Thai Minh Cong_bai giang CNXLNT

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NƯỚC THẢI

1.1. Phân loại nước thải và đặc tính của nước thải

Để hiểu và lựa chọn công nghệ xừ lý nước thải cần phải phân biệt các loại nước

thải khác nhau. Có nhiều cách hiểu về các loại nước thải, trong tài liệu này chúng tôi

đưa ra 3 loại nước thải dựa trên mục đích sử dụng và cách xả thải như sau.

1.1.1. Phân loại nước thải

a. Nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh họat là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh

hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rữa, vệ sinh cá nhân,…chúng thường được thải

ra từ các các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, và các công trình công cộng

khác. Lượng nước thải sinh họat của khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn

cấp nước và đặc điểm của hệ thống thóat nước.

Thành phần của nước thải sinh họat gồm 2 lọai:

− Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh;

− Nước thải nhiễm bẫn do các chất thải sinh họat : cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa

trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà.

Nước thải sinh họat chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngòai ra còn

có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Chất hữu cơ

chứa trong nước thải sinh họat bao gồm các hợp chất như protein (40 – 50%); hydrat

cacbon (40 - 50%) gồm tinh bột, đường và xenlulo; và các chất béo (5 -10%). Nồng độ

chất hữu cơ trong nước thải sinh họat dao động trong khoảng 150 – 450mg/l. Có

khoảng 20 – 40% chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Ở những khu dân cư đông đúc,

điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh họaat không được xử lý thích đáng là một

trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức

sống và các thói quen của người dân, có thể ước tính bằng 80% lượng nước được cấp.

Nước thải sinh hoạt có thành phần với các giá trị điển hình như sau: COD=500

mg/l, BOD5=250 mg/l, SS=220 mg/l, photpho=8 mg/l, nitơ NH3 và nitơ hữu cơ=40

mg/l, pH=6.8, TS= 720mg/l.

Như vậy, Nước thải sinh hoạt có hàm lượng các chất dinh dưỡng khá cao, đôi khi

vượt cả yêu cầu cho quá trình xử lý sinh học. Thông thường các quá trình xử lý sinh

học cần các chất dinh dưỡng theo tỷ lệ sau: BOD5:N:P = 100:5:1 và COD/BOD5 < 2

Nước thải sinh hoạt thường trộn chung với nước thải sản xuất và gọi chung là

nước thải đô thị.

Nếu tính gần đúng, nước thải đô thị gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt, 14%

là các loại nước thấm, 36% là nước thải sản xuất.

Giáo viên biên soạn: Thái Mạnh Công 1

Lưu lượng nước thải đô thị phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu và các tính

chất đặc trưng của thành phố. Khoảng 65-85% lượng nước cấp cho 1 nguồn trở thành

nước thải. Lưu lượng và hàm lượng các chất thải của nước thải đô thị thường dao động

trong phạm vi rất lớn.

Lưu lượng nước thải của các thành phố nhỏ biến động từ 20% QTB - 250%QTB

Lưu lượng nước thải của các thành phố lớn biến động từ 50% QTB - 200%QTB

Lưu lượng nước thải lớn nhất trong ngày vào lúc 10-12h trưa và thấp nhất vào

lúc khoảng 5h sáng.

Lưu lượng và tính chất nước thải đô thị còn thay đổi theo mùa, giữa ngày làm

việc và ngày nghỉ trong tuần cũng cần được tính đến khi đánh giá sự biến động

lưu lượng và nồng độ chất gây ô nhiễm.

b. Nước thải công nghiệp

Là loại nước thải sau quá trình sản xuất, phục thuộc loại hình công nghiệp. Đặc

tính ô nhiễm và nồng độ của nước thải công nghiệp rất khác nhau phụ thuộc vào lọai

hình công nghiệp và chế độ công nghệ lựa chọn.

Trong công nghiệp, nước được sử dụng như là 1 loại nguyên liệu thô hay phương

tiện sản xuất (nước cho các quá trình) và phục vụ cho các mục đích truyền nhiệt. Nước

cấp cho sản xuất có thể lấy mạng cấp nước sinh hoạt chung hoặc lấy trực tiếp từ nguồn

nước ngầm hay nước mặt nếu xí nghiệp có hệ thống xử lý riêng. Nhu cầu về cấp nước

và lưu lượng nước thải trong sản xuất phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Lưu lượng nước

thải của các xí nghiệp công nghiệp được xác định chủ yếu bởi đặc tính sản phẩm được

sản xuất.

Bảng 1.1: Lưu lượng nước trung bình của một số ngành công nghiệp

STT Ngành công nghiệp Đơn vị sản phẩm Lưu lượng nước thải

1 Sản xuất bia 1L bia 5 – 6L

2 Tinh chế đường 1 tấn củ cải đường 10 – 20m3

3 Sản xuất bơ sữa 1 tấn sữa 5 – 6m3

4 Nhà máy đồ hộp rau quả 1 tấn sản phẩm 1,5 – 4,5m3

5 Giết mổ gia súc 1 tấn sản phẩm 3 – 10m3

6 Dệt sợi nhân tạo 1 tấn sản phẩm 100m3

7 Xí nghiệp tẩy trắng 1 tấn sợi 1000 – 4000m3

8 Luyện thép 1 tấn sản phẩm 4600m3

Ngoài ra, trình độ công nghệ sản xuất và năng suất của xí nghiệp cũng có ý nghĩa

quan trọng. Lưu lượng tính cho 1 đơn vị sản phẩm có thể rất khác nhau. Lưu lượng

nước thải sản xuất lại dao động rất lớn. Bởi vậy số liệu trên thường không ổn định và ở

nhiều xí nghiệp lại có khả năng tiết kiệm lượng nước cấp do sử dụng hệ thống tuần


hoàn trong sản xuất. Thành phần nước thải sản xuất rất đa dạng, thậm chí ngay trong 1

ngành công nghiệp, số liệu cũng có thể thay đổi đáng kể do mức độ hoàn thiện của

công nghệ sản xuất hoặc điều kiện môi trường.

Có hai loại nước thải công nghiệp:

Nước thải công nghiệp qui ước sạch : là lọai nước thải sau khi sử dụng để làm

nguội sản phẩm, làm mát thiết bị, làm vệ sinh sàn nhà.

Lọai nước thải công nghiệp nhiễm bẫn đặc trưng của công nghiệp đó và cần xử

lý cục bộ trước khi xả vào mạng lưới thoátt nước chung hoặc vào nguồn nước

tùytheo mức độ xử lý.

c. Nước thải bệnh viện

Đây là nguồn nước thải được thải ra từ các hoạt động khám và chữa bệnh. Đây là

nguồn nước thải khó kiểm soát nhất về tính độc hại. trong nguồn thãi chứa nhau chất

độc từ các loại thuốc kháng sinh, các loại vi trùng, vi rút từ người bệnh có thể theo

nguồn nước lây lan ra môi trường. Nước thải bệnh viện có lưu lượng nhỏ nhưng xử lý

phức tạp, do có chứa nhiều chất gây ức chế hoạt động sống của vi sinh vật. Ngoài ra

trong dòng thải còn chứa các chất phóng xạ.

1.1.2. Các đặc trưng của nước thải

a. Các chất gây nhiễm bẩn nước

Có rất nhiều chất gây ô nhiễm trong nước, có thể phân chúng thành 9 loại

sau:

Các chất hữu cơ bền vững khó phân hủy

Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy

Các kim loại nặng

Các ion vô cơ

Dầu mỡ, các chất hoạt động bề mặt

Các chất có màu

hoặc mùi

Các chất rắn

Các chất phóng xạ

Các vi sinh vật

Các chất hữu cơ

Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy: Đó là các hợp chất protein, hidrocacbon,

chất béo có nguồn gốc động thực vật. đây là các chất gây ô nhiễm chính có

trong nước thải sinh hoạt, nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm, lò

giết mổ gia súc,…Các hợp chất này làm suy giảm oxi trong nước dẫn đến suy

thoái tài nguyên thủy sản làm giảm chất lượng nước cấp sinh hoạt.

Các chất hưu cơ khó bị phân hủy: các chất này thuộc các chất hữu cơ có

vòng thơm, các chất đa vòng ngưng tụ, các hợp chất clo hữu cơ,…Hầu hết

chúng đều có độc tính với con người và môi trường. Chúng tồn lưu lâu dài

trong môi trường và cơ thể con người, sinh vật gây độc tích lũy.

Các chất hữu cơ có độc tính cao trong môi trường nước thải thường gặp:

Các chất hữu cơ có tính độc cao thường khó bị phân hủy bởi sinh vật. Các chất


hữu cơ gây độc thường là: polyclorophenol (PCP), polyclorobiphenyl (PCB),

các hidro cacbua đa vòng ngưng tụ, các chất bảo vệ thực vật, xà phòng và các

chất tẩy rửa, hợp chất dị vòng N và O, dioxin,…

Các chất vô cơ

Các chất chứa nito: trong nước thải các chất chứa noto tồn tại ở 3 dạng: hớp

chất hữu cơ, muối amon, dạng nitrit và nitrat.

Protein NH3 NO2- NO3

-

NO3- NO2

- NO N2O N2

Nếu nước chứa hầu hết nito hưu cơ, amoniac hoặc NH + thì chứng ot3 nước

mới bị ô nhiễm.

Nếu trong nước chứa hợp chất nito ở dạng nitrit (NO 2-) thì nước đã bị ô

nhiễm một thời gian dài hơn.

Nếu trong nước chứa hợp chất nitơ ở dạng nitrat (NO 3-) thì nước đã bị ô

nhiễm một thời gian khá dài và quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ đã kết thúc.

Các dạnh tồn tại của nito trong nước đều có tính độc và gây hại cho sinh

vật và con người. Khi nồng độ của hợp chất nito ở dạng nitrat quá cao

(>15mg/l) sẽ dẫn đến hiện tượng phú dưỡng. Khi nitrat trong nước uống nồng

độ >10mg/l có khả năng gây ra ung thư, ngoài ra nó còn gây ra bệnh thiếu máu,

làm trẻ xanh xao do chức năng của heamoglobin bị giảm.

Ô nhiễm sinh học của nước

Ô nhiễm nước sinh học do các nguồn thải đô thị hay công nghiệp bao gồm các

chất thải sinh hoạt, phân, nước rửa của các nhà máy đường, giấy…

Sự ô nhiễm về mặt sinh học chủ yếu là do sự thải các chất hữu cơ có thể lên men

được: chất thải sinh hoạt hoặc công nghiệp có chứa chất cặn bã sinh hoạt, phân tiêu,

nước rửa của các nhà máy đường, giấy, lò sát sinh…

+ Sự ô nhiễm sinh học thể hiện bằng sự nhiễm bẩn do vi khuẩn rất nặng. Các bệnh

cầu trùng, viêm gan do siêu vi khuẩn tăng lên liên tục ở nhiều quốc gia chưa kể đến

các trận dịch tả. Các nước thải từ lò sát sinh chứa một lượng lớn mầm bệnh.

+ Các nhà máy giấy thải ra nước có chứa nhiều glucid dễ lên men. Một nhà máy

trung bình làm nhiễm bẩn nước tương đương với một thành phố 500.000 dân.

+ Các nhà máy chế biến thực phẩm, sản xuất đồ hộp, thuộc da, lò mổ, đều có nước

thải chứa protein. Khi được thải ra dòng chảy, protein nhanh chóng bị phân hủy cho ra

acid amin, acid béo, acid thơm, H2S, nhiều chất chứa S và P., có tính độc và mùi khó

chịu. Mùi hôi của phân và nước cống chủ yếu là do indol và dẫn xuất chứa methyl của

nó là skatol.

b. Các thông số đánh giá ô nhiễm nước

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. Ngoài ra pH còn ảnh hưởng đến quá trình tạo bông cặn của các bể lắng bằng

cách tạo bông cặn bằng phèn nhôm.

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 của con

người 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

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).

Màu

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.

DO (Dissolved oxigen)

Oxi hoàn tan trong nước rất cần cho sinh vật hiếu khí. Bình thường oxi hòa tan

trong nước khoảng 8 – 10 mg/l, chiếm 70 – 85% khi oxi bão hòa. Mức oxi hòa tan tron

nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, vào hoạt động

của thế giới thủy sinh, các hoạt động hóa sinh, hóa học và vật lý của nước. Trong môi

trường nước bị ô nhiễm nhaặng, oxi được dùng nhiều cho các quá trình hóa sinh và

xuất hiện hiện tượng thiếu oxi trầm trọng.

Phân tích chỉ số oxi hòa tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá

sự ô nhiễm của nước và giúp ta đề ra các biện pháp xử lý thích hợp.

Phân tích DO có 2 phương pháp thường dùng là: phương pháp Iod và phương

pháp đo oxi hòa tan trực tiếp bằng điện cực oxi với màng nhạy trên các máy đo.

BOD (Biochemical Oxygen Demand)


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. 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...)

Lo: BOD cuối cùng

k: tốc độ phản ứng (d-1) tính theo hệ số e

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

Bảng 1.2: 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

COD Chemical oxigen Demand

Chỉ số này được dùng rộng rã đẻ đặc trưng cho hàm lượng chất hữu cơ của nước

thải và ô nhiễm của nước tự nhiên.

COD là lượng oxi cần thiết cho quá trình oxi hoá toàn bộ các chất hữu cơ có trong

mẫu nước thành CO2 và nước.

Để xác định COD người ta thường sử dụng một chất oxi hoá mạnh trong môi

trường axit. Chất oxi hoá hay được dùng là kali bicromat (K2Cr2O7)

Chất hữu cơ + K2Cr2O7 + H+ CO2 + H2O + 2Cr+3 + 2K+

Lượng bicromat dư được chuẩn độ bằng dung dịch muối Mohr – Fe(NH4)2 (SO4)2

Với chất chỉ thị là dung dịch Ferroin:

Cr2O7-2 + Fe+2 + H+ Cr+3 + Fe+3 + H2O

Chỉ thị chuyển từ màu xanh lam sang màu đỏ nhạt.

TS,TSS,TDS


Ag2SO4

t0

Các chất rắn có trong nước là:

- Các chất vô cơ là dạng các muối hòa tan hoặc không tan như đất đá ở dạng

huyền phù lơ lửng.

- Các chất hữu cơ như xác các vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, động thực

vật phù du, các chất hữu cơ tổng hợp như phân bón, các chất thải công nghiệp.

- Chất rắn ở trong nước làm trở ngại cho việc sử dụng và lưu chuyển nước, làm

giảm chất lượng nước sinh hoạt và sản xuất, gây trở ngại cho việc nuôi trồng thủy sản.

- Chất rắn trong nước phân thành 2 loại (theo kích thước hạt):

Chất rắn qua lọc có đường kính hạt nhỏ hơn 1m, trong đó có chất rắn dạng keo có

kích thước từ 10-6 – 10-9m và chất rắn hòa tan (các ion và phân tử hòa tan).

Chất rắn không qua lọc có đường kính trên 10-6m (1m): Các hạt là xác rong tảo,

vi sinh vật có kích thước 10-5 - 10-6m ở dạng lơ lửng; cát sạn, cát nhỏ có kích thước

trên 10-5m có thể lắng cặn.

Tổng chất rắn (TS) được xác định bằng trọng lượng khô phần còn lại sau khi cho

bay hơi 11 mẫu nước trên bếp cách thủy rồi sấy khô ở 1030C cho đến khi trọng lượng

không thay đổi. Đơn vị tính bằng mg ( hoặc g/l).

Chất rắn ở dạng huyền phù (SS) hàm lượng trong các chất huyền phù (SS) là trọng

lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc rợi thủy, khi lọc 11 mẫu nước qua phễu lọc

Gooch sấy khô ở 103 -1050C tới khi trọng lượng không thay đổi đơn vị tính mg hoặc

g/l.

Chất rắn hòa tan (DS). Hàm lượng chất rắn hòa tan chính là hiệu số của tổng chất

rắn với huyền phù: DS = TS – SS.

Đơn vị tính bằng g hoặc mg/l.

Chất rắn bay hơi (VS). Hàm lượng chất rắn bay hơi là trọng lượng mất đị khi

nuong lượng chất rắn huyền phù SS ở 5500C trong khoảng thời gian xác định. Thời

gian phụ thuộc vào loại mẫu nước (nước cống, nước thải hoặc bùn).

Đơn vị tính là mg/l hoặc % của SS hay TS.

Hàm lượng chất rắn bay hơi trong nước thường biểu thị cho chất hữu cơ có trong

nước.

+ Chất rắn có thể lắng. Chất rắn có thể lắng là số ml phần chất rắn của 1lít mẫu

nước đã lắng xuống đáy phễu sau một thời gian (thường là 1 giờ)

Chỉ số E.Coli

Trong nước thải, đặc biệt là nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải

vùng du lịch, dịch vụ, khu chăn nuôi…nhiễm nhiều vi sinh vật có sẵn ở trong phân

người và phân súc vật. Trong đó có thể có nhiều vi khuẩn gây bệnh, đặc biệt là các

bệnh về đường tiêu hóa, như tả, lị thương hàn, các vi khuẩn gây ngộ độc thực phẩm.


Trong ruột người, động vật có vú khác không kể lứa tuổi có những nhóm vi sinh

vật cư trú, chủ yếu là vi khuẩn. Các vi khuẩn này thường có ở trong phân.

Vi khuẩn đường ruột gồm 3 nhóm:

- Nhóm Coliform đặc trưng là Escherichia coli (E.coli)

- Nhóm Streptococcus đặc trưng là Streptococcus faecalis

- Nhóm Clostridium đặc trưng là Clostridium perfringens

Ecoli được Escherich phân lập từ phân người năm 1985, lúc đầu có tên là

Bacterium coli commune. Thực ra Ecoli chỉ là một loài của trực khuẩn đường ruột.

Ngoài ra còn có các loài khác, như Bacterium paracoli, Aerobacter, Enterobacter,

Khelsilla. Ở đây có hai loài chính là E.coli và Aerobacter aerogenes. Các loài này rất

giống nhau về hình thái và các đặc điểm hóa sinh, nhưng cũng có điểm khác nhau.

Ecoli nuôi trên môi trường có pepton sinh Idol có mùi thối. Aerobacter trên môi

trường này không sinh Indol, sinh axetoin có mùi thơm và làm cho môi trường đặc

đều, tạo thành nhớt trên mặt môi trường. Khelsilla gần gống như vi khuẩn trên, chỉ lên

men được lactozơ, nhưng rất chậm.

Việc xác định tất cả các loài vi sinh vật có trong phân bị hòa tan vào nước, kể cả

các vi khuẩn gây bệnh rất khó khăn và phức tạp. Trong các nhóm vi sinh vật ở trong

phân người ta thường chọn Ecoli làm vi sinh vật chỉ thị cho chỉ tiêu vệ sinh với lí do:

- Ecoli đại diện cho nhóm vi khuẩn quan trọng nhất trong việc đánh giá mức độ

vệ sinh (có nhiễm phân hay không) và nó có đủ các tiêu chuẩn lí tưởng cho vi sinh vật

chỉ thị.

- Nó có thể xác định theo các phương pháp phân tích vi sinh vật học thông

thường ở các phòng thí nghiệm và có thể xác định sơ bộ trong điều kiện thực địa.

Việc xác định coliform dễ dàng hơn các nhóm vi sinh vật khác. Thí dụ: khi xác

định Streptococcus cần phải thời gian ổn định nhiệt lâu hơn. Xác định Clostridium tiến

hành ở 800C và lên men hai lần, nên rất khó thực hiện.

Để xác định E.coli trước hết là dùng phương pháp lên men dựa trên khả năng đồng

hóa đường glucozơ và mannit sẽ tạo thành axit và sinh khí (sinh hơi) ở nhiệt độ 43 –

440C. Phản ứng theo sơ đồ:

Glucơzơ Axit lactic + Axit sucxinic + Axit axetic +CO2 +H2O

Xác định số lượng Ecoli có trong mẫu thử được biểu diễn bằng chỉ số coli (coli –

index) và chuẩn độ coli (coli – titre).

Chỉ số coli là số lượng tế bào coli có trong 1 đơn vị thể tích hoặc đơn vị khối

lượng.

Chuẩn độ coli là số đơn vị thể tích hoặc đơn vị khối lượng của mẫu thử có một tế

bào E.coli.


Ecoli

Giữa chỉ số coli và chuẩn độ coli có mối quan hệ: 1000/chuẩn độ Coli = chỉ số

Coli. Thí dụ: chuẩn độ coli của mẫu nước 250, có nghĩa là 250 ml nước có 1 tế bào

coli và như vậy chỉ số coli sẽ là: 1000/250 = 4, như vậy 1 lít mẫu nước có 4 trực khuẩn

đường ruột này.

Phương pháp lên men theo Vincent là phương pháp dùng phổ biến ở nước ta để

xác định chuẩn độ coli. Phương pháp dựa trên đặc điểm của E.coli phát triển tốt trên

môi trường dịch dạ dày có axit phenic, ở 420C lên men đường lactozơ và sinh hơi, sinh

indol trên môi trường có pepton.

Cũng có thể xác định E.coli theo cách sau: lấy 0,1ml đã pha loãng 102 – 104 lần (có

khi còn phải pha loãng tiếp theo) cho vào môi trường agaz – eosin – metylen. Giữ ở

370C 10C trong 48 giờ. Sau đó soi trên kính hiển vi, đếm số E.coli trong 100ml mẫu

nước.

Tiêu chuẩn của WHO quy định nước đạt vệ sinh: không quá 10 tế bào coli trong

100ml nước, của Việt Nam 20/100ml nước.

1.2. Sự nhiễm bẩn nguồn nước

Do việc xả các loại chất thải (nước thải công nghiệp, sinh hoạt, bệnh viện, nước

tưới tiêu nông nghiệp: N, P) vào nguồn.

Các loại nguồn tiếp nhận nước thải: Sông, Hồ, Vùng biển

Dấu hiệu nguồn nước bị nhiễm bẩn

- Xuất hiện các chất nổi trên bề mặt và cặn lắng ở đáy,

- Thay đổi tính chất vật lý (độ nhìn thấy, màu sắc, mùi vị,…),

- Thay đổi thành phần hóa học (phản ứng, số lượng chất hữu cơ, chất

khoáng và chất độc hại),

- Lượng ôxy hòa tan giảm xuống,

- Thay đổi hình dạng và số lượng vi trùng gây và truyền bệnh.

1.2.1. Sự ô nhiễm nước sông

Hệ số pha loãng

Nồng độ của chất gây ô nhiễm sau khi trộn nước thải với nước sông

Trong đó:

: nồng độ chất ô nhiễm trong dòng sông tại điểm thải;

: lưu lượng dòng sông;

: nồng độ của chất gây ô nhiễm trong dòng ;


: lưu lượng của nước thải xả vào sông;

: nồng độ chất ô nhiễm trong dòng nước thải .

Quá trình tự làm sạch: Khả năng của nguồn nước tự giải phóng khỏi những

chất nhiễm bẩn và biến đổi chúng theo quy luật ôxy hóa tự nhiên gọi là khả năng tự

làm sạch của nguồn, và diễn biến đó được gọi là quá trình tự làm sạch.

- Các yếu tố chi phối quá trình tự làm sạch của một dòng sông đối với các chất ô

nhiễm hữu cơ sẽ là:

+ Lưu lượng dòng chảy.

+ Thời gian chảy xuôi.

+ Nhiệt độ nước.

+ Quá trình tái sinh ôxy bằng hấp thụ.

- Một dòng sông bị nhiễm bẩn do các chất hữu cơ được chia thành bốn vùng theo

dòng chảy:

+ Vùng ngay sau điểm thải là vùng phân rã, ở đây nồng độ ôxy hòa tan giảm rất

nhanh do các vi khuẩn đã sử dụng để phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thải.

+ Vùng phân hủy mạnh các chất hữu cơ, nồng độ ôxy hòa tan giảm tới mức

thấp nhất. Trong vùng này thường xảy ra quá trình phân hủy kỵ khí bùn ở đáy sông,

phát sinh mùi hôi thối. Đây là môi trường không thuận lợi cho các động vật bậc cao

như cá sinh sống. Ngược lại vi khuẩn và nấm phát triển mạnh nhờ sự phân hủy các

hợp chất hữu cơ làm giảm BOD và tăng hàm lượng amoniac.

+ Vùng tái sinh, tốc độ hấp thụ ôxy lớn hơn tốc độ sử dụng ôxy nên nồng độ

ôxy hòa tan tăng dần, amoniac được các vi sinh vật nitrat hóa. Các loài giáp xác và các

loài cá có khả năng chịu đựng,… tái xuất hiện và tảo phát triển mạnh do hàm lượng

các chất dinh dưỡng vô cơ từ quá trình phân hủy các chất hữu cơ tăng lên.

+ Vùng nước sạch nồng độ ôxy hòa tan được phục hồi trở lại bằng mức ban

đầu, còn chất hữu cơ hầu như đã bị phân hủy hết. Môi trường ở đây đảm bảo cho sự

sống bình thường của các loài thực vật và động vật.


Hình 1.1. Ảnh hưởng của ô nhiễm do các chất hữu cơ tới chất lượng dòng sông

1.2.2. Sự ô nhiễm nước hồ

Hình 1.2: Sơ đồ hệ sinh thái hồ

- Nguyên nhân: Nước thải đô thị, nước thải sản xuất và nước từ các vùng đất

canh tác dư thừa phân bón đã làm tăng thêm các chất dinh dưỡng (C, N, P), kích thích

sự phát triển của tảo, thực vật trôi nổi và làm giảm chất lượng của nước.

- Hậu quả:

+ Sự phát triển bùng nổ của tảo, thực vật trôi nổi làm cho nước trở nên đục.

+ Tảo dư thừa chết kết thành khối trôi nổi trên mặt nước, khi phân hủy phát

sinh mùi và làm giảm nồng độ ôxy hòa tan trong nước, ảnh hưởng trực tiếp đến các

loại động vật sống dưới nước,…


CHƯƠNG 2: XỬ LÝ SƠ BỘ VÀ TIỀN ỔN ĐỊNH

2.1. Song chắn rác2.1.1. Vai trò

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.

2.1.2. Cấu tạo

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 1T/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.

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 thì có thể

không đặt song chắn rác ở trạm xử lý nữa.


Hình 2.Hình 2.1: Song chắn rác

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.

- Các tiêu chí thiết kế:

+ Phải kiểm soát tốc độ dòng chảy trước song chắn.

+ Khả năng dung nạp của quy trình xử lý.

+ Công suất vận chuyển và lưu giữ của hệ thống xử lý nước thải.

Bảng 2.1. Tiêu chí thiết kế - thủy lực

Hệ số thiết kếLàm sạchthủ công

Làm sạchbằng máy

- Vận tốc qua máng (m/s)- Kích cỡ thanh: + Chiều rộng thanh (mm) + Chiều sâu (mm)- Khoảng cách trống giữa các thanh (mm)- Độ nghiêng so với phương ngang (độ)- Tổn thất áp suất cho phép, mm

0,3 0,6

4 825 5025 7545 60

150

0,6 1,0

8 1050 7510 5075 85

150

Hình 2.2: Cấu tạo và phương pháp lắp đặt song chắn

Tính toán thiết kế song chắn rác:

Số lượng khe hở của song chắn:

Trong đó:

Qmax : lưu lượng tối đa của nước thải, m3/s;

v : tốc độ nước chảy qua song chắn, m/s;


hmax : chiều cao của nước qua song chắn, m;

l : khoảng cách giữa các khe, m.

K = 1,05: hệ số tính đến hiện tượng thu hẹp dòng chảy.

Chiều rộng song chắn:

Bs = s(n 1) + l.n

Trong đó:

s: chiều dày của các thanh, mm (Chọn s = 8 15 mm);

n – 1: số lượng thanh đan song chắn.

Chiều dài đoạn kênh mở rộng:

Trong đó:

Bs: chiều rộng của song chắn,

Bk: chiều rộng mương dẫn nước tới và ra khỏi song chắn.

Thông thường

khi

Xác định hs (tổn thất áp lực) qua song:

Trong đó:

vmax : tốc độ nước chảy trong mương trước song chắn, m/s (ứng với lưu lượng

lớn nhất)

ξ : hệ số tổn thất cục bộ tại song chắn rác phụ thuộc vào tiết diện các

thanh.

: góc nghiêng song chắn so với mặt phẳng ngang,

: phụ thuộc vào tiết diện ngang và hình dáng thanh.

Hình 2.3 Giá trị ứng với các kiểu tiết diện song chắn khác nhau

Chiều cao xây dựng:

hxd = hmax + 0,5


2.2. Lưới lọc

2.2.1. Vai trò

Để loại bỏ cặn bẩn và vật thô có kích thước nhỏ hoặc thu hồi các sản phẩm có giá

trị. Thường áp dụng cho các trạm xử lý nước thải công nghiệp. (dệt, giấy, da).

2.2.2. Cấu tạo

Có 2 loại:

- Lưới có kích thước lỗ từ 0,5 – 1 mm.

- Tang trống quay với vận tốc 0,1 – 0,5 m/s.

- Cơ chế: Nước thải được lọc qua trống bằng hai cách: Qua bề mặt trong hay

qua bề mặt ngoài tùy thuộc vào sự bố trí đường dẫn nước thải vào.

Hình 2.4: Cấu tạo lưới lọc dạng tang trống quay

1. Cửa dẫn nước thải vào

2. Cửa dẫn nước thải ra

3. Cửa tháo vật rắn

4. Cửa tháo cạn

5. Thùng quay với lưới lọc

6. Vòi phun nước rửa

7. Máng thu gom nước rửa.

- Tổn thất áp lực qua lưới chắn:

+ Dựa vào catalog của nhà sản xuất.

+ Tính theo công thức thực nghiệm:

Trong đó:

C: hệ số thải (giá trị C điển hình cho lưới lọc sạch bằng 0,60);

Q: lưu lượng nước thải đi qua lưới lọc, m3/s;

A: diện tích ngập chìm hữu ích của lưới lọc, m2;

g: gia tốc trọng trường, g = 9,8 m/s2;

hp: tổn thất áp suất, m.


Các hệ số C, A có thể tra bảng catalog của nhà cung cấp và được xác định bằng thực nghiệm và phụ thuộc vào các thông số thiết kế như kích thước gờ, đường kính lỗ lưới, kết cấu, phần trăm diện tích bề mặt lưới làm việc hữu ích.

- Diện tích hữu ích của lưới lọc được tính theo công thức:

Trong đó:

Fc: tổng diện tích hữu ích;

Qmax: lưu lượng lớn nhất của nước thải;

u: vận tốc của chất lỏng chảy qua khe lưới thường 0,7 m/s.

2.3. Bể lắng cát

2.3.1. Vai trò và phân loại

2.3.1.1. Vai trò

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.

2.3.1.2. Phân loại

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.

Bể lắng cát gồm những loại sau:

Bể lắng cát ngang: Có dòng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều dài của

bể. Bể có tiết diện hình chữ nhật, thường có hố thu đặt ở đầu bể.

Bể lắng cát đứng: Dòng nước chảy từ dưới lên trên theo thân bể. Nước được

dẫn theo ống tiếp tuyến với phần dưới hình trụ vào bể. Chế độ dòng chảy khá phức

tạp, nước vừa chuyển động vòng, vừa xoắn theo trục, vừa tịnh tiến đi lên, trong khi đó

các hạt cát dồn về trung tâm và rơi xuống đáy.

Bể lắng cát tiếp tuyến: là loại bể có thiết diện hình tròn, nước thải được dẫn

vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể và được thu và máng tập trung rồi dẫn ra ngoài.

Bể lắng cát làm thoáng: Để tránh lượng chất hữu cơ lẫn trong cát và tăng hiệu

quả xử lý, người ta lắp vào bể lắng cát thông thường một dàn thiết bị phun khí. Dàn

này được đặt sát thành bên trong bể tạo thành một dòng xoắn ốc quét đáy bể với một


vận tốc đủ để tránh hiện tượng lắng các chất hữu cơ, chỉ có cát và các phân tử nặng có

thể lắng.

2.3.2. Bể lắng cát ngang

- Dòng nước thải chảy theo phương nằm ngang qua bể.

- Vận tốc dòng chảy trong bể v = 0,15 – 0,3 m/s.

- Số bể n 2

- Việc cạo cặn có thể tiến hành bằng thủ công hoặc cơ giới tùy thuộc vào quy mô của bể.

Bảng 2.2. Các thông số điển hình thiết kế bể lắng cát loại ngang

Các thông số Khoảng Điển hìnhThời gian lưu, sVận tốc dòng chảy, m/sVận tốc lắng để tách hạt, m/phút- đường kính 0,21 mm- đường kính 0,15 mmTổn thất áp suất

45 – 900,25 – 0,4

1,0 – 1,30,6 – 0,930 – 40

600,3

1,150,7536

Hình 2.5: Cấu tạo bể lắng cát ngang và phân phối nước2.3.3. Bể lắng cát ngang có thổi khí

Dọc theo một tường bể bố trí ống phân phối khí, đặt cách nhau một khoảng 0,2 – 0,8 m.

Bảng 2.3. Các thông số điển hình thiết kế bể lắng cát có sục khí

Các thông số Khoảng Điển hìnhKích thước: - chiều sâu, m - chiều dài, m

2 – 57,5 – 202,5 – 7


- chiều rộng, mTỷ số chiều rộng/chiều sâuThời gian lưu, phútCấp không khí, m3/m chiều dài phút

1:1 – 5:12 – 5

0,15 – 0,45

1,5 – 13

0,3

Hình 2.6: Cấu tạo bể lắng cát có sục khí

2.3.4. Bể lắng đứng

Bể lắng đứng là bể chứa hình trụ (hoặc tiết diện

vuông ) có đáy chóp. Nước thải được cho vào theo

ống trung tâm. Sau đó nước chảy từ dưới lên trên

vào các rãnh chảy tràn. Như vậy, quá trình lắng cặn

diễn ra trong dòng đi lên, vận tốc nước là 0,5-

0,6m/s. Chiều cao vùng lắng 4-5m.

2.4. Sân phơi cát

Cát sau khi lấy ra khỏi bể lắng thường chứa nhiều nước, nên cần phải phơi khô

chúng trước khi dùng vào các mục đích khác nhau. Để thực hiện điều này người ta

dùng sân phơi cát.

Sân phơi cát là khoảng đất trống được giới hạn bởi các bờ chắn, cao 1 – 2 m. Kích

thước sân phơi xác định từ điều kiện lớp cát chất cao 3 – 5 m/năm.

