phân phối khí đặt ngầm trong bể, thổi khí vào các chiếc tách hứng khí tạo thành lực đẩy làm quay đĩa sinh học.

85

85

Bơm nén khí vừa quay đĩa vừa cung cấp thêm oxy cho quá trình. Cả hai loại này đều có độ tin cậy cao.

Bể chứa đĩa sinh học: có thể tích 45,42 m3 cho 9290 m2 đĩa sinh học, lưu lượng nạp 0,08 m3/m2.d thông thường độ sâu của nước là 1,52 m và 40% diện tích đĩa sinh học ngập trong nước thải.

Mái che: mái che có thể làm bằng tấm sợi thủy tinh, có nhiệm vụ bảo vệ đĩa sinh học khỏi bị hư hại bởi tia UV và các tác nhân vật lý khác, giữ nhiệt cần thiết cho quá trình, khống chế sự phát triển của tảo.

Các sự cố trong vận hành bao gồm: trục quay bị hỏng do thiết kế kém, sự mỏi kim loại, quá nhiều vi sinh vật bám trên đĩa. Đĩa sinh học bị hư do tiếp xúc với nhiệt, các dung môi hữu cơ, tia UV. Ổ bi bị kẹt do thiếu mỡ bò. Mùi hôi do lưu lượng nạp chất hữu cơ quá cao. Để giải quyết các vấn đề trên hiện nay người ta có khuynh hướng đặt các đĩa sinh học sâu hơn trong nước thải để làm giảm tải trọng của trục và ổ bi.

  XII.PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA

Cơ chế của quá trình này là việc thêm vào nước thải các hóa chất để làm kết tủa các chất hòa tan trong nước thải hoặc chất rắn lơ lửng sau đó loại bỏ chúng thông qua quá trình lắng cặn

Trước đây người ta thường dùng quá trình này để khử bớt chất rắn lơ lửng, sau đó là BOD của nước thải khi có sự biến động lớn về SS, BOD của nước thải cần xử lý theo mùa vụ sản xuất; khi nước thải cần phải đạt đến một giá trị BOD, SS nào đó trước khi cho vào quá trình xử lý sinh học và trợ giúp cho các quá trình lắng trong các bể lắng sơ và thứ cấp. Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình này được liệt kê trong bảng 6.1. Hiệu suất lắng phụ thuộc vào lượng hóa chất sử dụng và yêu cầu quản lý. Thông thường nếu tính toán tốt quá trình này có thể loại được 80 90% TSS, 40 70% BOD5, 30 60% COD và 80 90% vi khuẩn trong khi các quá trình lắng cơ học thông thường chỉ loại được 50 70% TSS, 30 40% chất hữu cơ.

Các hóa chất thường sử dụng trong quá trình kết tủa

Teân hoùa chaát Coâng thöùc Troïng

löôïng phaân

töû

Troïng löôïng rieâng, lb/ft3

Khoâ Dung dòch

Pheøn nhoâm Al2(SO4)3.18H2O

Al2(SO4)3.14H2O

666,7

594,3

60 75

60 75

78 80 (49%)

83 85 (49%)

Ferric chloride FeCl3162,1

 84 93

86

86

Ferric sulfate Fe2(SO4)3

Fe2(SO4)3.3H2O

400

454

   

70 72

Ferric sulfate (copperas)

FeSO4.7H2O278,0 62 66

 

Voâi Ca(OH)2

56 theo CaO

35 50 

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Ghi chú: lb/ft3 16,0185 = kg/m3

Sử dụng hóa chất để loại chất rắn lơ lửng

Phèn nhôm: khi được thêm vào nước thải có chứa calcium hay magnesium bicarbonate phản ứng xảy ra như sau:

Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(HCO)3 3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 + 18H2O

Aluminum hydroxide không tan, lắng xuống với một vận tốc chậm kéo theo nó là các chất rắn lơ lửng. Trong phản ứng tên cần thiết phải có 4,5 mg/L alkalinity (tính theo CaCO3) để phản ứng hoàn toàn với 10 mg/L phèn nhôm. Do đó nếu cần thiết phải sử dụng thêm vôi để alkalinity thích hợp.

Vôi: khi cho vôi vào nước thải các phản ứng sau có thể xảy ra

Ca(OH)2 + H2CO3 CaCO3 + 2H2O

Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 2CaCO3 + 2H2O

Quá trình lắng của CaCO3 sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng.

Sulfate sắt và vôi: trong hầu hết các trường hợp sulfate sắt không sử dụng riêng lẻ mà phải kết hợp với vôi để tạo kết tủa. Các phản ứng xảy ra như sau:

FeSO4 + Ca(HCO3)2 2Fe(HCO3)2 + CaSO4 + 2H2O

Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 2Fe(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3

Khi Fe(OH)3 lắng xuống nó sẽ kéo theo các chất rắn lơ lửng. Trong các phản ứng này ta cần thêm 3,6 mg/L alkalinity, 4,0 mg/L vôi và 0,29 mg/L oxy.

Ferric chloride: phản ứng xảy ra như sau

87

87

FeCl3 + 3 H2O Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl -

3H+ + 3HCO3 - 3H2CO3

Ferric chloride và vôi: phản ứng xảy ra như sau

FeCl3 + Ca(OH)2 3CaCl2 + 2Fe(OH)3

Ferric sulfate và vôi: phản ứng xảy ra như sau

Fe2(SO4)3 + Ca(OH)2 3CaSO4 + 2Fe(OH)3  

Sử dụng hóa chất để loại bỏ phospho trong nước thải

Vô i : như đã trình bày ở các phương trình trên, khi cho vôi vào nước thải nó sẽ phản ứng với bicarbonate alkalinity tạo thành kết tủa CaCO3. Trong môi trường pH > 10 các ion Ca+2 sẽ phản ứng với các ion PO4

-3 tạo nên hydroxylapatite kết tủa. Để khỏi ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học người ta thường dùng vôi ở liều lượng thấp 75 250 mg/L Ca(OH)2 và pH từ 8,5 9,5.

10 Ca+2 + 6 PO4-3 + 2 OH- 2Ca5(PO4)3OH

Phèn nhôm: phản ứng xảy ra như sau

Al+3 + HnPO43-n AlPO4 + nH+

Các liều lượng phèn nhôm thường sử dụng và hiệu suất khử phospho của nó

Hieäu suaát khöû

phospho (%)

Tæ leä Mole (Al : P)

Khoaûng bieán thieân

Giaù trò thöôøng duøng

75 1,25 : 1 1,5 : 1 1,4 : 1

85 1,6 : 1 1,9 : 1 1,7 : 1

95 2,1 : 1 2,6 : 1 2,3 : 1

Ferric: phản ứng xảy ra như sau

Fe+3 + HnPO43-n FePO4 + nH+

88

88

Tùy theo bản chất của nước thải, qui trình xử lý mà giai đoạn khử phospho của nước thải có thề diễn ra ở bể lắng sơ cấp, bể lắng thứ cấp, bể lắng riêng đặt sau bể lắng thứ cấp.

Löu löôïng naïp nöôùc thaûi cho beå laéng trong tröôøng hôïp coù söû duïng hoùa chaát trôï laéng 

Loaïi hoùa chaát Löu löôïng naïp nöôùc thaûi gal/ft2.d

Khoaûng cho pheùp

Giaù trò thöôøng duøng

Phèn nhôm 600 1200 1200

Ferric 600 1200 1200

Vôi 750 1500 1500

Nước thải không hóa chất 600 1200 1200

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Ghi chú: gal/ft2.d 0,0407 = m3/m2.d

89

89

Hình 6.1 chỉ ra các sơ đồ của quá trình khử phospho bằng phương pháp hóa học.

Kết tủa các kim loại nặng

Chuyển các chất thải dạng hòa tan sang dạng không hòa tan sau đó loại khỏi dung dịch bằng quá trình lắng, lọc.

pH là một nhân tố quan trọng cho quá trình kết tủa. Bảng dưới đây đưa ra độ pH thích hợp cho quá trình kết tủa các kim loại nặng.

pH thích hôïp cho vieäc keát tuûa caùc kim loaïi

Ion pH Ion pH

Fe (+3) 2,0 Ni (+2) 6,7

90

90

Al (+3) 4,1 Cd (+2) 6,7

Cr (+3) 5,3 Co (+2) 6,9

Cu (+2) 5,3 Zn (+2) 7,0

Fe (+2) 5,5 Mg (+2) 7,3

Pb (+2) 6,0 Mn (+2) 8,5

 

Khaû naêng hoøa tan cuûa moät soá hydroxide kim loaïi vaø sulfide theo pH

XIII. PHƯƠNG PHÁP QUANG XÚC TÁC

Quá trình quang xúc tác là quá trình kích thích các phản ứng quang hóa bằng chất xúc tác, dựa trên nguyên tắc chất xúc tác Cat nhận năng lượng ánh sáng sẽ chuyển sang dạng hoạt hóa * Cat, sau đó * Cat sẽ chuyển năng lượng sang cho chất thải và chất thải sẽ bị biến đổi sang dạng mong muốn. Quá trình có thể tóm tắt như sau:

Cat + nlgás * Cat

91

91

* Cat + chất thải * chất thải + Cat

* Chất thải sản phẩm

Hoặc:

*Cat + chất thải (chất thải)- + Cat+

(chất thải)- (sản phẩm)-

Cat+ + (sản phẩm)- sản phẩm + Cat

Một số chất bán dẫn được sử dụng làm chất quang xúc tác trong đó zinc oxide ZnO, titanium dioxide TiO2, zinc titanate Zn2TiO2, cát biển, CdS là các chất cho hiệu quả cao. TiO2 rất hiệu quả trong việc phân hủy chloroform và urea (Kogo et al., 1980), thuốc trừ sâu gốc lân hữu cơ như dimethyl phosphate (Harada et al., 1976). Cyanide (CN-) (10.6 ppm KCH, 0,01 M NaOH) có thể bị phân hủy nhanh chóng trong môi trường có chứa 5% TiO2 và chiếu sáng với nguồn sáng có bước sóng 350 nm (Carey and Oliver, 1980). Đầu tiên CN- bị oxy hóa thành CNO-. Sau đó hàm lượng CNO- giảm dần chứng tỏ nó tiếp tục bị oxy hóa.