Diện tích hữu ích của sân phơi cát


Hình 2.7: Cấu tạo bể lắng đứng

m2

Trong đó:

a: lượng cát tính theo đầu người, chọn a = 0,02l/người ng.đêm

Ntt: dân số tính toán

h: chiều cao lớp cát, m/năm.

2.5. Tiền ổn định

2.5.1. Các loại bể tiền ổn định

Chủ yếu áp dụng cho các quá trình sinh học:

- Ổn định hóa lưu lượng, pH, nhiệt độ. Áp dụng cho các quá trình xử lý sinh học

và hóa lý.

- Các nguồn sinh khối, cấp các chủng vi khuẩn. Áp dụng trong xử lý sinh học, ví

dụ: Ngành dệt.

- Các nguồn dinh dưỡng, cần phải thêm dinh dưỡng (Ví dụ: N,P) nếu cần đủ cho vi

sinh vật sinh sống. Áp dụng trong xử lý sinh học, ví dụ: Ngành giấy và bột giấy.

Thông thường, lưu lượng, nhiệt độ, hàm lượng các chất ô nhiễm v.v... trong dòng

thải thay đổi theo thời gian. Sự tăng giảm của các đại lượng trên gây khó khăn cho sự

hoạt động của hệ thống xử lý và ảnh hưởng tới việc thải vào nguồn tiếp nhận. Yêu cầu

đặt ra trong thiết kế là phải thực hiện theo giá trị lớn nhất về lưu lượng của dòng thải.

Trong các quá trình xử lý, nếu lưu lượng dòng vào tăng đột ngột với biên độ lớn sẽ

làm cho quá trình xử lý bị quá tải như trường hợp láng,lọc,... hay mất tác dụng như

trường hợp phải xử lý hoá học hay sinh học. Vai trò của bể điều hoà nhằm hạn chế các

dao động trên.Trong những trường hợp đơn giản, có thể kết hợp nhiệm vụ xử lý sơ bộ

và điều hòa dòng thải trong cùng một thiết bị.

2.5.2. Bể điều hòa

2.5.2.1. Ảnh hưởng của sự biến đổi lưu lượng và nồng độ

Lưu lượng, thành phần tính chất nước thải của các xí nghiệp công nghiệp tùy

thuộc vào dây chuyền sản xuất, loại nguyên liệu sử dụng và thành phẩm, thường

không đều theo các giờ trong ngày đêm. Sự dao động lưu lượng, nồng độ nước thải sẽ

dẫn đến những hậu quả tai hại về chế độ công tác của mạng lưới và các công trình xử

lý, đồng thời gây tốn kém nhiều về xây dựng và quản lý. Khi lưu lượng dao động thì rõ

ràng phải xây dựng mạng lưới bên ngoài với tiết diện ống hoặc kênh lớn hơn vì phải

ứng với lưu lượng giờ lớn nhất. Ngoài ra điều kiện công tác về mặt thủy lực sẽ kém đi.

Nếu lưu lượng nước thải chảy đến trạm bơm thay đổi thì dung tích bể chứa, công suất

trạm bơm, tiết diện ống đẩy cũng phải lớn hơn.

Khi lưu lượng, nồng độ nước thải thay đổi thì kích thước các công trình (các bể

lắng, bể trung hòa và các công trình xử lý sinh học) cũng phải lớn hơn, chế độ làm việc


của chúng mất ổn định. Chẳng hạn bể lắng tính với lưu lượng trung bình giờ thì sẽ làm

việc kém khi lưu lượng lớn hơn, ngược lại nếu tính theo lưu lượng giờ lớn nhất thì giá

thành công trình sẽ đắt hơn. Nếu nồng độ các chất bẩn trong nước thải chảy vào các

công trình xử lý sinh học đột ngột tăng lên nhất là các chất độc hại đối với vi sinh vật

thì sẽ làm cho công trình hoàn toàn mất tác dụng.

Các công trình xử lý bằng phương pháp hóa học sẽ làm việc rất kém khi lưu

lượng, nồng độ thay đổi hoặc muốn làm việc tốt thì thường xuyên phải thay đổi nồng

độ hóa chất cho vào. Điều này đặc biệt khó khăn khi điều kiện tự động hóa chưa cho

phép. Kết quả sau khi ra khỏi công trình xử lý nước thải hoặc chưa được làm sạch

hoàn toàn hoặc là còn chứa một lượng hóa chất dư nào đó.

Vì vậy để mạng lưới thoát nước và các công trình xử lý nước thải làm việc bình

thường với hiệu suất cao và kinh tế phải xây dựng các bể điều hòa lưu lượng và nồng

độ nước thải.

2.5.2.2. Phân loại và vị trí các bể điều hòa

Theo chức năng người ta phân biệt: các bể điều hòa lưu lượng, các bể điều hòa

nồng độ hoặc đồng thời điều hòa lưu lượng, nồng độ nước thải. Bể điều hòa lưu lượng

nên đặt gần nơi tạo ra nước thải, bể điều hòa nồng độ (với lưu lượng ít hoặc không

thay đổi) có thể đặt trong phạm vi trạm xử lý. Khi đó trong dây chuyền sơ đồ dây

chuyền công nghệ trạm xử lý, bể điều hòa có thể đặt sau bể lắng nếu nước thải chứa

một lượng lớn các tạp chất không tan vô cơ, có độ lớn thủy lực từ 4 – 5 mm/s trở lên,

kích thước các hạt d 0,2 mm hoặc đặt ở trước bể lắng nếu nước thải chứa chủ yếu là

các chất bẩn không tan hữu cơ. Nếu trong sơ đồ trạm xử lý có bể trộn (với hóa chất)

thì nên đặt bể điều hòa trước bể trộn.

Theo chế độ hoạt động người ta phân biệt: bể điều hòa hoạt động gián đoạn theo

chu kỳ, bể điều hòa hoạt động liên tục. Bể điều hòa hoạt động gián đoạn theo chu kỳ là

những bể chứa (phải có ít nhất hai bể) trong đó một bể tích lũy nước còn bể kia xả

nước đi và ngược lại.

Theo nguyên tắc chuyển động của nước, các bể điều hòa hoạt động liên tục lại

được chia ra: bể điều hòa làm việc theo nguyên tắc đẩy (chế độ chảy tầng) và bể điều

hòa hoạt động theo nguyên tắc xáo trộn (chế độ chảy rối).

Các bể làm việc theo nguyên tắc xáo trộn lại được chia ra: xáo trộn cưỡng bức

(bằng máy hướng trục, máy cánh quạt, bằng khí nén hoặc bằng bơm ly tâm) và bể xáo

trộn tự nhiên nhờ gió thổi hoặc nhờ khuếch tán do sự khác nhau về nhiệt độ, tỷ trọng,

nồng độ của các loại nước chảy tới.

2.5.2.3. Yêu cầu vị trí đặt bể điều hoà

Tuỳ thuộc vào hệ thống sản xuất của cơ sở sản xuất và phương án xử lý chất thải

mà lựa chọn vị trí đặt bể điều hoà thích hợp. Thông thường, các bể điều hoà lưu lượng


được bố trí ở tại các nguồn tạo ra nước thải, còn với bể điều hoà nồng độ (khi lưu

lượng ít hoặc không thay đổi) được bố trí ở trong khu vực trạm xử lý. Khi đó, trong sơ

đồ dây chuyền công nghệ của trạm xử lý, bể điều hoà được bố trí phía sau bể lắng thô,

nếu nước thải có chứa một lượng lớn các tạp chất vô cơ không tan với kích thước lớn.

Bể điều hoà cũng có thể đặt trước bể láng đó, nếu nước thải chứa chủ yếu là các chất

hữu cơ không tan. Trường hợp trong quy trình xử lý có bể trung hòa thì bể điều hòa

giúp quá trình phản ứng được tiến hành thuận lợi.

Trong một số trường hợp, bể điều hoà được bố trí đặt ở vị trí phía sau bể xử lý sơ

cấp và trước bể xử lý sinh học. Điều này sẽ làm giảm được lượng bùn và bọt ở trong

bể điều hòa. Nếu là một bể điều hoà lưu lượng dòng thì cần phải bố trí nó ở trước cả bể

lắng sơ cấp và bể xử lý sinh học và phải thiết kế hệ thống khuấy trộn mạnh để ngăn

cản sự lắng của huyền phù, cũng như làm giảm bớt sự chênh lệch nồng độ và đôi khi ở

đây còn bố trí cả bộ phận sục khí để làm giảm sự bốc mùi khó chịu trong các thiết bị

xử lý tiếp theo.

2.5.2.4. Nguyên lý cấu tạo và làm việc của bể điều hoà

Có một số loại bể điều hòa như sau:

a. Bể điều hoà có tường ngăn: Loại hình chữ nhật, các tường ngăn có thể bố trí

theo chiều dọc hoặc theo chiều ngang. Dòng chảy khi đi qua bể phải giữ ở chế độ

xoáy.

b. Bể điều hoà hình tròn: Dẫn nước vào theo đường chuyển tiếp: Nước thải được

dẫn vào theo đường tiếp tuyến với chu vi ở vị trí đáy bể và được dẫn ra theo đường

ống trung tâm nằm ở vị trí phía trên của bể.

c. Bể điều hoà có cánh khuấy cơ khí: Loại này rất phổ biến, có thể dùng máy

khuấy loại mái chèo, loại chân vịt hoặc tuốc bin. Sự lựa chọn loại máy khuấy và tốc độ

khuấy tuỳ thuộc vào độ nhớt của chất lỏng. Với các bể lớn thường ta bố trí làm nhiều

cánh khuấy và cố gắng giảm thấp không gian chết trong bể để chống hiện tượng lắng

đọng.

d. Bể điều hoà có sục khí: Loại này thường dùng cho chất lỏng có độ nhớt thấp.

Không khí nén được dẫn vào hệ thống ống có đục lỗ, đặt ở đáy bể điều hoà. Không khí

nén qua lỗ tạo thành các bong bóng làm khuấy đảo lớp nước phía trên (lỗ thường được

đục ở mặt dưới của ống để tránh tắc). Tuỳ theo cách đục lỗ là một hàng dọc hoặc hai

hàng dọc, tuỳ theo chiều dài ống sẽ tạo được 1 dòng hoặc 2 dòng tuần hoàn theo mặt

cắt ngang của bể.

2.5.2.5. Điều hòa lưu lượng

Điều hòa lưu lượng được sử dụng để duy trì dòng thải vào gần như không đổi,

khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động lưu lượng nước thải gây ra và nâng

cao hiệu suất của quá trình ở cuối dây chuyền xử lý. Các kỹ thuật điều hòa được ứng


dụng cho từng trường hợp phụ thuộc vào đặc tính của hệ thống thu gom nước thải. Các

phương án bố trí bể điều hòa lưu lượng có thể là điều hòa trên dòng thải hay ngoài

dòng thải xử lý.

Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảm đáng kể dao động thành phần

nước thải đi vào các công đoạn phía sau, con phương án điều hòa ngoài dòng thải chỉ

giảm được một phần nhỏ sự dao động đó.

Vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử

lý. Vì tính tối ưu của nó phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom và

đặc tính của nước thải.

Để xác định thể tích cần thiết của bể điều hòa có thể sử dụng phương pháp đồ thị

trên cơ sở thực nghiệm về quan hệ giữa thể tích tích lũy của lưu lượng nước thải ở

dòng vào theo thời gian. Hình 2.8 minh họa bằng đồ thị hai trường hợp điển hình. Để

xác định thể tích cần thiết, vẽ đường tiếp tuyến với đường cong thể tích dòng vào song

song với đường lưu lượng trung bình hàng ngày của điểm xuất phát từ gốc tọa độ. Thể

tích cần thiết khi đó sẽ bằng khoảng cách theo chiều đường thẳng đứng từ tiếp điểm

đến đường thẳng biểu diễn lưu lượng trung bình hàng ngày (trường hợp a) hoặc bằng

khoảng cách giữa hai tiếp điểm theo chiều thẳng đứng song song với trục tung (trường

hợp b).

Bể điều hòa được thiết kế với chiều sâu từ 1,5 – 2 m. Thể tích của bể điều hòa có

thể tính theo công thức sau:

Trong đó:

Q: lưu lượng nước thải, m3/h;

kn: hệ số dập tắt dao động;

: thời gian thải đột biến, h;

Cmax, Ctb, Ccf: giá trị cực đại, trung bình, cho phép nồng độ các chất gây ô nhiễm, g/m3.

Khi kn 5, thể tích bể điều hòa được tính theo công thức sau:

Vdh = kn.Q.

Thể tích bể điều hòa dùng để dập tắt sự dao động có chu kỳ của thành phần các chất ô nhiễm sẽ được tính theo công thức sau:

Vdkc = 0,16,kn.Q.


Hình 2.8: Sơ đồ xác định thể tích cần thiết của bể điều hòa


CHƯƠNG 3: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ

HỌC

3.1. Lắng nước thải

Trong xử lý nước thải, quá trình lắng được sử dụng để loại các tạp chất ở dạng

huyền phù thô ra khỏi nước. Sự lắng của các hạt xảy ra dưới tác dụng của trọng lực.

3.1.1. Phân loại bể lắng

- Căn cứ theo chế độ làm việc phân biệt bể lắng hoạt động liên tục và bể lắng hoạt

động gián đoạn.

+ Bể lắng hoạt động gián đoạn thực chất là một bể chứa mà ta cứ việc xả nước

thải vào đó và cho đứng yên trong một khoảng thời gian nhất định. Nước đã được lắng

tháo ra và cho lượng nước mới vào. Bể lắng kiểu này áp dụng trong trường hợp lượng

nước thải ít và chế độ thải không đồng đều, ví dụ nước thải từ xí nghiệp giặt là...

+ Bể lắng hoạt động liên tục: nước thải cho qua bể liên tục.

- Căn cứ theo chiều nước chảy trong bể người ta phân biệt bể lắng ngang, bể lắng

đứng và bể lắng ly tâm.

+ Bể lắng ngang: nước chảy theo phương ngang từ đầu bể đến cuối bể.

+ Bể lắng đứng: nước chảy từ dưới lên theo phương thẳng đứng.

+ Bể lắng rađian: nước chảy từ trung tâm ra quanh thành bể hoặc có thể ngược

lại. Trong trường hợp thứ nhất gọi là bể lắng ly tâm, trong trường hợp thứ hai gọi là bể

lắng hướng tâm.

Ngoài ra còn có loại bể lắng trong đó quá trình lắng nước được lọc qua tầng cặn lơ

lửng gọi là bể lắng trong.

- Phân loại bể lắng theo chức năng

+ Bể lắng cát.

+ Bể lắng cấp 1: có nhiệm vụ tách các chất rắn hữu cơ (60%) và các chất rắn

khác.

+ Bể lắng cấp 2: có nhiệm vụ tách bùn sinh học ra khỏi nước thải.

+ Bể lắng cấp 3: có nhiệm vụ tách sinh khối của quá trình khử N và P.

3.1.2. Cơ sở lý thuyết của quá trình lắng nước thải

- Trong thể tích nước tĩnh, dưới tác dụng của trọng lực các hạt cặn rơi theo phương

thẳng đứng xuống dưới.

- Tốc độ rơi của hạt phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, tỷ trọng của hạt, đồng

phụ thuộc vào lực cản của nước tác dụng vào hạt rơi.

- Quy luật chuyển động của hạt cặn trong nước khi lắng tự do theo trọng lực và

không có vận tốc ban đầu, ta xét hạt rắn hình cầu, không thay đổi hình dạng và kích


thước trong quá trình lắng và không bị dính kết với các hạt cặn khác (cặn thiên nhiên

không đánh phèn).

- Tại thời điểm bất kỳ t, hạt chuyển động với vận tốc u mm/s.

- Các lực tác lên hạt đang chuyển động theo phương thẳng đứng gồm:

+ Lực quán tính:

(1)

+ Lực trọng trường:

(2)

+ Lực cản của môi trường: dưới dạng tổng quát, lực cản khi hạt chuyển

động trong chất lỏng được biểu diễn bằng biểu thức:

(3)

Theo định luật Newton, ta viết phương trình cân bằng lực theo phương thẳng

đứng:

(4)

Trong đó:

: khối lượng riêng của hạt rắn;

: khối lượng riêng của chất lỏng;

d: đường kính của hạt hình cầu;

: hệ số sức cản phụ thuộc vào số Raynold: ;

: độ nhớt của nước;

g: gia tốc trọng trường.

Nhận xét: Với hạt cặn có kích thước không đổi thì tốc độ rơi của hạt sẽ biến

thiên theo thời gian tính từ thời điểm hạt bắt đầu rơi, tuy nhiên tới một thời điểm đạt

trạng thái cân bằng (xảy ra trong thời gian 0,2 – 0,5 phút). Sau đó hạt sẽ tiếp tục

lắng xuống với vận tốc không đổi u = const dưới tác dụng của lực quán tính I.

Ta chỉ nghiên cứu và xem xét sự rơi của hạt ở giai đoạn tốc độ không đổi

phương trình (4) được viết lại:

Từ đó

(5)


Hệ số sức cản = f(Re)

- Re < 2: Quá trình lắng xảy ra ở trạng thái chảy tầng. (Re là chế độ thủy động

lực của dòng chảy được đánh giá bằng chuẩn số Reynold, ).

- Thay vào (3) ta được:

Lực cản tỷ lệ bậc nhất với vận tốc của các hạt: Fc = f( , u, d)

Thay vào (5) ta được:

2 < Re < 500 (chế độ quá độ) độ nhớt không còn ảnh hưởng đến chuyển động

của hạt. Hệ số cản không còn phụ thuộc và Raynold.

3.1.3. Quá trình lắng trong bể lắng ngang

So với bể lắng đứng, hệ quả lắng với dòng nước chuyển động theo phương nằm

ngang đạt hiệu quả cao hơn. Ở đây một phần các hạt cặn có tốc độ lắng nhỏ hơn giá trị

cũng được giữ lại. Để tìm ra quy luật chuyển động của hạt cặn, ta hãy xét

trường hợp bể lắng ngang với những điều kiện tối ưu nhất:

- Dòng nước chuyển động theo phương nằm ngang ở trong chế độ chảy tầng, tốc

độ dòng chảy tại mọi điểm trong bể đều bằng nhau. Thời gian lưu lại của mọi phần tử

nước đi qua bể đều bằng nhau và bằng dung tích bể chia cho lưu lượng dòng chảy.

- Trên mặt cắt ngang vuông góc với chiều dòng chảy ở đầu bể, nồng độ các hạt cặn

có cùng kích thước tại mọi điểm đều bằng nhau.

- Hạt cặn ngừng chuyển động khi chạm đáy bể.

Để thõa mãn các điều kiện trên, trong bể lắng ngang có 4 vùng phân biệt: vùng

phân phối đảm bảo đưa nước vào và phân phối đều nước, cặn trên trên toàn bộ mặt cắt

ngang đầu bể, vùng lắng, vùng chứa cặn, vùng thu nước.

Xét chuyển động của hạt cặn tự do trong bể lắng ngang, ngoài lực rơi tự do hạt cặn

còn chịu lực đẩy theo phương nằm ngang của dòng chảy. Quỹ đạo của các hạt cặn tự

do là vectơ tổng hợp của hai lực nói trên. Nếu gọi các kích thước cơ bản của vùng lắng

bằng ký hiệu, chiều sâu H, chiều rộng B và chiều dài L. Giá trị các lực cơ bản được

biểu thị bằng:

;


;

.

Trong đó:

vo: tốc độ chuyển động của dòng nước, m/s;

Q: lưu lượng dòng nước qua vùng lắng, m3/s;

F: diện tích bề mặt vùng lắng, m2.

Các công thức trên cho thấy tốc độ lắng cặn (hay hiệu quả lắng) chỉ phụ thuộc vào

diện tích bề mặt bể, hoàn toàn không phụ thuộc các yếu tố khác như chiều sâu hoặc

thời gian nước lưu lại.

Hình 3.1: Sơ đồ quỹ đạo chuyển động của các hạt cặn tự do trong bể lắng ngang

Theo sơ đồ trên, hiệu quả lắng bằng tổng số cặn có tốc độ lắng hoặc bằng tốc độ

uo, và một phần cặn có tốc độ lắng nhỏ hơn uo. Hiệu quả lắng các hạt cặn có tốc độ

lắng nhỏ có thể xác định theo tương quan.

.

h: xuất phát điểm của các hạt cặn có tốc độ lắng nhỏ.

3.1.4. Lắng cặn keo tụ trong bể lắng đứng

Trong bể lắng đứng, nước chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên,

ngược chiều với hướng rơi của các hạt cặn lắng. Nếu gọi tốc độ của dòng nước đi lên

là (hình 3.3) thì chỉ có các hạt cặn có tốc độ lắng u > uo mới lắng được xuống

đáy bể, còn các hạt có thì lơ lửng và bị dòng nước cuốn ra ngoài. Khi lắng các

hạt cặn không có khả năng keo tụ, hiệu quả lắng có trị số đúng bằng tỷ lệ tính theo

phần trăm của trọng lực các hạt lớn u > uo trên tổng số trọng lực các loại hạt cặn có

trong nước, hiệu quả lắng thấp, vì thế không dùng bể lắng đứng để lắng các hạt cặn tự

do không có khả năng keo tụ.

Trong trường hợp lắng các hạt cặn keo tụ. Hiệu quả lắng đạt cao hơn, ban đầu các

hạt có tốc độ lắng nhỏ hơn tốc độ dòng nước (u < uo) sẽ bị đẩy dần đi lên, các hạt cặn


L

H

h U < U0

U > U0

U < U0

U0

V

va chạm và dính kết với nhau, tăng dần kích thước, cho đến khi có tốc độ lắng lớn hơn

tốc độ dòng nước đi lên thì rơi xuống đáy bể.

Vì vậy khi lắng các hạt cặn keo tụ trong bể lắng đứng, hiệu quả lắng không chỉ

phụ thuộc vào diện tích bề mặt bể Q/F mà còn phụ thuộc vào chiều cao lắng H và thời

gian lưu nước trong bể T.

Hình 3.2: Sơ đồ lắng đứng các hạt cặn keo tụ

Bể lắng đứng: bể lắng đứng thường được xây dựng kết hợp với ngăn phản ứng tạo

bông cặn đặt ở giữa. Bể có cấu tạo gồm bốn vùng: vùng phân phối nước vào, vùng

lắng, vùng thu nước ra, vùng chứa cặn (hình 3.4).

Hình 3.3. Sơ đồ cấu tạo bể lắng đứng

1. Bể phản ứng tạo bông cặn và vùng phân phối nước vào

2. Vùng lắng

3. Vùng thu nước ra

4. Vùng thu cặn.

Tính toán bể lắng đứng

- Diện tích bề mặt bể lắng đứng xác định theo công thức:


u > u0

u < u0

Q/F = u0

Nước thải vào

Nước trong ra

Xả bùn

1

4

3

2

,

Trong đó:

Q: lưu lượng nước vào bể lắng, m3/s;

uo: tốc độ lắng của hạt cặn, m/s, uo tra theo biểu đồ đường cong lắng theo

hiệu quả lắng R% mong muốn. Khi không có số liệu có thể chọn uo từ 0,0022

đến 0,0007 m/s;

: hệ số dự phòng kể đến việc phân phối nước không đều trên toàn bộ

mặt cắt ngang của bể. Giá trị của hệ số phụ thuộc vào tỷ số giữa đường kính

và chiều cao vùng lắng.

D/H 1 1,5 2 2,5

1,3 1,5 1,75 2

- Bề mặt bể lắng đứng có thể là hình tròn hoặc hình vuông, thời gian lưu nước

trong bể từ 2 – 3 giờ.

- Chiều cao lắng chọn phụ thuộc vào sơ đồ cao trình thủy lực của các công trình

trong dây chuyền xử lý, thường từ 3 – 5 m.

Nếu bể xây dựng kết hợp với ngăn phản ứng đặt ở giữa, đường kính bể tính theo

công thức.

- Đường kính bể:

, m

Trong đó:

Fo: diện tích vùng lắng, m2;

f: diện tích bề mặt ngăn phản ứng, m2.

Phần đáy bể phản ứng cấu tạo dạng hình côn nếu bể là hình tròn và dạng hình

chóp nếu bể là hình vuông. Góc của tường nghiêng phần hình chóp so với phương nằm

ngang chọn 60o, để có thể xả cặn bằng thủy lực.

- Máng thu nước đặt theo chu vi bể và các máng hình nan quạt tải trọng thu nước

từ 1,5 – 3 l/s.m dài theo mép máng.

- Xả cặn bằng độ chênh áp lực thủy tĩnh giữa mực nước trong bể và mực nước ở

miệng xả của ống tháo cặn ra ngoài. Đường kính ống tháo cặn tính theo lưu lượng xả:

q = W/T.

T: thời gian xả cặn thường chọn 3 – 5 phút, vận tốc xả tính theo chênh lệch mực

nước . Ống xả cặn không được nhỏ hơn 100 mm.

- Thời gian giữa hai lần xả cặn tính theo công thức:


h

Trong đó:

W: thể tích vùng chứa cặn, m3 theo cấu tạo bể;

: nồng độ cặn chọn theo bảng;

Q: lưu lượng nước vào bể, m3/h;

Mo: nồng độ cặn trong nước đi vào bể, g/m3;

M: hàm lượng cặn trong nước khi ra khỏi bể lấy 8 – 10 g/m3.

Do khó khăn trong việc phân phối đều nước theo mặt cắt ngang của bể nên bể lắng

đứng chỉ áp dụng cho các trạm xử lý có công suất nhỏ hơn hoặc bằng 2000 m3/ng.đ.

3.2. Tuyển nổi

3.2.1. Khái niệm

Tuyển nổi là một quá trình tách các hạt cặn trong pha lỏng khi khối lượng riêng

của các hạt này nhỏ hơn khối lượng riêng của nước.

Bản chất của quá trình tuyển nổi: Thực chất của quá trình tuyển nổi là sự dính

kết của chất bẩn với bề mặt phân chia khí và nước. Sự dính kết diễn ra được là do có

năng lượng tự do trên bề mặt phân chia đó, và nhờ hiện tượng bề mặt đặc biệt gọi là

hiện tượng thấm ướt. Hiện tượng này xuất hiện ở những nơi tiếp xúc giữa ba pha (lỏng

- khí - rắn), tức xuất hiện theo chu vi tẩm ướt.

3.2.2. Cơ sở hóa lý của quá trình tuyển nổi

Hiện tượng tẩm ướt

Trong nước các phần tử chất bẩn chỉ dính bám vào bề mặt bọt khí khi chúng

không hoặc kém bị thấm ướt đối với nước. Khả năng thấm ướt một số chất lỏng nói

chung tùy thuộc vào độ phân cực của nó. Độ phân cực của chất lỏng càng cao thì nó

càng khó thấm ướt đối với vật rắn. Nước có thể thấm ướt tất cả các vật trừ một số mỡ

hữu cơ.

Khả năng thấm ướt của chất lỏng được đánh giá bằng giá trị của sức căng bề

mặt của nó tại biên giới phân chia khí - lỏng, đồng thời bằng sự phân cực ở biên giới

lỏng - rắn. Sức căng bề mặt của chất lỏng và hiệu phân cực càng nhỏ thì vật rắn càng

dễ bị thấm ướt.

Hình 3.4: Những trường hợp tẩm ướt: R - rắn; K – khí; L - lỏng.


R

K

L

R

L

K

K

KLR

K

R

K

L

Mức độ thấm ướt chất lỏng đối với vật rắn (khi thấm ướt không hoàn toàn) được

biểu thị bằng đại lượng gọi là góc thấm ướt biên tính từ pha lỏng (hình 3.5).

Góc này được đo bằng giọt nước rỏ trên bề mặt vật rắn khô hoặc bằng bọt không

khí dính vào bề mặt khí dính vào bề mặt vật rắn dưới giọt nước.

Khi chất bẩn dính vào bọt khí thì năng lượng bề mặt tự do sẽ thay đổi theo phương

trình:

,

- : năng lượng bề mặt ở biên giới phân chia nước và không khí.

- Đại lượng = F gọi là độ tuyển nổi.

+ Đối với những hạt ưa nước thì , thì F=0.

+ Đối với những hạt kỵ nước , thì F đạt giá trị tối đa:

.

Sự tương tác các hạt rắn với nước, giữa hạt với oxy hòa tan trong nước sẽ ảnh

hưởng tới độ thấm ướt (tức là tới sự dính kết của bọt khí với hạt rắn). Sự tương tác với

oxy có thể làm tăng độ thấm ướt do tạo thành lớp oxit, còn sự tương tác lưỡng cực của

nước sẽ tạo ra một màng hiđrat hóa (dày tới 0,1 ), nên sẽ làm tăng độ thấm ướt

ngăn cản sự dính bám của bọt khí.

Có thể tạo thành các màng hiđrat khi năng lượng liên kết giữa các cực của nước

với nhau nhỏ hơn năng lượng liên kết giữa các cực của nước với bề mặt hạt rắn. Các

màng hiđrat rất mỏng (0 – 400 A0) thì không cản trở sự dính kết của bọt khí.

Như vậy sự tẩm ướt là do tính chất của chất lỏng quyết định và phụ thuộc vào tính

chất của chất rắn.

Đối với nước, chất rắn có thể chia thành các chất kỵ nước, ưa nước hay ở vị trí

trung gian.

Những chất kỵ nước là những chất có cấu tạo phân tử theo kiểu không phân cực và

do đó không có khả năng hiđrat hóa. Chúng có độ thấm ướt nhỏ nhất và do đó dễ

tuyển nổi nhất. Hạt càng khó hiđrat hóa thì màng hiđrat càng dễ vỡ ra khi hạt đến gần

bọt không khí, và do đó dễ dính vào bọt khí (vì ở trạng thái đó năng lượng tự do của

hạt đạt giá trị nhỏ nhất). Những chất ưa nước cấu tạo theo kiểu phân cực thì rất dễ

hiđrat hóa trong nước nên rất dễ bị thấm ướt và không thể tuyển nổi được.

Những chất cấu tạo phân tử kiểu dị cực (một đầu phân cực, một đầu không phân

cực) thì phía nhóm phân cực sẽ có khả năng bị hiđrat hóa, còn phía các nhóm

hiđrocacbon sẽ kỵ nước và có thể dính vào các bọt khí. Những chất như vậy đóng vai

trò quan trọng trong việc tuyển nổi.

Đối với các hạt ưa nước, để có thể tuyển nổi được người ta tạo cho chúng tính kỵ

nước. Muốn vậy người ta cho vào nước chất tập hợp tức là chất hoạt tính bề mặt với


các phân tử phân cực và không phân cực. Những chất này sẽ hấp phụ trên bề mặt của

hạt kỵ nước. Các nhóm hiđrocacbon kỵ nước sẽ quay ra phía môi trường xung quanh

tạo thành lớp hấp phụ và do đó làm hạt trở thành kỵ nước, tạo điều kiện tốt cho quá

trình tuyển nổi.

Trong thực tế tuyển nổi, các chất tập hợp phổ biến nhất được phân ra theo cấu tạo

của các nhóm ưa nước của chúng:

- Dầu mỡ và hỗn hợp các sản phẩm chế biến từ dầu, than đá, gỗ (dầu lửa

keroxin, dầu mazut, nhựa,...);

- Axit với các gốc hiđrocacbon (axit béo và muối của chúng natri olenat, axit

naphtenoic, axit oleic, axit stearic, axit palminoic);

- Các hợp chất chứa lưu huỳnh hóa trị hai ở phần phân cực (mecaplan,

xantozen, đitiocacbonat, tritiocacbonat, đitiôphotphat,...);

- Các hợp chất chứa anion của axit sunfurit ở phần có cực (ankylsunfat,

ankylsunfonat,...);

- Các hợp chất chứa nitơ hay photpho ở nhóm phân cực (amin, muối amon,

etanolamin, muối piriđin,...).

Có thể tăng độ kỵ nước và độ tuyển nổi của các chất bằng nhiều cách khác nữa.

Chẳng hạn, bằng cách hấp phụ phân tử khí hòa tan lên bề mặt của các hạt rắn. Việc

hấp phụ như vậy ở mức độ nào đó sẽ giảm được độ hiđrat hóa của các chất rắn. Song

màng hiđrat lại mất khả năng hòa tan và độ phân cực của nước sẽ càng tăng lên. Kết

quả là phân tử khí rất khó khuếch tán tới bề mặt các hạt đã bị hiđrat hóa.

Vấn đề tạo bọt khí và ổn định bọt khí

Việc tạo bọt khí có những kích thước nhất định và ổn định các bọt khí đó có ý

nghĩa rất lớn đối với quá trình tuyển nổi.

Độ tuyển nổi phụ thuộc vào kích thước bọt khí. Tổng bề mặt của các bọt khí càng

lớn nghĩa là diện tích tiếp xúc giữa chúng với các hạt chất bẩn càng lớn thì quá trình

tuyển nổi diễn ra càng tốt, hiệu suất tuyển nổi càng cao.

Cùng một thể tích không khí trong một đơn vị thể tích nước nhưng nếu kích thước

các bọt khí tồn tại khác nhau thì tổng bề mặt của chúng sẽ khác nhau. Nếu các bọt khí

có kích thước lớn thì tổng bề mặt của chúng sẽ nhỏ hơn và hiệu suất tuyển nổi sẽ thấp

hơn so với khi tạo ra các bọt khí có kích thước nhỏ hơn.

Kích thước các bọt khí tùy thuộc vào sức căng bề mặt ở biên giới phân chia nước –

khí ( ) và được xác định theo công thức:

Trong đó:

r: bán kính bọt không khí, cm;


p: áp suất mao dẫn trong bọt khí.

Như vậy khi tuyển nổi nước thải với sức căng bề mặt (ở biên giới phân chia nước

– không khí) càng thấp, chẳng hạn, nước thải chứa chất hoạt tính bề mặt - chất tạo bọt,

thì tạo được các bọt khí nhỏ. Những chất tạo bọt sẽ hấp phụ trên bề mặt biên giới phân

chia nước – không khí, trong đó phần phân cực của những chất này sẽ phản ứng với

các phân tử nước, còn phần không phân cực sẽ hướng về pha khí. Kết quả làm giảm

sức căng bề mặt ở biên giới phân chia nước – không khí, làm giảm năng lượng bề mặt

và do đó làm ổn định các bọt khí, đồng thời tạo điều kiện tốt cho quá trình dính bám

của các hạt chất rắn vào bọt khí.

Có nhiều chất hoạt tính bề mặt vừa có tính tập hợp vừa có tính tạo bọt. Trong nước

thải có nhiều chất hoạt hóa hoặc cũng có nhiều chất khử quá trình tuyển nổi.

3.2.3. Phân loại các phương pháp tuyển nổi

Người ta phân biệt hai loại tuyển nổi: tuyển nổi bọt và tuyển nổi ion.

Tuyển nổi bọt để thu hồi các chất lơ lửng không tan và một số chất keo hoặc hòa

tan trong nước. Còn tuyển nổi ion chủ yếu thu hồi các chất keo và tan trong nước thải.

Do chức năng của từng loại tuyển nổi khác nhau cho nên chế độ công nghệ và cấu tạo

các thiết bị, công trình ứng với từng loại tuyển nổi sẽ có những đặc điểm riêng. Tuy

nhiên trong điều kiện hiện thực cũng khó phân biệt hoàn toàn các loại tuyển nổi đó vì

các quá trình đều có thể đồng thời diễn ra.

Trong thực tế các trạm tuyển chỉ khác nhau về cấu tạo thiết bị tuyển nổi và biện

pháp tách bọt khỏi nước.

Sự khác nhau cơ bản của các trạm tuyển nổi là biện pháp bão hòa các bọt khí với

kích thước cần thiết trong nước. Vì vậy người ta phân biệt các biện pháp tuyển nổi để

xử lý nước thải như sau:

− Tuyển nổi với tách các bọt khí từ dung dịch: các trạm tuyển nổi chân không,

không áp lực, có áp lực và bơm hỗn hợp khí nước;

− Tuyển nổi với phân tán không khí bằng cơ giới kiểu hướng trục;

− Tuyển nổi với không khí nén qua tấm xốp, ống có lỗ;

− Tuyển nổi điện, tuyển nổi sinh học và hóa học.

3.2.4. Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình tuyển nổi

Quá trình tuyển nổi chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố:

− Các tính chất hóa lý của chất bẩn.

− Thành phần nước thải.

− Chế độ thủy động lực của thiết bị tuyển nổi.

− Điều kiện bão hòa khí và sự ổn định của các bọt khí.

− Sự ổn định của tổ hợp chất bẩn - bọt khí.


Hình 3.5: Sơ đồ bể tuyển nổi

Máng thu nước bố trí dạng các máng tràn thành mỏng.

Tuy nhiên trong thực tế chúng ta không thể xác định và định lượng được toàn bộ

các yếu tố trên. Người ta chỉ nghiên cứu những quy luật cơ bản nhất.

- Giai đoạn hòa trộn không khí vào nước: Đây là giai đoạn đầu của quá trình

nhưng có tính chất quyết định. Nó đảm bảo lượng bọt khí cần thiết cho quá trình

tuyển. Độ hòa tan của khí vào nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố: áp suất, nhiệt độ, chế

độ làm việc thủy động lực của thiết bị bão hòa khí, thành phần, tính chất của chất bẩn

trong nước thải.

- Giai đoạn hình thành các bọt khí: Sau khi hạ áp suất trong nước, các bọt khí

trong nước xuất hiện nhanh, chỉ sau vài phần nghìn giây, tuy nhiên số lượng và kích

thước của chúng không chỉ phụ thuộc vào nồng độ không khí đã bão hòa mà còn phụ

thuộc vào động lực bão hòa dung dịch và liên quan đến vận tốc chung của hỗn hợp

nước thải đã bão hòa không khí vào ngăn tuyển.

Hình thành tổ hợp bọt khí và chất bẩn

Phân thành ba cơ chế hình thành các bọt khí - chất bẩn.

+ Nhờ sự va chạm giữa các bọt khí với phần tử chất bẩn.

+ Tạo bọt khí ngay trên bề mặt chất bẩn.

+ Sự kết hợp giữa các bọt khí lớn ở trạng thái tự do với các bọt khí nhỏ hơn, mà

các bọt khí này được hình thành trên bề mặt các phần tử chất bẩn nhưng không đủ sức

nổi lên bề mặt nước.

Cơ chế 1: Xảy ra khi bão hòa không khí ở trong nước thải có lẫn các chất bẩn.

Cơ chế 2: Xảy ra khi hình thành các tổ hợp tuyển nổi trong một chu kỳ đồng

nhất. Sau đó hỗn hợp này được hòa trộn với nước thải.

Cơ chế 3 (thực chất là kết tụ): Khi hòa trộn không khí với nước thải có chứa

chất bẩn, trên bề mặt chúng có bọt khí nhỏ, các bọt khí này đóng vai trò nhân tuyển

nổi.


Ba cơ chế hình thành tổ hợp chất bẩn - bọt khí trên là cơ sở cho việc đề suất ba

công nghệ tuyển nổi áp lực khác nhau.

1. Sơ đồ tuyển nổi xuôi dòng.

2. Sơ đồ tuần hoàn bão hòa một phần nước thải sau xử lý.

3. Sơ đồ tuyển nổi tuần hoàn nhiều bậc với dòng bão hòa phân nhánh.

3.2.5. Các quá trình trong tuyển nổi áp lực

Biện pháp này tuy không kinh tế bằng tuyển nổi biện pháp tuyển nổi chân không,

nhưng nó cho phép điều chỉnh độ bão hòa trong một khoảng rộng hơn với hiệu suất


Không khí nén

Thùng bão hòa Ngăn tuyển nổi

Nước thải cần xử lý Nước sau xử lý Vòi phun

Bọt tuyển nổi

Ngăn tuyển nổi

Thùng bão hòa

Nước sau xử lý

Bọt tuyển nổi

Nước thải cần xử lý

Vòi phun

Không khí nén

Thùng bão hòa Ngăn tuyển nổi

Nước thải cần xử lý Nước sau xử lý Vòi phun

Bọt tuyển nổi

Ngăn tuyển nổi 1

Khí nén

Thùng bão hòa

Ngăn tuyển nổi 2

Bọt tuyển nổiBọt tuyển nổi

mong muốn. Trong phương pháp này, không khí hòa tan vào nước trong điều kiện áp

suất và thiết bị tuyển nổi làm việc tại áp suất khí quyển. Với cách này, thiết bị tuyển

nổi có cấu tạo kiểu hở, dễ chế tạo, dễ vận hành. Thiết bị làm việc theo nguyên tắc này

gọi là tuyển nổi bằng khí hòa tan (Disssolved air flotation - DAF).

Nước thải thường được nén trong bình áp lực dưới áp suất 2,1 – 4,9 kg/cm2, và

duy trì ở áp suất này trong khoảng 2 – 5 phút. Sau đó nước bão hòa khí được đưa vào

bể tuyển nổi qua một van giảm áp, độ hòa tan của không khí giảm xuống, lượng không

khí dư (không khí hòa tan) dưới dạng bọt khí nổi lên trên kéo theo chất bẩn. Thời gian

lưu nước trong bể thường 20 – 25 phút.

3.2.6. Các phương pháp thực hiện tuyển nổi

3.2.6.1. Tuyển nổi sinh học và hóa học

Biện pháp này dùng để nén cặn từ bể lắng đợt một khi xử lý nước thải thành phố.

Muốn vậy, cặn từ bể lắng đợt một được tập trung vào một bể đặc biệt và đun nóng tới

35 – 550C trong vài ngày. Do sinh vật phát triển và tạo bọt khí nổi lên, kéo theo cặn

cũng nổi lên và gạt cặn đi. Kết quả độ ẩm của cặn chỉ còn 80%.

Bùn hoạt tính dư ở bể lắng đợt hai khó tuyển nổi hơn.

Khi cho phèn vào nước thải, song song với quá trình hóa học, còn tạo ra các bọt

khí như CO2, O2, Cl2. Trong những điều kiện nhất định, các bọt khí này cũng nổi lên

kéo theo các chất bẩn không tan trong nước thải.

Khi tuyển nổi hóa học thì đầu tiên nước thải phải được qua bể trộn rồi sau đó mới

qua ngăn tuyển nổi. Thời gian lưu lại trong bể trộn phải không ít hơn 3 – 5 phút để

diễn ra phản ứng và tạo bọt.

3.2.6.2. Tuyển nổi chân không

Ưu điểm của biện pháp tuyển nổi chân không là các quá trình (tạo bọt khí, dính kết

giữa các bọt khí với các chất bẩn, nổi lên của hỗn hợp bọt khí - chất bẩn) đều diễn ra ở

trạng thái môi trường tĩnh cho nên hiệu suất tuyển nổi cao, tốn ít năng lượng cho cả

quá trình tuyển nổi.

Biện pháp này có nhược điểm là mức độ bão hòa các bọt khí trong nước thấp nên

chỉ sử dụng với các loại nước thải có nồng độ chất bẩn không tan khá cao (trên 250 –

300 mg/l).

Nhược điểm nữa là phải xây dựng lắp ráp các thùng chân không rất kín với các

thiết bị gạt cơ giới bên trong. Do đó về cấu tạo và cơ giới gặp nhiều khó khăn. Bất kỳ

sửa chữa dù nhỏ nào cũng không thực sự được nếu không ngừng làm việc toàn trạm.

3.2.6.3. Tuyển nổi từ sự tách không khí từ dung dịch

Phương pháp này được áp dụng để làm sạch nước thải chứa hạt ô nhiễm rất mịn.

Bản chất của phương pháp này là tạo dung dịch quá bão hòa không khí. Khi giảm áp

suất các bọt không khí sẽ tách ra khỏi dung dịch và làm nổi chất bẩn.


Tùy thuộc vào biện pháp tạo dung dịch quá bão hòa, người ta chia ra: tuyển nổi

chân không, áp suất và bơm dâng

3.2.6.4. Tuyển nổi với sự phân tán không khí bằng cơ khí

Sự phân tán khí trong máy tuyển nổi được thực hiên nhờ bơm turbin kiểu cánh

quạt, đó là đĩa có cánh quay hướng lên trên. Thiết kế kiểu này được ứng dụng để xử lý

nước có nồng độ các hạt lơ lửng cao (lớn hơn 2 g/l). Khi quay cánh quạt trong chất

lỏng xuất hiện một số lượng lớn các dòng xoay nhỏ và được phân tán thành các bọt khí

có kích thước xác định, mức độ phân tán càng cao bọt khí càng nhỏ quá trình càng

hiệu quả. Tuy nhiên, nếu vận tốc quay cao sẽ làm tăng đột ngột dòng chảy rối và có

thể phá vỡ tổ hợp hạt - khí, do đó làm giảm hiệu quả xử lý

3.2.6.5. Tuyển nổi nhờ các tấm xốp

Phương pháp này có ưu điểm là: kết cấu buồng nổi đơn giản, chi phí năng lượng

thấp. Khuyết điểm: các bọt mau bị bẩn và dễ bị bịt kín, khó cho vật liệu có lỗ giống

nhau để tạo bọt khí nhuyễn và có kích thước bằng nhau. Hiệu quả tuyển nổi phụ thuộc

vào lỗ xốp, áp suất không khí, lưu lượng không khí, thời gian tuyển nổi, mực nước

trong thiết bị tuyển nổi

3.2.6.6. Xử lý bằng phương pháp tách phân đoạn bọt (tách bọt)

Phương pháp tách phân đoạn bọt dựa trên sự hấp phụ chọn lọc một hay nhiều chất

tan trên bề mặt bọt khí nổi lên trên xuyên qua dung dịch. Quá trình này ứng dụng để

loại chất hoạt động bề mặt ra khỏi nước thải, nó tương tự quá trình hấp phụ trên chất

rắn.

Trong quá trình phân riêng, bọt tạo thành có nồng độ chất tan hoạt động bề mặt

khá cao. Việc tách nó ra khỏi bọt rất khó khăn. Vì vậy, trong đa số các trường hợp nó

là chất thải.

Như vậy, quá trình xử lý nước thải khỏi chất hoạt động bề mặt bằng phương pháp

tách bọt có nhược điểm:

− Tạo thành chất ngưng giàu chất hoạt động bề mặt, bị phân hủy chậm.

− Khi nồng độ chất hoạt động bề mặt trong nước thải tăng hiệu quả xử lý

giảm.

Do đó, người ta đề nghị phương pháp xử lý chất hoạt động bề mặt kết hợp với

phương pháp tách bọt rồi xử lý bức xạ, loại trừ hoàn toàn chất thải dạng bọt.

Chất thải chứa chất hoạt động bề mặt được cho liên tục vào tháp. Không khí cũng

được sủi bọt vào thùng này. Bọt tạo thành trong tháp được đưa qua thiết bị bức xạ,

chiếu bằng tia γ. Nhờ đó, chất hoạt động bề mặt bị phân hủy còn bọt ngưng tụ.

Theo sơ đồ khác, bọt không đi ra khỏi tháp mà bị phân hủy ngay trên đỉnh tháp

bằng tia γ .


Phương pháp này cho phép xử lý nước thải có nồng độ chất hoạt động bề mặt cao.

Tuy nhiên, sự phân hủy hoàn toàn chất hoạt động bề mặt thành H2O và CO2 không

kinh tế. Thích hợp nhất là phân hủy chúng thành các chất dễ bị oxy hóa sinh học

3.2.6.7. Tuyển nổi sinh học

Phương pháp này được ứng dụng để nén cặn từ bể lắng đợt I khi xử lý nước thải

sinh hoạt. Trong phương pháp này cặn được đun nóng bằng hơi nước đến 35-550C và

nhiệt độ này được giữ cả ngày đêm. Do hoạt động của các vi sinh vật, các bọt khí sinh

ra và mang các hạt cặn lên lớp bọt, ở đó chúng được nén và khử nước. Bằng cách này,

trong vòng 5-6 ngày đêm độ ẩm của cặn có thể giảm đến 80% và đơn giản hóa quá

trình xử lý cặn tiếp theo.

3.2.6.8. Tuyển nổi ion

Quá trình này được tiến hành như sau: người ta cho không khí và chất hoạt

động bề mặt vào nước thải. Chất hoạt động bề mặt trong nước tạo thành các ion có

điện tích trái dấu với điện tích của ion cần loại ra. Không khí ở dạng bọt có trách

nhiệm đưa chất hoạt động bề mặt cùng chất bẩn lên lớp bọt.

Phương pháp này có thể áp dụng để tách ra khỏi nước các kim loại (Mo, W, V,

Pt, Ce, Re,…) quá trình hiệu quả khi nồng độ ion thấp 10-3-10-2 mol.ion/l.

Trong trường hợp cần tiến hành đồng thời quá trình tuyển nổi và oxi hóa chất ô

nhiễm, nên bão hòa nước bằng không khí giàu oxi hoặc ozone. Để hạn chế quá trình

oxi hóa thì thay không khí bằng khí trơ

3.2.6.9. Tuyển nổi điện

Biện pháp này dựa trên nguyên tắc: khi có dòng diện một chiều qua nước thải, ở

một trong các điện cực ( catot ) sẽ tạo ra khí hydro. Kết quả nước thải khí được bão

hòa bởi các bọt khí đó sẽ kéo theo các chất bẩn không tan khác nổi lên bề mặt nước.

Ngoài ra, nếu trong nước thải còn chứa nhiều chất bẩn khác là các chất điện phân thì

dòng điện đi qua sẽ làm thay đổi các thành phần hóa học và tính chất của trạng thái các

tạp chất không tan do có các quá trình điện ly, phân cực, điện chuyển và oxy hóa

khử…. xảy ra.

Trong nhiều trường hợp những thay đổi có lợi cho qua trình xử lý nước thải và

trong những trường hợp khác cần phải điều khiển các quá trình đó để đạt được hiệu

suất xử lý một loại chất bẩn nào đó.

Khi sử dụng các điện cực tan (sặt hoặc nhôm ) thì ở cực anot sẽ diễn ra quá

trình hòa tan kim loại: Kết quả sẽ có các cation (nhôm hoặc sắt )chuyển vào nước.

Những cation này sẽ cùng nhóm hydroxyl tạo thành hydroxit là những chất keo tụ phổ

biến trong thực tế xử lý nước thải. Do đó, trong không điều kiện để bọt khí bám vào

bông cũng như quá trình keo tụ chất bẩn, quá trình hấp phụ, kết dính…. diễn ra mạnh

và hiệu suất tuyển nổi cao hơn.


Cường độ của tất cả quá trình quá trình phụ thuộc vào các yếu tố sau:

− Thành phần hóa học nước thải.

− Vật liệu các điện cực (tan hoặc không tan).

− Các thông số của dòng điện: điện thế, cường độ, điện trở suất….

Đối với các trạm tuyển nổi điện có công suất lớn thì nên xây dựng hai ngăn gồm

một ngăn điện cực (ngăn keo tụ), và một ngăn tuyển nổi.


CHƯƠNG 4: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG BIỆN PHÁP HÓA LÝ VÀ

HÓA HỌC

4.1. Phương pháp oxi hóa khử

Để làm sạch nước người ta sử dụng các chất oxi hóa sau: clo khí và lỏng, dioxit

clo, clorat canxi, hypoclorua canxi và natri, pemanganat kali, bicromat kali, oxi già,

oxi của không khí, ozôn, piroluzit MnO2.

Trong quá trình oxi hóa, các chất ô nhiễm độc hại, chứa trong nước thải, do phản

ứng hóa học, chuyển thành chất ít độc hơn và được loại ra khỏi nước.

Phương pháp này yêu cầu chi phí tác chất lớn, vì vậy nó chỉ được ứng dụng khi

chất ô nhiễm không thể loại được bằng các phương pháp khác. Ví dụ, xử lí các xianua,

các hợp chất tan của asen...

Chất có tính oxi hóa mạnh nhất là flo, nhưng do có tính ăn mòn mạnh nên nó

không thể được ứng dụng trong thực tế.

Thế oxi hóa của các chất khác như sau: Ozôn - 2,07; Clo - 0,94; H2O2 - 0,68;

Pemanganat kali - 0,59 (đơn vị: Vôn).

4.1.1. Oxi hóa bằng Clo

Clo và các chất chứa clo hoạt tính là chất oxi hóa phổ biến nhất. Chúng được ứng

dụng để làm sạch nước khỏi H2S, hydrosunfua, các hợp chất metyl, lưu huỳnh, các

phenol, các xianua...

Khi cho clo vào nước sẽ hình thành hypoclorit và axit clohydric

Cl2 + H2O = HOCl + HCl

Sau đó diễn ra sự phân li hypoclorit, khi pH = 4 phân tử clo gần như không có:

HOCl H+ + OCl-

Tổng Cl2 + HOCl + OCl- được gọi là clo có hoạt tính tự do.

Quá trình xử lí các xianua được tiến hành trong môi trường kiềm (pH = 9). Xianua

có thể được oxi hóa thành nitơ và dioxit cacbon.

CN- + 2OH- + Cl2 CNO- + 2Cl- + H2O

2CNO- + 4OH- + 3Cl2 CO2 + 6Cl- + N2 + 2H2O

Các nguồn clo hoạt tính có thể là clorat canxi, hypoclorit, các clorat, dioxit clo.

Chúng được hình thành theo các phản ứng sau:

Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2O

2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O

2Ca(OH)2 + 2Cl2 = Ca(ClO)2 + CaCl2 + 2H2O

Chất oxi hóa mạnh là clorat natri (NaClO2), nó bị phân huỷ sinh ra ClO2. Dioxit

clo là khí độc có mùi gắt hơn clo. Clorat natri được điều chế như sau:

2NaClO2 + Cl2 2ClO2 + 2NaCl


5NaClO2 + 4HCl 5NaCl + 4ClO2 + 2H2O

Quá trình oxi hóa xianua thành xianat bởi clo hoạt tính như sau:

CN- + OCl- CNO- + Cl-

Xianat dễ bị thuỷ phân thành cacbonat

CNO- + 2H2O CO32- + NH4

+

Vận tốc thuỷ phân phụ thuộc pH của môi trường. pH = 5,3 trong 1 ngày đêm 80%

xianat bị thuỷ phân. Nếu dư clorat xianat bị oxi hóa tiếp tục.

2CNO- + 3OCl- + H2O 2CO2 + N2 + 2OH- + 3Cl-

Trong lúc phản ứng pH được giữ trong khoảng 8-11. Kiểm tra sự oxi hóa hoàn

toàn dựa trên nồng độ clo hoạt tính còn dư, không thấp hơn 5-10mg/l.

Clorat canxi thương phẩm chứa dưới 33% clo hoạt tính, còn hipoclorua canxi-đến

60%.

4.1.2. Oxi hóa bằng H2O2

H2O2 là chất lỏng không màu, được ứng dụng để oxi hóa các nitric, andehyt,

phenol, xianua, chất thải chứa lưu huỳnh, thuốc nhuộm hoạt hóa... Oxi già độc, nồng

độ giới hạn cho phép trong nước là 0,1mg/l.

Trong môi trường axit và kiềm, H2O2 bị phân huỷ.

2H+ + H2O2 + 2e 2H2O

2OH- + H2O2 + 2e 2H2O + 2O2-

Trong môi trường axit nước oxi già chuyển muối sắt hóa trị 2 thành muối hóa trị 3,

axit nitơ thành axit nitric, sunfua thành sunfat. Xianua bị oxi hóa thành xianat trong

môi trường kiềm (pH = 9-12).

Trong dung dịch loãng quá trình oxi hóa chất hữu cơ diễn ra chậm, vì vậy người ta

dùng xúc tác là các ion kim loại có hóa trị thay đổi (Fe2+, Cu2+, Mn2+, CO2+, Cr3+, Ag2+).

Ví dụ, quá trình oxi hóa bằng H2O2 với muối sắt diễn ra rất nhanh khi pH = 3-4,5.

Trong quá trình xử lý nước người ta còn sử dụng tính khử của oxi già

H2O2 + Cl2 O2 + 2HCl

NaClO + H2O2 NaCl + O2 + H2O

Các phản ứng này được dùng để khử clo trong nước H2O2 dư được loại bởi MnO2.

MnO2 + H2O2 + 2HCl MnCl2 +2H2O + O2

Oxi hóa chất ô nhiễm bằng các axit H2SO5 và H2S5O8 có nhiều triển vọng. Ví dụ

phenol được oxi hóa bằng H2SO5 khi pH = 10. Bằng phương pháp này có thể giảm

nồng độ phenol đến 5×10-6%. Các xianua bị phân huỷ nhanh dưới tác dụng của các

axit này.

Khi nồng độ xianua trong nước thải là 0,01 - 0,05%, người ta dùng H2SO4, còn khi

nồng độ cao dùng H2S5O8. Điều kiện tối ưu là pH = 9.


4.1.3. Oxi hóa bằng oxi của không khí

Người ta sử dụng oxi của không khí để oxi hóa các hợp chất sắt nhị thành sắt tam

với sự tạo thành hidroxit sắt kết tủa. Phản ứng oxi hóa như sau:

4Fe2+ + O2 + 2H2O = 4Fe3+ + 4OH

Fe3++ 3H2O = Fe(OH)3↓ + 3H+

Quá trình oxi hóa diễn ra khi sục không khí qua nước thải. Có thể đơn giản hóa

việc sục khí bằng cách cho nước ở dạng giọt rơi trong không khí xuống bề mặt vật liệu

lọc. Khi các giọt lỏng tiếp xúc với không khí sẽ xảy ra quá trình oxi hóa sắt.

Oxi hóa trong không khí cũng được dùng để oxi hóa nước thải sunfit của các nhà

máy xenlulô, chế biến dầu mỏ và hóa dầu. Quá trình oxi hóa các hydrosunfua và

sunfua diễn ra một số giai đoạn với sự thay đổi hóa trị của lưu huỳnh từ -2 đến +6.

S2- S S12O62- S2O3

2- SO32- SO4

2-

4.1.4. Oxi hóa bằng piroluzit MnO2

Quá trình được tiến hành bằng cách lọc nước thải qua lớp vật liệu này hoặc trong

thiết bị khuấy trộn. Piroluzit là vật liệu tự nhiên, chứa chủ yếu là dioxit mangan. Nó

được sử dụng rộng rãi để oxi hóa asen hóa trị ba thành hóa trị năm.

H3AsO3 + MnO2 + H2SO4 = H3AsO4 + MnSO4 + H2O

Chế độ tối ưu cho quá trình oxi hóa là: lượng MnO2 bốn lần lớn hơn so với

phương trình lượng hóa học, độ axit của nước 30 - 40 g/l, nhiệt độ nước 70 - 80oC.

4.1.5. Ozôn hóa

Oxi hóa bằng ozôn cho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng và vị lạ của

nước. Bằng ozôn hóa có thể xử lí phenol, sản phẩm dầu mỏ, sunfuahydric, các hợp

chất asen, chất hoạt hóa bề mặt, các xianua, thuốc nhuộm, các hydrocacbon thơm gây

ung thư, thuốc sát trùng...

Ozôn - khí màu tím nhạt. Trong tự nhiên nó ở thượng tầng khí quyển. Ở nhiệt độ

to = -111,9oC ozôn hóa lỏng có màu xanh đậm.

Ozôn rất độc, nồng độ tối đa cho phép trong khu vực làm việc là 0,0001mg/m3.

Ozôn oxi hóa tất cả kim loại, ngoại trừ vàng, chuyển chúng thành oxit.

Trong dung dịch nước ozôn phân li nhanh hơn trong không khí, trong dung dịch

kiềm yếu phân li rất nhanh, còn trong dung dịch axit nó có độ bền cao. Trong không

khí sạch nó phân rã rất chậm.

Ozôn làm phân huỷ các chất hữu cơ và tiệt trùng, các vi khuẩn chết nhanh hơn

hàng ngàn lần so với việc sử dụng clo. Độ hòa tan của ozôn trong nước phụ thuộc pH

và các chất hòa tan khác. Khi có axit và muối trung tính độ hòa tan của ozôn tăng.

Kiềm làm giảm độ hòa tan của ozôn.

Tác động của của ozôn trong quá trình oxi hóa có thể diễn ra trong ba hướng

khác nhau:


1. Oxi hóa trực tiếp với sự tham gia của một nguyên tử ôxy.

2. Liên kết toàn bộ phân tử ozôn với chất bị ôxi hóa với sự hỉnh thành

các ozônua.

3. Tác động xúc tác cho quá trình oxi hóa bằng oxi, có trong không khí

chứa ozôn.

Ozôn được điều chế từ oxi của không khí khô hoặc oxi tinh khiết dưới tác dụng

của sự phóng điện. Chi phí năng lượng cho việc sản xuất 1 kg ozôn từ không khí gần

18kWh, còn từ oxi sạch gần 9 kWh.

Ozôn được cho vào nước thải ở dạng hỗn hợp không khí - ozôn hoặc oxi - ozôn.

Nồng độ ozôn trong hỗn hợp gần 3%. Để thúc đẩy quá trình oxi hóa hỗn hợp được

phân tán trong nước thải dưới dạng các hạt li ti.

Vì ozôn là chất đầu độc mạnh nên trước khi thải cần phải làm sạch khí thải khỏi

ozôn còn sót lại. Xử liù ozôn được thực hiện bằng 3 phương pháp:

1. Pha loãng khí.

2. Phân huỷ ozôn bằng hấp phụ, xúc tác hoặc nhiệt phân.

3. Tận dụng ozôn.

Quá trình xử lí nước thải được đơn giản nhiều khi sử dụng chung siêu âm và ozôn,

tia cực tím và ozôn. Tia cực tím làm tăng tốc quá trình oxi hóa lên 102 - 104 lần. Quá

trình oxi hoá cò thể chia làm hai giai đoạn:

1. Kích thích bằng quang hóa, các phân tử dưới tác dụng của tia cực tím.

2. Oxi hóa bằng ozôn.

Ozôn oxi hóa chất vô cơ và hữu cơ tan trong nước thải. Sau đây là một số ví dụ

ozôn hóa các hợp chất kim loại:

2FeSO4 + H2SO4 + O3 = Fe2(SO4)3 + 3H2O + O2

MnO4 + O3 + 2H2O = H2MnO3 + O2 + H2SO4

2 H2MnO3 + 3O2 = 2HMnO4 + 3 O2 + H2O

Ozôn hóa H2S

H2S + O3 = H2O + SO2

3H2S + 4O3 = 3H2SO4

Ozôn hóa ion thioxianat

NCS- + 2O3 + 2OH- CN- + SO32- + 2O2 + 2H2O

CN- + SO32- + 2O3 CNO- + SO4

2- + 2O2

Ozôn hóa amoniac

NH3 + 4O3 NO3- + 4O2 + H2O + H+

Ozôn hóa các xianua

CN- + O3 OCN- + O2↑

OCN- + 2H+ + 2H2O CO2 + H2O + NH4↑


OCN- + 2H2O HCO3- + NH3

2OCN- + H2O + 3O3 2HCO3- + SO2 + N2↑

Ozôn hóa các chất hữu cơ có liên kết

Đối với phenol, ozôn có hoạt tính cao trong khoảng nồng độ rộng, từ 0 đến

1.000mg/l.

4.1.6. Phương pháp khử kim loại

Các ion kim loại nặng như thuỷ ngân, crom, cadimi, kẽm, chì, đồng, niken, asen

được loại ra khỏi nước thải bằng phương pháp hoá học. Bản chất của phương pháp này

là chuyển các chất tan trong nước thành không tan, bằng cách thêm tác chất vào và

tách chúng ra dưới dạng kết tủa.

Chất phản ứng dùng là hydroxit canxi và natri, cacbonat natri, sulfit natri, các chất

thải khác nhau như xỉ sắt – crom chứa: CaO – 51,3%, MgO – 9,2%, SiO2 – 27,4%,

Cr2O3 – 4,13%, Al2O3 – 7,2%, FeO – 0,73%.

4.1.6.1. Xử lý hợp chất thuỷ ngân

Nước thải bị ô nhiễm thuỷ ngân và các hợp chất thuỷ ngân được tạo thành trong

sản xuất clo, NaOH, trong các quá trình điện phân dùng điện cực thuỷ ngân, do sản

xuất thuỷ ngân, điều chế thuốc nhuộm, các hidrocacbon, do sử dụng thủy ngân làm

chất xúc tác. Thuỷ ngân trong nước có thể tồn tại ở dạng kim loại, các hợp chất vô cơ:

oxit, clorua, sunfat, sunfua, nitrat, xianua ( Hg(CN)2), thioxanat (Hg(NCS)2), xianat

(Hg(OCN)2).

Thuỷ ngân kim loại được lọc và lắng. Các hạt không lắng được oxy hoá bằng clo

hoặc NaOCl đến HgCl2. Sau đó, xử lý nước bằng chất khử (NaHSO4 hoặc Na2SO3) để

loại chúng và clo dư.

Thuỷ ngân có thể được tách ra khỏi nước bằng phương pháp khử với các chất khử

là sunfat sắt, bisunfit natri, bột sắt, khí H2S, hydrazin.

Để lắng thuỷ ngân trước tiên cho vào nước thải sulfat natri, bisunfit natri hoặc khí

H2S. Sau đó xử lý nước bằng clorua natri, kali, magiê, canxi hoặc sunfit magiê với

lượng 0,1g/l. Khi đó, thuỷ ngân sẽ lắng ở dạng hạt. Để loại các hạt keo phân tán cao,

dùng chất keo tụ Al2(SO4)3.18H2O, FeSO4.7H2O…


O3 C+ O C CC

O

O OC

O3

C C

COO-

không bền

ion lưỡng cựcozonua

Các hợp chất thuỷ ngân trước tiên bị phân huỷ bằng oxy hoá ( bằng khí clo ), sau

khi loại clo dư, cation thuỷ ngân được khử đến Hg kim loại hoặc chuyển sang dạng

sunfua khí, rồi loại cặn.

4.1.6.2. Xử lý các hợp chất kẽm, đồng, niken, chì, cadimi, coban

Muối các kim loại này, hoá chất chứa trong nước thải tuyển quặng, luyện kim, chế

tạo máy, chế biến kim loại, hoá chất, dược phẩm, chế biến sơn, dệt…

Xử lý nước thải chứa muối kẽm bằng natri hydroxit:

Zn2+ + OH- → Zn(OH)2

Khi pH= 5,4 hydroxit kẽm bắt đầu lắng. Khi pH= 10,5 bắt đầu tan các hydroxit

kẽm lưỡng tính. Do đó, quá trình xử lý cần tiến hành với pH= 8-9.

Khi sử dụng sođa ta có phản ứng:

2 ZnCl2 + 2 Na2CO3 + H2O → 4 NaCl + (ZnOH)2CO3 ↓ + CO2

Khi pH= 7-9,5 hình thành cacbonat có thành phần 2 ZnCO3, 3 Zn(OH)2; khi pH

≥10 thành phần hydroxit tăng.

Xử lý nước thải chứa ion đồng bằng hydroxit:

Cu2+ + 2 OH- → Cu(OH)2

2 Cu2+ + 2 OH- + CO32- → (CuOH)2CO3 ↓

Có thể dùng feroxianua kali để tách đồng và các ion kim loại nặng ra khỏi nước.

Để loại đồng và cadimi cho nước thải tiếp xúc với SO2 hoặc các sunfit và bột kim loại

như kẽm, sắt. Khi đó kim loại khử sunfit thành sunfua, cùng với kim loại nặng hình

thành sunfua khó tan.

Xử lý niken bằng hydroxit, cacbonat:

Ni2+ + 2 OH- → Ni(OH)2 ↓

2 Ni2+ + 2 OH- + CO32- → (NiOH)2CO3 ↓

Ni2+ + CO32- → NiCO3↓

Cation chì trong dung dịch chuyển thành cặn lắng ở một trong ba dạng dung dịch

khó tan:

Pb2+ + 2 OH- → Pb(OH)2↓

2 Pb2+ + 2 OH- + CO32- → (PbOH)2CO3↓

Pb2+ + CO32- → PbCO3↓

Hydroxit chì bắt đầu lắng ở pH= 6.

Xử lý coban và cadimi trong nước thải bằng sữa vôi đạt kết quả tối đa. Nước thải

có thể chứa nhiều kim loại khác nhau, chúng thường được loại đồng thời bằng canxi

hydroxit. Lắng đồng thời vài kim loại khác nhau có hiệu quả tốt hơn so với khi lắng

từng kim loại do hình thành tinh thể hỗn hợp và hấp phụ kim loại trên bề mặt pha rắn.

Xử lý nước thải bằng kiềm cho phép giảm nồng độ kim loại nặng đến đại lượng

thải vào hệ thống nước thải sinh hoạt. Khi độ sạch yêu cầu cao hơn thì phương pháp


này không đáp ứng. Để làm sạch hơn xử lý nước thải bằng sunfua natri, vì độ hoà tan

của các sunfua kim loại thấp hơn của các hidroxit và cacbonat rất nhiều. Quá trình lắng

sunfua diễn ra khi pH thấp hơn so với khi lắng hydroxit và cacbonat. Để loại kim loại

cũng có thể sử dụng pirit hạt hoặc bột, sunfua các kim loại không độc.