Quá trình quang xúc tác xảy ra với bức xạ có bước sóng nhỏ hơn 4200oA tạo nên oxy hoạt tính phân hủy hoàn toàn các chất thải hữu cơ thành CO2 và nước (Nemerow và Dasgupta, 1991).

 

Xöû lyù dung dòch 10,6 ppm KCN, 0,01 M NaOH baèng phöông phaùp quang xuùc taùc vôùi 5%TiO2

(Carey and Oliver, 1980)

92

92

  Sô ñoà qui trình xöû lyù chaát thaûi ñoäc haïi baèng phöông phaùp quang xuùc taùc

XIV. PHƯƠNG PHÁP OXY HOÁ KHỬ

Quá trình oxy hóa khử cũng được sử dụng để xử lý các chất thải độc hại. Hai bảng sau liệt kê các chất oxy hóa khử và các loại chất thải thường được áp dụng phương pháp này.

Xử lý chất thải bằng chất oxy hóa

Chất oxy hóa Loại chất thải

Ozone -

Không khí (oxy khí quyển) Sulfite (SO3-2), Sulfide (S-2), Fe+2

Khí Chlor Sulfide, Mercaptans

Khí chlor và xút Cyanide (CN-)

Chloride dioxide Cyanide, thuốc trừ sâu (Diquat, Paraquat)

Hypochlorite natri Cyanide, chì

Hypochlorite canxi Cyanide

Permanganate kali Cyanide, chì, phenol, Diquat, Paraquat, hợp chất hữu cơ có lưu huỳnh, Rotenone, formaldehyde

Permanganate Mn

Hydrogen peroxide Phenol, cyanide, hợp chất lưu huỳnh, chì

Xử lý chất thải bằng chất khử

Chất thải Chất khử

93

93

Cr (6) SO2, muối sulfite (sodium bisulfite, sodium metabisulfite, sodium hydrosulfite), sulfate sắt, bột sắt, bột nhôm, bột kẽm.

Chất thải có chứa thủy ngân NaBH4

Tetra-alkyl-lead NaBH4

Bạc NaBH4

Chất oxy hóa như NaOH được sử dụng nhiều trong việc khử độc thuốc trừ sâu, các thí nghiệm đã cho thấy ở môi trường kiềm thời gian bán hủy của một số loại thuốc trừ sâu bị rút ngắn một cách đáng kể.

Thời gian bán hủy của một số thuốc trừ sâu trong môi trường kiềm

Teân noâng döôïc

Ñieàu kieän thí nghieäm Thôøi gian baùn huûy

Nhieät ñoä (oC)

pH

Parathion15 1 N NaOH 32 phuùt

Methyl parathion 15 1 N NaOH 7.5 phuùt

Malathion25 10,03 28 phuùt

DDVP37,5 8,0 462 phuùt

Diazinon20 10,04 144 giôø

Carbarylmoâi tröôøng Kieàm raát nhanh

Propoxur (Baygon) 20 10.0 40 phuùt

Dillion (1989)

94

94

Caùc ñeà nghò veà dung dòch vaø thôøi gian tieáp xuùc ñeå khöû ñoäc moät soá thuoác tröø saâu

Teân noâng döôïc

Daïng Dung dòch khöû ñoäc

Tyû leä söû duïng DD :

Noâng döôïc

Thôøi gian tieáp xuùc

Monocrotophos

(Alzodrin)

3.2 lb/gal. WM

10% NaOH4 : 1 (theo theå tích)

12 h

4.0 lb/gal. WM

10% NaOH5 : 1 (theo theå tích)

12 h

80% WP 10% NaOH1 gal/lb 12 h

Phosphamidon

(Dimeron)

8.0 lb/gal. WM

10% NaOH8 : 1 (theo theå tích)

1 h

10 lb/gal. WM 10% NaOH10 : 1 (theo theå tích)

1 h

6 lb/gal. SC 5% NaOH trong DD 50% ethanol hoaëc 10% NaOH trong DD 50% ethanol

12 : 1 (theo theå tích)

4 h

Disulfoton

(Di-syston)

10% granular  

5% NaOH trong DD 50% ethanol

2 qt/lb 3 h

50% granular1 qt/lb 3 h

2% granular1 qt/lb 3 h

Phorate (Thimet) 6 lb/gal EC 10% NaOH trong DD 50% ethanol 6 : 1 (theo

theå tích)15

phuùt

Methamidophos (Monitor)

4 lb/gal 10% NaOH8 : 1 (theo theå tích)

15 phuùt

95

95

PennCap - M (microencapsulated methyl Parathion)

2 lb/gal 5% NaOH trong DD 50% ethanol 8 : 1 (theo

theå tích)12 h

Carbofuran (furadan) 4 lb/gal. F 5% NaOH trong DD 50% ethanol 10 : 1 (theo

theå tích)30

phuùt

10% granular 10% NaOH trong DD 50% ethanol 2 qt/lb 2 h

Aldicarb (Temik) 15% granular  

10% NaOH trong DD 50% ethanol

1 gal/lb 12 h

  5% hoaëc 10% granular 2 qt/lb 12 h

Methomyl (Lannate, Nudrin)

1.8 lb/gal . F 10% NaOH5 : 1 (theo theå tích)

3 h

90% water sol. dust

10% NaOH1 gal/lb 12 h

2,5% dust 10% NaOH1 qt/lb 12 h

Captafol 4 lb/gal F  

10% NaOH trong DD 50% ethanol

10 : 1 (theo theå tích)

15 phuùt

80 % WP1 gal/lb 1 h

EC: Emulsifiable Concentrate F: FlowableSC: Spray ConcentrateWM: Water MiscibleWP: Wettable Powder

Nguồn Dillion (1989)

XV. QUÁ TRÌNH NITRÁT HOÁ - KHỬ NITRÁT HOÁ

Trong nước thải có chứa 2 loại chất dinh dưỡng cần sự quan tâm hàng đầu đó là nitrogen và phosphorus. Các sinh vật đều cần hai dưỡng chất này để phát triển. Tuy nhiên nếu chúng hiện diện ở số lượng lớn sẽ làm mất cân bằng dinh dưỡng trong thủy vực đưa đến một số loài sẽ phát triển nhanh trong khi

96

96

một số loài có thể giảm số lượng cá thể hoặc tiêu diệt hoàn toàn. Các nguồn chính của 2 loại dưỡng chất này là bột giặt (nước thải sinh hoạt), phân bón, và nước thải các nhà máy chế biến thực phẩm.

Trong các thủy vực nitrogen có thể trải qua quá trình nitrát hóa và khử nitrát như sau:

  1.Quá trình nitrat hóa

Quá trình nitrat hóa là quá trình oxy hóa sinh hóa nitơ của các muối amon đầu tiên thành nitrit và sau đó thành nitrat trong điều kiện thích ứng (có oxy và nhiệt độ trên 4oC).

Vi khuẩn tham gia quá trình nitrat hóa gồm có 2 nhóm:

Vi khuẩn nitrit: oxy hóa amoniac thành nitrit hoàn thành giai đoạn thứ nhất;

Vi khuẩn nitrat: oxy hóa nitrit thành nitrat, hoàn thành giai đoạn thứ hai.

Các phản ứng được biễu diễn qua các phương trình sau:

 

2NH3 + 3O2

Nitrosomonas

-------------

 

2HNO2 + 2H2O(1.7)

 

2HNO2 + O2

Nitrobacter

------------

 

2HNO3(1.8)

hoặc:

(NH4)2CO3 + 3O2  =   2HNO2 + CO2 + 3H2O (1.9)

 

Tốc độ của giai đoạn thứ nhất xảy ra nhanh gấp 3 lần so với giai đoạn hai. Bằng thực nghiệm người ta đã chứng minh rằng lượng oxy tiêu hao để oxy hóa 1mg nitơ của muối amon ở giai đoạn tạo nitrit là 343 mg O2, còn ở giai đoạn tạo nitrat là 4,5 mg O2. Sự có mặt của nitrat trong nước thải phản ánh mức độ khoáng hóa hoàn thành các chất bẩn hữu cơ.

Quá trình nitrat hóa có một ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật xử lý nước thải. Trước tiên nó phản ánh mức độ khoáng hóa các chất hữu cơ như đã trình bày ở trên. Nhưng quan trọng hơn là quá trình nitrat hóa tích lũy được một lượng oxy dự trữ có thể dùng để oxy hóa các chất hữu cơ không chứa nitơ khi lượng oxy tự do (lượng oxy hòa tan) đã tiêu hao hoàn toàn cho quá trình đó.

2HNO2 + O2  =  2 HNO3 (1.10)

97

97

2. Quá trình khử nitrat

Quá trình khử nitrat là quá trình tách oxy khỏi nitrit, nitrat dưới tác dụng của các vi khuẩn yếm khí (vi khuẩn khử nitrat). Oxy được tách ra từ nitrit và nitrat được dùng lại để oxy hóa các chất hữu cơ. Lượng oxy được giải phóng trong quá trình khử nitrit N2O3 là 2,85 mg oxy/1mg nitơ. Nitơ được tách ra ở dạng khí sẽ bay vào khí quyển.