Nhược điểm của phương pháp này là hình thành cặn khó tách ra khỏi nước. Ngoài

ra, nước sau khi xử lý chứa lượng lớn muối canxi, khó sử dụng lại trong hệ thống tuần

hoàn nước.

4.1.6.3. Xử lý hợp chất asen

Để xử lý asen trong nguồn nước ứng dụng phương pháp phản ứng, hấp phụ, điện

hoá, chiết và các phương pháp khác. Lựa chọn phương pháp xử lý phụ thuộc vào dạng

asen hoà tan, thành phần, độ axit và các chỉ số khác của nước.

Khi nồng độ asen cao có thể ứng dụng phương pháp lắng hoá học dưới dạng các

chất khó tan ( asenat, asenit các kim loại kiềm thổ và kim loại nặng, sunfua và

hydroxit asen ).

Asen là một chất độc mạnh có tác dụng tích lũy và có khả năng gây ung thư và đây

cũng là một chất khó xử lý. Gần đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra một phương

pháp xử lý asen đạt hiệu quả cao và chi phí thấp. Đó là phương pháp xử lý bằng cây

dương xỉ.

Một số nhà khoa học Mỹ vừa phát hiện ra một loài dương xỉ có tên là Pteris vittata

có khả năng hút chất asen ra khỏi nước bị nhiễm độc. Loài thực vật này sẽ làm giảm

mức độ ô nhiễm xuống mức giới hạn an toàn, do Cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ đặt

ra, chỉ trong vòng một ngày.

Phương pháp "lọc sinh vật" này sẽ giúp mang lại một phương thức rẻ tiền để loại

bỏ chất asen ra khỏi nguồn nước sinh hoạt. Người ta sẽ trồng loại dương xỉ này trực

tiếp trong nước để hút asen, tương tự như việc dùng thảm lau sậy để loại bỏ các chất

thải hữu cơ hiện nay.

Pteris vittata là một loài thực vật hấp thụ asen được phát hiện ba năm trước đây.

Loài thực vật này có khả năng chứa được tới 22g Asen/kg thân cây, đồng thời có khả

năng sinh trưởng rất nhanh và khỏe mạnh.

Trên những vùng đất không bị ô nhiễm, hàm lượng asen trong dương xỉ thay đổi

từ 11,8-64 phần triệu. Tuy nhiên, những cây dương xỉ mọc trong vùng đất ô nhiễm tại

miền Trung Florida lại có nồng độ cao từ 1.442-7.526 phần triệu. Asen tập trung phần

lớn trên những chiếc lá xanh dạng dải hay lá hình lược của dương xỉ.

Dương xỉ diều hâu xuất xứ từ châu Phi, châu Á và Australia. Hiện nay chúng đã

thích nghi được với các vùng đất ấm hơn ở châu Mỹ.

Ông Mark Elless thuộc Công ty Hệ thống Edenspace cùng các đồng sự đã phân

tích một thử nghiệm công dụng của loại dương xỉ này bằng cách đo đạc thời gian và


lượng asen mà chúng hút được. Kết quả là trong 24 giờ, loại cây này đã giảm được tới

200 microgram asen trong mỗi lít nước. Những cây này có thể được sử dụng nhiều lần.

Không giống như một số phương pháp loại bỏ asen khác, phương pháp lọc sinh

học này không tạo ra các chất thải hóa học giàu asen khó xử lý. Thay vào đó, chất

nhựa được ép ra từ thân cây dương xỉ này có ¾ là asen, có thể chiết xuất ra để dùng

trong công nghiệp.

Cho tới nay, phương pháp này tỏ ra có hiệu quả ở những nước giàu hơn. Thí dụ,

hàng nghìn hệ thống cung cấp nước ở Mỹ đã đạt được tiêu chuẩn mới của EPA (Tháng

1-2006 mới có hiệu lực) về nồng độ asen trong nước sinh hoạt thấp: chỉ 10 microgram

trong mỗi lít nước.

4.1.6.4. Xử lý muối sắt

Sắt chứa trong nước thải nhà máy hoá chất, luyện kim, chế tạo máy, chế biến kim

loại, dệt, nhuộm, hoá dầu, dược phẩm…

Để khử sắt ứng dụng phương pháp sục khí, hoá học, hấp phụ, lọc ngược… Quá

trình lọc diễn ra như sau:

4 Fe2+ + O2 + 2 H2O → 4 Fe3+ + 4 OH-

Fe3+ + 3 H2O → Fe(OH)3↓ + 3 H+

Nếu trong nước có ion bicacbonat:

4 Fe2+ + 8 HCO3- + O2 + 2 H2O → 4 Fe(OH)3 ↓ + 8 CO2

Cặn Fe(OH)3 được loại ra khỏi nước bằng lắng hoặc lọc.

Khi nồng độ sắt cao, phương pháp sục khí không cho phép loại chúng hoàn toàn,

vì vậy phải dùng phương pháp hoá học. Chất phản ứng có thể là clo, clorat canxi,

permanganat kali, ozon, oxit canxi, sođa…Phản ứng liên kết với clo:

2 Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 → 2 Fe(OH)3 ↓ + 6 CO2 ↑ + CaCl2

Phản ứng liên kết với permanganat kali:

3 Fe(HCO3)2 + KMnO4 + 2 H2O → 3 Fe(OH)3 ↓ + 5 CO2 + MnO2 + KHCO3

Nếu sắt ở dạng các hợp chất hữu cơ hoặc keo thì ta ứng dụng phương pháp ozon

hoá.

4.1.6.5. Xử lý các hợp chất mangan

Các hợp chất mangan chứa trong nước thải nhà máy luyện kim, chế tạo máy và

hoá chất. Khi nồng độ mangan lớn hơn 0,05 mg/l nước có màu tối. Loại mangan ra

khỏi nước có thể ứng dụng các phương pháp sau:

− Xử lý bằng permanganat kali.

− Sục khí với sự vôi hoá.

− Lọc nước qua cát mangan hoặc cation mangan.

− Ozon hoá, clo hoá hoặc oxy hoá bằng dioxit clo.

Khi xử lý bằng permanganat kali sẽ hình thành dioxit mangan:


3 Mn2+ + 2 MnO4- + 2 H2O → 5 MnO2 ↓ + 2 H2 ↑

Khi pH= 9,5 mangan được loại hoàn toàn, còn khi pH< 7,5 nó gần như không bị

oxy hoá bởi oxy không khí. Để kết thúc quá trình oxy hoá sau khi sục khí cho thêm

vào nước Ca(OH)2 hoặc sođa để tăng pH.

Mn(II) có thể loại ra khỏi nước nhờ oxy hoá bởi clo, ozon hoặc dioxit clo. Tiêu

hao clo cho oxy hoá 1 mg Mn là 1,3 mg, tiêu hao ClO2 là 1,35 mg và O3 là 1,45 mg.

Tuy nhiên để sử dụng các chất khử này cần xây dựng các thiết bị phức tạp nên trong

thực tế chúng không được ứng dụng. Trong các phương pháp trên hiệu quả nhất là

phương pháp xử lý bằng permanganat kali vì nó không đòi hỏi thiết bị phức tạp và dễ

kiểm tra.

4.2. Đông tụ, keo tụ

4.2.1. Nguyên lý đông tụ, keo tụ

Hình 4.1. Cơ chế đông tụ

Đông tụ là quá trình thô hóa các hạt phân tán và chất nhũ tương trong hệ keo.

Phương pháp đông tụ hiệu quả nhất khi được sử dụng để tách các hạt keo phân tán có

kích thước 1-100µm.

Trong xử lí nước thải, sự đông tụ diễn ra dưới tác động của chất đông tụ. Chất

đông tụ trong nước tạo thành các bông hydroxit kim loại, lắng nhanh trong trường

trọng lực. Các bông này có khả năng hút các hạt keo và hạt lơ lửng kết hợp chúng với

nhau. Các hạt keo có điện tích âm yếu còn các bông đông tụ có điện tích dương yếu

nên chúng hút nhau.

4.2.2. Cơ sỏ lý thuyết lắng keo tụ và vai trò

Lắng là quá trình tách khỏi nước cặn lơ lửng hoặc bông cặn hình thành trong giai

đoạn keo tụ tạo bông hoặc các cặn bùn sau quá trình xử lý sinh học

Tính chất lắng của các hạt có thể chia thàng 3 dạng như sau :

Lắng dạng I: lắng các hạt rời rạc. Quá trình lắng được đặt trưng bởi các hạt lắng

một cách rời rạc và ở tốc độ lắng không đổi. Các hạt lắng một cách riêng lẽ không có

khả năng keo tụ,

không dính bám vào nhau suốt quá trình lắng. Để có thể xác định tốc độ lắng ở dạng

này có


thể ứng dụng định luật cổ điển của Newton và Stoke trên hạt cặn. Tốc độ lắng ở dạng

này hoàn toàn có thể tính toán được.

Lắng dạng II: lắng bông cặn. Quá trình lắng được đặt trưng bởi các hạt ( bông cặn)

kết dính với nhau trong suốt quá trình lắng. Do quá trình bông cặn xảy ra trên các bông

cặn tăng dần kích thước và tốc độ lắng tăng. Không có một công thức toán học thích

hợp nào để biểu thị giá trị này. Vì vậy để có các thông số thiết kế về bể lắng dạng này,

người ta thí nghiệm xác định tốc độ chảy tràn và thời gian lắng ở hiệu quả khử bông

cặn cho trước từ cột lắng thí

nghiệm, từ đó nhân với hệ số quy mô ta có tốc độ chảy tràn và thời gian lắng thiết kế.

Lắng dạng III: lắng cản trở. Quá trình lắng được đặt trưng bởi các hạt cặn có nồng

độ cao (>1000mg/l). Các hạt cặn có khuynh hướng duy trì vị trí không đổi với các vị

trí khác, khi đó cảkhối hạt như là một thể thống nhất lắng xuống với vận tốc không

đổi. Lắng dạng này thướng thấy ở bể nén bùn.

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.

Quá trình hình thành các bông đông tụ diễn ra như sau:

Me3+ + 3HOH Me(OH)3 + 3H+

Chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng. Việc chọn

chất đông tụ phụ thuộc thành phần, tính chất hóa lí và giá thành của nó, nồng độ tạp

chất trong nước, pH và giá thành phần muối của nước. Các muối nhôm được làm chất

đông tụ là Al2(SO4)3.18H2O; NaAlO2, Al2(OH)5Cl; KAl(SO4)2.12H2O và

NH4Al(SO4)2.12H2O. Trong số đó, phổ biến nhất là sunfat nhôm. Nó hoạt động hiệu

quả khi pH = 5-7,5. Sunfat nhôm tan tốt trong nước và có giá thành tương đối rẻ. Nó

được sử dụng ở dạng khô hoặc dạng dung dịch 50%. Quá trình tạo bông đông tụ của

một số muối nhôm như sau:

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2

Các muối sắt được dùng làm chất đông tụ là Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O,

FeSO4.7H2O và FeCl3. Hiệu quả lắng trong cao hơn khi sử dụng dạng khô hoặc dung

dịch 10-15%. Các sunfat được dùng ở dạng bột. Liều lượng chất đông tụ phụ thuộc pH

của nước thải. Đối với Fe3+ pH = 6÷9, còn đối với Fe2+ pH ≥ 9,5. Để kiềm hóa nước

thải dùng NaOH và Ca(OH)2. Quá trình tạo bông đông tụ diễn ra theo phản ứng:

FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3HCl

Fe2(SO4)3 + 6H2O 2Fe(OH)3 + 3H2SO4


Khi kiềm hóa:

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

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

Muối sắt có ưu điểm so với muối nhôm:

− Hoạt động tốt hơn ở nhiệt độ nước thấp.

− Giá trị tối ưu pH trong khoảng rộng hơn.

− Bông bền và thô hơn.

− Có thể ứng dụng cho nước có khoảng nồng độ muối rộng hơn.

− Có khả năng khử mùi độc và vị lạ do có mặt của H2S.

− Tuy nhiên, chúng cũng có một số nhược điểm:

− Có tính axit mạnh, làm ăn mòn thiết bị.

− Bề mặt các bông ít phát triển hơn.

− Tạo thành các phứa nhuộm tan mạnh

Ngoài các chất nêu trên còn có thể sử dụng chất đông tụ là các loại đất sét khác

nhau, các chất thải sản xuất chứa nhôm, các hỗn hợp, dung dịch tẩy rửa, xỉ chứa dioxit

silic.

Khi sử dụng hỗn hợp Al2(SO4)3 và FeCl3 với tỉ lệ từ 1:1 đến 1:2 thu được kết quả

đông tụ tốt hơn khi dùng tác chất riêng lẻ.

4.2.3. Phương pháp thực hiện keo tụ điện hóa

4.2.3.1. Trợ keo tụ - Flocculation

Trợ keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các hợp chất cao phân tử

vào nước. Khác với quá trình đông tụ, khi trợ keo tụ sự kết hợp diễn ra không chỉ do

tiếp xúc trực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụ

trên các hạt lơ lửng.

Trợ keo tụ thúc đẩy quá trình tạo bông

hydroxit nhôm và sắt nhằm tăng vận tốc lắng

của chúng. Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho

phép giảm chất đông tụ, giảm thời gian đông

tụ và tăng vận tốc lắng.

Chất trợ keo tụ có thể là hợp chất tự

nhiên và tổng hợp. Chất trợ keo tụ tự nhiên là

tinh bột, este, xenlulô, dectrin (C6H10O5)n.

Chất trợ keo tụ vô cơ là dioxit silic đã hoạt

hóa (xSiO2.yH2O). Chất trợ keo tụ hữu cơ

tổng hợp là [-CH2-CH-CONH2]n, poliacrilamit

kĩ thuật (PAA), PAA hydrat hóa.


Liều lượng PAA tối ưu để xử lí nước thải công nghiệp dao động trong khoảng

0,4÷1g/m3. PAA hoạt động trong khoảng pH của môi trường rộng. Tuy nhiên, vận tốc

lắng bông keo tụ giảm khi pH > 9.

Cơ chế làm việc của chất trợ keo tụ dựa trên các hiện

tượng sau: hấp phụ phân tử chất keo tụ trên bề mặt hạt keo, tạo thành mạng lưới phân

tử chất trợ keo tụ. Sự dính lại của các hạt keo do lực Van der Waals. Dưới tác động

của chất trợ keo tụ giữa các hạt keo tạo thành cấu trúc ba chiều, có khả năng tách

nhanh và hoàn toàn ra khỏi nước. Nguyên nhân xuất hiện cấu trúc này là sự hấp phụ

các phân tử chất trợ keo tụ trên một số hạt tạo thành các cầu nối polime giữa chúng.

Các hạt keo được tích điện âm nên thúc đẩy quá trình keo tụ với các hydroxit nhôm

hoặc sắt. Khi cho thêm silicat hoạt tính sẽ làm tăng 2-3 lần vận tốc lắng và tăng hiệu

quả lắng trong.

Quá trình xử lí nước thải bằng đông tụ và keo tụ gồm các giai đoạn sau: định

lượng và trộn tác chất với nước thải, tạp bông và lắng xuống.

Hình 4.3: Sơ đồ hệ thống xử lí nước thải bằng đông tụ

1- Bình chứa để chuẩn bị dung dịch

2- Máy định lượng

3- Máy trộn

4- Buồng tạo bông

5- Thiết bị lắng cặn.

Nước thải trộn với chất trơ keo tụ ở tốc độ chậm để không phá vỡ bông cặn. Sau

đó, nước được đưa vào buồng tạo bông. Sự tạo bông diễn ra chậm sau 10-30 phút.

Nước thải trộn với chất đông tụ theo ống đi vào ngăn tách không khí. Sau đó nước đi

theo ống trung tâm đến các ống phân phối, là các vòi phun để phân phối và quay nước

trong vùng vành ngăn. Các hạt lơ lửng cùng với bông đông tụ tạo thành trong vùng

vành khăn. Các hạt lơ lửng cùng với bông lắng xuống đáy và được lấy ra khỏi thiết bị.

Nước trong chảy qua các lỗ vào rãnh thoát nước.

Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các hợp chất cao phân tử vào

nước. Khác với quá trình đông tụ, khi keo tụ sự kết hợp diễn ra không chỉ do tiếp xúc


Hình 4.2: Cơ chế trợ lắng

trực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụ trên các

hạt lơ lửng.

Keo tụ không có tác chất hay keo tụ điện hóa diễn ra bằng cách dẫn nước qua các

tấm nhôm được xếp cách nhau 10-20 mm. Bản chất của quá trình là hòa tan anot của

các tấm nhôm được nối lần lượt với các cực dương và cực âm của nguồn điện có

cường độ cao và hiệu điện thế thấp. Khi đó ion nhôm sẽ chuyển vào nước và tạo thành

hydroxit. Ưu điểm của quá trình này là hình thành và lắng nhanh các sợi bông dai và

không cần điều chỉnh pH. Nhược điểm của nó là chi phí điện năng cao.

Phương pháp này có thể được dùng để xử lý nước phù sa ở các tỉnh thuộc đồng

bằng Sông Cửu Long, nhưng do mạng lưới điện chưa được lắp đặt đầy đủ và chi phí

điện cao nên còn bị hạn chế.

4.2.3.2. Keo tụ điện hóa

Keo tụ không có tác chất hay keo tụ điện hóa diễn ra bằng cách dẫn nước qua các

tấm nhôm được xếp cách nhau 10-20 mm. Bản chất của quá trình là hòa tan anot của

các tấm nhôm được nối lần lượt với các cực dương và cực âm của nguồn điện có

cường độ cao và hiệu điện thế thấp. Khi đó ion nhôm sẽ chuyển vào nước và tạo thành

hydroxit. Ưu điểm của quá trình này là hình thành và lắng nhanh các sợi bông dai và

không cần điều chỉnh pH. Nhược điểm của nó là chi phí điện năng cao.

Phương pháp này có thể được dùng để xử lý nước phù sa ở các tỉnh thuộc đồng bằng

Sông Cửu Long, nhưng do mạng lưới điện chưa được lắp đặt đầy đủ và chi phí điện

cao nên còn bị hạn chế.

4.2.3.3. Bể phản ứng xoáy

Bể phản ứng xoáy hình trụ

− Ống hình trụ đặt ở tâm bể lắng đứng( công suất < 3000m3/ngđ).

− Nước được trộn đều chất phản ứng từ bể trộn chuyển qua.

− Nước ra khỏi miệng vf = 2 –3 m/s.

− Đường kính vòi phun: chọn theo tốc độ.

− Khoảng cách từ miệng phun đến thành bể phản ứng là 0.2Db.

− t: thời gian lưu, t = 15 –20 phút

− H: 2.6 –5 m

− n: số bể phản ứng.

− Tổn thất áp lực do vói phun: h= 0.06 vf

Bể phản ứng xoáy hình phễu

Bể có dạng như một cái phiễu lớn, góc nghiêng giữa 2 thành bể cần lấy trong

khoảng 50o -70o tuỳ theo chiều cao bể. Thời gian lưu nước trong bể ngắn từ 6 -10 phút

(nước đục lấy giới hạn dưới và nước màu lấy giới hạn trên). Tốc độ nước vào bể ở

phía dưới lấy bằng 0.7÷1.2 m/s. Tốc độ nước đi tại chỗ ra khỏi bể lắng 4 ÷5 mm/s.


Bộ phận dẫn nước từ bể phản ứng sang bể lắng phải tính đến tốc độ nước chảy

trong máng, trong ống và qua lỗ không được lớn hơn 0.1 m/s đối với nước đục và 0.05

m/s đối với

nước màu để đảm bảo bông cặn được hình thành và không bị phá vỡ. Khoảng cách dẫn

nước sang bể lắng càng ngắn càng tốt.

Trong quá trình nước dâng lên, do tiết diện dòng chảy tăng dần, nên tốc độ nước

sẽ giảm dần. Tốc độ nước phân bố không đều trên tiết diên ngang, tốc độ nước càng

lớn khi càng gần tâm bể và dòng nước luôn có xu hướng phân tán dần dần ra phía

thành bể.

Ưu điểm: hiệu quả cao, tổn thất áp lức trong bể nhỏ, dung tích bể nhỏ (thời gian

lưu nước ngắn).

Nhược điểm: khó tính cấu tạo của bộ phận thu nước trên bề măt theo hai yêu cầu:

thu nước đều và không phá vỡ bông cặn, khó xây dựng khi dung tích lớn.

4.2.3.4. Bể phản ứng kiểu vách ngăn

Nguyên lý cấu tạo cơ bản của bể là dùng các vách ngăn để tạo ra sự đổi chiều liên

tục của dòng nước. Bể có cấu tạo hình chữ nhật, bên trong có các vách ngăn hướng

dòng nước chuyển động zic zăc theo phương nằm ngang hoặc phương thẳng đứng.

Phía sau đầu bể phản ứng có một ngăn cho nước chảy thẳng vào bể lắng ngang khi cần

sửa chữa bể phản ứng hay khi không cần keo tụ. Số lượng vách ngăn được tính theo

hai chỉ tiêu: dung tích bể phụ thuộc vào thời gian lưu nước và tốc độ chuyển động của

dòng nước giữa hai vách ngăn. Thời gian lưu nước trong bể lấy là 20 phút khu xử lý

nước đục và 30 - 40 phút khi xử lý nước có màu. Tốc độ chuyển động của dóng nước

giảm dần từ 0.3m/s ở đầu bể xuống 0.1m/s ở cuối bể. Chiều sâu trung bình của bể là 2

- 3m. Độ dốc đáy bể là 0.02 - 0.03 để xả cặn. Bể có vách ngăn ngang : công suất

≥30.000m3/ngđ. Bể có vách ngăn đứng ≥6.000m3/ngđ. Thường Kết hợp bể lắng ngang.

Khoảng cách giữa các vách ngăn không được nhỏ hơn 0.7m nếu bể có vách ngăn

ngang và có thể nhỏ hơn 0.7m đối với bể có vách ngăn thẳng đứng.

Ưu điểm: đơn giản trong xây dựng và quản lý vận hành.

Nhược điểm: khối lượng xây dựng lớn do có nhiều vách ngăn và bể có đủ chiều

cao thỏa mãn tổn thất áp lực trong toàn bể


CHƯƠNG 5: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP

SINH HỌC HIẾU KHÍ

5.1. Khái niệmThực chất của phương pháp sinh hóa để xử lý nước thải là sử dụng khả năng sống

và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Các vi sinh

vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng khác làm nguồn dinh dưỡng và tạo

năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng

tế bào cũng như sinh trưởng và sinh sản và do vậy nên sinh khối được tăng lên và hệ

quả là nước thải được làm sạch.

5.2. Nguyên lý chung của quá trình xử lý sinh học

Để thực hiện quá trình ôxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ hòa tan, các chất keo, các

chất phân tán nhỏ trong nước thải là tổ hợp các quá trình gồm ba giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Các chất gây ô nhiễm (các chất hữu cơ hòa tan, các chất phân tán

nhỏ,…) được dịch chuyển từ môi trường nước thải xung quanh đến bề mặt tế bào vi

sinh vật do quá trình khuếch tán đối lưu và phân tử.

- Giai đoạn 2: Dịch chuyển các chất bẩn từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm của tế

bào bằng khuếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngời tế bào.

- Giai đoạn 3: Quá trình chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh

năng lượng và quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thu năng lượng.

Ba giai đoạn trên có quan hệ rất chặt chẽ với nhau và giai đoạn chuyển hóa các

chất diễn ra trong tế bào vi sinh vật đóng vai trò chính trong việc làm sạch nước thải.

Các phản ứng của quá trình ôxy hóa sinh hóa ở điều kiện hiếu khí

- Ôxy hóa các chất hữu cơ

- Tổng hợp để xây dựng tế bào

: tất cả các chất hữu cơ của nước thải.

: công thức hóa học của tế bào vi sinh vật ở thời điểm bình thường

(có hô hấp nội bào).

: năng lượng

- Hô hấp nội bào (ôxy hóa các chất liệu của tế bào).

Nếu quá trình ôxy hóa diễn ra đủ dài thì sau khi sử dụng hết các chất hữu cơ có

sẵn trong nước thải, sẽ bắt đầu diễn ra quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bằng

việc ôxy hóa các chất liệu của tế bào.


Sơ đồ chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải khi ôxy hóa sinh hóa hiếu

khí.

1 - Chất bẩn trước khi xử lý,

2 - Chất bẩn bị giữ lại trên bề mặt tế bào,

3 - Các chất bẩn còn lại trong nước thải sau khi xử lý,

4 - Các chất bẩn bị oxy hóa trực tiếp thành CO2, H2O

và sinh năng lượng,

5 - Các chất bị đồng hóa được tổng hợp để tăng

sinh khối,

6 - Tự oxy hóa của vi sinh vật thành CO2 và H2O

do men hô hấp nội bào,

7 - Phần dư của vi sinh vật.

Nguyên tắc các phương pháp xử lý hiếu khí:

Phương pháp hiếu khí dùng để loại các chất hữu cơ dễ bị vi sinh phân huỷ ra khỏi nguồn nước. Các chất này được các loại vi sinh hiếu khí oxy hoá bằng oxy hòa tan trong nước.

Vi sinhChất hữu cơ + O2 → H2O + CO2 + năng lượng Vi sinhChất hữu cơ + O2 → Tế bào mới Năng lượngTế bào mới + O2 → CO2 + H2O + NH3

Tổng cộng:

Chất hữu cơ + O2 → H2O + CO2 + NH3…

Trong phương pháp hiếu khí ammoni cũng được loại bỏ bằng oxy hoá nhờ vi sinh

tự dưỡng (quá trình nhật hoá)

Nitrosomonas2NH4 + 3O2 → 2NO2

+ 4H+ + 2H2O + Năng lượng Nitrobacter2NO2

+ O2 → 2NO3

Vi SinhTổng cộng: NH4 + 2O2 → NO3 + 2H+ + H2O + Năng lượng

Điều kiện cần thiết cho quá trình: pH = 5,5 - 9,0, nhiệt độ 5 - 40oC.

5.3. Sự phát triển của vi sinh vật

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


31

2

6

7

5

4

Hình 5.1. Sơ đồ chuyển hóa các chất bẩn hữu cơ khi oxy

hóa sinh hóa nước thải

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 nitrat

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.


Hình 5.2: 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.

Hình 5.3: Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật

trong bể xử lý nước thải

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 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.


5.4. Động học của quá trình xử lý sinh hóa

Để đảm bảo cho quá trình sinh hóa diễn ra có hiệu quả, phải tạo ra được điều kiện

môi trường như pH, nhiệt độ, các chất dinh dưỡng,…tốt nhất cho hệ vi sinh vật. Khi

các điều kiện trên được đảm bảo thì quá trình xử lý sinh học diễn ra theo các giai đoạn

sau:

5.4.1. Tăng trưởng tế bào

Ở cả hai trường hợp nuôi cấy theo mẻ hay nuôi cấy trong bể phản ứng dòng chảy

liên tục. Nước thải trong các bể này phải được khuấy trộn một cách hoàn chỉnh và liên

tục và tốc độ tăng trưởng của các tế bào vi sinh vật có thể được biểu diễn bằng các

công thức sau:

Trong trường hợp tổng quát:

S: chất nền (BOD), mg/l;

P: photpho vô cơ, mg/l;

N: Nitơ vô cơ, mg/l.

C

5.4.2. Chất nền và sự giới hạn tăng trưởng

Trong trường hợp nuôi cấy theo mẻ: Khi cơ chất và chất dinh dưỡng cần thiết cho

sự tăng trưởng của vi sinh vật chỉ có số lượng hạn chế thì các chất này sẽ được dùng

đến cạn kiệt khi đó quá trình dinh dưỡng sẽ dừng lại.


µ

µmax

µmax

2

KS S, mg/l

Hình 5.4: Đồ thị ảnh hưởng của cơ chất lên tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật

Trong trường hợp nuôi cấy liên tục: Dòng cơ chất và các chất dinh dưỡng được bổ

sung liên tục thì khi đó ảnh hưởng của việc giảm dần cơ chất và chất dinh dưỡng được

biểu thị bằng phương trình Monod:

rg: tốc độ tăng sinh khối;

X: sinh khối;

: tốc độ tăng trưởng riêng.

Ngoài ra, khi xét đến ảnh hưởng của các yếu tố khác đến tốc độ tăng trưởng: DO,

t0, pH, các chất độc,…

5.4.3. Sự tăng trưởng của tế bào và việc sử dụng chất nền

Trong cả hai trường hợp nuôi cấy theo mẻ và liên tục, một phần cơ chất được

chuyển thành tế bào mới, một phần được ôxy hóa thành các chất vô cơ. Do số tế bào

mới phải tiếp tục sử dụng các chất nền trong nước thải và sinh sản tiếp. Ta lập được

quan hệ giữa sự tăng trưởng của tế bào và việc sử dụng chất nền:

Y: Hệ số tạo sinh khối (hệ số đồng hóa), mg/l;

rs: Tốc độ suy giảm cơ chất (tốc độ sử dụng cơ chất), mg/l.t;

Với : tốc độ sử dụng cơ chất trong một đơn vị sinh khối

5.4.4. Ảnh hưởng của hô hấp nội bào

Trong các công trình xử lý nước thải không phải tất cả các tế bào vi sinh vật đều

có tuổi như nhau và đều ở giai đoạn tăng trưởng log mà có một số tế bào ở giai đoạn

sinh trưởng chậm và giai đoạn chết.


Khi tính toán tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật, ta phải xét đến tổ hợp của các

hiện tượng này và ta giả thuyết sự giảm khối lượng của tế bào do chết và tăng trưởng

chậm tỉ lệ với nồng độ của vi sinh vật có trong nước thải. Ta gọi sự giảm khối lượng

này là hô hấp nội bào và quá trình hô hấp nội bào được biểu thị bằng phản ứng sau:

113 160

1 1,42

Nhận xét: Từ phản ứng trên có thể thấy, nếu tất cả tế bào được ôxy hóa hoàn toàn

thì lượng ôxy bằng 1,42 lần nồng độ của tế bào.

Tốc độ hô hấp nội bào

Kd: hệ số phân hủy nội bào, 1/t;

X: sinh khối, mg/l (g/m3,….).

Kết hợp với quá trình phân hủy nội bào: Tốc độ tăng trưởng thực của tế bào như

sau:

: tốc độ tăng trưởng thực của vi khuẩn, mg/l.t (mg/l.ngày, g/m3.ngày).

Tốc độ tăng trưởng riêng thực:

, 1/t (1/ngày).

Tốc độ tăng sinh khối bùn hoạt tính:

5.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học hiếu khí

Ảnh hưởng của độ pH

Các hệ thống xử lý sinh học hiếu khí có thể hoạt động được trong dải pH khá rộng

từ 5 – 9. Tuy nhiên pH tối ưu trong khoảng 6,5 – 8,5. Nước thải có pH ngoài ngưỡng

cho phép được điều chỉnh trong bể điều hòa.

Ảnh hưởng của nhiệt độ

Trong xử lý sinh học, nhiệt độ có vai trò quan trọng quyết định vận tốc của phản

ứng ôxy hóa, các quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Với đa số vi sinh

vật, nhiệt độ trong các hệ thống xử lý có thể biến động từ 16 – 370C, nhiệt độ tối ưu 25

– 300C. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng sinh học thể hiện qua biểu thức:


KT, K20: tốc độ phản ứng ở nhiệt độ xử lý và ở 200C;

: hệ số nhiệt độ (có giá trị từ 1,00 – 1,04);

T: nhiệt độ xử lý, 0C.

Nhiệt độ còn ảnh hưởng tới việc hấp thụ ôxy vào nước thải.

Ảnh hưởng của thành phần và nguồn dinh dưỡng

Để duy trì sự phát triển của vi sinh vật, đảm bảo đảm bảo quá trình làm sạch nước

thải cần đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật. Các nguyên tố ảnh hưởng quyết

định tới quá trình ôxy hóa là C, N và P. Thành phần dinh dưỡng phụ thuộc nhiều vào

bản chất các chất dinh dưỡng có trong nước thải. Thực nghiệm cho thấy tỉ lệ C:N:P tối

ưu là 100:5:1. Các nguyên tố khoáng và vi lượng thường có sẵn trong nước thải. Do

đặc trưng công nghệ, một số loại nước thải nghèo N và P. Sự thiếu hụt này sẽ kìm hãm

sự phát triển của một số vi sinh vật có vai trò quan trọng trong quá trình ôxy hóa.

Thiếu N và P trong một thời gian dài là một trong những nguyên nhân làm thay

đổi tương tác giữa các nhóm vi khuẩn có trong bùn hoạt tính. Các vi khuẩn dạng sợi

phát triển mạnh làm bùn xốp (>200 ). Hiện tượng này được gọi là sự phồng lên của

bùn. Bùn sẽ xốp, khó lắng. chỉ số thể tích lắng tăng gây khó khăn cho quá trình tách

bùn ở bể lắng thứ cấp.

Ảnh hưởng của các chất độc đối với vi sinh vật

Các chất độc hữu cơ, vô cơ, nhất là các kim loại nặng, các ion halogen có khả

năng ức chế thậm chí vô hoạt hệ enzim ôxy hóa khử ở vi sinh vật. Vì vậy cần kiểm tra

và đảm bảo hàm lượng của chúng không quá giới hạn cho phép.

Ví dụ: Các kim loại nặng 2 mg/

Phenol và hợp chất chứa phenol < 140 mg/l

Các muối xyanua < 60 mg/l.

Ảnh hưởng của độ ôxy hòa tan

Để thực hiện quá trình ôxy hóa, vi sinh vật cần O2 dưới dạng hòa tan. Trong các hệ

thống xử lý hiếu khí, ôxy được cung cấp liên tục để đáp ứng nhu cầu ôxy cho quá trình

ôxy hóa.

Thiếu O2 cũng là một trong những nguyên nhân làm phồng bùn do vi khuẩn dạng

sợi phát triển. Việc cung cấp O2 còn có tác dụng tạo ra độ đồng nhất trong thiết bị, làm

rã các khối bông lớn, giảm các “điểm chết” trong thiết bị, nâng cao hiệu quả làm sạch

và rút ngắn thời gian lưu của nước trong hệ thống xử lý.

Hiệu suất sử dụng O2 trong thiết bị xử lý phụ thuộc không chỉ vào phương pháp

cấp khí (công suất thiết bị, áp lực nén, đặc trưng của hệ thống phân phối khí, chiều cao

lớp nước) mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ, tính chất nước thải, F/M (nguồn dinh dưỡng


– Food và lượng sinh khối – Microorganismes), tốc độ sinh trưởng, đặc trưng hình thái

và sinh lý của vi sinh vật.

Để đảm bảo tốc độ ôxy hóa, độ O2 hòa tan cần đạt ít nhất là 4 mg/l. Theo Edeline,

nhu cầu O2 ở các bể còn phụ thuộc tải trọng của hệ thống xử lý.

5.6. Các công trình xử lý sinh học nước thải trong điều kiện tự nhiên

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.

5.6.1. Ao hồ sinh học

Ao sinh học là dãy ao gồm 3 – 5 bậc, qua đó nước thải chảy với vận tốc nhỏ, được

lắng trong và xử lý sinh học. Các ao được ứng dụng để xử lý sinh học và xử lý bổ sung

trong tổ hợp với các công trình xử lý khác. Ao được chia thành 2 loại: ao thông khí tự

nhiên và ao nhân tạo. Ao thông khí tự nhiên không sâu (0,5 – 1m) được sưởi nóng

bằng mặt trời và các vi sinh vật nước. Để hoạt động bình thường cần phải đạt pH tối

ưu và nhiệt độ không thấp hơn 6oC. Kích thước ao phải bảo đảm thời gian lưu cần thiết

của nước thải và vận tốc oxy hóa được đánh giá theo BOD của chất phân huỷ chậm

nhất.

5.6.2. Ao hồ hiếu khí

5.6.2.1. Ao hồ sinh học (Ao hồ ổn định nước thải)

Xử lí nước thải trong các ao hồ ổn định là phương pháp xử lí đơn giản nhất và đã

được áp dụng từ thời xa xưa. Phương pháp này không yêu cầu kĩ thuật cao, vốn đầu tư

ít, chi phí hoạt động rẻ tiền, quản lí đơn giản và hiệu quả cũng khá cao9.

Qui trình xử lí theo phương pháp ao hồ sinh học khá đơn giản và được tóm tắt như

sau:

Nước thải loại bỏ rác, cát sỏi… Các ao hồ ổn định Nước đã xử

lí.

Cơ sở khoa học của phương pháp là dựa vào khả năng tự nhiên làm sạch của nước,

chủ yếu là vi sinh vật và các thủy sinh khác, các chất nhiễm bẩn bị phân hủy thành các

chất khí và nước. Như vậy, quá trình làm sạch không phải thuần nhất là quá trình hiếu

khí, mà còn có cả quá trình tùy tiện và kị khí.

Phương pháp này có một số ưu điểm như sau:


Đây là phương pháp rẻ nhất, dễ thiết kế và xây dựng, dễ vận hành, không đòi

hỏi cung cấp năng lượng (sử dụng năng lượng Mặt Trời).

Có khả năng làm giảm các vi sinh vật gây bệnh nhiễm trong nước thải xuống

tới mức thấp nhất.

Có khả năng loại được các chất hữu cơ, vô cơ tan trong nước thải xuống tới

mức thấp nhất.

Có khả năng loại được các chất hữu cơ, vô cơ tan trong nước

Hệ vi sinh vật hoạt động ở đây chịu đựng được nồng độ các kim loại năng

tương đối cao (>= 30 mg/l).

Đồng thời phương pháp này cũng có những nhược điểm cơ bản như sau:

Thời gian xử lí khá dài ngày

Đòi hỏi mặt bằng rộng

Trong quá trình xử lí phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết tự nhiên, nhiệt độ

thấp của mùa đông kéo dài thời gian và hiệu quả làm sạch hoặc gặp mưa sẽ làm tràn ao

hồ gây ô nhiễm các đối tượng khác

Ngoài ra các ao hồ sinh học, đặc biệt là ao hồ kị khí thường sinh ra các mùi hôi thối

khó chịu làm ảnh hưởng đến môi trường sống xung quanh.

Phương pháp này vốn là phương pháp tự làm sạch nước đã được áp dụng từ xa

xưa, đặc biệt là được dùng nhiều trong các nước phát triển từ thế kỉ trước cho đến nay.

5.6.2.2. Ao hồ hiếu khí

Ao hồ hiếu khí là loại ao nông 0.3-0.5m có quá trình oxi hóa các chất bẩn hữu cơ

chủ yếu nhờ các vi sinh vật hiếu khí. Loại ao hồ này gồm có: hồ làm thoáng tự nhiên

và hồ làm thoáng nhân tạo.

Hồ hiếu khí tự nhiên: Oxi từ không khí dễ dàng khuếch tán vào lớp nước phía trên

và ánh sáng Mặt Trời chiếu dọi, làm cho tảo phát triển, tiến hành quang hợp thải ra

oxi. Để đảm bảo ánh sáng qua nước, chiếu sâu của hồ phải nhỏ, thường là 30-40 cm.

Do chiều sâu như vậy diện tích của hồ cũng lớn hơn càng tốt. Tải của hồ (BOD)

khoảng 250-300 kg/ha.ngày. Thời gian lưu của nước từ 3-12 ngày.

Do ao nông, diện tích lớn đảm bảo điều kiện hiếu khí cho toàn bộ nước trong ao (từ

mặt thoáng đến đáy). Nước lưu trong ao tương đối dài, hiệu quả làm sạch có thể tới

80-95% BOD, màu nước có thể chuyển dần sang màu xanh của tảo.

Hồ có sục khuấy: Nguồn oxi cung cấp cho vi sinh vật hiếu khí trong nước hoạt

động là các thiết bị khuấy cơ học hoặc khí khí nén (chủ yếu là khuấy cơ học). Nhờ

vậy, mức độ hiếu khí trong hồ sẽ mạnh hơn, đều hơn và độ sâu của hồ cũng lớn hơn

(2-4.5 m). Tải BOD của hồ khoảng 400kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước trong hồ

khoảng 1-3 ngày có khi dài hơn.


Quá trình xử lí nước thải trong hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo về cơ bản giống

quá trình xử lí Aeroten, chỉ khác hai điểm:

+ Không dùng bùn hoạt tính hồi lưu từ lắng 2. Vì vậy, nồng độ bùn trong hồ là rất

nhỏ. Có thể coi phản ứng BOD ở đây là phản ứng bậc một xẩy ra trong điều kiện

khuấy trộn hoàn chỉnh.

+ Tuổi của bùn c tính bằng thời gian lưu nước trong hồ t= V/Q. Thơi gian lưu gần

đúng dựa trên áp dụng môđen của Monod cho hồ khuấy trộn hoàn toàn.

Khả năng khử BOD5 tính theo công thức:

S/S0 = 1/(1+ KT.t)

Trong đó: S0 và S là BOD5 trước và sau khi xử lí (vào và ra hồ) (tính bằng

mg/l)

t: Thời gian lưu nước (ngày)

KT: Phụ thuộc vào nhiệt độ T0C: KT = K20 .(T-20)

Trong thực tế, xây ngăn hồ sục khí với trang bị bộ sục khí hợp lí sẽ cho hiệu quả

xử lí cao. Ngược lại, sự phân tán bóng kết tủa của bùn hoạt tính thấp (độ tuổi bùn hoạt

tính nhỏ, mức độ ổn định bị hạn chế) cũng như sự phát triển của tảo làm cản trở sự

phân tán các chất lơ lửng. Do vậy, khi xử lí nước thải đô thị, nồng độ các chất huyền

phù dao động trong khoảng 50 – 20 mg/l.

Sau hồ sục khí nên xây dựng 1 bể lắng (lắng 2) sẽ giảm được chỉ số này. Thời gian

lưu nước ở hồ sục khí là 10 ngày, trong điều kiện khí hậu ôn hòa giảm BOD được 80 –

90%, nếu ở nhiệt độ cao hơn sẽ rút ngắn được thời gian. Hiệu quả khử vi khẩn phụ

thuộc vào thời gian lưu nước ở trong hồ. Về mặt này, hồ có sục khí không bằng các ao

hồ tự nhiên khác. Chính vì vậy, các ao hồ tự nhiên còn có tên là các ao hồ ổn định.

Bể lắng 2 ở đây có thể làm bằng đất, sâu từ 1 – 2 m, nên đất nện hoặc đáy lát đá

hoặc tấm bê tông, nếu nền đất yếu có hiện tượng xói lở. Không nên để lưu nước trong

bể lắng quá 2 ngày để tránh rong tảo phát triển.

5.6.2.3. Ao hồ kị khí

Ao hồ kị khí là loại ao sâu, ít có hoặc không có điều kiện hiếu khí. Các vi sinh vật

kị khí hoạt động sông không cần oxi của không khí. Chúng sử dụng oxi ở các hợp chất

như nitrat, sulfat… để oxi hóa các chất hữu cơ thành các axit hữu cơ, các loại rượu và

khí CH4, H2S, CO2… và nước.

Ao hồ kị khí thường dùng để lắng và phân hủy cặn lắng ở vùng đáy. Loại ao hồ này

có thể tiếp nhận loại nước thải (kể cả nước thải công nghiệp) có độ nhiễm bẩn lớn, tải

BOD cao và không cần vai trò quang hợp của tảo. Nước thải lưu ở hồ kị khí thường

sinh ra mùi hôi thối khó chịu. Vì vậy không nên bố trí các loại ao hồ này gần khu dân

cư và xí nghiệp chế biến thực phẩm.


Để duy trì điều kiện kị khí và giữ ấm nước trong hồ trong những ngày mùa đông

giá lạnh, chiều sâu là khá lớn (từ 2 – 6 m, thông thường lấy ở khoảng 2,5 – 3,5 m).

Khi xây dựng hồ kị khí thường tính toán theo kinh nghiệm: chiều sâu như trên đã

đề cập, diện tích mặt thoáng không cần lớn (thường vào khoảng 10 – 20% diện tích ao

hồ tùy nghi). Thời gian lưu nước có thể là dài, nhưng cần tính toán sao cho mùa hè chỉ

cần lưu nước từ 1,5 đến 2 ngày vào mùa đông là 5 ngày. BOD trong hồ này trong mùa

hè có thể khử tới 6,5 – 80 % và mùa đông có thể khử tới 45 – 65%.

Cấu tạo của hồ trên có 2 ngăn: 1 ngăn làm việc và 1 ngăn dự phòng khi vét bùn

cặn.

Cửa dẫn nước vào ao hồ nên đặt chìm đảm bảo cho việc phân phối cặn đồng đều

các đầm hồ kị khí để xử lí nước thải. Trên thế giới đã có thành phần xử lí nước thải

trong hồ có bề mặt tới 5km2.

Các hồ hiếu khí hoặc kị khí có thể xây dựng một bậc hoặc nhiều bậc. Chiều sâu của

bậc sau lớn hơn bậc trước. Hồ một bậc thường có diện tích 0.5 – 7 ha, nhiều bậc diện

tích mỗi bậc 2,25 ha. Tùy theo yêu cầu xử lí, có thể xây dựng một hệ thống gồm nhiều

hồ.

5.6.2.4. Ao hồ hiếu khí – kị khí (Ao hồ tùy nghi)

Loại ao hồ này rất phổ biến trong thực tế. Đó là loại kết hợp có hai quá trình song

song phân hủy các chất hữu cơ hòa tan có đều ở trong nước và phân hủy kị khí (sản

phẩm chủ yếu là CH4) cặn lắng ở vùng đáy.

Đặc điểm của ao hồ tùy nghi xét theo chiều sâu có 3 vùng: lớp trền là vùng hiếu khí

(vi sinh vật hiếu khí hoạt động), vùng giữa là vùng kị khí tùy tiện (vi sinh vật tùy nghi

hoạt động) và vùng phía đáy sâu là vùng kị khí (vi khuẩn lên men metan hoạt động).

Nguồn oxi cần thiết cho quá trình oxi hóa các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước

nhờ khuếch tán qua mặt nước do sóng gió và nhờ tảo quang hợp dưới tác dụng của ánh

sáng Mặt Trời. Nồng độ oxi hòa tan ban ngày nhiều hơn ban đêm. Vùng hiếu khí chủ

yếu ở lớp nước phía trên mặt ao hồ có độ sâu tới 1m.

Vùng kị khí xẩy ra ở lớp đáy hồ. Ở đây các chất hữu cơ bị phân hủy kị khí sinh ra

các khí CH4, H2S, H2, N2, CO2 (chủ yếu là CH4. Do quá trình phân hủy kị khí các chất

hữu cơ còn gọi là quá trình lên men metan xẩy ra nhanh hơn. Phân hủy kị khí các chất

hữu cơ thường sinh ra các sản phẩm dạng khí có mùi thối khó chịu và có thể còn bị

cháy nổ hoặc gây nhiễm độc bầu không khí, có khi gây chết người khi ngửi phải hỗn

hợp khí thoát ra từ các bể kị khí với nồng độ cao.

Trong hồ thường hình thành hai tầng phân cách nhiệt: tầng nước phía trên có nhiệt

độ cao hơn tầng dưới. Tầng trên có tảo phát triển, tiêu thụ CO2 làm cho pH chuyển

sang kiềm (có khi tới 9,8). Tảo phát triển mạnh thành lớp dày rồi chết và tự phân làm

cho nước thiếu oxi hòa tan, ảnh hưởng đến vi sinh vật hiếu khí, còn các vi sinh vật kị


khí tùy tiện hoạt động manh. Trong trường hợp này nên khuấy đảo nước hồ để tránh

cho hồ bị quá tải chất hữu cơ.

Xây dựng hồ nên chọn chiều sâu khoảng 1 – 1,5m, tỉ lệ chiều dài và chiều rộng là

1:1 hoặc 2:1. Những nơi có nhiều gió, diện tích hồ nên cho rộng, còn những nơi ít gió,

xây hồ có nhiều ngăn. Đáy hồ cần phải lèn chặt để chống thấm, có thể phải phủ một

lớp đất sét dầy 15cm. Bờ hồ nên gia cố chắc chắn tránh xói lở.

Nếu trường hợp ở trong nước có nồng độ kim loại nặng cao thì cần phải dùng biện

pháp hấp phụ, trao đổi ion…hoặc các biện pháp thích hợp khác để loại chúng làm

giảm nồng độ của chúng. Kim loại nặng cũng như các chất có độc tính khác ảnh hưởng

ức chế hoặc tiêu diệt trước hết là các vi sinh vật, sau đến các giới thủy sinh khác và

cuối cùng ảnh hưởng đến môi trường sống của con người. Nếu các chất độc này nhiễm

vào nước sinh hoạt, nước uống sẽ gây độc rất nguy hiểm cho người và động vật. Quần

thể vi tảo trong ao hồ rất mẫn cảm với độ độc của ion kim loại. Người ta đã đề ra

phương pháp dùng tảo chỉ thị mức độ nhiễm độc của các ion kim loại nặng trong nước.

Bảo dưỡng và vận hành các ao hồ sinh học khá đơn giản: với ao hồ hiếu khí và tùy

nghi cần phải loại bùn và tảo, thay nước và làm cỏ thường xuyên (có thể vài tuần phải

làm một lần). Với ao hồ kị khí thì 2 – 3 năm mới loại bùn một lần.

5.6.2.5. Ao hồ ổn định xử lí bậc III

Nước thải sau khi xử lí cơ bản (bậc II bằng Aeroten, lọc sinh học hay xử lí kị khí

hoặc qua các thiết bị xử lí hóa lí, vật lí…chưa đạt tiêu chuẩn là nước sạch để xả vào

nguồn thì có thể phải xử lí bổ sung (bậc III). Một trong các công trình xử lí bậc III là

ao hồ ổn định sinh học kết hợp với thả bèo, nuôi cá.

Đây là loại ao hồ tùy tiện, nông sâu, rộng hẹp tùy điều kiện cho phép. Trong nước

thải đã xử lí còn một lượng BOD5 nào đó (thí dụ: khoảng 60 – 80 mg/l), còn nitơ ở các

dạng NH4+, NO-

3 và phosphat (nguồn P). Trong ao hồ, hệ vi sinh vật, chủ yếu là vi

khuản, sẽ hoạt động ở 3 vùng: kị khí ở đáy, tùy tiện ở vùng giữa và hiếu khí ở vùng

trên gần mặt nước. Vi sinh vật hoạt động sẽ phân hủy nốt phần BOD còn lại hoặc phần

COD được chuyển sang dễ phân hủy. Ở vùng hiếu khí, tảo phát triển sẽ sử dụng

nguồn N và P cho việc tăng sinh khối, đồng thời thải ra O2 phục vụ cho vi sinh vật

hiếu khí. Ngược lại, vi sinh vật hiếu khí họat động sẽ thải ra CO2 cung cấp nguồn

cacbon phục vụ cho tảo và các loài thực vật thủy sinh khác cho quá trình quang hợp.

Thực vật thủy sinh ở ao hồ ổn định xử lí bậc III thường là bèo cái, bèo tây, rau

muống…Các loại này phát triển, ngoài cung cấp oxi cho vi sinh vật còn có bộ rễ cho

vi khuẩn hiếu kí bám, bộ lá che ánh sáng mặt trời để cho vi khuẩn khỏi bị chết bởi tia

tử ngoại…và như vậy thúc đẩy nhanh quá trình làm sạch nước. Các thực vật thủy sinh

và tảo còn có khả năng hấp thụ kim loại nặng.


Các ao hồ loại này có thể dùng cho các loại nước thải chỉ qua xử lí sơ bộ, nếu còn

đặc thì pha loãng với nước được quy định là sạch theo tỉ lệ 1:3 hoặc 1:5. Việc nuôi cá

cân tham khảo ý kiến của ngành thủy sản.

5.6.3. Cánh đồng tưới và bãi lọc

Đó là khu đất được chuẩn bị riêng biệt để sử dụng đồng thời hai mục đích: Xử lý

nước thải và gieo trồng. Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên diễn ra dưới tác dụng

của hệ vi thực vật dưới đất, mặt trời, không khí và dưới ảnh hưởng của thực vật.

Trong đất, cánh đồng tưới có vi khuẩn, men, nấm, rêu tảo, động vật nguyên sinh và

động vật không xương sống. Nước thải chứa chủ yếu là vi khuẩn. Trong lớp đất tích

cực xuất hiện sự tương tác phức tạp của các vi sinh vật có bậc cạnh tranh.

Số lượng vi sinh vật trong cánh đồng tưới phụ thuộc vào thời tiết trong năm. Vào

mùa đông, số lượng vi sinh vật nhỏ hơn rất nhiều so với mùa hè. Nếu trên các cánh

đồng không gieo trồng cây nông nghiệp và chúng chỉ được dùng để xử lý sinh học

nước thải thí chúng được gọi là các cánh đồng lọc nước. Các cánh đồng tưới sau khi

xử lý sinh học nước thải, làm ẩm và bón phân được xử dụng để gieo trồng cây có hạt

và cây ăn tươi, cỏ, rau cũng như để trồng cây lớn và cây nhỏ (dạng cây bụi, khóm).

Cánh đồng tưới có các ưu điểm sau so với các Aeroten:

1. Giảm chi phí đầu tư và vận hành.

2. Không thải nước ra ngoài phạm vi diện tích tưới.

3. Bảo đảm được mùa cây nông nghiệp lớn và bền.

4. Phục hồi đất bạc màu.

Trong quá trình xử lý sinh học, nước thải đi qua lớp đất lọc, trong đó các hạt lơ

lửng và keo được giữ lại, tạo thành màng trong lỗ xốp của đất.

Sau đó màng được tạo thành này hấp thụ các hạt keo và các chất tan trong nước

thải. Oxy từ không khí xâm nhập vào lỗ xốp oxy hóa các chất hữa cơ, chúng chuyển

thành các hợp chất vô cơ. Oxy khó xâm nhập và lớp đất dưới sâu, vì vậy sự oxy hóa


Hình 5.5: Các quá trình diễn ra ở cánh đồng tưới và bãi lọc

mãnh liệt nhất diễn ra trong lớp đất phía trên (0,2 –0,4m). Nếu không đủ oxy sẽ xảy ra

các quá trình yếm khí. Các cánh đồng tưới tốt nhất nên bố trí trên cát, đất sét thịt và đất

đen. Nước ngầm không được cao hơn 1,25m tính từ mặt đất. Nếu nước ngầm cao hơn

thì cần phải lắp hệ thống thoát nước.

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

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 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 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) trong đó Na, Ca, Mg

là nồng độ các cation tương ứng có trong nước thải được tính bằng meq/L.

Khi dùng cánh đồng lọc để xử lý nước thải công nghiệp cần phải có bước tiền xử

lý nhằm khống chế pH của nước thải trong khoảng 6,5 - 9 để không làm hại thảm thực

vật. Nếu nước thải có SAR cao phải tìm cách loại bỏ Natri để khống chế SAR không

lớn hơn 8 - 10.

Cơ chế sinh học:

Các quá trình sinh học thường diễn ra ở phần rể của thảm thực vật. Số lượng vi

khuẩn trong dất biến thiên từ 1- 3 tỉ/g đất, sự đa dạng của chúng cũng giúp cho quá

trình phân hủy các chất hữu cơ tự nhiên hoặc nhân tạo. Sự hiện diện hay không của

oxy trong khu vực này cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phân hủy và sản phẩm

cuối cùng của hệ thống. Hàm lượng oxy có trong khu vực này tùy thuộc vào cấu trúc

(độ rỗng) của đất. Do sự phân hủy của các vi sinh vật đất, các chất nitrogen,

phosphorus, sulfur chuyển từ dạng hữu cơ sang dạng vô cơ và phần lớn được đồng hóa

bởi hệ thực vật. Lưu ý quá trình khử nitrát cũng có thể diễn ra nếu lưu lượng nạp chất

hữu cơ quá cao, đất quá mịn, thường xuyên ngập nước, mực thủy cấp cao, pH đất

trung tính hoặc kiềm nhẹ, nhiệt độ ấm...

Các mầm bệnh, ký sinh trùng bị tiêu diệt do tồn tại bên ngoài ký chủ một thời gian

dài, cạnh tranh với các vi sinh vật đất, bám trên các bộ phận của thảm thực vật sau đó

bị tiêu diệt bởi tia UV trong bức xạ mặt trời.

5.7. Các công trình hiếu khí nhân tạo xử lý nước thải

5.7.1. Bể phản ứng sinh học hiếu khí - Aeroten

Xử lí nước thải bằng Aeroten được nhà khoa học người Anh đề xuất từ năm 1887,

nhưng đến năm 1914 mới được áp dụng trong thực tế và tồn tại, phát triển rộng rãi cho


đến ngày nay. Quá trình hoạt động sống của quần thể sinh vật trong Aeroten thực chất

là quá trình nuôi vi sinh vật trong các bình phản ứng sinh học (bioreacter) hay các bình

lên men (fermenter) thu sinh khối. Sinh khối vi sinh vật ở trong công nghê vi sinh

thường là từ một giống thuần chủng, còn trong xử lí nước thải là quần thể vi sinh vật,

chủ yếu là vi khuẩn, có sẵn trong nước thải.

5.7.1.1. Đặc điểm và nguyên lí làm việc của Aeroten

Bể phản ứng sinh học hiếu khí – Aeroten là công trình bê tông cốt thép hình khối

chữ nhật hoặc hình tròn, cũng có trường hợp người ta chế tạo các Aeroten bằng sắt

thép hình khối trụ. Thông dụng nhất hiện nay là các Aeroten hình bể khối chữ nhật.

Nước thải chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường

oxi hòa tan và tăng cường quá trình oxi hóa chất hữu cơ có trong nước.

Nước thải sau khi đã được xử lí sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng

hòa tan cùng các chất lơ lửng đi vào Aeroten. Các chất lơ lửng làm nơi vi khuẩn bám

vào để cư trú, sinh sản và phát triển, dần thành các hạt cặn bông. Các hạt này dần dần

to và lơ lửng trong nước. Chính vì vậy, xử lí nước thải ở Aeroten được gọi là quá

trình xử lí với sinh trưởng lơ lửng của quần thể vi sinh vật. Các hạt bông cặn này cũng

chính là bùn hoạt tính (xem chương II). Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẫm,

chứa các chất hữu cơ hấp phụ từ nước thải là nơi cư trú cho các vi khuẩn cùng với các

vi sinh vật bậc thấp khác, như nguyên sinh động vật sống và phát triển. Trong nước

thải có những hợp chất hữu cơ hòa tan – loại hợp chất dễ bị vi sinh vật phân hủy nhất.

Ngoài ra, còn có loại hợp chất hữu cơ khó bị phân hủy hoặc loại hợp chất hòa tan, khó

hòa tan ở dạng keo – các dạng hợp chất này có cấu trúc phức tạp cần được vi khuẩn

tiết ra enzim ngoại bào, phân hủy thành những chất vật liệu cho tế bào hoặc sản phẩm

cuối cùng là CO2 va nước. Các hợp chất hữu cơ ở dạng keo hoặc ở dạng các chất lơ

lửng khó hòa tan là các hợp chất bị oxi hóa bằng vi sinh vật khó khăn hoặc xảy ra

chậm hơn.

Hình 5.6: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của AerotenQuá trình oxi hóa các chất bẩn hữu cơ xẩy ra trong Aeroten qua ba giai đoan:


- Giai đoạn thứ nhất: tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi. Ở giai đoạn này

bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Hàm lượng oxi cần cho vi sinh vật sinh trưởng,

đặc biệt ở thời gian đầu tiên, thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rất phong phú, lượng

sinh khối trong thời gian này rất ít. Sau khi vi sinh vật thích nghi với môi trường,

chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân. Vì vậy, lượng tiêu thụ oxi tăng cao dần.

- Giai đoạn hai: vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi cũng ở mức

gần như ít thay đổi. Chính ở giai đoạn này các chất hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất.

Hoạt lực enzim của bùn hoạt tính trong giai đoạn của enzim oxi hóa của bùn hoạt tính

thường đạt ở thời điểm sau khi lượng bùn hoạt tính (sinh khối vi sinh vật) tới mức ổn

định. Qua các thông số hoạt động của Aeroten cho thấy giai đoạn thứ nhất tốc độ tiêu

thụ oxi (hay tốc độ oxi hóa) rất cao, có khi gấp 3 lần ở giai đoạn hai.

- Giai đoạn ba: sau một thời gian khá dài tốc độ oxi hóa cầm chừng (hầu như ít

thay đổi) và có chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên. Đây là giai

đoạn nitrat hóa các muối amon.

Sau cùng, nhu cầu oxi lại giảm và cần phải kết thúc quá trình làm việc của Aeroten

(làm việc theo mẻ). Ở đây cần lưu ý rằng, sau khi oxi hóa được 80 – 90% BOD trong

nước thải, nếu không khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, cần

phải lấy bùn cặn ra khỏi nước. Nếu không kịp thời tách bùn, nước sẽ bị ô nhiễm thứ

cấp, nghĩa là sinh khối sinh vật trong bùn (chiếm tới 70% khối lượng cặn bùn) sẽ bị tự

phân. Tế bào vi khuẩn có hàm lượng protein rât cao (60 – 80% so với chất khô), ngoài

ra còn có các hợp chất chứa chất béo, hidratcacbon, các chất khoáng…khi bị tự phân

sẽ làm ô nhiễm nguồn nước.

5.7.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải của

Aeroten

- Lương oxi hòa tan trong nước: Điều kiện đầu tiên để đảm bảo cho Aeroten có

khả năng oxi hóa các chất bẩn hữu cơ với hiệu suất cao là phải đảm bảo cung cấp đủ

lượng oxi, mà chủ yếu là oxi hòa tan trong môi trường lỏng, một cách liên tục, đáp ứng

đầy đủ cho nhu cầu hiếu khí của vi sinh vật trong bùn hoạt tính. Lượng oxi có thể được

coi là đủ khi nước thải ra khỏi bể lắng 2 có nồng độ oxi hòa tan là 2mg/l.

Để đáp ứng được nhu cầu oxi hòa tan trong Aeroten người ta thường chọn giải

pháp:

+ Khuấy cơ học với các dạng khuấy ngang, khuấy đứng. Song, biện pháp này

không hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu oxi.

+ Thổi và sục khí bằng hệ thống khí nén với các hệ thống phân tán khí thành

các dòng hoặc tia lớn nhỏ khác nhau.

+ Kết hợp nén khí với khuấy đảo.

- Thành phần dinh dưỡng với vi sinh vật


Trong nước thải, thành phần dinh dưỡng chủ yếu là nguồn cacbon (được gọi là cơ

chất hoặc chất nén được thể hiện bằng BOD) – Chất bẩn hữu cơ bị phân hủy (hoặc bị

oxi hóa) bởi vi sinh vật. Ngoài ra BOD, cần lưu ý tới hai thành phần khác: nguồn nitơ

(thường ở dạng NH4+) và nguồn phosphat (ở dạng muối phosphat). Những hợp chất

này (ở dạng muối amon va phosphat) là những chất dinh dưỡng tốt nhất đối với vi sinh

vật. Vi sinh vật phát triển còn cần tới một loạt các chất khoáng khác như Mg, K, Ca,

Mn, Fe, Co…Thường các nguyên tố này ở dạng ion đều có mặt trong nước thải, không

những chúng đáp ứng cho nhu cầu sinh lý của vi sinh vật mà trong nhiều trường hợp

còn quá thừa dư.

Thiếu dinh dưỡng trong nước thải (coi nước thải là môi trường nuôi cấy) sẽ giảm

mức độ sinh trưởng, phát triển sinh khối của vi sinh vật, thể hiện bằng lượng bùn hoạt

tính tạo thành giảm, kìm hãm và ức chế quá trình oxi hóa các chất hữu cơ gây nhiễm

bẩn.

Nếu thiếu nitơ một cách kéo dài, ngoài việc cản trở các quá trình hóa sinh còn làm

cho bùn hoạt tính khó lắng, các hạt bông bị phồng lên trôi nổi theo dòng nước ra làm

cho nước khó trong và chứa một lượng lớn vi sinh vật, làm giảm tốc độ sinh trưởng

cũng như cường độ oxi hóa của chúng.

Nếu thiếu phosphat, vi sinh vật dạng sợi phát triển và cũng làm cho bùn hoạt tính

lắng chậm và giảm hiêu quả xử lí.

Nói chung, thiếu dinh dưỡng hai nguồn N và P lâu dài sẽ ảnh hưởng nhiều tới cấu

tạo tế bào mới, giảm mức độ sinh trưởng, ảnh hưởng không tốt tới di truyền và các thế

hệ sau của vi sinh vật. Trong thực tế nếu dùng hồi lưu lại nhiều lần các quần thể vi

khuẩn này trong bùn hoạt tính sẽ làm giảm hiệu suất làm sạch nước thải. Để khắc phục

điều này người ta đề xuất một tỉ lệ các chất dinh dưỡng cho xử lí nước thải bằng

phương pháp hiếu khí như sau: BOD:N:P=100:5:1. Tỉ số này thường chỉ đúng cho 3

ngày đầu. Trong thời gian này vi sinh vật trong Aeroten phát triển mạnh và bùn hoạt

tính cũng được tạo thành nhiều nhất (nhất là 1 – 2 ngày đầu tiên). Còn quá trình xử lí

kéo dài thì tỉ lệ này cần là 200:5:1 (thời gian xử lí có thể tới 20 ngày). Để cân đối dinh

dưỡng có thể dùng các muối amon và phosphat bổ sung vào nước thải để tăng nguồn N

và P. Có thể dùng uree hoặc superphosphat vào mục đích này.

Trường hợp dư thừa lượng N và P, vi sinh vật sử dụng không hết, phải khử các

thành phần này bằng các biện pháp đặc biệt tiếp theo (xem chương VIII, mục 8.6.1 và

8.6.2) hoặc xử lí bằng ao hồ ổn định với việc nuôi trồng bèo, rau muống và các thực

vật nổi khác.

- Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ có trong nước thải để đảm bảo cho

Aeroten làm việc có hiệu quả.


Nồng độ cơ chất trong môi trường ảnh hưởng nhiều tới đời sống của vi sinh vật.

Nói chung chúng đều có nồng độ cơ chất tới hạn hoặc cho phép, nếu vượt quá sẽ ức

chế đến sinh lí và sinh hóa của tế bào vi sinh vật, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình trao

đổi chất, đến việc hình thành enzim, thậm chí có thể bị chết. Như vậy, vi sinh vật sẽ bị

ức chế và bị kìm hãm quá trình hoạt động sống trong trường hợp nồng độ chất bẩn hữu

cơ cao hơn nồng độ cho phép.

Nói chung, các loại nước thải có thể xử lí bằng Aeroten có lựợng BOD vào khoảng

500 mg/l, còn trường hợp cao hơn (không quá 1000mg/l) phải xử lí bằng Aeroten

khuấy trộn hoàn chỉnh. Nếu BOD cao quá mức trên đây thì ta phải pha loãng bằng

nước được quy ước là sạch (như nước sông, hồ không bị ô nhiễm) hoặc nước đã qua

xử lí có lượng BOD ở dòng ra thấp. Cũng có thể phải xử lí kị khí trước xử lí hiếu khí.

- Các chất có độc tính ở trong nước thải ức chế đến đời sông của vi sinh vật.

Để đảm bảo cho bùn hoạt tính được tạo thành và hoạt động bình thường trong

nước thải cần phải xác định xem trước nước thải làm môi trường dinh dưỡng để nuôi

vi sinh vật có thích hợp không, có kìm hãm, ức chế đến sinh trưởng và tăng sinh khối

của chúng hay không?

Tiến hành xác định độc tính đối với vi sinh vật, có thể dùng nước thải để nguyên

hoặc pha loãng rồi cân đối dinh dưỡng, sau đó cấy giống vi sinh vật (có thể là giống

thuần chủng hoăc cặn bùn của nước thải).

Việc xác định này chỉ cho ta thấy loại nước thải nào có thể xử lí bằng kĩ thuật bùn

hoạt tính trong Aeroten được hay không, chứ không thể suy ra được được tính độc của

các yếu tố (trong đó có kim loại nặng hoặc các chất độc khác) đối với vi sinh vật.

Nồng độ muối vô cơ trong nước thải không quá 10 g/l. Nếu là muối vô cơ thông

thường, có thể pha loãng nước thải và xử lí bằng phương pháp bùn hoạt tính, còn nếu

làn chất độc như kim loại nặng, các chất độc hữu cơ phải tiến hành phân tích cẩn thận

và có biện pháp xử lí riêng biệt (hấp phụ, trao đổi ion…), sau đó mới có thể xử lí bằng

phương pháp sinh học.