XVI. PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG

Khử trùng (disinfection) khác với tiệt trùng (sterilization), quá trình tiệt trùng sẽ tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật còn quá trình khử trùng thì không tiêu diệt hết các vi sinh vật.

Quá trình khử trùng dùng để tiêu diệt các vi khuẩn, virus, amoeb gây ra các bệnh thương hàn, phó thương hàn, lỵ, dịch tả, sởi, viêm gan...

Các biện pháp khử trùng bao gồm sử dụng hóa chất, sử dụng các quá trình cơ lý, sử dụng các bức xạ. Trong phần này chúng ta chỉ bàn đến việc khử trùng bằng các hóa chất. Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình khử trùng là chlorine và các hợp chất của nó, bromine, ozone, phenol và các phenolic, cồn, kim loại nặng và các hợp chất của nó, xà bông và bột giặt, oxy già, các loại kiềm và axít.

  So sánh hiệu quả khử trùng của các phương pháp

Phương pháp Hiệu quả (%)

Lọc thô

0 ¸ 5

Lọc tinh

10 ¸ 20

Bể lắng cát

10 ¸ 25

Bể lắng sơ hoặc thứ cấp cơ học

25 ¸ 75

Bể lắng sơ hoặc thứ cấp có thêm hóa chất trợ lắng

40 ¸ 80

Bể lọc sinh học nhỏ giọt

90 ¸ 95

Bể bùn hoạt tính

90 ¸ 98

Chlorine hóa nước thải sau xử lý

98 ¸ 99

98

98

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal

Cl2 hòa tan rất mạnh trong nước (7160 mg/L ở 20oC và 1 atm). Khi hòa tan trong nước nó tạo thành hypochlorous acide

Cl2 + H2O ------> HOCl + H+ + Cl-

Với hàm lượng Cl2 thấp hơn 1000 mg/L và pH > 3 phản ứng thủy phân trên diễn ra hoàn toàn.

Hypochlorous acide sau đó bị ion hóa thành hypochlorite ion.

HOCL �------> OCl- + H+

HOCl và OCl- được coi là lượng chlor tự do hữu dụng. Các dạng khác như calcium hypochlorite cũng được sử dụng

Ca(OCl)2 Ca2+ + 2OCl-

Hypochlorous acide sẽ tác dụng với ammonia để tạo nên monochloroamine, dichloramine và nitrogen trichloride

NH4+ + HOCl NH2Cl + H2O + H+

NH2Cl + HOCl NHCl2 + H2O

NHCl2 + HOCl NCl3 + H2O

Việc sinh ra các sản phẩm trên tùy thuộc vào pH, nhiệt độ, thời gian tiếp xúc và tỉ lệ ban đầu giữa chlorine và ammonia (Cl2 : NH4

+ - N). Trong khoảng pH từ 7 8 và tỉ lệ Cl2 : NH4

+ - N = 5 : 1

tất cả chlorine tự do hữu dụng sẽ chuyển thành monochloramine trong vòng 1 phút trở lại, nếu tỉ lệ Cl2 : NH4

+ - N lớn hơn 5 : 1 thì sẽ có một ít dichloramine được tạo nên. Khi pH < 6, một lượng lớn nitrogen trichloride được tạo thành, đây là một chất khí có mùi hôi do đó cần quản lý tốt pH để tránh xảy ra trường hợp này. Chloramine được gọi là hợp chất chlor hữu dụng. Trong nước chloramine bị thủy phân yếu để tạo nên hypoclorous acide. Hiệu suất khử trùng của chloramine tùy thuộc vào lượng hypochlorous acide được tạo nên.

Khi cho chlorine vào nước thải có chứa các chất khử (H2S, NO2-, Fe2+, Mn2+...) amonia và các amine hữu cơ đường biểu diễn dư lượng chlorine sau các phản ứng được biểu diễn trong hình

Dư lượng chlorine trong quá trình sử dụng chlorine để khử trùng

  Đầu tiên khi cho chlorine vào nước thải nó sẽ phản ứng hết với các chất khử do đó không có chlorine thừa (a - b):

H2S + Cl2 2HCl + S

99

99

Chlorine còn tác dụng với phenol tạo nên mono-, di- hoặc trichlorophenol tạo mùi và vị của nước. Nó còn tác dụng với mùn trong nước tạo thành các hợp chất chlor trong đó có chloroform CHCl3 là chất gây ung thư.

Cho tới liều lượng b nó đã thỏa mãn nhu cầu về chlor đối với các chất khử, do đó nếu tiếp tục cho thêm chlor vào nó sẽ tạo nên chloramine, chloramine tạo nên một phần dư lượng ở dạng hợp chất chlor hữu dụng. Khi tất cả ammonia và các amine hữu cơ trong nước thải phản ứng hết với chlorine (c) việc tiếp tục cho thêm chlorine vào sẽ tạo nên phản ứng oxy hóa chloramine quá trình này sẽ làm giảm dư lượng chlor (c - d) và tạo nên N2, NO3 và NCl3. Việc giảm dư lượng chlorine là kết quả của quá trình khử các nguyên tử chlorine đến mức oxy hóa thấp nhất (chloride). Sau khi đã kết thúc quá trình oxy hóa các chloramine nếu tiếp tục cho chlor vào nước thải thì sẽ tạo nên dư lượng chlor tự do hữu dụng do đó đường biểu diễn từ điểm d sẽ đi lên. Điểm d được coi như là "điểm dừng" của đồ thị. Việc xác định điểm dừng để xác định liều lượng chlorine cần sử dụng cho quá trình xử lý ammonia và khử trùng nước thải (cần thiết phải có dư lượng chlor tự do hữu dụng để bảo đảm cho quá trình khử trùng). Tuy nhiên việc áp dụng điểm dừng để xác định liều lượng chlorine đòi hỏi kỹ thuật cao cho nên ít được ứng dụng.

Để đơn giản hóa vấn đề trong việc xử lý nước thải sinh hoạt người ta xác định dư lượng hợp chất chlor hữu dụng sau 15 phút tiếp xúc giữa nước thải và chlorine nếu đạt nồng độ 0,5 mg/L thì liều lượng chlorine sử dụng là đủ và người ta gọi đó là lượng chlorine cần thiết.

Để hoàn thành công đoạn xử lý nước thải bằng chlorine nước thải và dung dịch chlor (phân phối qua ống châm lổ, hoặc suốt chiếu ngang của bể trộn) được cho vào bể trộn trang bị một máy khuấy vận tốc cao, thời gian lưu tồn của nước thải và dung dịch chlorine trong bể trộn không ngắn hơn 30 giây. Sau đó nước thải đã trộn lẫn với dung dịch chlorine được cho chảy qua bể tiếp xúc được chia thành những kênh dài và hẹp theo đường gấp khúc.

Thời gian tiếp xúc giữa chlorine và nước thải từ 15 45 phút, ít nhất phải giữ được 15 phút ở tải đỉnh. Bể tiếp xúc chlorine thường được thiết kế theo kiểu plug-flow (ngoằn ngoèo). Tỉ lệ dài : rộng từ 10 : 1 đến 40 : 1. Vận tốc tối thiểu của nước thải phải từ 2 4,5 m/phút để tránh lắng bùn trong bể.

100

100

Sơ đồ một bể tiếp xúc chlorine

Tổng chiều dài của kênh có thể tính bằng công thức: 

trong ñoù

L: tổng chiều dài của kênhV/Q: thời gian lưu tồn theo lý thuyết (t), hay thời gian tiếp xúcW: chiều rộng kênhD: chiều sâu mực nước trong kênhQmax: lưu lượng nước thải ở tải đỉnh

Người ta thường sử dụng thời gian tiếp xúc là 15 phút chiều rộng của kênh là 0,3 m và chiều sâu của nước trong kênh là 1,33 m.

Để dễ dàng loại bỏ các cặn lắng, bể tiếp xúc nên được lắp đặt các ống thoát nước ở dưới đáy.

  So sánh đặc điểm của một số hóa chất sử dụng cho quá trình khử trùng

Đặc diểm Đặc điểm mong muốn đạt được

Chlorine Sodium hypochloride

Calcium hypochloride

Chlorine dioxide

Bromine chloride

Ozone UV

101

101

Độc tính đối với vi sinh vật

Độc tính cao ở nồng độ cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao

Độ hòa tan Phải hòa tan trong nước hoặc mô

Thấp Cao Cao Cao Thấp Cao N/A

Độ bền Ít giảm tính diệt khuẩn theo thời gian

Bền Hơi không ổn định

Tương đối bền

không bền

sx khi cần

Hơi không

ổn định

không bền

sx khi cần

sx khi cần

Không độc đối với sv bậc cao

Độc đối với vsv, không độc với người và động vật

Rất độc với sv

bậc cao

Độc Độc Độc Độc Độc Độc

Tính đồng nhất trong dung dịch

-

Đồng nhất

Đồng nhất Đồng nhất Đồng nhất

Đồng nhất

Đồng nhất

N/A

Tác dụng với cá chất khác

Chỉ tác dụng với vi khuẩn không tác dụng với chất hữu cơ

Oxy hóa chất hữu

cơ

Chất oxy hóa mạnh

Chất oxy hóa mạnh

Cao Oxy hóa chất

hữu cơ

Oxy hóa chất hữu cơ

-

Độc tính ở các nhiệt độ khác nhau

Giữ được độ độc ở khoảng biến thiên của nhiệt độ môi trường

Cao Cao Cao Cao Cao Cao Cao

Độ ăn mòn Không ăn mòn kim loại Ăn mòn

mạnhĂn mòn Ăn mòn Ăn

mòn mạnh

Ăn mòn

Ăn mòn mạnh

N/A

Khả năng khử mùi

Có khả năng khử mùi khi khử trùng

Cao Trung bình

Trung bình

Cao Trung bình

Cao -

 L: tổng chiều dài của kênh

V/Q: thời gian lưu tồn theo lý thuyết (t), hay thời gian tiếp xúcW: chiều rộng kênhD: chiều sâu mực nước trong kênhQmax: lưu lượng nước thải ở tải đỉnh

102

102

Người ta thường sử dụng thời gian tiếp xúc là 15 phút chiều rộng của kênh là 0,3 m và chiều sâu của nước trong kênh là 1,33 m.