- pH của nước thải có ảnh hưởng nhiều đến các quá trình hóa sinh của vi sinh

vật, quá trình tạo bùn và lắng. Nói chung, pH thích hợp cho xử lí nước thải ở Aeroten

là 6,5 – 8,5. Trong thời gian cuối, nước thải trong Aeroten có pH chuyển sang kiềm, có

thể là các hợ chất nitơ được chuyển thành NH3 hoặc muối amon.

- Nhiệt độ: Nhiệt độ nước thải trong nước thải có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt

động sống của vi sinh vật. Hầu hết các vi sinh vật có trong nước thải là các thể ưa ấm

(mesophile): chúng có nhiệt độ sinh trưởng tối đa là 400C và tối thiểu 50C. Vì vậy,

nhiệt độ xử lí nước thải chỉ trong khoảng 6 – 370C, tốt nhất là 15 – 350C.

Như chúng ta đã biết, nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến chuyển hóa của vi sinh vật

mà còn ảnh hưởng nhiều tới quá trình hòa tan oxi vào nước cũng như khả năng kết


lắng của các bông cặn bùn hoạt tính. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng hóa

sinh thường tính theo phương trình

rT = r20. (T-20)

Trong đó: rT: Tốc độ phản ứng ở T0C

r20: Tốc độ phản ứng ở 200C

: Hệ số hoạt động do nhiệt độ

T: Nhiệt độ nước (0C)

Giá trị trong quá trình xử lí sinh học dao động từ 1,02 đến 1,09 thường lấy là

1,04.

- Nồng độ các chất lơ lửng (SS) ở dạng huyền phù

Sau khi xử lí sơ bộ, tùy thuộc nồng độ lơ lửng có trong nước thải mà xác định

công trình xử lí cơ bản thích hợp như lọc sinh học hoặc Aeroten.

Nếu nồng độ các chất lơ lửng không quá 100mg/l thì loại hình xử lí thích hợp là bể

lọc sinh học cơ bản thích hợp như lọc sinh học hoặc Aeroten.

Con số này cũng chỉ quy ước trong thực nghiệm đối với những Aeroten thông

thường, còn với các Aeroten hiếu khí tích cực (khuấy đảo hoàn chỉnh) nồng độ các

chất rắn lơ lửng có thể là cao hơn.

Song, với lượng chất răng lơ lửng cao thường làm ảnh hưởng tới hiệu quả xử lí. Vì

vậy, đối với những nước thải có hàm lượng chất rắn lơ lửng quá cao cần phải qua lắng

1 trong giai đoạn xử lí sơ bộ một cách đầy đủ có thể loại bỏ vẩn cặn lớn và một phần

các chất rắn lơ lửng.

5.7.1.3. Phân loai Aeroten

Có nhiều cách phân loại Aeroten:

- Phân loại theo chế độ thủy động: Aeroten đẩy, Aeroten khuấy trộn và

Aeroten hỗn hợp.

- Phân loại theo chế độ làm việc của bùn hoạt tính: Aeroten có ngăn hoặc bể

tái sinh (hoạt hóa) bùn hoạt tính tách riêng và loại không có ngăng tái sinh bùn hoạt

tính tách riêng.

- Theo tải trọng BOD trên 1 gam bùn trong một ngày ta có: Aeroten tải trọng

cao, Aeroten tải trọng trung bình và Aeroten tải trọng thấp.

- Theo số bậc cấu tạo trong Aeroten (xây dựng có nhiều ngăn hoặc hành lang)

ta có các Aeroten 1bậc, 2 bậc, 3 bậc…

5.7.1.4. Một số Aeroten thường dùng trong xử lí nước thải

a. Bể Aeroten truyền thống

Bể Aeroten truyền thống được mô tả theo sơ đồ công nghiệp ở hình 5.7


Hình 5.7: Sơ đồ làm việc của bể Aeroten truyền thống

Nước thải sau lắng 1 được trộn đều với bùn hoạt tính hồi lưu ở ngày đầu bể

Aeroten. Lượng bùn hồi lưu so với lượng nước thải có độ ô nhiễm trung bình khoảng

20 – 30%. Dung tích bể tính toán sao cho khi dùng khí nén sục khối nước trong bể

sau 6 – 8h, hoặc làm thoáng bề mặt khuấy cơ học trong 9 – 12 giờ đã đảm bảo hiệu

suất xử lí tới 80 – 95%.

Với Aeroten kiểu này thường dùng để xử lí nước thải có BOD < 400mg/l. Lượng

không khí cấp cho Aeroten làm việc 55 – 65m3 không khí cho 1 kg BOD. Chỉ số thể

tích của bùn (SVI) là 50 – 150ml/g. Tuổi của bùn là 3 – 15 ngày.

Aeroten kiểu này cần có ngăn trong bể hoặc ngoài bể để hoạt hóa (tái sinh) bùn

hoạt tính. Ngăn hay bể phục hồi hoạt tính còn được gọi là ngăn tái sinh hoặc ngăn hoạt

hóa. Nồng độ bùn sau khi phục hồi đạt tới 7 – 8g/l (trong bể Aeroten làm việc chỉ cần

ở nồng độ bùn là 2 – 3g/l).

b. Aeroten tải trọng cao

Nước thải đi vào bể có độ nhiễm bẩn cao, thường là BOD > 500mg/l. Tải trọng

trên bùn hoạt tính là 400 – 1000 mg BOD/g bùn (không tro) trong một ngày đêm.

Nước thải khi xử lí sơ bộ được trộn đều với bùn hồi lưu (lượng bùn khoảng 10 -

20%) rồi vào bể Aeroten. Nồng độ bùn hoạt tính trong bể <= 1000mg/l. Sau 1 – 3 giờ

sục khí đã khử được 60 – 65% BOD và nước ra đã có thể đạt loại C hoặc gần loại B.

Bể loại này thường áp dụng để xử lí nước thải công nghiệp chế biến thịt, sữa. Các

loại bể truyền thống hoặc thông thường có thể thực hiện hiếu khí kéo dài và khử BOD

gần như hoàn toàn. Trong các loại bể này các chất hữu cơ hòa tan dễ phân hủy sẽ bị

oxi hóa trước hết, sau đó là các chất khó phân hủy hơn ở dạng keo hoặc các dạng hạt

nhỏ lơ lửng sẽ bị vi sinh vật hấp thụ rồi bị phân hủy tiếp sau.


c. Bể Aeroten được cấp khí giảm dần theo dòng chảy

Hình 5.8: Bể Aeroten được cấp khí giảm dần theo dòng chảy

Thường nước thải và bùn hoạt tính được đưa vào đầu bể. Thường ở đây có nồng

độ chất hữu cơ nhiễm bẩn lớn nhất, sẽ xảy ra cường độ oxi hóa cao, nhu cầu lượng oxi

lớn nhất. Do đó nhu cầu không khí nhiều nhất và giảm dần theo chiều dài của bể.

Ưu điểm của bể này là:

Giảm được lượng không khí cấp, tức là giảm công suất máy nén khí, giảm điện

năng.

Không có sự làm hiếu khí quá mức ngăn cản sinh trưởng và hoạt động của các

vi sinh khuẩn khử các hợp chất chứa nitơ, trong đó có khâu khử nitrat thành N2 bay

vào không khí.

Thời gian sục khí nước thải cùng bùn hoạt tính (kê cả lượng bùn hồi lưu) là 6 – 8

giờ. Lượng bùn sau hoạt hóa được hồi lưu thường bằng 25 – 50% lưu lượng dòng

vào.

d. Bể Aeroten nhiều bậc

Hình 5.9: Bể Aeroten nhiều bậc

Nước thải sau khi lắng 1 được đưa vào Aeroten bằng cách đoạnh hay theo bậc, dọc

theo chiều dài bể (khoảng 50 – 60%), bùn tuần hoàn đi vào đầu bể.

Cấp khí đều dọc theo chiều dài.

Cấp khí theo cách này sẽ dư oxi một chút ở phần cuối Aeroten. Song, Aeroten

được xây thành nhiều ngăn thì sẽ khắc phục được dễ dàng. Mỗi ngăn ở đây là một bậc.

Nạp theo bậc có tác dụng làm cân bằng tải trọng BOD theo thể tích bể, làm giảm sự


thiếu hụt oxi ở đầu bể và lượng oxi được trải đều theo dọc bể làm cho hiệu suất sử

dụng oxi tăng lên, hiệu suất xử lí sẽ cao hơn.

Các loại bể nhiều bậc xây dựng bêtông cốt thép thường có mặt bằng hình chữ nhật

chia thành nhiều ngăn. Mỗi ngăn có một hoặc nhiều hành lang, ngăn cách bằng tường

dọc lơ lửng không kéo dài tới cạnh đối diện. Nước thải chảy nối tiếp theo chiều hành

lang. Tiết diện của mỗi hành lang có thể là hình vuông hoặc hình chữ nhật. Hình 6.4

giới thiệu các hành lang trong cấu tạo của Aeroten.

Aeroten một hành lang được dùng với trạm xử lí nhỏ và làm việc với quy trình

không hoạt hóa bùn hoạt tính. Nước thải sau khi lắng 1 và bùn hoạt tính hồi lưu từ lắng

2 đều cho vào đầu hành lang (máng phân phối nước nằm ở phía trên, còn máng phân

phối bùn nằm ở phía dưới).

Aeroten hai hành lang thường có ngăn tái sinh (hoạt hóa) bùn hoạt tính. Dùng một

hành lang làm ngăn tái sinh. Thể tích ngăn này thường 50% tổng thể tích

Aeroten.Aeroten kiểu này gần giống Aeroten có ngăn ổn định và ngăn tiếp xúc.

Thường được dùng ở các trạm xử lí nhỏ và trung bình.

Aeroten ba hành lang làm việc thuận tiện khi không cần phục hồi (tái sinh) bùn

hoạt tính. Song, cũng có thể để riêng 1 hành lang (33% tổng thể tích Aeroten) làm

ngăn hoạt hóa bùn hồi lưu.

Aeroten bốn hành lang làm việc có nhiều ưu việt, làm việc thuận tiện hơn bất kì

quy trình công nghệ nào. Có thể dành 25 – 75% tổng thể tích Aeroten để tái sinh bùn

hoạt tính. Aeroten kiểu này có lượng bùn hoạt tính với khả năng oxi hóa khá cao và

hiệu suất khử BOD tương đối lớn.

e. Bể Aeroten có ngăn tiếp xúc với bùn hoạt tính đã ổn định

(Aeroten ổn định- tiếp xúc)

Hình 5.10: Sơ đồ công nghệ xử lí nước thải bằng bể ổn định – tiếp xúc

Bùn hồi lưu được đưa vào ngăn tái sinh (hay ngăn phục hồi hoặc còn gọi là ngăn

hoạt hóa). Ở đây môi trường tái sinh là nước thải có hoặc không được cân bằng dinh

dưỡng, nhưng nhất thiết phải sục khí và khuấy đảo (cũng có thể chỉ cần một trong hai

biện pháp hiếu khí). Bùn được phục hồi ở ngăn này khoảng 2 – 3 giờ, có khi tới 6 giờ

để oxi hóa hết các chất hữu cơ hấp phụ trên bề mặt và các khe hở của hạt bùn, tới khi


ổn định (đạt lượng bùn tối đa và các thông số khác đạt yêu cầu, đặc biệt là khả năng

oxi hóa là cao nhất và ổn định).

Nước thải từ lắng 1 được trộn đều với bùn hoạt tính tái sinh đã ổn định đưa ngăn

tiếp xúc. Ở đây bùn hoạt tính hấp phụ các chất keo, các chất lơ lửng và đồng thời hấp

phụ các chất hữu cơ ở dạng hòa tan có trong nước thải, quá trình oxi hóa lơ lửng và

đồng thời hấp phụ các chất hữu cơ ở dạng hòa tan có trong nước thải, quá trình oxi hóa

các chất này xẩy ra tức thì và diễn ra trong thời gian 30 – 60 phút. Sau khi xử lí hỗn

hợp bùn - nước đi sang bể lắng 2. Bùn thu được ở bể lắng 2 được hồi lưu đưa vào ngăn

tái sinh để làm ổn định. Bùn dư được xả ra ngoài để đưa đi xử lí bùn.

Ưu điểm của bể: thông khí tích cực có dung tích nhỏ, chịu được sự dao động lớn

của lưu lượng và chất lượng nước thải, hiệu suất xử lí khá cao. Quy trình này được

ứng dụng và làm việc cho hiệu suất cao trong xử lí nước thải sinh hoạt và nước thải

công nghiệp thực phẩm.

f. Aeroten thông khí kéo dài

Aeroten thông khí kéo dài được dùng xử lí nước thải có tỉ số là F/M (tỉ lệ giữa

BOD5 trong nước thải và bùn hoạt tính – mg BOD/mg bùn hoạt tính) thấp, tải trọng

thấp, thời gian thông khí thường là 20 – 30 giờ để duy trì hệ vi sinh vật làm việc ở pha

hô hấp nội bào (hay là pha hoạt động nội sinh).

Công suất thích hợp cho Aeroten loại này là <= 3500 m3/ngày. Trong sơ đồ công

nghệ không cần bể lắng, nước chỉ cần loại rác đi thẳng vào Aeroten. Toàn bộ bùn ở

lắng 2 được tuần hoàn lại Aeroten. Bùn dư được đưa lên sân phơi.

Tải trọng của bể này (tính theo BOD trên đơn vị thể tích bể): 240

mgBOD/m3.ngày

Lượng không khí cần cấp theo BOD

Bể sâu 1,8m cần 280 m3/kg BOD5

Bể sâu 2,7m cần 187 m3/1kg BOD5

Nếu làm thoáng bằng máy khuấy cơ học trên bề mặt thì cần không ít hơn 2

kgO2/1kgBOD5

g. Aeroten thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh

Bể hiếu khí có tốc độ thông khí cao và khuấy đảo hoàn chỉnh là loại Aeroten

tương đối lí tưởng để xử lí nước thải có độ ô nhiễm cũng như nồng độ các chất lơ lửng

cao. Aeroten loại này sẽ có thời gian làm việc ngắn. Rút ngắn được được thời gian

thông khí vận hành ở tỉ số F/M cao, giảm tuổi của bùn hoạt tính (thời gian lưu nước

trong bể ngắn).

Trong bể Aeroten khuấy đảo hoàn chỉnh, nước thải, bùn hoạt tính, oxi hóa hòa tan

được khuấy trộn đều, tức thời. Do vậy, nồng độ bùn hoạt tính và oxi hòa tan được


phân bố đều ở mọi nơi trong bể và dẫn đến quá trình oxi hóa được đồng đều, hiệu quả

cao.

Ưu điểm của quy trình công nghệ này là:

+ Pha loãng ngay tức khắc nồng độ chất nhiễm bẩn, kể cả các chất độc hại (nếu

có).

+ Không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở một nơi nào trong bể.

+ Thích hợp cho xử lí nước thải có tải trọng cao, chỉ số thể tích bùn cao, cặn khó

lắng.

Hình 5.11: Sơ đồ công nghệ của bể Aeroten thông khí cao có khuấy đảo hoàn

chỉnh

5.7.1.5. Cung cấp oxi cho Aeroten

Các vi sinh vật trong Aeroten chủ yếu ở dạng hiếu khí. Chúng cần oxi để duy trì

hoạt động sống: tăng trưởng số lượng tế bào và oxi hóa các chất hữu cơ nhiễm bẩn

nước. Trong nước thải có một ít oxi hòa tan được vi sinh vật sử dụng trong thời gian

đầu của quá trình sinh trưởng, sau đó lượng oxi này cạn kiệt. Nhu cầu oxi của vi khuẩn

hiếu khí trong Aeroten rất lớn. Các nguồn oxi do không khí khuếch tán vào nước và có

thể do tảo sinh ra trong quá trình quang hợp cũng không thể đáp ứng được nhu cầu

này. Do vậy, việc cung cấp oxi cho Aeroten – bể phản ứng sinh học hiếu khí và các

dạng công trình hiếu khí khác như các sinh học, mương oxi hóa…là vô cùng quan

trọng.

Trong một số quyển sách về vấn đề này thường được gọi là “Hệ thống làm

thoáng” Thực chất ở đây là cung cấp oxi, mà chủ yếu là oxi hòa tan pha lỏng (nước),

cho nhu cầu sinh lí của v Trong một số quyển sách về vấn đề này thường được gọi là

“Hệ thống làm thoáng” Thực chất ở đây là cung cấp oxi, mà chủ yếu là oxi hòa tan pha

lỏng (nước), cho nhu cầu sinh lí của vi sinh vật.

Cung cấp oxi có các biện pháp:

+ Thổi, nén khí.


+ Làm thoáng cơ học

+ Thổi nén khí kết hợp với khuấy đảo cơ hoc.

Các trạm xử lí lớn cần hiếu khí tích cực cho các Aeroten, người ta thường trang bị

một trạm khí nén. Không khí được nén qua các máy nén khí (Compressor) và đưa vào

bình chứa với áp lực cao rồi xả dần qua các ống dẫn khí vào hệ thống phân phối khí

trong Aeroten.

Hệ thống khí nén cần có bình tách dầu mỡ để tránh làm tắc các lỗ phân phối khí

thành tia hoặc bọt nhỏ, cũng có thể có bình làm nguội khí nén để tránh hiện tượng làm

cho nước thải trong Aeroten tăng nhiệt độ quá giới hạn làm việc.

Việc phân phối khí đều trong các lớp nước ở Aeroten có ý nghĩa rất lớn. Nó ảnh

hưởng trực tiếp đến độ hòa tan của oxi, hệ số sử dụng oxi của vi sinh vật, đến hiệu quả

xử lí và công suất sử dụng điện năng, chi phí quản lí…Để phân phối khí người ta hay

dùng hệ thống ống lắp theo hình xương cá đặt trong lòng Aeroten; ống có đục lỗ nhỏ

để phun thành tia khí hoặc không đục lỗ mà cho phun thành dong bọt lớn; lắp ở đầu

khí ra là các ống xốp, tấm xốp hình vòng tròn, hình nón..

Kích thước các lỗ phân phối khí như sau:

d <= 0,1 mm cho bọt khí nhỏ

d từ 2 đến 5 mm cho bọt khí trung bình,

d từ 5 đến 25 mm cho bọt khí lớn.

Phổ biến nhất là phương pháp phân phối khí qua tấm xốp. Khí ra khỏi các lỗ nhỏ

của tấm xốp thành tia bọt khí làm cho hỗn hợp nước bùn chuyển động thành vòng

xoắn. Diện tích các tấm xốp chiếm tới 6 – 10% diện tích đáy bể.

Tấm xốp vuông thường có kích thước 0,3 x 0,3 x 0,04m. Đĩa xốp có đường kính

khoảng gần như thế. Vật liệu xốp được chế bằng oxit nhôm trộn với keramzit, đá thạch

anh, than cốc, backelit và bột thủy tinh rồi nung chảy.

Dùng tấm xốp có nhiều ưu điểm hơn so với ống đục lỗ: hệ số sử dụng không khí

tăng 1,75 lần. Song, biện pháp này cũng có nhược điểm là các lỗ của tấm xốp dễ bị kín

làm tắc dòng khí do cac nguyên nhân: bụi bẩn dầu mỡ trong không khí, gỉ sắt hoặc vi

khuẩn, nấm mốc phát triển ở trong các lỗ đó.

Phân phối khí bằng ống đục lỗ, sau một thời gian sử dung các lỗ này có thể bị vít

kín với các nguyên nhân giống như trên. Trong số ống đục lỗ người ta có thể dùng ống

có lỗ khoan với d = 2,5 mm. Các ống này đặt lơ lửng cách mặt nước là 0,8 – 1 m. Hoặc

có thể dùng quạt gió thổi mạnh thay máy nén khí.

Làm thoáng (hiếu khí) bằng các máy khuấy đảo cơ học. Các loại máy khuấy đảo

cơ học có thể là rất khác nhau, nhưng nguyên lí công tác đều giống nhau: khi thiết bị

làm việc sẽ tạo ra vùng áp thấp để không khí thâm nhập vào nước.

Các thiết bị làm thoáng cơ học có thể phân theo:


+ Hiệu ứng: loại xâm nhập sâu, loại xâm nhập bề mặt;

+ Mặt phẳng đặt trục quay của cánh khuấy: loại nằm ngang, loại đứng;

+ Cấu tạo của cánh khuấy: loại nón, đĩa, trục, bánh xe, tuốc bin và xoắn ốc.

Lắp hệ thống khuấy cơ học với các thiết bị thường không ngập quá sau trong

nước. Phần môtơ điện ở phía trên mặt nước làm quay hệ thống khuấy đảo để không

khí thâm nhập vào nước. Trong thời gian gần đây người ta chế tạo thiết bị làm thoáng

cơ học di động để khuấy đảo nước thải trong các hồ sinh học.

Với máy khuấy cơ học, có ý kiến cho rằng, nếu đảm bảo độ hiếu khí thì bùn hoạt

tính trong Aeroten sẽ lắng đọng tốt hơn, giá thành quản lí thấp hơn 15% so với khí

nén. Khuấy đảo cơ học có thể áp dụng cho Aeroten có công suất 800 – 3000 m3/ngày.

Hệ thống hiếu khí kết hợp gồm sục khí nước bằng khí nén và khuấy đảo bằng cơ

hoc. Hệ thống này có thể là các thiết bị tách rời: hệ thống khí nén và khuấy đảo riêng

biệt như đã giới thiệu ở trên hoặc đưa khí nén vào trục máy khuấy đứng có một hoặc

vài tua bin. Ở dưới tuốc bin cuối cùng ngập sâu ở trong nước, người ta gắn một vành

đục lỗ phân tán khí. Không khí đi ra khỏi lỗ nhỏ của vành thành tia kết hợp khuấy trộn

của cánh tuốc bin sẽ được hòa tan tốt hơn.

Hiếu khí khuấy trộn hòan chỉnh gồm hai hệ thống: sục khí nén và khuấy trộn bề

mặt tích cực thường trang bị cho các Aeroten xử lí các loại nước thải có chỉ số thể tích

bùn cao, cặn khó lắng và có thể là nước thải có BOD cao cần pha loãng ngay tức khắc

trong toàn thể tích bể, không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ.

5.7.1.6. Mương oxi hóa

Năm 1950, lần đầu tiên ở Hà Lan, công trình đưa mương oxi hóa vào xử lí nước

thải do tiến sĩ Pasveer công tác tại Viện nghiên cứu Pulic Engineering chủ trì. Đến nay

mương oxi hóa có nhiều cải tiến và được áp dụng rộng rãi, đặc biệt ở các trạm xử lí

với quy mô nhỏ.

Mương oxi hóa là một dạng cải tiến của Aeroten khuấy trộn hoàn chỉnh làm việc

trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính (sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật

trong nước thải) chuyển động tuần hoàn trong mương. Nước thải có độ nhiễm bẩn cao

BOD20 = 1000 – 5000 mg/l có thể đưa vào xử lí ở mương oxi hóa. Đối với nước thải

sinh hoạt chỉ cần qua chắn rác, lắng cát và không qua lắng 1 và có thể đưa vào mương

oxi hóa. Tải trọng của mương tính theo bùn hoạt tính vào khoảng 200g BOD5/kg.ngày.

Một phần bùn được khoáng hóa ngay trong mương. Do đó, số lượng bùn giảm khoảng

2,8 lần. Thời gian xử lí hiếu khí 1 – 3 ngày.


Hình 5.12: Cấu tạo mương oxi hóa

Mương oxi hóa có dạng hình chữ nhật, hình tròn hay hình elíp. Đáy và bờ có thể

làm bằng bê tông cốt thép hoặc đào (đắp) đất có gia cố. Chiếu sâu công tác từ 0,7 đến

1,0 m. Tốc độ chuyển động nước trong mưong >= 0,3 m/s, làm thoáng (khuấy đảo)

bằng thiết bị cơ học với trục nằm ngang.

5.7.2. Lọc sinh học

5.7.2.1. Nguyên lý

Phương pháp lọc nước nói chung loài người đã biết từ lâu, song đưa đưa nó thành

một biện pháp công nghệ xử lí nước nói chung và nước thải nói riêng mãi tới thể kỷ

XIX mới được xác lập. Lọc sinh học lần đầu tiên được áp dung ở Mĩ năm 1891 và ở

Anh năm 1893. Khái niệm về sinh học lọc nhỏ giọt được phát triển từ khi dùng các bể

lọc tiếp xúc được chứa đầy các đá hòn bị đập vỡ và cho nước đi qua. Nước chảy qua

lọc, tiếp xúc với mọi vật liệu lọc trong khoảng thời gian ngắn.

Về nguyên lí của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi

sinh vật ở màng sinh học, oxi hóa các chất bẩn hữu cơ có trong nước. Các màng sinh

học, là tập thể các vi sinh vật ở màng sinh học, oxi hóa các chất bẩn hữu cơ có trong

nước. Các màng sinh học, là tập thể các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hiếu khí, kị

khí và kị khí tùy tiện. Các vi khuẩn hiếu khí được tập trung ở phần lớp ngoài của màng

sinh học. Ở đây chúng phát triển và gắn với giá màng là các vật liệu lọc (được gọi là

sinh trưởng gắn kết hay sinh trưởng dính bám).

Trong quá trình làm việc, các vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy từ trên xuống,

sau đó nước thải đã làm sạch được thu gom xả vào lắng 2. Nước vào lắng 2 có thể theo

những mảnh vỡ của màng sinh học bị tróc ra khi lọc làm việc. Trong thực tế, một phần

nước đã qua lắng 2 được quay trở lại làm nước pha loãng cho các loại nước thải đậm

đặc trướ khi vào bể lọc và giữ nhiệt cho màng sinh học làm việc.

Chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxi hóa bởi quần thể vi sinh vật ở màng

sinh học. Màng này thường dầy khoảng 0,1 – 0,4 mm. Các chất hữu cơ trước hết bị

phân hủy bở vi sinh vật hiếu khí. Sau khi thấm sâu vào màng, nước hết oxi hòa tan và

sẽ chuyển sang phân hủy bởi vi sinh vật kị khí. Khi các chất hữu cơ có trong nước thải


cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ chuyển sang hô hấp nội bào và khả năng kết

dính cũng giảm, dần dần bị vỡ cuốn theo nước lọc. Hiện tượng này gọi là “tróc màng”.

Sau đó lớp màng mới lại xuất hiện.

5.7.2.2. Phân loại

Lọc sinh học đang được dùng hiện này chia làm hai loại:

+ Lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập nước

+ Lọc sinh học có vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước.

5.7.2.3. Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước

a. Lọc phun hay nhỏ giọt (Trickling filter)

Nguyên lý cấu tạo và hoạt động

Lọc nhỏ giọt là loại bể lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập nước. Các vật

liệu lọc có độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích là lớn nhất trong

điều kiện có thể. Nước đến lớp vật liệu lọc chia thành các dòng hoặc hạt nhỏ chảy

thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên

bề mặt vật liệu và được làm sạch do vi sinh vật của màng phân hủy hiếu khí và kị khí

các chất hữu cơ có trong nước. Các chất hữu cơ phân hủy hiếu khí sinh ra CO 2 và

nước, phân hủy kị khí sinh ra CH4 và CO2 làm tróc màng ra khỏ vật mang, bị nước

cuốn theo. Trên mặt giá mang là vật liệu lọc lại hình thành lớp màng mới. Hiện tượng

này được lặp đi lặp lại nhiều lần. Kết quả là BOD của nước thải vi sinh vật sử dụng

làm chết chất dinh dưỡng và bị phân hủy kị khí cũng như hiếu khí: nước thải được làm

sạch.

Hình 5.13: Nguyên lý cấu tạo bể lọc sinh học nhỏ giọtNước thải trước khi đưa vào xử lí ở lọc phun (nhỏ giọt) cần phải xử lí sơ bộ để

tránh tắc nghẽn các khe trong vật liệu. Nước sau khi xử lí ở lọc sinh học thường nhiều

chất lơ lửng do các mảnh vỡ của màng sinh học cuốn theo, vì vậy cần phải đưa vào

lắng 2 và lưu ở đây thời gian thích hợp để lắng cặn. Trong trường hợp này, khác với

nước ra ở bể Aeroten: nước ra khỏi lọc sinh học thường ít bùn cặn hơn ra từ Aeroten.

Nồng đọ bùn cặn ở đây thường nhỏ hơn 500 mg/l, không xảy hiện tượng lắng hạn chế.

Tải trọng bề mặt của lắng 2 sau lọc phun vào khoảng 16 – 25 m3/m2.ngày.


Vật liệu lọc

Vật liệu lọc khá phong phú: từ đá dăm, đá cuội, đá ong, vòng kim loại, vòng gốm,

than đá, than cốc, gỗ mảnh, chất dẻo tấm uốn lượn…Các loại đá nên chọn các cục có

kich thước trung bình 60 – 100mm. Chiều cao lớp đá chọn khoảng 0,4 – 2,5 – 4m,

trung bình là 1,8 – 2,5m, kích thước hạt, cục vật liệu nhỏ sẽ làm giảm độ hở giữa các

cục vật liệu gây tắc nghẽn cục bộ, nếu kích thước quá lớn thì diện tích tiếp xúc bị hở

giảm nhiều dẫn đến giảm hiệu suất xử lí. Bể với vật liệu là đá dăm thường có dạng

hình tròn. Nước thải được phân phối trên bề mặt lớp vật liệu lọc nhờ một hệ thống giàn

quay phun nước thành tia hoặc nhỏ giọt.

Các thanh gỗ, đặc biệt là gỗ đỏ ở Mĩ, và các tấm chất dẻo (plastic) lượn sóng hoặc

gấp nếp được xếp thành những khối bó chặt được gọi là môđun vật liệu. Các modun

này được xếp trên giá đỡ, khối lượng toàn bộ của vật liệu giảm đi nhiều và làm cho

chiều cao của lọc có thể tăng đáng kể (tới 9 hoặc 12 – 16m), giúp ta thiết kế những

tháp lọc

Những thập niên gần đây, do kĩ thuật chất dẻo có nhiều tiến bộ, nhựa PVC

(polyvinyl clorit), PP ( polypropylen) được làm thành tấm lượn sóng, gấp nếp, dạng

cầu khe hở, dạng vành hoa (plasdek), dạng vách ngăn…có đặc điểm là rất nhẹ

Phần lớn các vật liệu lọc có trên thị trường đáp ứng các yêu cầu sau:

+ Diện tích riêng lớn, thay đổi từ 80 – 220 m2/m3

+ Chỉ số chân không cao để tránh lắng đọng ( thường cao hơn 90%)

+ Nhẹ có thể sử dụng ở độ cao lớn ( từ 4 đến 10 m hoặc cao hơn)

+ Có độ bền cơ học đủ lớn. Khi làm việc, vật liệu dính màng sinh học và ngậm

nước nặng tới 300 – 350 kg/m3. Để tính toán, giá đỡ thường lấy giá trị an toàn là 500

kg/m3

+ Quán tính sinh học cao

+ Ổn định hóa học

Vật liệu là chất dẻo khác nhau về hình dạng được xác định bằng tỉ số giữa diện

tích bề mặt/thể tích; trọng lượng/ thể tích; tính xốp của vật liệu, bản chất của vật liệu.

Tuổi thọ trung bình của vật liệu chất dẻo vào khoảng chục năm. Việc thay chúng

do nhiều nguyên nhân: do quá bẩn, giá đỡ bị hỏng…

Hệ thống lọc sinh học được thiết lập đầu tiên tại trại thực nghiệm Lawrence, bang

Matsachusét, nước Mĩ năm 1891. Đến năm 1940 ở nước này đã có 60% hệ thống xử lí

nước thải áp dụng công nghệ lọc sinh học. Năm 1946 Hội đồng nghiên cứu của liên

bang về vấn đề lọc nước đã khuyến cáo dùng toán học để thiết kế các hệ thống lọc sinh

học. Sự phát triển các chất polime đã tạo điều kiện cho biện pháp công nghệ xử lí nước

thải bằng lọc sinh học được sử dụng rộng rãi.


Trước đây vật liệu lọc thường là đá dăm, đá cuội có kích thước 25x100 mm với bể

lọc cao khoảng 1 – 25m, đến nay, nhờ có plastic làm vật liệu lọc, bể lọc có thể cao tới

9 – 10m hoặc 12 – 18 m (tháp lọc). Tùy thuộc vào đặc tính cũng như hàm lượng các

chất nhiễm bẩn ở trong nước, người ta thiết kế hệ đưa nước thải vào lọc bằng hệ thống

phun hoặc nhỏ giọt quay có điều chỉnh được thời gian nước ở lọc và tốc độ dòng chảy.

Với quần thể vi sinh vật bám vào các vật liệu lọc như đá granit, vòng gốm, nhựa

plastic…Qúa trình oxi hóa diễn ra rất nhanh. Do vậy, hệ thống này có những ưu điểm:

+ Rút ngắn được thời gian xử lí

+ Đồng thời có thể xử lí hiệu quả nước cần có quá trình khử nitrat hoặc phản

nitrat hóa.

Tuy vậy, hệ thống này có tác nhược điểm là không khí ra khỏi lọc thường có mùi

hôi thối và xung quang lọc có nhiều ruồi muỗi.

Thông khí ở bể lọc sinh học

Bể lọc sinh học làm việc trong điều kiện thoáng khí. Ngoài việc cấp oxi cho vi

sinh vật ở màng sinh học hoạt động, thoáng khí còn có tác dụng loại ra khỏi lọc các

khí tạo thành do quá trình phân hủy các chất hữu cơ có trong nước, như CO2 và có thể

có cả CH4, H2S…

Thông khí ở đây có thể bằng cách tự nhiên hoặc nhân tạo. Thông khí tự nhiên là

do sự chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài bể lọc. Nếu nhiệt độ của nước thải lớn hơn

nhiệt độ của không khí thì không khí sẽ đi ra từ cửa thông khí ở thành phía dưới gần

đáy bể, qua lớp vật liêu lọc đi lên. Ngược lại, nếu nhiệt độ của nước thải thấp hơn

nhiệt độ của không khí thì hợp nhiệt độ của nước thải và không khí bằng nhau thì bể

lọc không thông khí. Trường hợp này khắc phục bằng thông khí nhân tạo.