Để dễ dàng loại bỏ các cặn lắng, bể tiếp xúc nên được lắp đặt các ống thoát nước ở dưới đáy. 

Như đã nói ở trên các hóa chất thường sử dụng trong quá trình khử trùng là Cl2, ClO2, Ca(ClO)2, NaOCl. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình là khả năng diệt khuẩn của các hóa chất này, quá trình khuấy trộn ban đầu, đặc tính cuả nước thải, thời gian tiếp xúc giữa nước thải và chất khử trùng, đặc điểm của các vi sinh vật.

  Các liều lượng chlorine thường dùng cho các mục đích khác nhau

trong quá trình xử lý nước thải

Mục đích sử dụng Liều lượng mg/L

Ngăn quá trình ăn mòn do H2S

2 ¸ 9 a

Khử mùi hôi

2 ¸ 9 a

Khống chế quá trình phát triển của các màng bùn vi sinh vật

1 ¸ 10

Khử BOD

0,5 ¸ 2 b

Khống chế ruồi ở bể lọc sinh học

0,1 ¸ 0,5

Loại dầu, mỡ

2 ¸ 10

Khử trùng nước thải chưa qua xử lý

6 ¸ 25

Khử trùng nước thải đã qua xử lý cấp I

5 ¸ 20

Khử trùng nước thải sau kết tủa hóa học

2 ¸ 6

Khử trùng nước thải đã qua xử lý bằng bể lọc sinh học

3 ¸ 15

Khử trùng nước thải đã qua xử lý bằng bể bùn hoạt tính

2 ¸ 8

103

103

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991

Ghi chú: a: trên mg/L H2S b: cho 1 mg/L BOD khử đi

G. TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI

Nước thải nếu không được xử lý đúng mức sẽ gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên trong nước thải sinh hoạt có chứa một lượng khá lớn năng lượng, đạm và các chất khoáng như kali, photpho, canxi... là những phân bón có giá trị đối với nông nghiệp. Cho nên việc tái sử dụng các giá trị này của chất thải sẽ góp phần bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường.

Mục tiêu của việc tái sử dụng chất thải hữu cơ là xử lý các chất thải và giữ lại các chất dinh dưỡng có giá trị để tái sử dụng. Các chất dinh dưỡng này gồm Carbon, Nitrogen, Phospho và các khóang vi lượng. Chúng được tái sử dụng để:

  1. Sản xuất nông nghiệp

Các chất thải hữu cơ có thể sử dụng để làm phân bón hoặc cải tạo đất. Tuy nhiên, nếu sử dụng chất thải chưa được xử lý thì đạt được hiệu quả không cao bởi vì cây trồng chỉ hấp thu các chất dinh dưỡng dạng vô cơ (ví dụ NO3- và PO4

3-), các vi khuẩn và ký sinh trùng trong chất thải chưa được xử lý có thể lây nhiễm cho người sử dụng hoặc tiêu thụ các sản phẩm.

Quá trình phân hủy hiếu khí hay yếm khí đã biến đổi các chất thải hữu cơ thành các chất vô cơ thích hợp cho cây trồng và tiêu diệt phần lớn các vi khuẩn và ký sinh trùng.

2. Sản xuất Biogas

Biogas, một sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ, được xem là một nguồn năng lượng tại chỗ thay thế dầu hỏa, củi... Biogas là một hỗn hợp khí bao gồm methane (khoảng 65%), CO2 (khoảng 30%) và một ít NH3, H2S và các chất khí khác. Năng lượng của Biogas chủ yếu là từ khí methane. Methane có nhiệt trị là 1012 BTU/ft3 (hoặc 9.005 Kcal/m3) ở 15.5oC và 1 atm. Nhiệt trị của Biogas khoảng 500 700 BTU/ft3 (4.450 6.230 Kcal/m3).

Đối với hầm ủ Biogas loại nhỏ (1 5 m3) lắp đặt cho các hộ gia đình đề xử lý chất thải sinh hoạt hay phân gia súc, Biogas được sử dụng để đun nấu, thắp sáng và sưởi ấm. Đối với hầm ủ Biogas loại lớn dùng để xử lý nước thải công nghiệp hoặc của các trại chăn nuôi lớn, Biogas được sử dụng để đun nước cho các nồi hơi, hoặc chạy các động cơ đốt trong.

Chất thải của hầm ủ Biogas giàu chất dinh dưỡng là một nguồn phân bón có giá trị. Nước thải được dùng để nuôi tảo hoặc phiêu sinh động vật (Moina) để làm thức ăn cho cá hoặc bón thẳng xuống ao cá. Chất thải rắn được phơi khô rồi rải trên đồng ruộng, hoặc bón cho ao cá.

3. Sản xuất thủy sản

Ở những vùng nhiệt đới chất thải hữu cơ được tái sử dụng trong sản xuất thủy sản qua 3 hoạt động chính sau:

Sản xuất tảo (đạm đơn bào). Phiêu sinh thực vật (macrophytes, bèo, lục bình)

104

104

Nuôi cá

 4. Tái sử dụng gián tiếp

Khi nước thải được thải trực tiếp ra sông rạch, quá trình "tự làm sạch" nguồn nước do hoạt động phân hủy và cố định các chất hữu cơ trong nước thải của vi khuẩn có sẵn trong tự nhiên sẽ diễn ra. Do đó ở hạ lưu cách xa nguồn thải một khoảng cách nhất định người ta có thể sử dụng nguồn nước đó để tưới tiêu cho cây trồng mà không làm ô nhiễm môi trường.

H. QUẢN LÝ NGUỒN NƯỚC

Để thiết kế các hệ thống xử lý đạt yêu cầu của các cơ quan chức năng quản lý môi trường, chúng ta cần nắm vững các qui định và phương pháp quản lý của các cơ quan này. Sau đây, chúng ta sẽ bàn đến các qui định này.

Quản lý các nguồn nước

Sự ô nhiễm các nguồn nước có thể xảy ra do ô nhiễm tự nhiên và ô nhiễm nhân tạo

Ô nhiễm tự nhiên là do quá trình phát triển và chết đi của các loài thực vật, động vật có trong nguồn nước, hoặc là do nước mưa rửa trôi các chất gây ô nhiễm từ trên mặt đất chảy vào nguồn nước.

Ô nhiễm nhân tạo chủ yếu là do xả nước thải sinh hoạt và công nghiệp vào nguồn nước.

Nguồn nước bị ô nhiễm có các dấu hiệu đặc trưng sau đây:

Có xuất hiện các chất nổi trên bề mặt nước và các cặn lắng chìm xuống đáy nguồn Thay đổi tính chất lý học (độ trong, màu, mùi, nhiệt độ...) Thay đổi thành phần hóa học (pH, hàm lượng của các chất hữu cơ và vô cơ, xuất hiện các

chất độc hại...) Lượng oxy hòa tan (DO) trong nước giảm do các quá trình sinh hoá để oxy hóa các chất

bẩn hữu cơ vừa mới thải vào Các vi sinh vật thay đổi về loài và về số lượng. Có xuất hiện các vi trùng gây bệnh.

105

105

Nguồn nước bị ô nhiễm có ảnh hưởng rất lớn đến hệ thủy sinh vật, việc sử dụng nguồn nước vào mục đích cấp nước hoặc mỹ quan của thành phố.

Để đảm bảo nguồn nước khỏi sự ô nhiễm bẩn do nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp cũng như để tránh sự ô nhiễm tự nhiên, các cơ quan chức năng có trách nhiệm theo dõi việc xả các loại nước thải vào nguồn đặt ra các tiêu chuẩn để kiểm tra. Tiêu chuẩn chất lượng môi trường là giới hạn cho phép tối đa về liều lượng hoặc nồng độ của các tác nhân gây ô nhiễm trong từng vùng cụ thể hoặc cho từng mục đích sử dụng cụ thể đối với từng thành phần của môi trường. Hai tiêu chuẩn thường được sử dụng trong việc bảo vệ nguồn nước là "tiêu chuẩn nước thải" và "tiêu chuẩn nguồn nước". Theo qui định các xí nghiệp phải xử lý nước thải đạt đến "tiêu chuẩn nước thải" cho phép mới được xả vào nguồn nước. Tuy nhiên biện pháp này gây ra sự tranh cãi vì nó chỉ quản lý nồng độ các chất gây ô nhiễm trong nước thải chứ không quản lý tổng lượng chất gây ô nhiễm do một nhà máy thải. Một nhà máy lớn tuy thải ra nước thải có hàm lượng chất gây ô nhiễm giống như một nhà máy nhỏ nhưng tổng thể tích của nó lớn hơn nhiều; do đó tỉ lệ đóng góp của nó trong việc gây ô nhiễm môi trường sẽ lớn hơn. Bảo vệ các nguồn nước theo "tiêu chuẩn nguồn nước" dựa trên cơ sở xếp loại các nguồn nước và quản lý tất cả các nguồn xả để duy trì nguồn nước đó ở mức độ đã đề ra. Quản lý các nguồn nước theo "tiêu chuẩn nước thải" dễ hơn theo "tiêu chuẩn nguồn nước".

Giá trị giới hạn cho phép của các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước mặt

(TCVN 5942-1995)

Soá TT

Thoâng soá Ñôn vò Giaù trò cô baûn

A B

 pH

 6 8,5 5,5 9

 BOD5 (20oC) mg/L < 4 < 25

 COD mg/L >1 0 > 35

 Oxy hoøa tan (DO) mg/L 6 2

 Chaát raén lô löûng (SS) mg/L 20 80

 Arsen mg/L 0,05 0,1

106

106

 Bari mg/L 1 4

 Cadimi mg/L 0,01 0,02

 Chì mg/L 0,05 0,1

 Crom (VI) mg/L 0,05 0,05

 Crom (III) mg/L 0,1 1

 Ñoàng mg/L 0,1 1

 Keõm mg/L 1 2

 Mangan mg/L 0,1 0,8

 Niken mg/L 0,1 1

 Saét mg/L 1 2

 Thuûy ngaân mg/L 0,001 0,002

 Thieác mg/L 1 2

 Amoniac (tính theo N) mg/L 0,05 1

 Florua mg/L 1 1,5

 Nitrat (tính theo N) mg/L 10 15

 Nitric (tính theo N) mg/L 0,01 0,05

107

107

 Xianua mg/L 0,01 0,05

 Phenola (toång soá) mg/L 0,001 0,02

 Daàu môõ mg/L Khoâng 0,3

 Chaát taåy röûa mg/L 0,5 0,5

 Total Coliform MPN/

100 mL5000 10000

 Toång hoùa chaát baûo veä thöïc vaät

mg/L 0,15 0,15

 DDT mg/L 0,01 0,01

 Toång hoaït ñoäng ñoä phoùng xaï

Bq/L 0,1 0,1

 Toång hoaït ñoäng ñoä phoùng xaï

Bq/L 1,0 1,0

Ghi chú:

Tiêu chuẩn này áp dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm của một nguồn nước mặt.

Cột A áp dụng đối với nước mặt có thể dùng làm nguồn cấp nước sinh hoạt (nhưng phải qua quá trình xử lý như qui định)

Cột B áp dụng đối với nước mặt dùng cho các mục đích khác. Nước dùng cho nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản có qui định riêng.

Giá trị tới hạn các thông số và nồng độ các chất gây ô nhiễm trong nước thải công nghiệp

(TCVN 5945-1995) 

Soá Thoâng soá Ñôn vò Giaù trò tôùi haïn

108

108

TT A B C

1. Nhieät ñoä oC 40 40 45

2. pH 

6 9 5,5 9 5 9

3. BOD5 (20oC) mg/L 20 50 100

4. COD mg/L 50 100 400

5. Chaát raén lô löûng (SS) mg/L 50 100 200

6. Arsen mg/L 0,05 0,1 0,5

7. Cadmi mg/L 0,01 0,02 0,5

8. Chì mg/L 0,1 0,5 1

9. Clo dö mg/L 1 2 2

10 Crom (VI) mg/L 0,05 0,1 0,5

11. Crom (III) mg/L 0,2 1 2

12. Daàu môõ khoaùng mg/L KPHÑ 1 5

13. Daàu ñoäng vaät mg/L 5 10 30

14. Ñoàng mg/L 0,2 1 5

15. Keõm mg/L 1 2 5

109

109

16. Mangan mg/L 0,2 1 5

17. Niken mg/L 0,2 1 2

18. Phot pho höõu cô mg/L 0,2 0,5 1

19. Photpho toång soá mg/L 4 6 8

20. Saét mg/L 1 5 10

21. Thuûy ngaân mg/L 0,005 0,005 0,01

22. Thieác mg/L 0,2 1 5

23. Tetracloetylen mg/L 0,02 0,1 0,1

24. Florua mg/L 1 2 5

25. Toång nitô mg/L 30 60 60

26. Amoniac (tính theo N) mg/L 0,1 1 10

27. Xianua mg/L 0,05 0,1 0,2

28. Phenola (toång soá) mg/L 0,001 0,05 1

29. Tricloetylen mg/L 0,05 0,3 0,3

30. Sulfua mg/L 0,2 0,5 1

31. Total Coliform MPN/100 mL

5000 10000 -

110

110

32. Toång hoaït ñoäng ñoä phoùng xaï

Bq/L 0,1 0,1 -

33. Toång hoaït ñoäng ñoä phoùng xaï

Bq/L 1,0 1,0 -

Ghi chú:

A các nguồn nước dùng làm nguồn cấp nước sinh hoạt

B dùng cho giao thông thủy, tưới tiêu, bơi lội, thủy sản, trồng trọt...

> B và C chỉ đổ vào các nơi qui định

> C không được thải ra môi trường

Hai bảng trên  nêu lên các tiêu chuẩn để quản lý nguồn nước và quản lý nguồn xả ở Việt Nam. Ở Mỹ người ta phân loại các nguồn nước kỹ hơn, ví dụ như:

Nguồn nước ngọt

Loại AA: nguồn nước uống sau khi khử trùng và xử lý để loại bỏ các tạp chất tự nhiên (nếu cần thiết).

Loại A: nguồn nước uống sau khi xử lý lắng, lọc, khử trùng và xử lý để loại bỏ các tạp chất tự nhiên (nếu cần thiết).

Loại B: nguồn nước cho bơi lội, tắm và các sử dụng ở mức thấp hơn. Loại C: nguồn nước dùng cho các hoạt động đánh bắt thủy sản hoặc các sử dụng ở mức

thấp hơn. Loại D: nguồn nước sử dụng cho các hoạt động nông nghiệp, làm nguội các hoặc chế biến

các sản phẩm công nghiệp hoặc các sử dụng ở mức thấp hơn.

Nguồn nước lợ

Loại SA: nguồn nước sử dụng cho các hoạt động đánh bắt các loài giáp xác để buôn bán và các hoạt động khác.

Loại SB: nguồn nước sử dụng cho các hoạt động bơi lội và các hoạt động khác ngoại trừ việc đánh bắt các loài giáp xác để bán.

Loại SC: nguồn nước sử dụng cho các hoạt động đánh cá và các hoạt động khác ngoại trừ việc bơi lội và đánh bắt các loài giáp xác để bán.

Loại SD: nguồn nước sử dụng cho các hoạt động ngoại trừ việc bơi lội, đánh bắt các loài giáp xác, đánh bắt cá.

Nguồn nước ngầm

111

111

Loại GA: nguồn nước sử dụng làm nước uống, nấu nướng, chế biến thực phẩm và các mục đích khác.

Loại GB: nguồn nước sử dụng cho công nghiệp hoặc các mục đích cấp nước khác ngoại trừ các mục đích của loại GA.

Sử dụng phương pháp quản lý nguồn nước cũng có những điểm bất tiện như sau:

Đối với nguồn nước có nhận nước thải: nếu nguồn nước này có nhiều đoạn được xếp loại khác nhau thì nước thải khi thải vào các nguồn này phải xử lý đến mức độ nào? Ví dụ nước thải 1 có cần xử lý đến mức đạt tiêu chuẩn để thải vào nguồn loại B hay không?

Sẽ có tranh cải về tỉ lệ % của nguồn nước được bảo vệ cho các hoạt động về công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt... trong tương lai.

Thủ tục hành chánh phiền hà và các phản ứng của cộng đồng cũng như chủ các xí nghiệp khi thay đổi tiêu chuẩn của nguồn nước (nâng lên hay hạ xuống).

Cần phải tiến hành các điều tra phức tạp, tốn thời gian, tiền bạc suốt nguồn nước trước khi phân loại.

QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC TỰ NHIÊN

I. QUÁ TRÌNH TỰ LÀM SẠCH CÁC NGUỒN  NƯỚC

1.Khả năng tự làm sạch của nguồn nước

Khả năng khử được các chất ô nhiễm của nguồn nước được gọi là khả năng "tự làm sạch" (self purification) của nguồn nước. Khả năng đó được thể hiện qua 2 quá trình: 

Qúa  trình xáo trộn (pha loãng ) thuần tuý lý học giữa nước thải với nguồn nước. Quá trình khoáng hoá các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nguồn nước.

Do hai quá trình trên nồng độ các chất ô nhiễm đưa vào nguồn nước sau một thời gian sẽ giảm xuống đén một mức nào đó.

Đối với nguồn nước có dòng chảy (sông) nước thải được pha loãng với nguồn nước và theo dòng chảy đổ ra biển hay một nơi nào đó. Quãng đường có có thể chia thành những vùng như sau:

Vùng ngay miệng cống xả nước thải Vùng phục hồi lại trạng thái bình thường. Quá trình tự làm sạch đã kết thúc.

112

112

Hoặc:

Vùng nhiểm bẩn nặng nhất. Hàm lượng oxy hào tan trong nguồn đạt giá trị nhỏ nhất. Vùng phục hồi lại trạng thái bình thường. Quá trình tự làm sạch đã kết thúc.

Khả năng tự làm sạch nguồn nước phụ thuộc vào nhiều nhân tố: quan trọng nhất là lưu lượng của nguồn nước, mặt thoáng nguồn nước, độ sâu của nguồn nước, nhiệt độ ...           

Để xác định mức độ cần thiết làm sạch nước thải trước khi cho xả ra nguồn nước, cần đánh giá chính xác khả năng tự làm sạch của nguồn nước bằng cách tiến hành nghiên cứu cẩn thận về thuỷ văn, thuỷ sinh và thành phần hoá lý của nguồn nước ...