Trong thông khí nhân tạo, người ta dung quạt gió thổi vào khoảng trống ở đây bề

mặt và không khí từ đó đi lên qua các khe hở của lớp vật liệu.

Lượng không khí cần thiêtd cho lọc sinh học tính theo công thức:

WKK = BOD20(g/m3.ngày)/21

WKK: lượng không khí cần thiết (m3/m2 nước thải.ngày)

21: tỉ lệ % của oxi trong không khí

Qua thực tế xác định được lượng oxi sử dụng trong lọc sinh học và trong các công

trình sinh học thường không quá 7 – 8% lượng oxi cung cấp.

Khi nhiệt độ dưới 60C, quá trình oxi hóa chất hữu cơ trong nước thải không xảy ra

b. Thiết bị lọc đĩa quay

Nước sau khi qua lọc phun hoặc nhỏ giọt, nhất là đối với lọc cao tải, có thể chưa

đạt yêu cầu, có thể cho nước tuần hoàn trở lại với mục đích tăng thời gian tiếp xúc

giữa nước thải với màng sinh học để tăng hiệu quả xử lí. Khi tuần hoàn nước trở lại


cũng làm tăng tải trọng thủy lực làm cho màng dễ bị vỡ và tróc khỏi vật liệu, đẩy mạnh

quá trình tạo màng

Hình 5.14: Lọc dạng đĩa quay

Đĩa quay sinh học được áp dụng đầu tiên ở CHLB Đức năm 1960 sau đó ở Mĩ và

Canada, 70% hệ thống RBC được sử dụng để loại BOD, 25% để loại BOD và nitrat,

5% để loại nitrat. Hệ đĩa quay gồm những đĩa tròn polystyren hoặc polyvinyl clorit đặt

gần sát nhau nhúng chìm khoảng 40 – 90% trong nước thải hoặc quay với vận tốc

chậm. Tương tụ như bể lọc sinh học, một lớp màng sinh học được hình thành và bám

chắc vào vật liệu đĩa quay

Khi quay, màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đó tiếp

xúc với oxi hóa khi ra khỏi nước thải. Đĩa quay được nhờ môtơ hoặc sức gió. Nhờ

quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc được với không khí vừa tiếp xúc được

với chất hữu cơ trong nước thải, vì vậy chất hữu cơ được phân hủy nhanh.

Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hoạt động của RBC là lớp màng sinh học.

Khi bắt đầu vận hàng các vi sinh vật trong nước bám vào vật liệu và phát triển ở đó

cho đến khi tất cả vật liệu được bao bởi lớp màng nhầy dầy chừng 0,16 – 0,32 cm.

Sinh khối bám chắc vào RBC tương ứng như ở màng sinh học.

Vi sinh vật trong màng bám trên đĩa quay gồm các vi khuẩn kị khí tùy tiện như

Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococus,… Các vi sinh vật hiếu khí

như Bacillus thì thường có ở lớp trên của màng. Khi kém khí hoặc yếm khí thì tạo

thành lớp màng vi sinh vật mỏng và gồm các chủng vi sinh vật thường mùi khó chịu.

Nấm và các chất hữu cơ. Sự đóng góp của nấm chỉ quan trọng trong trường hợp pH

nước thải thấp hoặc các loại nước thải công nghiệp đặc biệt, vì nấm không thể cạnh

tranh với các loại vi khuẩn về thức ăn trong điều kiện bình thường. Tảo mọc trên bề


mặt lớp màng vi sinh vật làm tăng cường sức chịu đựng CO2 của lớp màng sinh học.

Nói chung pH tối ưu cho RBC là từ 6,5 – 7,8, khi để oxi hóa các chất hidratcacbon thì

pH thích hợp là 8,2 – 8,6. Để nitrat hóa, pH tối ưu khoảng 7,2 – 7,8. Quá trình nitrat

hóa có thể đưa tới việc kiềm hóa môi trường vì vậy thêm các chất kiềm như vôi chẳng

hạn là điều kiện cần thiết.

Các chất dinh dưỡng vô cơ trong nước thải sinh hoạt đủ cho sự phát triển của vi

sinh vật, vì vậy không cần thiết phải thêm chất dinh dưỡng. Tuy nhiên đối với nước

thải công nghiệp thì cần phải thêm chất dinh dưỡng, tỉ lệ thường đề nghị BOD 5: N:P là

100: 5 :1.

Nhiệt độ nước thải ở mức 13 – 320C không ảnh hưởng nhiều đến quá trình hoạt

động. Tuy nhiên khi nhiệt độ giảm dưới 130C thì hiệu quả xử lí giảm. Để đạt được hiệu

quả cao, nước thải phải được giữ ở điều kiện thoáng khí trong toàn bộ hệ thống để đảm

bảo quá trình oxi hóa hidratcacbon và nitrat hóa. Có đề nghị cho rằng nên giữ lượng

oxi hòa tan ở mức 1 – 2 mg/l trong bón xử lí để phòng việc thiếu oxi làm hạn chế mức

độ xử lí ở lớp dưới.

Mật độ trung bình 9300 m2/ trục dài 8m, mật độ cao từ 11000 – 16700 m2/ trục 8

m, thể tích thích hợp là 51/m2. Như vậy, sử dụng vật liệu lọc có bề mặt lớn sẽ có hiệu

quả cao. Vật liệu dạng lưới nói chung là tốt hơn dạng đĩa, vì bề mặt của dạng lưới lớn

hơn. Nhưng dùng dạng này ở giai đoạn đầu dễ bị tắc nghẽn dẫn đến việc đưa chất thải

vào chậm làm giảm hiệu lực của thiết bị. Vận tốc quay của điã khoảng 0,3 m/s.

Trong quá trình vận hành, sự sinh trưởng của vi sinh vật được gắn kết vào bề mặt

các đĩa và sẽ hình thành lớp màng mỏng trên các bề mặt xấp nước đĩa. Khi đĩa quay,

lần lượt sẽ làm cho lớp màng sinh học (sinh khối) tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước

thải với khí quyển để hấp thụ oxi. Đĩa quay sẽ ảnh hưởng tới sự vận chuyển oxi và

đảm bảo cho sinh khối tồn tại trong điều kiện hiếu khí. Đĩa quay cũng là một cơ chế để

tách chất rắn đã bị tróc màng. Một số mảng vỡ được tách khỏi đĩa, ở trạng thái lơ lửng

để sau đó theo dòng nước chuyển sang bể lắng. Đĩa sinh học có thể dùng để xử lí bậc

hai đồng thời cũng có thể hoạt động như kiểu quá trình theo mùa, nitrat hóa và khử

nitrat.

Đĩa quay sinh học thường được thiết kế trên cơ sở yếu tố tải trọng rút ra từ kết quả

nghiên cứu ở trạm thử nghiệm, mô hình sản xuất, mặc dù (có thể phân tích) năng suất

của nó theo phương pháp tiệm cận, tương tự như đối với các bể lọc sinh học. Cả hai

chỉ tiêu tải trọng thủy lực và tải trọng chất hữu cơ đều được dùng để xác định kích

thước công trình xử lí bậc hai. Các loại tải trọng đối với thời tiết ấm áp và toàn năm về

nitrat hóa sẽ thấp hơn nhiều so với tải trọng khi xử lí bậc hai.

Năng suất tải của đĩa RBC vào khoảng 0,5 – 1 kg BOD/m3.ngày. Nên giảm bớt

chất hữu cơ vào ơ giai đoạn đầu để đề phòng xảy ra hiện tượng thiếu oxi. Tải lượng


nước trên bề mặt vật liệu của RBC thay đổi trong khoảng 0,03 – 0,06 m3/m2.ngày với

nước thải xử lí lần 2 và 0,01m3/m2.ngày với nước cần xử lí nitrat. Mối liên quan giữa

thể tích bồn chứa và bề mặt vật liệu có ý nghĩa rất lớn. Dung tích tối ưu của bồn chứa

xử lí nước sinh hoạt là khoảng 4,88 1/m2 bề mặt vật liệu và thời gian lưu nước khoảng

40 – 90 phút cho oxi hóa các hợp chất cacbon hữu cơ và 90 – 240 phút cho nitrat hóa.

Về phương diện thiết kế RBC và thực tế thấy rằng, ở đĩa sinh học luợng sinh khối M

tồn tại là lớn và do đó tỉ số F/M là nhỏ. Chính vì lẽ đó các RBC có tải trọng thủy lực

cao và tải trọng các chất hữu cơ cũng cao, dẫn đến xử lí nước thải rất có hiệu quả.


CHƯƠNG 6: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP

SINH HỌC KỊ KHÍ

6.1. Khái niệm

Phương pháp xử lý kị khí dùng để loại bỏ các chất hữu cơ trong phần cặn của nước

thải bằng vi sinh vật tuỳ nghi và vi sinh kị khí.

Hai cách xử lý yếm khí thông dụng là:

• Lên men axit: Thuỷ phân và chuyển hoá các sản phẩm thuỷ phân (như axit

béo, đường) thành các axit và rượu mạch ngắn hơn và cuối cùng thành khí cacbonic.

• Lên men metan: Phân huỷ các chất hữu cơ thành metan (CH4) và khí cacbonic

(CO2) việc lên men metan nhạy cảm với sự thay đổi pH. pH tối ưu cho quá trình là từ

6,8 đến 7,4. Thí dụ về phản ứng metan hoá:

Methanosarcina

CH3COOH → CH4 + CO2

2CH2(CH2)COOH3 → CH4 + 2CH3COOH + C2H5COOH + CH4 + CO2

Các phương pháp kị khí thường được dùng để xử lý nước thải công nghiệp và chất

thải từ trại chăn nuôi.Tùy theo điều kiện cụ thể (tính chất, khối lượng nước thải, khí

hậu, địa

hình, mặt bằng, kinh phí...) người ta dùng một trong những phương pháp trên hoặc kết

hợp chúng với nhau.

6.2. Cơ sở hóa sinh của quá trình phân hủy kị khí

6.2.1. Cơ chế phân giải 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

cơ

lên 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.

3. Tạo methane.

Hình 6.1: Ba giai đoạn của quá trình lên men yếm khí (Mc. Cathy, 1981)

Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ là một quá trình phức tạp gồm nhiều giai

đoạn có thể tóm tắt trong sơ đồ sau:


a. Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân

Các hợp chất hữu cơ phân tử lương lớn như protein, gluxit, lipit,… bị phân hủy

dưới tác dụng của các enzim hydrolaza của vi sinh vật thành các chất hữu cơ phân tử

lượng nhỏ như đường đơn giản, axit amin, rượu, axit béo,…

Trong giai đoạn thủy phân, phần lớn các hợp chất gluxit được phân hủy nhanh.

Các hợp chất protein được phân giải chậm hơn. Các hợp chất hữu cơ phân tử lượng

lớn như xenlulo, liguoxenlulo,…thường được phân hủy chậm và không triệt để do cấu

trúc phức tạp.

b. Giai đoạn 2: Giai đoạn lên men axit hữu cơ

Các sản phẩm thủy phân sẽ được các vi sinh vật hấp thụ và chuyển hóa. Trong

điều kiện yếm khí, sản phẩm phân hủy là các hợp chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ như

axit propionic, axit butyric, axit béo,… các rượu, andehit, axeton và cả một số ít axit

amin. Thành phần của các sản phẩm trong giai đoạn lên men phụ thuộc vào bản chất

các chất ô nhiễm, tác nhân sinh học và điều kiện môi trường.

Đặc biệt trong giai đoạn này, các axit amin hình thành do thủy phân protein cũng

sẽ được khử amin, một phần các gốc amin (- NH2) được vi sinh vật sử dụng cho sinh

trưởng và phát triển, phần còn lại trong nước thải được chuyển hóa thành - NH4+.


c. Giai đoạn 3: Giai đoạn lên men tạo axit axxetic

Các sản phẩm lên men phân tử lượng lớn như axit béo, axit lactic,… sẽ được từng

bước chuyển hóa đến axit axetic.

3CH3-CHOH-COOH 2CH3-CH2-COOH + CH3-COOH + CO2 + 2H2O

Các axit béo phân tử lượng lớn được phân cắt từng bước tại nguyên tử caacbon ở

vị trí .

Rn-CH2-CH2-COOH + 2H2O R(n-2)-COOH + CH3-COOH

d. Giai đoạn 4: Giai đoạn metan hóa

Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình xử lý yếm khí, nhất là khi

quá trình được thực hiện để thu biogas. Hiệu quả xử lý sẽ cao khi các sản phẩm trung

gian được khí hóa hoàn toàn.

Trong xử lý yếm khí sự hình thành khí metan thường xảy ra theo hai cơ chế chủ

yếu:

+ Sự hình thành do decacboxyl hóa:

CH4 được hình thành do decacboxyl axit axetic

CH3-COOH CH4 + CO3

CH4 hình thành do decacboxyl hóa các axit hữu cơ khác

4CH3-CH2-COOH 7CH4 + 5CO2

2CH4-(CH2)2-COOH 5CH4 + 3CO2

CH4 cũng có thể hình thành do decacboxyl các chất trung tính

2C2H5OH 3CH4 + CO2

CH3-CO-CH3 2CH2 + CO2

+ Sự hình thành CH4 theo cơ chế khử CO2

Hydro được hình thành do quá trình lên men các axit hữu cơ trong điều kiện yếm

khí sẽ được hầu hết các vi khuẩn metanogene sử dụng như nguồn năng lượng để khử

CO2.

8H+ + CO2 CH4 + 2H2O

Khoảng 30% CH4 được hình thành theo cơ chế này.

6.2.2. Tác nhân sinh học

Trong phân giải yếm khí các quá trình thủy phân và lên men xảy ra dưới tác dụng

của nhiều loại vi khuẩn khác nhau. Thành phần của khu hệ vi sinh vật trong phân giải

yếm khí phụ thuộc chủ yếu vào bản chất của các chất ô nhiễm có trong nước thải.

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).

- Vi sinh vật trong giai đoạn thủy phân và lên men axit hữu cơ

+ Môi trường giàu xenlulo thường có các vi khuẩn: Bacillus, Pseudocuonas,

Alcaligenes.

+ Môi trường giàu tinh bột: Micrococus, Lactobacilleu, Pseudoconas spe,

Clostridium.

+ Môi trường giàu protein: Bacillus, Bacterium coli và E. coli, Clostridium,

Proteus.

+ Môi trường giàu lipit: Bacterioides, Bacillus, Alcaligenes, Pseudodonionas.

Trong đó các chủng: Bacillus, Clotridium, Lactobacillus, Bacterioides,

Pseudomonas và Enterobacter chiếm đa số.

Phần lớn các vi khuẩn thủy phân và lên men axit hữu cơ ít nhạy cảm với môi

trường. Chúng có thể phát triển trong giải pH = 2 – 7. Tuy nhiên pH tối ưu từ 5 – 7 ở

nhiệt độ 33 – 40oC.

- Vi khuẩn Axetogene

Vi khuẩn tạo axit axetic thường phát triển trong môi trường cùng với vi khuẩn

metan hóa. Vi khuẩn Axetogen tạo ra H2 trong quá trình lên men nhưng nó lại bị chính

sản phẩm này bị ức chế vì vậy trong môi trường có các vi khuẩn metan hóa, khí H2

hoặc H+ sẽ được sử dụng để khử CO2.

Một số chủng vi khuẩn Acetogen có hiệu quả metan hóa cao như:

+ Syntrophobacter wolonii, Syntro. wwolfei và Syntro. Buswelii.

Nhiệt độ tối ưu: 33 – 40oC, pH: 6 – 8.

Hai nhóm vi khuẩn khác cũng có khả năng tạo Axetic như:

+ Nhóm vi khuẩn khử sunfat: Selenomonas, Clostridium, Riminococcus và

Desulfovibrio. Trong môi trường hỗn hợp với vi khuẩn metan hóa, tạo sản phẩm chủ

yếu là axit axetic.

+ Nhóm vi khuẩn Homoacetogen, chúng tạo axit acetic từ CO2 và H2.

2CO2 + 4H2 CH3 COOH + 2H2O

Nhóm này có ý nghĩa đặc biệt vì chúng cạnh tranh với vi khuẩn metan trong

việc sử dụng H2.

- Vi khuẩn metan hóa

Vi khuẩn metan hóa khá đa dạng. Chúng được chia thành hai nhóm chính:

+ Nhóm vi khuẩn ưa ấm (Mesophyl) gồm: Methanococcus, Methanobacterium,

Methanosarcina. Phát triển ở nhiệt độ 35 – 38oC, pH: 6,8 – 7,5.

+ Nhóm vi khuẩn ưa nóng (Thermophyl): Methanobacillus, Methanothrix và

Methanospirillum. Phát triển tốt ở nhiệt độ 55 – 60oC.


Vi khuẩn lên men metan là những vi khuẩn yếm khí nghiêm ngặt, chúng rất mẫn

cảm với sự có mặt của O2 vì vậy yêu cầu thiết bị lên men phải kín, pH tối ưu: 6,8 – 7,5.

6.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học nước thải lên men yếm

khí

6.3.1. 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.

Hình 6.2: 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.

6.3.2. 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.

6.3.3. Ảnh hưởng của độ mặn

Thường trên 90% trọng lượng nguyên liệu là nước. 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).

6.3.4. Các chất dinh dưỡng

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.

6.3.5. Ảnh 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.

6.3.6. Ảnh hưởng của các chất khoáng trong nguyên liệu nạp

Các chất khoáng 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 khoáng 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.

6.3.7. Ảnh hưởng của các sản phẩm trao đổi chất

Các sản phẩm trao đổi chất thường là rượu, axit,... Một hệ thống hoạt động ổn

định thường có nồng độ cơ chất cân bằng. Tuy nhiên, axit hữu cơ hình thành thường

được phân ly:


R COOH R COO- + H+

Sự phân ly của chúng phụ thuộc vào pH, khi pH thấp thành phần axit không phản ứng sẽ tăng, không có lợi cho vi khuẩn metan hóa.

6.3.8. Khuấy trộn

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

6.4. Các công trình kỵ khí xử lý nước thải

6.4.1. Bể metan

Trong các quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ, xử lí nước thải bằng phương

pháp kị khí với sinh trưởng lơ lửng được phổ biến. Đó là quá trình phân hủy kị khí xáo

trộn hoàn toàn và được thực hiện trong công trình thường được gọi là bể metan

(methantank). Ngoài ra hai quá trình tiếp xúc kị khí, quá trình với lớp bùn hoạt tính có

dòng hướng lên …cũng đang được ứng dụng rộng rãi.

Phân hủy kị khí với sinh trưởng lơ lửng là một trong những quy trình xử lí bùn cặn

lâu đời nhất. Trong quy trình này không cần có mặt oxi phân tử (O2). Sinh khí metan

hay phân hủy các chất hữu cơ trong bể metan có thể thực hiện ở 35 – 37 0C hoặc 50 –

550C. Ở nhiệt độ 35 – 370C, khối nguyên liệu trong bể không được gia nhiệt và xáo

trộn, do vậy thời gian lên men là khá dài: 30- 60 ngày (lên men ở tốc độ tiêu chuẩn).

6.4.2. Xử lí bằng phương pháp “tiếp xúc kị khí”

Nguyên lí của phương pháp đã được đề cập tới ở phần trên. Theo phương pháp

này, công trình gồm một bể phản ứng và một bể lắng riêng biệt với một thiết bị điều

chỉnh bùn tuần hoàn. Giữa 2 thiết bị chính có đặt một thiết bị khư khí để loại khí tác

trong các cục vón. Các cục vón tác khí sẽ làm ảnh hưởng xấu tới quá trình lắng.

Hình 6.3: Thiết bị tiếp xúc kỵ khíBể phản ứng có thể làm bằng bêtông, bằng thép hay chất dẻo, có chống ăn mòn ở

phía trong, có cách nhiệt để duy trì nhiệt độ mong muốn ở khu vực giữa. Khuấy trộn

bằng cách bơm khí vào bình chứa làm bằng vật liệu không gỉ.


Bể lắng coi như một thiết bị cô đặc, vì bùn tách ra có nồng độ cao và từ đáy cho

bùn hồi lưu trở lại bể phản ứng. Tỉ lệ bùn tuần hoàn khoảng 50 – 100%.

Phương pháp này ít chịu ảnh hưởng bởi lưu lượng, thích hợp đối với việc xử lí

phân chuồng, xử lí nước thải đặc như trong công nghiệp đồ hộp, cất cồn, công nghiệp

hóa chất, công nghiệp bột giấy, công nghiệp đường…

Với 2 bể (metan và lắng) tách riêng cho phép phản ứng ở mỗi bể độc lập với nhau

và tạo ra một số thuận lợi:

+ Chuyển bùn từ bể này sang bể khác dễ dàng, quá trình bảo dưỡng với khởi

động lại đơn giản.

+ Lọc bỏ H2S (sinh ra do khử sulfat và khí này sẽ ức chế quá trình) xử lí khí gaz

ở ngoài.

+ Tách được một phần các chất khoáng của bùn nhờ máy li tâm.

Hiệu quả của phương pháp: loại bỏ được BOD5 cao, xử lí bằng phương pháp tiếp

xúc kị khí rất hiệu quả. Nước thải chưa xử lí được khuấy trộn với bùn tuần hoàn và sau

đó được phân hủy trong bể phản ứng kín không cho không khí vào. Song khi phân

hủy, hỗn hợp bùn nước đi vào bể lắng hoặc tuyển nổi: nước trong đi ra, nếu chưa đạt

yêu cầu xả vào các nguồn nước thì phải xử lí tiếp bằng phương pháp hiếu khí với

Aeroten hoặc lọc sinh học; bùn kị khí sau khi lắng được hồi lưu để nuôi cấy trong

nước thải mới. Lượng sinh khối vi sinh vật kị khí thấp nên bùn dư thừa là rất ít. Tải

trọng và hiệu suất xử lí theo phương pháp kị khí tiếp xúc được giới thiệu ở bảng 8.2

cùng với phương pháp khác.

6.4.3. Thiết bị kị khí giả lỏng

Hình 6.4: Thiết bị kỵ khí giả lỏng

Đây là hệ thống một thiết bị có bơm tuần hoàn. Vi sinh vật được cố định lên các

chất mang dạng hạt (thủy tinh xốp, gốm xốp, nhựa nhân tạo,...). Thiết bị này có ưu

điểm là bề mặt tiếp xúc pha rất lớn (1000 – 2000 m2/m3). 95% số tế bào vi khuẩn được

cố định lên lớp chất mang.


Hỗn hợp rắn - lỏng trong thiết bị được tuần hoàn tạo trạng thái chuyển động giả

lỏng hay tầng sôi nhờ một bơm. Vận tốc bơm được khống chế sao cho các hạt chất

mang ở trạng thái lơ lửng không ảnh hưởng tới màng sinh học.

Phần trên của thiết bị có kết cấu để hạn chế sự cuốn trôi của các chất mang.

6.4.4. Xử lí nước thải với lớp bùn kị khí với dòng hướng lên (UASB)

Bể phản ứng có thể làm bằng bêtông, thép không gỉ được cách nhiệt với bên ngoài.

Trong bể phản ứng với dòng nước

dâng lên qua nén bùn rồi tiếp xúc

vào bể lắng đặt cùng với bể phản

ứng. Khí metan tạo ra ở giữa lớp

bùn. Hỗn hợp khí – lỏng và bùn

làm cho bùn tạo thành dạng lơ

lửng. Với quy trình này, bùn tiếp

xúc được nhiều chất hữu cơ có

trong nước thải và quá trình phân

hủy xảy ra tích cực. Các loại khí

tạo ra trong điều kiện kị khí (chủ

yếu là CH4 và CO2) sẽ tạo ra dòng tuần hoàn cục bộ, giúp cho việc hình thành những

hạt bùn hoạt tính và giữ cho chúng ổn định. Một số bọt khí và hạt bùn có khí bám vào

sẽ nổi lên trên mặt hỗn hợp phía trên bể. Khi va phải lớp lưới chắn phía trên, các bọt

khí bị vỡ và hạt bùn được tách ra lại lắng xuống dưới. Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái

lơ lửng, vận tốc dong hướng lên phải giữ ở khoảng 0,6 – 0,9 m/h.

Bùn trong bể metan là sinh khối vi sinh vật và tùy nghi đóng vai trò phân hủy và

chuyển hóa các chất hữu cơ. Bùn hoạt tính này hình thành hai vùng rõ rệt: khoảng ¼

chiều cao từ đáy bể lên là lớp bùn do các hạt keo tụ, nồng độ khoảng 5 – 7%; trên lớp

này là lớp bùn lơ lửng với nồng độ 1.000 – 3.000 mg/l, gồm các bông cặn chuyển động

giữa lớp bùn đáy và bùn tuần hoàn từ ngăn lắng rơi xuống.

Bùn hoạt tính trong bể phản ứng có nồng độ cao cho phép bể làm việc với tải trọng

cao. Để đảm bảo bể làm việc với nồng độ bùn cao, người ta phải cấy giống vi sinh vật

của pha axit và pha sinh metan. Lấy các giống vi sinh vật tự nhiên sống trên phân trâu,

bò tươi để cấy với nồng độ thích hợp. Bể phải vận hành với chế độ thủy lực <= ½ công

suất thiết kế, sau 2 – 3 tháng mới đạt được nồng độ bùn cần thiết. Nếu không cấy

giống tự nhiên, bể hoạt động 3 – 4 tháng mới đạt được nồng độ bùn cần thiết.

Hỗn hợp vi sinh vật kị khí phân hủy các chất hữu cơ trong bể ở trạng thái trộn lẫn 3

pha khí – nước – bùn. Để đưa nước ra khỏi bể phản ứng cần phải có tấm khí đặt

nghiêng 550 so với phương nằm ngang. Sau khi tách khí, hỗn hợp bùn – khí chảy vào


Hình 6.5: Bể UASB

bể lắng. Bùn lắng được rơi xuống để tuần hoàn, trở lại bể phản ứng kị khí. Tổng chiều

cao của ngăn lắng là 2m, chiều cao phần lắng là >=1.

6.4.5. Thiết bị dạng tháp đệm

Thiết bị dạng tháp có chứa vật liệu đệm tới đầy hoặc 50 – 70% dung tích.

Vật liệu đệm có thể dạng khối hoặc dạng rời từ chất liệu sứ xốp, chất dẻo,… có độ

rỗng cao (< 45%).

Lớp đệm đóng vai trò chất mang cố định màng sinh học. Hàm lượng vi sinh vật

trong thiết bị lớn và khá ổn định.

Nước thải được đưa vào ở đáy thiết bị. Qua tháp đệm các chất ô nhiễm được

chuyển hoá yếm khí. Nước sau xử lý cháy tràn ra ở phần trên. Nguyên lý hoạt động

của thiệt bị được trình bày trong hình 6.6.

Hình 6.6: Thiết bị yếm khí dạng tháp đệm

Thiết bị có ưu điểm lớn là vận hành khá đơn giản, ít tốn năng lượng. Tuy nhiên khi

nước thải vào có hàm lượng cặn lơ lửng lớn sẽ tích luỹ và gây tắc cục bộ trong lớp

đệm.

6.4.6. Hệ thống thiết bị kỵ khí hai giai đoạn

Cơ chế xử lý yếm khí khá phức tạp. Mỗi nhóm vi sinh vật ở các giai đoạn khác

nhau có tính chất sinh lý và yêu cầu điều kiện môi trường không giống nhau. Đặc biệt

khi xử lý thu Biogas. Vì vậy tạo được môi trường thích hợp cho mỗi giai đoạn sẽ nâng

cao hiệu quả của quá trình xử lý.

Do các vi khuẩn thuỷ phân và axit hoá ưa axit và chịu được sự biến động axit lớn

hơn nên có thể thiết kế hệ thống hai thiết bị.

- Thiết bị 1: Thực hiện quá trình thuỷ phân và lên men axit hữu cơ. Trong thiết

bị này lượng O2 có trong nước thải sẽ được các vi khuẩn hô hấp tuỳ tiện sử dụng để

oxy hoá các hợp chất hữu cơ. Tạo điều kiện yếm khí cao cho quá trình lên men.

- Thiết bị 2: Thực hiện quá trình axetat và metan hoá.

Hệ thống hai thiết bị đặc biệt phù hợp với các loại nước thải giàu gluxit, dễ axit

hoá như tinh bột, đường…


Dòng ra

Dòng vào

Vật liệu đệm

Khí biogas

Tuy nhiên hệ thống này không có ưu thế với các loại nước thải giàu protein, lipit,

xenlulo hoặc pectin không tan.

6.4.7. Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí với sinh trưởng gắn kết

Trong phương pháp này lớp vi sinh vật phát triển thành màng mỏng trên vật liệu

làm giá mang bằng chất dẻo, có dòng chảy nước đẩy chảy qua.

Vật liệu có thể là chất dẻo ở dạng tấm sáp xếp hay bằng vật liệu rời hoặc hạt, như

hạt polyspiren có đường kính 3- 5 mm, chiều dầy lớp vật liệu là 2m.

Cấu tạo bể phản ứng cấy cố định vi khuẩn trên lớp đỡ hữu cơ

Lọc kị khí là một tháp chứa đầy các loại vật liệu rắn khác nhau, dùng để khử các

chất hữu cơ cacbon có trong nước thải. Nước thải đi từ dưới lọc hướng lên phía trên

được tiếp xúc với vật liệu. Trên mặt các loại vật liệu có vi sinh vật kị khí và tùy tiện

phát triển dính bám. Lớp màng này không bị rửa trôi, thời gian lưu lại ở đó (c) có thể

tới 100 ngày c có thể lớn hơn với thời gian nước lưu trong bể lọc là ngắn.

Do vậy, bể lọc kị khí thích hợp cho việc xử lí nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp ở

nhiệt độ không khí ngoài trời. Trong bể lọc các chất hữu cơ khi tiếp xúc với màng dính

bám trên mặt vật liệu sẽ được hấp thụ và phân hủy. Bùn cặn được giữ lại trong khe

rỗng của lớp lọc. Sau 2- 3 tháng làm việc xả bùn 1 lần, thau rửa lọc.

Nước qua lớp lọc được tách ra khí rồi chảy vào máng thu theo ống dẫn sang xử lí

hiếu khí (nếu cần).


CHƯƠNG 7: XỬ LÝ NƯỚC THẢI MỘT SỐ NGÀNH CÔNG

NGHIỆP

7.1. Các yếu tố lựa chọn công trình xử lý nước thải

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 về tiêu chuẩn liên quan

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

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...)

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.


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 Tài nguyên và môi trường. Trên nguyên tắc, các Sở Tài nguyên và

môi trường 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.

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.

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)

Các vật tư, thiết bị

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.

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).

Tính mềm dẻo

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


7.2. Xử lý nước thải sinh hoạt

7.2.1. Giới thiệu

Nước thải sinh hoạt là nước thải phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của các cộng

đồng dân cư như: khu vực đô thị, trung tâm thương mại, khu vực vui chơi giải trí, cơ

quan công sở, … Thông thường, nước thải sinh hoạt của hộ gia đình được chia làm hai

loại chính: nước đen và nước xám. Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần

lớn các chất ô nhiễm, chủ yếu là: chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng.

Nước xám là nước phát sinh từ quá trình rửa, tắm, giặt, với thành phần các chất ô

nhiễm không đáng kể. Các thành phần ô nhiễm chính đặc trưng thường thấy ở nước

thải sinh hoạt là BOD5, COD, Nitơ và Phốt pho. Trong nước thải sinh hoạt, hàm lượng

N và P rất lớn, nếu không được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú

dưỡng – một hiện tượng thường xảy ra ở nguồn nước có hàm lượng N và P cao, trong

đó các loài thực vật thủy sinh phát triển mạnh rồi chết đi, thối rữa, làm cho nguồn

nước trở nên ô nhiễm.

Một yếu tố gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt, đặc biệt là trong

phân, đó là các loại mầm bệnh được lây truyền bởi các vi sinh vật có trong phân. Vi

sinh vật gây bệnh từ nước thải có khả năng lây lan qua nhiều nguồn khác nhau, qua

tiếp xúc trực tiếp, qua môi trường (đất, nước, không khí, cây trồng, vật nuôi, côn

trùng…), thâm nhập vào cơ thể người qua đường thức ăn, nước uống, hô hấp,…,và sau

đó có thể gây bệnh. Vi sinh vật gây bệnh cho người bao gồm các nhóm chính là virus,

vi khuẩn, nguyên sinh bào và giun sán.

Với thành phần ô nhiễm là các tạp chất nhiễm bẩn có tính chất khác nhau, từ các

loại chất không tan đến các chất ít tan và cả những hợp chất tan trong nước, việc xử lý

nước thải sinh hoạt là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch nước và có thể đưa nước vào

nguồn tiếp nhận hoặc đưa vào tái sử dụng. Việc lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp

thường được căn cứ trên đặc điểm của các loại tạp chất có trong nước thải. Các

phương pháp chính thường được sử dụng trong các công trình xử lý nước thải sinh

hoạt là: phương pháp hóa học, phương pháp hóa lý, và phương pháp sinh học.

Các phương pháp hóa học dùng trong HTXLNT sinh hoạt gồm có: trung hòa, oxy

hóa khử, tạo kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các hợp chất độc hại. Cơ sở của phương

pháp này là các phản ứng hóa học diễn ra giữa chất ô nhiễm và hóa chất thêm vào, do

đó, ưu điểm của phương pháp là có hiệu quả xử lý cao, thường được sử dụng trong các

hệ thống xử lý nước khép kín. Tuy nhiên, phương pháp hóa học có nhược điểm là chi

phí vận hành cao, không thích hợp cho các HTXLNT sinh hoạt với quy mô lớn.

Bản chất của phương pháp hoá lý trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt là áp

dụng các quá trình vật lý và hoá học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây

tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn


hoặc chất hoà tan nhưng không độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường. Những phương

pháp hoá lý thường được áp dụng để xử lý nước thải là: keo tụ, tuyển nổi, đông tụ, hấp

phụ, trao đổi ion, thấm lọc ngược và siêu lọc… Giai đoạn xử lý hoá lý có thể là giai

đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơ học, hoá học, sinh học

trong công nghệ XLNT hoàn chỉnh.

Bản chất của phương pháp sinh học trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt là sử

dụng khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để phân huỷ các chất hữu

cơ và các thành phần ô nhiễm trong nước thải. Các quá trình xử lý sinh học chủ yếu có

năm nhóm chính: quá trình hiếu khí, quá trình trung gian anoxic, quá trình kị khí, quá

trình kết hợp hiếu khí – trung gian anoxic – kị khí các quá trình hồ. Đối với việc xử lý

nước thải sinh hoạt có yêu cầu đầu ra không quá khắt khe đối với chỉ tiêu N và P, quá

trình xử lý hiếu khí bằng bùn hoạt tính là quá trình xử lý sinh học thường được ứng

dụng nhất.