  Phân chia các vùng của dòng chảy theo khả năng tự làm sạch của nguồn nước

2.Quá trình xáo trộn nước thải với nước nguồn

Khi xác định mức độ xáo trộn giữa nước thải với nước sông không lấy toàn bộ lưu lượng nước sông để túnh vì ở khía cạnh cống xả quá trình xáo trộn chưa thể đạt hoàn toàn chỉ đạt mà chỉ đạt hoàn toàn ở một khoảng cách nào đó xa cống xả. mặt khác, tỉ lệ giữa lưu lượng nước thải và lưu lượng nươvs nguồn càng lớnthì khoảng cách từ cống xả đén điểm tính toán (là nơi đã thực hiện quá trình xáo trộn hoàn toàn) sẽ càng lớn.

       II.XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG THỦY SINH THỰC VẬT

1.Xử lý nước thải bằng tảo

Tảo là nhóm vi sinh vật có khả năng quang hợp, chúng có thể ở dạng đơn bào (vài loài có kích thước nhỏ hơn một số vi khuẩn), hoặc đa bào (như các loài rong biển, có chiều dài tới vài mét). Các nhà phân loại thực vật dựa trên các loại sản phẩm mà tảo tổng hợp được và chứa trong tế bào của chúng, các loại sắc tố của tảo để phân loại chúng.

113

113

 

Một số loài tảo tiêu biểu

Tảo có tốc độ sinh trưởng nhanh, chịu đựng được các thay đổi của môi trường, có khả năng phát triển trong nước thải, có giá trị dinh dưỡng và hàm lượng protein cao, do đó người ta đã lợi dụng các đặc điểm này của tảo để:

Xử lý nước thải và tái sử dụng chất dinh dưỡng. Các hoạt động sinh học trong các ao nuôi tảo lấy đi các chất hữu cơ và dinh dưỡng của nước thải chuyển đổi thành các chất dinh dưỡng trong tế bào tảo qua quá trình quang hợp. Hầu hết các loại nước thải đô thị, nông nghiệp, phân gia súc đều có thể được xử lý bằng hệ thống ao tảo.

Biến năng lượng mặt trời sang năng lượng trong các cơ thể sinh vật. Tảo dùng năng lượng mặt trời để quang hợp tạo nên đường, tinh bột... Do đó việc sử dụng tảo để xử lý nước thải được coi là một phương pháp hữu hiệu để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng của cơ thể sống.

Tiêu diệt các mầm bệnh. Thông qua việc xử lý nước thải bằng cách nuôi tảo các mầm bệnh có trong nước thải sẽ bị tiêu diệt do các yếu tố sau đây:

1. Sự thay đổi pH trong ngày của ao tảo do ảnh hưởng của quá trình quang hợp 2. Các độc tố tiết ra từ tế bào tảo 3. Và sự tiếp xúc của các mầm bệnh với bức xạ mặt trời (UV)

114

114

Thông thường người ta kết hợp việc xử lý nước thải và sản xuất và thu hoạch tảo để loại bỏ chất hữu cơ trong nước thải. Tuy nhiên tảo rất khó thu hoạch (do kích thước rất nhỏ), đa số có thành tế bào dày do đó các động vật rất khó tiêu hóa, thường bị nhiễm bẩn bởi kim loại nặng, thuốc trừ sâu, các mầm bệnh còn lại trong nước thải.

Các phản ứng diễn ra trong ao tảo chủ yếu là "hoạt động cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn".

 

Sô ñoà cuûa moät ao nuoâi taûo thaâm canh

  2.Các yếu tố cần thiết cho quá trình xử lý nước thải bằng tảo

Dưỡng chất: Ammonia là nguồn đạm chính cho tảo tổng hợp nên protein của tế bào thông qua quá trình quang hợp. Phospho, Magnesium và Potassium cũng là các dưỡng chất ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo. Tỉ lệ P, Mg và K trong các tế bào tảo là 1,5 : 1 : 0,5.

 Độ sâu của ao tảo: độ sâu của ao tảo được lựa chọn trên cơ sở tối ưu hóa khả năng của nguồn sáng trong quá trình tổng hợp của tảo. Theo các cơ sở lý thuyết thì độ sâu tối đa của ao tảo khoảng 4,5 5 inches (12,5cm). Nhưng những thí nghiệm trên mô hình cho thấy độ sâu tối ưu nằm trong khoảng 8 10 inches (20 25cm). Tuy nhiên trong thực tế sản xuất, độ sâu của ao tảo nên lớn hơn 20cm (và nằm trong khoảng 40 50 cm) để tạo thời gian lưu tồn chất thải trong ao tảo thích hợp và trừ hao thể tích mất đi do cặn lắng.

 Thời gian lưu tồn của nước thải trong ao (HRT): thời gian lưu tồn của nước thải tối ưu là thời gian cần thiết để các chất dinh dưỡng trong nước thải chuyển đổi thành chất dinh dưỡng trong tế bào tảo. Thường thì người ta chọn thời gian lưu tồn của nước thải trong các ao lớn hơn 1,8 ngày và nhỏ hơn 8 ngày.

115

115

Lượng BOD nạp cho ao tảo: lượng BOD nạp cho ao tảo ảnh hưởng đến năng suất tảo vì nếu lượng BOD nạp quá cao môi trường trong ao tảo sẽ trở nên yếm khí ảnh hưởng đến quá trình cộng sinh của tảo và vi khuẩn. Một số thí nghiệm ở Thái Lan cho thấy trong điều kiện nhiệt đới độ sâu của ao tảo là 0,35 m, HRT là 1,5 ngày và lượng BOD nạp là 336 kg/(ha/ngày) là tối ưu cho các ao tảo và năng suất tảo đạt được là 390 kg /(ha/ngày).

 Khuấy trộn và hoàn lưu: quá trình khuấy trộn trong các ao tảo rất cần thiết nhằm ngăn không cho các tế bào tảo lắng xuống đáy và tạo điều kiện cho các dinh dưỡng tiếp xúc với tảo thúc đẩy quá trình quang hợp. Trong các ao tảo lớn khuấy trộn còn ngăn được quá trình phân tầng nhiệt độ trong ao tảo và yếm khí ở đáy ao tảo. Nhưng việc khuấy trộn cũng tạo nên bất lợi vì nó làm cho các cặn lắng nổi lên và ngăn cản quá trình khuếch tán ánh sáng vào ao tảo. Moraine và các cộng sự viên (1979) cho rằng tốc độ dòng chảy trong ao tảo chỉ nên ở khoảng 5 cm/s. Hoàn lưu giúp cho ao tảo giữ lại được các tế bào vi khuẩn và tảo còn hoạt động; giúp cho quá trình thông thoáng khí, thúc đẩy nhanh các phản ứng trong ao tảo.

 Thu hoạch tảo: tảo có thể được thu hoạch bằng lưới hoặc giấy lược, thu hoạch bằng cách tạo bông cặn hoặc tách nổi, thu hoạch sinh học bằng các loài cá ăn thực vật và động vật không xương sống ăn tảo.

 3. Xử lý nước thải bằng thủy sinh thực vật có kích thước lớn

Thủy sinh thực vật là các loài thực vật sinh trưởng trong môi trường nước, nó có thể gây nên một số bất lợi cho con người do việc phát triển nhanh và phân bố rộng của chúng. Tuy nhiên lợi dụng chúng để xử lý nước thải, làm phân compost, thức ăn cho người, gia súc có thể làm giảm thiểu các bất lợi gây ra bởi chúng mà còn thu thêm được lợi nhuận.

4. Các loại thủy sinh thực vật chính

Thủy thực vật sống chìm: loại thủy thực vật này phát triển dưới mặt nước và chỉ phát triển được ở các nguồn nước có đủ ánh sáng. Chúng gây nên các tác hại như làm tăng độ đục của nguồn nước, ngăn cản sự khuyếch tán của ánh sáng vào nước. Do đó các loài thủy sinh thực vật này không hiệu quả trong việc làm sạch các chất thải.

 Thủy thực vật sống trôi nổi: rễ của loại thực vật này không bám vào đất mà lơ lửng trên mặt nước, thân và lá của nó phát triển trên mặt nước. Nó trôi nổi trên mặt nước theo gió và dòng nước. Rễ của chúng tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để phân hủy các chất thải.

 Thủy thực vật sống nổi: loại thủy thực vật này có rễ bám vào đất nhưng thân và lá phát triển trên mặt nước. Loại này thường sống ở những nơi có chế độ thủy triều ổn định.

  Moät soá thuûy sinh thöïc vaät tieâu bieåu

Loại Tên thông thường Tên khoa học

Thuỷ sinh thực vật sống chìm

Hydrilla Hydrilla verticillata

Water milfoil Myriophyllum

116

116

spicatum

Blyxa Blyxa aubertii

Thuỷ sinh thực vật sống trôi nổi trôi nổi

Lục bình Eichhornia crassipes

Bèo tấm Wolfia arrhiga

Bèo tai tượng Pistia stratiotes

Salvinia Salvinia spp

Thuỷ sinh thực vật sống nổi

Cattails Typha spp

Bulrush Scirpus spp

Sậy Phragmites communis

 Nhiệm vụ của thuỷ sinh thực vật trong các hệ thống xử lý

Phần cơ thể Nhiệm vụ

Rễ và/hoặc thân

 

Là giá bám cho vi khuẩn phát triển

Lọc và hấp thu chất rắn

Thân và /hoặc lá ở mặt nước hoặc phía trên mặt nước

ắnHáp thu ánh mặt trời do đóẳngn cản sự phát triển của tảo

làm giảm ảnh hưởng của gió lên bề mặt xử lý

Làm giảm sự trao đổi giữa nước và khí quyển

Chuyển oxy từ lá xuống rể

117

117

Một số thuỷ sinh thực vật tiêu biểu

Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao Lục Bình để xử lý nước thải

Thông số Số liệu thiết kế Chất lượng nước thải sau xử lý

Nước thải thô    

Thời gian lưu tồn nước > 50 ngày BOD5 < 30mg/L

Lưu lượng nạp nước thải 200 m3/(ha.day) TSS < 30 mg/L

Độ sâu tối đa < 1,5 m

 

Diện tích một đơn vị ao 0,4 ha

 

Lưu lượng nạp chất hữu cơ < 30kg BOD5/(ha.day)

 

Tỉ lệ dài : rộng của ao > 3 : 1

 

118

118

Nước thải qua xử lý cấp I    

Thời gian lưu tồn nước > 6 ngày BOD5 < 10mg/L

Lưu lượng nạp nước thải 800 m3/(ha.day) TSS < 10 mg/L

Độ sâu tối đa 0,91 m TP < 5 mg/L

Diện tích một đơn vị ao 0,4 ha TN < 5 mg/L

Lưu lượng nạp chất hữu cơ < 50kg BOD5/(ha.day)

 

Tỉ lệ dài : rộng của ao > 3 : 1

 

O'Brien (1981) trích dẫn bởi Chongrak Polprasert (1989)

III.CÁNH ĐỒNG CHẢY TRÀN

Là phương pháp xử lý nước thải trong đó nước thải được cho chảy tràn lên bề mặt cánh đồng có độ dốc nhất định xuyên qua các cây trồng sau đó tập trung lại trong các kênh thu nước.

Mục đích:

Xử lý nước thải đến mức của các quá trình xử lý cấp II, cấp III Tái sử dụng chất dinh dưỡng để trồng các thảm cỏ hoặc tạo các vành đai xanh.

Hiệu suất xử lý SS, BOD5 của hệ thống từ 95 99%, hiệu suất khử nitơ khoảng 70 90%, phospho khoảng 50 60%.

Các điểm cần lưu ý cho quá trình thiết kế:

Đất ít thấm nước sét hoặc sét pha cát Lưu lượng nạp nước thải thô là 10 cm/tuần Lưu lượng nạp nước thải sau xử lý cấp I là 15 ¸ 20 cm/tuần Lưu lượng nạp nước thải sau xử lý cấp II là 25 ¸ 40 cm/tuần.

Độ sâu của mực nước ngầm không cần thiết. Độ dốc khoảng 2 4%, chiều dài đường đi của nước thải không nhỏ hơn 36 m. Thời gian nạp kéo dài 6 8 giờ sau đó cho đất nghỉ 16 18 giờ, vận hành 5 6 ngày/tuần.

Tính lượng BOD5 và TOC bị khử theo công thức:

119

119

BOD5:

TOC:

trong ñoù

C: BOD5 hoaëc TOC caàn ñaït cuûa nöôùc thaûi ñaàu raC0: BOD5 hoaëc TOC cuûa nöôùc thaûi ñaàu vaøoA vaø A': heä soá thöïc nghieäm veà khaû naêng khöû BOD5 hoaëc TOC cuûa heä thoángK vaø k': haèng soá thöïc nghieäm veà toác ñoä khöû BOD5 hoaëc TOC cuûa heä thoángK hoaëc k' = k/qnk vaø n: heä soá thöïc nghieäm

q: löu löôïng naïp nöôùc thaûi cho heä thoáng 0,1 0,37 m3/hr.m (theo chieàu doác)

  Caùc giaù trò k vaø n

Loaïi nöôùc thaûi Caùc heä soá

k n

Nöôùc thaûi sau xöû lyù caáp I    

BOD5 0,043 0,136

TOC0,038 0,170

Nöôùc thaûi sau xöû lyù caáp II    

BOD5

0,030 0,402

TOC0,032 0,350

120

120

Tæ leä BOD5 vaø TOC coøn laïi theo chieàu daøi ñöôøng ñi cuûa nöôùc thaûi thoâvaø nöôùc thaûi ñaõ xöû lyù caáp I

Caùc giaù trò A vaø A' bieán ñoåi lôùn theo q do ñoù ñeå aùp duïng caùc tính toaùn naøy ngöôøi ta duøng bieän phaùp qui chieáu töø caùc ñoà thò sau:

 

121

121

IV. GIỚI THIỆU CÁC CƠ CHẾ TRONG CÁNH ĐỒNG LỌC

Trong môi trường tự nhiên, các quá trình lý, hóa và sinh học diễn ra khi đất, nước, sinh vật và không khí tác động qua lại với nhau. Lợi dụng các quá trình này, người ta thiết kế các hệ thống tự nhiên để xử lý nước thải. Các quá trình xảy ra trong tự nhiên giống như các quá trình xảy ra trong các hệ thống nhân tạo, ngoài ra còn có thêm các quá trình quang hợp, quang oxy hóa, hấp thu dưỡng chất của hệ thực vật. Trong các hệ thống tự nhiên các quá trình diễn ra ở vận tốc "tự nhiên" và xảy ra đồng thời trong cùng một hệ sinh thái, trong khi trong các hệ thống nhân tạo các quá trình diễn ra tuần tự trong các bể phản ứng riêng biệt.

1.Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc

Giới thiệu

Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc là việc tưới nước thải lên bề mặt của một cánh đồng với lưu lượng tính toán để đạt được một mức xử lý nào đó thông qua quá trình lý, hóa và sinh học tự nhiên của hệ đất - nước - thực vật của hệ thống. Ở các nước đang phát triển, diện tích đất còn thừa thải, giá đất còn rẻ do đó việc xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc được coi như là một biện pháp rẻ tiền.

Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc đồng thời có thể đạt được ba mục tiêu:

Xử lý nước thải Tái sử dụng các chất dinh dưỡng có trong nước thải để sản xuất Nạp lại nước cho các túi nước ngầm

So với các hệ thống nhân tạo thì việc xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cần ít năng lượng hơn. Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cần năng lượng để vận chuyển và tưới nước thải lên đất, trong khi xử lý nước thải bằng các biện pháp nhân tạo cần năng lượng để vận chuyển, khuấy trộn, sục khí, bơm hoàn lưu nước thải và bùn... Do ít sử dụng các thiết bị cơ khí, việc vận hành và bảo quản hệ thống xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc dễ dàng và ít tốn kém hơn. Tuy nhiên, việc xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cũng có những hạn chế như cần một diện tích đất lớn, phụ thuộc vào cấu trúc đất và điều kiện khí hậu.

Tùy theo tốc độ di chuyển, đường đi của nước thải trong hệ thống người ta chia cánh đồng lọc ra làm 3 loại:

Cánh đồng lọc chậm (SR) Cánh đồng lọc nhanh (RI) Cánh đồng chảy tràn (OF)

Các cơ chế xử lý nước thải trong cánh đồng lọc

a) Các cơ chế lý học:

Khi nước thải ngấm qua các lổ rỗng của đất, các chất rắn lơ lửng sẽ bị giữ lại do quá trình lọc. Độ dày của tầng đất diễn ra quá trình lọc biến thiên theo kích thước của các chất rắn lơ lửng, cấu trúc đất và vận tốc của nước thải. Lưu lượng nước thải càng cao, các hạt đất càng lớn thì bề dày của tầng đất diễn ra quá trình lọc càng lớn. Đối với cánh đồng lọc chậm do lưu lượng nước thải áp

122

122

dụng cho hệ thống thấp nên các chất rắn lơ lửng có kích thước lớn sẽ bị giữ lại ngay trên bề mặt đất, các chất rắn lơ lửng có kích thước nhỏ và vi khuẩn bị giữ lại ở vài centimet đất mặt. Các chất hòa tan trong nước thải có thể bị pha loãng do nước mưa, các quá trình chuyển hóa hóa học và sinh học có thể loại bỏ được các chất này. Tuy nhiên ở những vùng khô hạn có tốc độ bốc hơi nước cao, các chất này có thể bị tích tụ lại (ví dụ các muối khoáng). Một điều khác cần chú ý là nếu hàm lượng chất lơ lửng quá cao nó sẽ lắp đầy các lổ rỗng của đất làm giảm khả năng thấm lọc của đất, cũng như làm nghẹt các hệ thống tưới. Trong trường hợp này ta nên cho cánh đồng lọc "nghỉ" một thời gian để các quá trình tự nhiên phân hủy các chất rắn lơ lửng tích tụ này, phục hồi lại khả năng thấm lọc của đất.

   

Các loại đất và lưu lượng nước thải ứng dụng cho các cánh đồng lọc

b) Các cơ chế hóa học:

Hấp phụ và kết tủa là hai cơ chế xử lý hóa học quan trọng nhất trong quá trình. Quá trình trao đổi cation chịu ảnh hưởng bởi khả năng trao đổi cation của đất (CEC), thường khả năng trao đổi cation của đất biến thiên từ 2 60meq/100g. Hầu hết các loại đất có CEC nằm trong khoảng 10 30. Quá trình trao đổi cation quan trọng trong việc khử nitogen của amonium. Phospho được khử bằng cách tạo thành các dạng không hoặc ít hòa tan. Ở các vùng khô hạn khó tránh khỏi việc tích tụ của các ion Natri làm phá hủy cấu trúc đất và giảm khả năng thấm lọc của đất. Để đánh giá mức độ nguy hại của quá trình này người ta thường dùng tỉ lệ hấp phụ natri (SAR)

123

123

 

trong ñoù Na, Ca, Mg laø noàng ñoä caùc cation töông öùng coù trong nöôùc thaûi ñöôïc tính baèng meq/L.

Khi duøng caùnh ñoàng loïc ñeå xöû lyù nöôùc thaûi coâng nghieäp caàn phaûi coù böôùc tieàn xöû lyù nhaèm khoáng cheá pH cuûa nöôùc thaûi trong khoaûng 6,5 ¸ 9 ñeå khoâng laøm haïi thaûm thöïc vaät. Neáu nöôùc thaûi coù SAR cao phaûi tìm caùch loaïi boû Natri ñeå khoáng cheá SAR khoâng lôùn hôn 8 ¸ 10.

c) Cô cheá sinh hoïc:

Caùc quaù trình sinh hoïc thöôøng dieãn ra ôû phaàn reå cuûa thaûm thöïc vaät. Soá löôïng vi khuaån trong daát bieán thieân töø 1 ¸ 3 tæ/g ñaát, söï ña daïng cuûa chuùng cuõng giuùp cho quaù trình phaân huûy caùc chaát höõu cô töï nhieân hoaëc nhaân taïo. Söï hieän dieän hay khoâng cuûa oxy trong khu vöïc naøy cuõng aûnh höôûng raát lôùn ñeán quaù trình phaân huûy vaø saûn phaåm cuoái cuøng cuûa heä thoáng. Haøm löôïng oxy coù trong khu vöïc naøy tuøy thuoäc vaøo caáu truùc (ñoä roãng) cuûa ñaát. Do söï phaân huûy cuûa caùc vi sinh vaät ñaát, caùc chaát nitrogen, phosphorus, sulfur chuyeån töø daïng höõu cô sang daïng voâ cô vaø phaàn lôùn ñöôïc ñoàng hoùa bôûi heä thöïc vaät. Löu yù quaù trình khöû nitraùt cuõng coù theå dieãn ra neáu löu löôïng naïp chaát höõu cô quaù cao, ñaát quaù mòn, thöôøng xuyeân ngaäp nöôùc, möïc thuûy caáp cao, pH ñaát trung tính hoaëc kieàm nheï, nhieät ñoä aám...

Caùc maàm beänh, kyù sinh truøng bò tieâu dieät do toàn taïi beân ngoaøi kyù chuû moät thôøi gian daøi, caïnh tranh vôùi caùc vi sinh vaät ñaát, baùm treân caùc boä phaän cuûa thaûm thöïc vaät sau ñoù bò tieâu dieät bôûi tia UV trong böùc xaï maët trôøi.

CÁNH ĐỒNG LỌC CHẬM

Cánh đồng lọc chậm là hệ thống xử lý nước thải thông qua đất và hệ thực vật ở lưu lượng nước thải nạp cho hệ thống khoảng vài cm/tuần. Các cơ chế xử lý diễn ra khi nước thải di chuyển trong đất và thực vật, một phần nước thải có thể đi vào nước ngầm, một phần sử dụng bởi thực vật, một phần bốc hơi thông qua quá trình bốc hơi nước và hô hấp của thực vật. Việc chảy tràn ra khỏi hệ thống được khống chế hoàn toàn nếu có thiết kế chính xác.

   Lưu lượng nạp cho hệ thống biến thiên từ 1,5 10 cm/tuần tùy theo loại đất và thực vật. Trong trường hợp cây trồng được sử dụng làm thực phẩm cho con người nên khử trùng nước thải trước khi đưa vào hệ thống hoặc ngừng tưới nước thải 1 tuần trước khi thu hoạch để bảo đảm an toàn cho sản phẩm

. Để thiết kế hệ thống này ta cần các công thức tính toán sau:124

124

Lh + Pp = ET + W + R (7.1)

trong đó

Lh: lưu lượng nước thải nạp cho hệ thống (cm/tuần)Pp: lượng nước mưa (cm/tuần)ET: lượng hơi nước bay hơi do quá trình bốc hơi nước và hô hấp của thực vật (cm/tuần)W: lượng nước thấm qua đất (cm/tuần)R: lượng nước chảy tràn (cm/tuần) (= 0 nếu thiết kế chính xác) 

  trong đó

I: khả năng thấm lọc của đất, mmP": ẩm độ cuối cùng của đất, % trọng lượngP': ẩm độ ban đầu của đất, % trọng lượngS: tỉ trọng của đấtD: bề dày của lớp đất ẩm do tưới nước thải

 

Sơ đồ di chuyển của nước thải trong cánh đồng lọc chậm

Ví dụ: ẩm độ của đất trước khi tưới nước thải là 19%

125

125

khả năng thấm lọc của đất là 1.000 m3/ha

tỉ trọng của đất là 1,5

bề dày của lớp đất ẩm do tưới nước thải là 90 cm

Lượng nước mất đi do bay hơi và hô hấp của thực vật là 250mm/tháng

Xác định chu kỳ tưới nước thải, ẩm độ của đất sau khi tưới nước thải?

  Giải:

Ta có: I = 1.000m3/10.000m2 = 0,1 m = 100 mm

P" = 27,3%

Chu kỳ tưới nước thải: 

= 12 ngaøy

Như vậy ta có thể dùng 5 ngày cho việc tưới tiêu và 7 ngày đất nghỉ để quá trình phân hủy các chất rắn lơ lửng xảy ra hồi phục khả năng tưới tiêu của đất. Ngoài ra trong quá trình tưới tiêu vào mùa mưa cũng nên tính đến lượng nước mưa trong tuần theo phương trình 7.1. Mực thủy cấp phải thấp hơn mặt đất 0,6 ¸ 1,0 m để tránh vấn đề ô nhiễm nước ngầm. Độ dốc của cánh đồng có trồng trọt không lớn hơn 20%, của cánh đồng không trồng trọt và sườn đồi không lớn hơn 40%. Khả năng khử BOD5, SS và coliform trong khoảng 99%. Nitơ bị hấp thu bởi thảm thực vật và nếu các thực vật này được thu hoạch và chuyển đi nơi khác thì hiệu suất có thể đạt đến 90%

. CÁNH ĐỒNG LỌC NHANH

Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc nhanh là việc đưa nước thải vào các kênh đào ở khu vực đất có độ thấm lọc cao (mùn pha cát, cát) với một lưu lượng nạp lớn.

Các điều kiện địa lý như độ thấm lọc của đất, mực thủy cấp rất quan trọng đối với việc ứng dụng phương pháp này. Nước thải sau khi thấm lọc qua đất được thu lại bằng các ống thu nước đặt ngầm trong đất hoặc các giếng khoan. Mục tiêu của phương pháp xử lý này là:

Nạp lại nước cho các túi nước ngầm, hoặc nước mặt Tái sử dụng các chất dinh dưỡng và trử nước thải lại để sử dụng cho các vụ mùa

Phương pháp này giúp xử lý triệt để các loại nước thải và ngăn chặn sự xâm nhập mặn của nước biển vào các túi nước ngầm. Tuy nhiên các dạng đạm hữu cơ có thể chuyển hóa thành đạm nitrát và đi vào nước ngầm, nếu vượt quá tiêu chuẩn 10mg/L khi sử dụng chúng làm nước sinh hoạt sẽ gây bệnh methemoglobinenia ở trẻ em. nếu khu vực xử lý nằm trong tình trạng yếm khí H2S sẽ sinh ra làm nước ngầm có mùi hôi.

126

126

Hiệu suất xử lý SS, BOD5, coliform trong phân của hệ thống gần như triệt để, hiệu suất khử nitơ khoảng 50%, phospho khoảng 70 95%. Các điểm cần lưu ý cho quá trình thiết kế là lưu lượng nạp nước thải 10 250 cm/tuần. Thời gian nạp kéo dài 0,5 3 ngày sau đó cho đất nghỉ 1 5 ngày. Độ sâu của mực nước ngầm từ 3 2 m. Độ dốc thường nhỏ hơn 5%.

Để xác định khả năng thấm lọc của đất người ta thường khoan các lổ đường kính 100 300 cm. Đáy của lổ nằm ngang mực với tầng đất cần cho thiết kế, đổ đầy nước, độ thấm lọc được xác định theo hai cách: độ sâu của lớp nước rút đi trong một khoảng thời gian nhất định hay là thời gian cần thiết để nước trong lổ rút xuống một mức nào đó.

Để xác định lượng nitơ bị khử đi người ta dùng công thức: 

trong đó

Nt: tổng lượng nitrogen bị khử đi mg/LTOC: tổng lượng carbon hữu cơ trong nước thải ban đầu mg/L-5 do lượng TOC còn lại sau khi nước thải thấm qua lớp đất dày 1,5 m còn 5 mg/L/2 do các thực nghiệm cho thấy cần 2 gcarbon hữu cơ để khoáng hóa 1g nitơ

Lưu lượng nạp nước thải:

Lw = (IR in/h) (1 ft/12 in) (24 h/d) (OD d/yr) (F)

trong đó

Lw: lưu lượng nước thải nạp hàng năm; ft/yrIR: tốc độ thấm lọc của đất; in/hOD: số ngày vận hành trong năm; dF: hệ số thấm lọc cho từng loại hình xác định độ thấm lọcF: 10 15% giá trị thấm lọc nhỏ nhất khi thử nghiệm bằng kênh đàoF: 4 10% giá trị thấm lọc khi đo độ dẫn nước của đất theo chiều đứng

  Ghi chú: nên cộng thêm diện tích cho đường đi nội bộ, khu vực trữ, khu vực đệm và dự trù mở rộng trong tương lai. 

127

127