Đối với HTXLNT sinh hoạt của Công ty TNHH Furukawa công suất 600 m3/ngày,

yêu cầu của nước thải đầu ra không quá khắt khe (loại C, TCVN 5945:2005) nên công

nghệ được chúng tôi lựa chọn sử dụng là phương pháp bùn sinh học hiếu khí. Các

bước khảo sát và vận hành hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt của Công ty TNHH

Furukawa sẽ được đề cập và tóm tắt trong bài báo này.

7.2.2. Công nghệ xử lý

Hình 7.1: Sơ đồ công nghệ xử lý của HTXLNT sinh hoạt


Nước thải sinh hoạt

Hầm tự hoạiHầm tự hoại

Bể điều hòaBể điều hòa

Bể Aerotank

Bể Aerotank

Bể lắngBể lắng Bể phân hủy bùn kỵ khí

Bể phân hủy bùn kỵ khí

Máy thổi khí

Nguồn tiếp nhận

Ô chôn lấp

Ngăn tách dầu mỡ

Ngăn tách dầu mỡ

Nước thải sinh hoạt của 8000 công nhân thuộc Công ty TNHH Furukawa từ các

Hầm tự hoại được bơm vào Bể điều hòa. Vì nước thải có thành phần dầu mỡ tương đối

cao nên ngăn tách dầu sẽ được lắp đặt tại bể điều hòa để tách dầu mỡ và các tạp chất

nhẹ có trong nước thải. Từ bể điều hòa, nước thải được đưa vào Bể sinh học hiếu khí

để được hòa trộn với bùn vi sinh hoạt tính để tạo thành hỗn hợp vi sinh và nước thải.

Vi sinh vật hiếu khí trong hỗn hợp bùn hoạt tính sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ trong

nước thải dưới dạng thức ăn thành các hợp chất đơn giản hơn và vô hại với môi

trường. Hỗn hợp vi sinh và nước thải được chảy vào Bể lắng, nơi bùn hoạt tính được

lắng lại và nén ở đáy bể. Bùn lắng được tuần hoàn (khoảng 25-80 % tổng lưu lượng)

vào bể sinh học hiếu khí để duy trì nồng độ vi sinh ổn định trong bể. Nước sau lắng đạt

tiêu chuẩn môi trường loại C, TCVN 5945:2005 và được đưa vào nguồn tiếp nhận.

Công đoạn xử lý cuối cùng là xử lý và thải bỏ bùn từ bể lắng. Bùn từ bể lắng được

bơm vào Bể phân hủy bùn hiếu khí nơi phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong bùn

trong môi trường hiếu khí. Sau xử lý, bùn chỉ còn chứa chất vô cơ và các chất rắn vi

sinh. Bùn tại đáy bể của bể phân hủy bùn được bơm đến nơi xử lý sau mỗi 6 (hay 12

tháng).

7.3. Xử lý nước thải tinh bột mỳ


Sản xuất tinh bột khoai mì là một ngành thực phẩm chính ở Đông Nam Á. Công

nghiệp chế biến tinh bột khoai mì là một ngành công nông nghiệp làm theo thời vụ, sử

dụng khoai mì làm nguyên liệu chính. Tinh bột khoai mì là một trong các nguồn có

hàm lượng tinh bột cao nhất, củ khoai mì chứa đến 30% hàm lượng tinh bột nhưng có

hàm lượng protein, cacbonhydrate và chất béo thấp. Đó là nguồn thức ăn cho cuộc

sống con người và là nguồn nguyên liệu cho các ngành công nghiệp chế biến thực

phẩm.

Sơ đồ công nghệ sản xuất tinh bột mỳ:


Hình 7.2: Sơ đồ qui trình SX tinh bột mỳHầu hết các công nghệ sản xuất tinh bột mì trên thế giới và ở Việt Nam được sử

dụng đều thải nước thải từ hai công đoạn rửa củ và ly tâm, trích ly, loại nước. Trung

bình lượng nước sử dụng khoảng 4 m3/1 tấn nguyên liệu và 4 tấn nguyên liệu cho một

tấn sản phẩm. Đặc trưng nước thải loại này là có hàm lượng chất hữu cơ cao, có khả

năng gây ô nhiễm môi trường trên diện rộng. Theo số liệu phân tích và đánh giá các

nhà máy, nồng độ 2 chỉ tiêu đặc trưng của nước thải loại này vào khoảng BOD từ

6.000 – 9.000 mg/l, COD từ 8.000 – 13.000 mg/l. Đây là nguồn ô nhiễm nước rất

nghiêm trọng.

Thành phần hóa học

Thành phần hóa học của khoai mì thay đổi tùy thuộc vào giống trồng, tính chất, độ

dinh dưỡng của đất, điều kiện phát triển của cây và thời gian thu hoạch.


Bảng 2.1. Thành phần hoá học của khoai mì

Độc tố CN: Độc tố trong khoai mì tồn tại dưới dạng CN. Tùy thuộc vào giống và

đất trồng mà hàm lượng độc tố trong khoai mì khoảng 0,001 – 0,04%. Cyanua là

nguyêntố gây độc tính cao đối với con người và thủy sinh vật. Cyanua tự do tồn tại

dưới dạng HCN hay CN là dạng độc tính nhất trong nước là HCN. Cyanua ngăn cản

quá trình chuyển hóa các ion vào da, túi mật, thân, ảnh hưởng đến quá trình phân hóa

tế bào trong hệ thần kinh..

7.3.2. Tổng quan công nghệ xử lý nước thải tinh bột mỳ

Xử lý bậc 1: là bước ban đầu chuẩn bị cho xử lý sinh học, trong quá trình xử lý

này thường có các quá trình xử lý sau: song chắn rác hoặc lưới chắn rác, bể lắng cát,

bể điều hòa, bể trung hòa, bể thổi khí sơ bộ, bể lắng đợt 1.

Song chắn rác: thường có kích thước khe hở <15 mm, có thể giử lại các tạp chất

thô như xác bã khoai mì, lá cây… rác lấy bằng phương pháp thủ công hoặc thiết bị cào

rác cơ khí. Thông thường song chắn rác hoặc lưới chắn rác được đặt trước bơm nước

thải để bảo vệ bơm bị nghẹt bởi rác lớn, tắc nghẽn ống dẫn bùn, hoặc dính chặt trên

các ống khuếch tán khí trong xử lý sinh học.

Bể lắng cát: có nhiệm vụ loại bỏ cát, mảnh kim loại… trong nguyên liệu, trong

nước thải vệ sinh nhà xưởng, cặn này có tính chất dễ tách nước, trơ, tương đối khô, độ

ẩm khoảng 13 – 65%. Trọng lượng riêng khoảng 1600kg/m3, nếu cát không được tách

ra khỏi nước thải, có thể gây ảnh hưởng lớn đến các công trình phía sau như mài mòn

thiết bị, lắng cặn trong đường ống. Bể lắng cát thường có 3 loại: (1) lắng cát ngang,

tròn, vuông; (2) lắng cát thổi khí; (3) bể lắng cát xoáy. Trong nước thải chế biến tinh

bột mì, thường có hàm lượng cát đáng kể, vì vậy trong công nghệ xử lý cần thiết phải

có bể lắng cát.


Bể gạn mủ: có nhiệm vụ thu hồi lượng tinh bột còn sót lại sau công đoạn ly tâm,

lượng tinh bột này thường nhẹ hơn nước, nổi lên được vớt đem bán cho các ngành

khác để tái sử dụng

Bể điều hòa: tùy thuộc vào công nghệ sản xuất, nguyên liệu và sản phẩm mà lưu

lượng và thành phần tính chất nước thải của từng xí nghiệp sẽ khác nhau, nhìn chung

là dao động không đều trong một ngày đêm. Sự dao động nồng độ và lưu lượng nước

thải sẽ ảnh hưởng đến chế độ công tác của mạng lưới và các công trình xử lý, đặc biệt

quan trọng với các công trình hóa lý, sinh học với việc làm ổn định nồng độ nước thải

sẽ giúp giảm nhẹ kích thước công trình xử lý hóa lý, đơn giản hóa công nghệ xử lý và

tăng hiệu quả xử lý nước thải ở các công trình xử lý.

Bể trung hòa: nước thải ở công nghệ chế biến tinh bột mì đều có pH thấp, ở các

công đoạn do quá trình lên men axít tinh bột. Do đó trước khi tiến hành xử lý sinh học

(pH yêu cầu từ 6.5 – 8.5) hay quá trình hóa lý (thường yêu cầu pH trung tính) cần tiến

hành trung hòa để tạo điều kiện thích hợp cho vi sinh phát triển tốt. Quá trình trung

hòa được thực hiện trong các bể trung hòa làm việc liên tục hoặc gián đoạn theo từng

mẻ, việc cấu tạo của bể này thường kết hợp với bể lắng.

Bể lắng đợt 1: có chức năng (1) loại bỏ các chất lắng được mà các chất này có thể

gây ra hiện tượng bùn lắng trong nguồn tiếp nhận; (2) tách dầu mỡ hoặc các chất nổi

khác; (3) giảm tải trọng hữu cơ cho các công trình xử lý phía sau.

Xử lý bật 2: là công đoạn phân hủy sinh học, chuyển các chất hữu cơ có khả năng

phân hủy thành các chất vô cơ và chất hữu cơ ổn định kết thành bông cặn dễ loại bỏ ra

khỏi nước thải

Hồ hiếu khí: Có diện tích rộng, chiều sâu cạn. Chất hữu cơ trong nước thải được

xử lý chủ yếu nhờ sự cộng sinh của tảo và vi khuẩn sống ở dạng lơ lửng. Oxy cung cấp

cho vi khuẩn nhờ sự khuếch tán từ không khí qua bề mặt và quá trình quang hợp của

tảo. Chất dinh dưỡng và CO2 sinh ra trong quá trình phân hủy chất hữu cơ được tảo sử

dụng. Hồ hiếu khí có hai dạng: (1) có mục đích tối ưu sản lượng tảo, hồ này có chiều

sâu cạn 0,15 – 0,45; (2) tối ưu lượng oxy cung cấp cho vi khuẩn, chiều sâu hồ này

khoảng 1,5m. Để đạt hiệu quả tốt có thể cung cấp oxy bằng cách thổi khí nhân tạo. Tải

trọng của hồ khoảng 250 – 300 kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước trong hồ tương đối dài,

hiệu quả làm sạch khoảng 80 – 90% BOD, màu của nước có thể biến dần thành màu

xanh của tảo.

Hồ tùy tiện: Trong hồ tùy tiện tồn tại 03 khu vực: (1) khu vực bề mặt, nơi đó chủ

yếu vi khuẩn và tảo sống cộng sinh; (2) khu vực đáy, tích lũy cặn lắng và cặn phân hủy

nhờ vi khuẩn kỵ khí; (3) khu vực trung gian, chất hữu cơ trong nước thải chịu sự phân

hủy của vi khuẩn tùy tiện. Trong hồ thường hình thành hai tầng cách nhiệt, tầng nước

ở phía trên có nhiệt độ cao hơn tầng dưới. Tầng trên có tảo phát triển mạnh thành lớp


dày rồi chết làm cho nước thiếu O2 hòa tan ảnh hưởng đến vi sinh vật hiếu khí, còn các

sinh vật tùy nghi hoặc kỵ khí hoạt động mạnh. Có thể sử dụng máy khuấy để tạo điều

kiện hiếu khí trên bề mặt khi tải trong cao. Tải trọng thích hợp dao động trong khoảng

70 – 140kgBOD5/ha ngày.

Hồ kỵ khí: Thường được áp dụng cho xử lý nồng độ chất hữu cơ cao và cặn lơ

lửng lớn, đồng thời có thể kết hợp phân hủy bùn lắng. Hồ không cần vai trò quang hợp

của tảo, các hồ này có chiều sâu lớn, có thể sâu đến 9m. Tải trọng thiết kế khoảng 220

–560kg BOD5/ha ngày. Khả năng xử lý hữu cơ của hồ thường phụ thuộc vào thời tiết,

mùa hè: 65 – 80%, mùa đông : 45 – 65%. Cấu tạo của hồ thường hai ngăn, ngăn làm

việc và ngăn dự trữ khi vét bùn cặn.

Bể UASB: thường được áp dụng xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao

như nước thải ngành tinh bột mì. Nước thải được nạp từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn

hạt, quá trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ tiếp xúc với bùn hạt. Đặc tính quan

trọng nhất của bùn từ bể UASB là vận tốc lắng của bùn khá cao, nhờ đó có thể vận

hành thiết bị kỵ khí với vận tốc ngược dòng từ dưới lên cao. Khi vận hành ở giai đoạn

đầu tải trọng chất hữu cơ không được quá cao vì vi sinh vật acid hóa sẽ tạo acid béo dẽ

bay hơi với tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần so với tốc độ của các acid này thành acetate

dưới tác dụng của vi khuẩn acetate làm giảm pH môi trường, ức chế vi khuẩn methane

hóa. Tải trọng hữu cơ có thể tăng dần khi vi khuẩn thích nghi. Vì vậy, với hệ thống

UASB tải trọng chất hữu cơ có thể đạt cao trong giai đoạn hoạt động ổn định.

Bể acid hóa: trong nước thải tinh bột thường chứa một lượng cyanua cao, nằm

dưới dạng acid hữu cơ hòa tan, tại bể acid hóa này sẽ diễn ra quá trình acid hóa chất

hữu cơ hòa tan, hợp chất cyanua thành các acid hữu cơ, là chất nền cho quá trình sinh

học tiếp theo.

Bể Aeroten: là một công trình nhân tạo, trong đó người ta cung cấp oxy và khuấy

trộn nước thải với bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính trong bể tồn tại dưới dạng bông xốp,

tập hợp chủ yếu các quần thể vi khuẩn khoáng hóa có khả năng hấp thụ và oxy hóa

chất bẩn hữu cơ nhờ oxy có trong nước thải. Hai thông số cơ bản quan trọng trong bể

bùn hoạt tính là tỉ lệ BOD5 vào trên lượng sinh vật (bùn) sinh ra (F/M), thời gian lưu

bùn qt, các thông số còn lại như thời gian lưu nước, tải trọng BOD5, hiệu suất xử lý.

Trong bể aeroten một thông số quan trọng nữa là chất dinh dưỡng, thông thường tỉ lệ

giữa các chỉ tiêu là BOD5 : N : P là 100 : 5 : 1. Lượng khí cấp vào bể từ 55 –

65m3/1kg BOD5 cần khử. Chỉ số thể tích bùn thường dao động 50 – 150mg/l, tuổi bùn

thường 3 – 15 ngày, nồng độ COD đầu vào thường nhỏ hơn 400mg/l. Hiệu quả làm

sạch thường 80 – 95%.


7.4. Xử lý nước thải sản xuất giấy

7.4.1. Tổng quan công nghệ sản xuất bột giấy

Sợi cellulose là nguyên liệu thô chính cho công nghệ sản xuất giấy và bột giấy.

Các tế bào thực vật, đặc biệt là tế bào gỗ, chứa rất nhiều sợi cellulose. Trong công

nghiệp sản xuất giấy và bột giấy, sợi cellulose chủ yếu được cung cấp từ các nguồn

sau :

Các loại gỗ : Bạch đàn, bồ đề, mỡ, keo,…

Các thực vật ngoài gỗ : Tre nứa, bã mía, rơm rạ,…

Các vật liệu tái sinh : Vải vụn, giấy vụn, giấy đã sử dụng,…

Trong đó, gỗ là nguồn cung cấp sợi quan trọng nhất. Thành phần hóa học cơ bản

của gỗ bao gồm:

Hình 7.3: Sơ đồ thành phần hóa học trong gỗ

Công nghệ sản xuất bột giấy

Nghiền bột từ sợi tái chế

Trong nhiều năm qua, việc sử dụng sợi tái chế để sản xuất bột giấy và xeo giấy đã

trở nên phổ biến. Việc sử dụng loại vật liệu này trong thời gian gần đây đã tăng lên

đáng kể. Các phát triển công nghệ hiện đại tập trung chủ yếu vào việc nâng cấp chất

lượng bột giấy từ các vật liệu tái chế và chính do thành công trong lĩnh vực này đã dẫn

đến việc sử dụng rất rộng rãi loại bột giấy từ sợi tái chế.

Bột giấy để sản xuất các vật liệu làm hộp và giấy gói có thể làm từ bất kì loại sợi

thứ cấp nào mà không cần phân loại nhiều. Giấy thải được thu gom rời và đôi khi được

bó thành kiện để dễ dàng vận chuyển. Giấy thải được lưu kho, thành đống. Máy

nghiền bột cơ học được sử dụng để nghiền giấy, trộn nước và chuyển hóa thành một

hỗn hợp đồng nhất, có thể bơm như nước. Các chất nhiễm bẩn nặng như cát, sỏi,…


được thải bỏ khi chảy lơ lửng trong hệ thống máng. Tại đây các chất nặng sẽ lắng

xuống và lấy ra khỏi hệ thống theo định kì. Sợi được phân loại riêng dưới dạng huyền

phù nhẹ, sau đó được chảy qua một loạt các sàng lọc có lớp tấm đục lỗ. Ở đây các chất

nhiễm bẩn nhẹ hơn, nhưng lớn hơn sợi sẽ bị loại ra. Trong một số qui trình công nghệ

cần phải có sản phẩm thật sạch, thì phải có một loạt các cyclon làm sạch đặt sau các

sàng lọc. Ở công đoạn này, người ta phải sử dụng một máy lọc tinh cơ học hoặc khử

mảnh vụn nhằm đảm bảo sao cho các sợi tách rời nhau và có thể tạo ra đủ độ bền liên

kết giữa các sợi trong giấy. Cách sản xuất này rất phù hợp trong việc sản xuất các loại

bao gói.

Nghiền bột cơ học

Trong nghiền bột cơ học, các sợi chủ yếu bị tách rời nhau do lực cơ học trong máy

nghiền hoặc trong thiết bị tinh chế. Qui trình công nghệ nguyên thủy là gia công gỗ

tròn bằng đá – gỗ được ép bằng đá nghiền quay tròn. Công nghệ này làm ra loại bột

giấy có độ dai tương đối thấp.

Ở các máy tinh chế TMP (Thermal Mechanical Pulping) và các máy nghiền áp lực

cách xử lý cơ học được tiến hành ở áp lực và nhiệt độ cao, do vậy bột giấy có các

thuộc tính độ dai tốt hơn bột giấy cơ học truyền thống. Thực hiện qui trình công nghệ

này ở các máy tinh chế có độ linh hoạt cao hơn trong việc lựa chọn nguyên liệu, vì sau

đó có thể tận dụng vụn gỗ, cũng như các nguyên liệu sợi ngoài gỗ.

Trong nghiền bột CTMP (Chemical Thermal Mechanical Pulping) chất làm

nguyên liệu sợi được ngâm tẩm với các hóa chất trước khi tinh chế. Và do vậy có thể

làm tăng độ dai và độ sáng của bột giấy.

Có thể tẩy các loại bột giấy cơ học bằng máy tinh chế hoặc bằng hệ thống tẩy

riêng, hydrogen dioxide là hóa chất được sử dụng phổ biến nhất. Trước công đoạn tẩy,

bột giấy được xử lý để loại bỏ các kim loại nặng, chúng là xúc tác cho các phản ứng

phân hủy tác nhân tẩy.

Nghiền bột hóa học và bán hóa học

Trong nghiền bột hóa học và bán hóa học, nguyên liệu sợi được xử lý với hóa chất

ở nhiệt độ và áp lực cao (nấu). Mục đích của quá trình xử lý này là nhằm hòa tan hoặc

làm mềm thành phần chính của chất lignin liên kết các sợi trong nguyên liệu với nhau,

đồng thời lại gây ra sự phá hủy càng ít càng tốt đối với thành phần cellulose (tăng độ

dai của sợi). Cách xử lý này được tiến hành trong nồi áp suất (nồi nấu), có thể vận

hành theo chế độ liên tục hoặc theo từng mẻ.

Có hai loại công nghệ nghiền bột hóa học chính : các quy trình kiềm hóa (quy

trình sulphate, quy trình xút) và quy trình sulphite

Trong quy trình sulphate, dịch nấu có độ kiềm cao và các thành phần hoạt

tính là các ion hydroxyl, sulphite và hydrogen sulphite. Các thành phần hoạt tính quá


trình nghiền bột giấy bằng xút là hydroxyl và carbonate. Nghiền bột giấy sulphate tạo

ra loại bột giấy dai nhất trong khi nghiền bột giấy xút thích hợp hơn với các nguyên

liệu chứa lignin thấp như các loại cây một năm, tre nứa,…

Các chất hoạt tính trong quy trình sulphite là sulphur dioxide tự do, sulphite

hoặc ion hydrogen sulphite. Bột giấy sulphite có độ sáng không tẩy cao nhất nên

thường chỉ cần ít hóa chất để tẩy hơn so với bột giấy sulphate và bột giấy xút.

Tẩy bột

Mục đích của tẩy bột giấy hóa học là làm sáng màu lignin tồn dư trong bột giấy

sau khi nấu. Để khử được lignin người ta dùng chlorine, hypochlorite, chlorine

dioxide, oxygen hoặc ozone và đặc biệt là peroxide. Một cách truyền thống, có thể nói

rằng quy trình tẩy trắng bao gồm 03 giai đoạn chính :

Giai đoạn clo hóa, oxy hóa trong môi trường axit để phân hủy phần lớn

lignin còn sót lại trong bột.

Giai đoạn thủy phân kiềm sản phẩm lignin hòa tan trong kiềm nóng được

tách ra khỏi bột

Giai đoạn tẩy oxy hóa để thay đổi cấu trúc các nhóm mang màu còn sót lại

Nghiền bột, phối chế và xeo giấy

Bột giấy được nghiền để có độ thủy hóa và chuỗi hóa đạt yêu cầu, được cho thêm

chất độn và phụ gia (chất phủ trám,…) rồi đưa lên máy xeo để định hình tờ giấy. Cuối

cùng là ép vắt nước, sấy khô và cắt cuộn.

Nước thải ra dưới dàn lưới xeo gọi là nước trắng, chứa nhiều hạt mịn. Nước thải

công đoạn này đôi khi có thể chiếm tới 90% lưu lượng tổng cộng của nhà máy nhưng

tương đối sạch nồng độ chất nhiễm bẩn không cao, BOD trung bình, độ màu thấp, pH

gần trung tính, không chứa lignin, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, chủ yếu là do bột

giấy và chất độn thất thoát. Lượng chất rắn này có thể dễ dàng thu hồi bằng các

phương pháp lắng.


Hình 7.4: Sơ đồ công nghệ sản xuất giấy

7.4.2. Các vấn đề môi trường

Ngành sản xuất bột giấy và giấy được liệt vào ngành sản xuất gây ô nhiễm môi

trường đáng kể cả trực tiếp cũng như gián tiếp.

Trực tiếp

- Nước thải có lưu lượng, tải lượng cũng như độc tính của các chất ô nhiễm cao,

các chất ô nhiễm hữu cơ (dịch chiết từ thân cây, các axit béo, một số sản phẩm phân

hủy của lignin, và các dẫn xuất của ligin đã bị Clo hóa) phát sinh từ ngành giấy là

nguồn tiềm tàng gây ô nhiễm môi trường nước mặt, đất và nước ngầm nếu được thải

thẳng ra ngoài không qua xử lý. Đặc biệt là dịch đen thải ra từ quá trình nghiền bột

bằng phương pháp hóa học

- Khí thải từ quá trình đốt nhiên liệu sản xuất hơi nước bão hòa. Ngoài ra, trong

quá trình nghiền bột giấy hóa học các khí nặng mùi như hydro sulphite, mercaptan, …

- Dioxin xuất phát từ quá trình tẩy trắng bột giấy bằng chlorine.

Gián tiếp


- Góp phần làm cạn kiết nguồn tài nguyên nước.

- Góp phần làm cạn kiệt nguồn tài nguyên rừng.

- Gây hiệu ứng nhà kính thông qua việc sử dụng năng lượng điện và mất thảm

thực vật.

7.5. Xử lý nước thải nhà máy bia


Bia được sản xuất tại Việt Nam cách đây trên 100 năm tại nhà máy Bia Sài Gòn và

nhà máy Bia Hà Nội. Hiện nay do nhu cầu của thị trường, chỉ trong một thời gian

ngắn, ngành sản xuất bia có những bước phát triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tư và

mở rộng các nhà máy bia có từ trước và xây dựng các nhà máy bia mới thuộc Trung

ương và địa phương, các nhà máy liên doanh với các hãng bia nước ngoài. Hiện nay,

cả nước có khoảng trên 320 nhà máy bia và các cơ sở sản xuất bia với tổng năng lực

sản xuất đạt trên 800 triệu lít/năm. Trong số đó, bia địa phương sản xuất ở 311 cơ sở

(chiếm 97,18% số cơ sở) nhưng sản lượng chỉ chiếm 37,41% sản lượng bia cả nước

(đạt 231 triệu lít) và đạt 60,73% công suất thiết kế.

Công nghiệp sản xuất bia đang là ngành tạo ra nguồn thu lớn cho ngân sách nhà

nước và có hiệu quả kinh tế, vì vậy trong mấy năm qua sản xuất bia đã có những bước

phát triển khá nhanh. Do mức sống tăng, mức tiêu dùng bia ngày càng cao. Năm 2000

có khoảng 81 triệu người và đến năm 2005 có thể là 89 triệu người dùng bia. Do vậy

mức tiêu thụ bình quân theo đầu người vào năm 2005 đạt 17lít/người/năm (sản lượng

bia đạt khoảng 1.500 triệu lít, tăng gấp 2 lần so với năm 2000). Bình quân lượng bia

tăng 20% mỗi năm.

Công nghiệp sản xuất bia tạo nên một lượng lớn nước thải xả vào môi trường.

Hiện nay tiêu chuẩn nước thải tạo thành trong quá trình sản xuất bia là 8-14l nước

thải/lít bia, phụ thuộc vào công nghệ và các loại bia sản xuất. Các loại nước thải này

chứa hàm lượng lớn các chất lơ lửng, COD và BOD dễ gây ô nhiễm môi trường. Vì

vậy các loại nước thải này cần phải xử lý trước khi xả ra nguồn nước tiếp nhận.

7.5.2. Thành phần nước thải

Tải lượng ô nhiễm trong nước thải bia thải bia là 6-18 kg BOD5, 9-30 kg COD,

2-4 kg cặn lơ lửng... cho 1000 lít bia. Các nghiên cứu về thành phần, tính chất nước

thải sản xuất bia cho thấy hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải các cơ sở sản

xuất bia địa phương lớn hơn tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần (bảng 1).

Bảng 7.2: Thành phần và tiêu chuẩn xả nước thải sản xuất bia ra nguồn nước mặt

TT Chỉ tiêu Nước thải trước

xử lý

Tiêu chuẩn thải

TCVN 5945 - 2005

1 pH 6-9,5 6-9

2 Hàm lượng cặn lơ 150-300 100


lửng, mg/l

3 BOD5, mg/l 700-1500 50

4 COD, mg/l 850-1950 100

5 Tổng Nitơ (TN) 15-45 60

6 Tổng Phốtpho 4,9-9,0 6

7Coliform,

MPN/100 ml <10.000 10.000

Do có hàm lượng chất hữu cơ cao, cặn lơ lửng lớn, nước thải sản xuất bia gây

mùi hôi thối, lắng cặn, giảm nồng độ oxy hoà tan trong nước nguồn khi tiếp

nhận chúng. Mặt khác các muối nitơ, phốt pho... trong nước thải bia dễ gây hiện

tượng phú dưỡng cho các thuỷ vực.

7.5.3. Tổng quan phương án xử lý

Nước thải nhà máy bia cần được xử lý sinh học, đảm bảo yêu cầu xả ra nguồn

nước mặt theo quy định của TCVN 5945-2005. Sau khi nghiên cứu các số liệu về số

lượng, thành phần và tính chất nước thải sản xuất của nhà máy bia địa phương (Công

ty bia ong Thái Bình, Nhà máy bia NADA Nam Định, Nhà máy bia Hạ Long, Công

ty bia Vinh- Nghệ An...) công suất từ 8 triệu đến 20 triệu lít bia/năm, Đề tài

“Nghiên cứu xử lý nước thải các nhà máy bia địa phương “ do trường Đại học Xây

dựng triển khai đã đề xuất nguyên tắc xử lý nước thải bia địa phương với hàm lượng

chất hữu cơ dễ oxy hoá sinh hoá cao được nêu sau đây.

Với nguyên tắc xử lý nước thải như vậy, đề tài đã nghiên cứu dùng bể lọc dòng

chảy ngược vật liệu nổi (upflow anaerobic filter - UAF) trong khâu xử lý sinh học kị

khí và bể aeroten kết hợp lắng hoạt động theo mẻ (Sequencing Batch Reactor - SBR)

trong khâu xử lý sinh học hiếu khí.


Hình 7.5: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia

Các loại bể lọc kỵ khí là các loại bể kín, phía trong chứa vật liệu đóng vai trò như

giá thể của vi sinh vật dính bám. Các giá thể làm bằng các loại vật liệu hình dạng,

kích thước khác nhau, hoạt động như như vật liệu lọc. Các dòng nước thải có thể đi từ

dưới lên hoặc trên xuống. Các chất hữu cơ được vi khuẩn hấp thụ và chuyển hoá để

tạo thành CH4 và các loại chất khí khác. Các loại khí sinh học được thu gom tại phần

trên bể. Khí CH4 và các loại khí sinh học tạo thành khác được thu hồi ở phía trên.

Vật liệu lọc của bể lọc kỵ khí là các loại cuội sỏi, than đá, xỉ, ống nhựa, tấm

nhựa hình dạng khác nhau. Kích thước và chủng loại vật liệu lọc, được xác định

dựa vào công suất công trình XLNT, hiệu quả khử COD, tổn thất áp lực nước cho

phép, điều kiện cung cấp nguyên vật liệu tại chỗ... Các loại vật liệu lọc, cần đảm

bảo độ rỗng lớn (từ 90-300m3/m2 bề mặt bể). Tổng bề mặt của vật liệu lọc có vai trò

quan trọng trong việc hấp thụ các chất hữu cơ. Vật liệu lọc nổi sử dụng trong các

nghiên cứu triển khai tại trường Đại học Xây dựng là polyspirene, đường kính d=5-

6mm. Loại bể này được gọi là bể lọc ngược kị khí vật liệu nổi (Upflow Anaerobic

Floating Blanket-UAFB). Đây là loại vật liệu lọc nhẹ, trọng lượng riêng nhỏ và có

tổng bề mặt tiếp xúc lớn . Khi màng vi sinh vật dày, hiệu quả lọc nước thải giảm (tổn

thất áp lực lọc tăng). Vật liệu lọc được rửa bằng phương pháp xả tức thời. Trong quá

trình rửa lọc, số lượng vi khuẩn hoạt tính của bể lọc kỵ khí dòng chảy ngược hao hụt

ít. Mặt khác việc rửa lọc cũng đơn giản.


Bể lọc kỵ khí có một loạt ưu điểm như khả năng tách các chất bẩn hữu cơ (BOD)

cao, thời gian lưu nước ngắn, vi sinh vật dễ thích nghi với nước thải, quản lý vận

hành đơn giản, ít tốn năng lượng và dễ hợp khối với bể tự hoại và các công trình xử

lý nước thải khác. Tuy nhiên cũng như các công trình xử lý nước thải bằng phương

pháp sinh học khác, thời gian đưa công trình vào hoạt động dài, bể thường hay bị sự

cố tắc nghẽn, hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải ra khỏi bể lớn. Các loại vật

liệu lọc có đặc tính kỹ thuật yêu cầu thường có giá thành cao.

7.6. Xử lý nước thải lò giết mổ

7.6.1. Đặt vấn đề

Nguồn gốc mọi sự biến đổi về môi trường sống đang xảy ra hiện nay trên thế

giới cũng như ở nước ta là các hoạt động kinh tế, phát triển của xã hội loài người. Các

hoạt động này một mặt làm cải thiện chất lượng cuộc sống của con người , mặt khác

lại đang tạo ra hàng loạt khan hiếm , cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên, gây ô

nhiễm, suy thoái môi trường khắp mọi nơi trên thế giới. Vì vậy, bảo vệ môi trường trở

thành vấn đề toàn cầu, là quốc sách của hầu hết các nước trên thế giới. Việt Nam đang

trong giai đoạn thực hiện công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Nền kinh tế thị

trường là động lực thúc đẩy sự phát triển của mọi ngành kinh tế, trong đó có ngành chế

biến lương thực , thực phẩm tạo ra các sản phẩm có giá trị phục vụ cho nhu cầu tiêu

dùng trong nước cũng như xuất khẩu. Tuy nhiên, ngành này cũng tạo ra một lượng lớn

chất thải rắn, khí, lỏng… là một trong những nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trường

chung của đất nước. Cùng với ngành công nghiệp chế biến lương thực, thực phẩm thì

ngành giết mổ cũng trong tình trạng đó. Do đặc điểm công nghệ của ngành, ngành giết

mổ đã sử dụng một lượng nước khá lớn trong quá trình chế biến. Vì vậy, ngành đã thải

ra một lượng nước khá lớn cùng với các chất thải rắn, khí thải. Vấn đề ô nhiễm nguồn

nước do ngành chế biến thuỷ sản thải trực tiếp ra môi trường đang là mối quan tâm

hàng đầu của các nhà quản lý môi trường. Nước bị nhiễm bẩn sẽ ảnh hưởng đến con

người và sự sống của các loài thuỷ sinh cũng như các loài động thực vật sống gần đó.

Vì vậy, việc nghiên cứu xử lý nước thải ngành giết mổ cũng như các ngaønh coâng

nghieäp khaùc laø moät yeâu caàu caáp thieát ñaët ra khoâng chæ

ñoái vôùi nhöõng nhaø laøm coâng taùc baûo veä moâi tröôøng maø

coøn cho taát caû moïi ngöôøi chuùng ta.

7.6.2. Qui trình giết mổ

Dây chuyền giết mổ trâu bò

- Khu vực tiếp nhận: Để giảm thiểu căng thẳng của gia súc, chống suy kiệt và tống

các vi trùng ra khỏi ruột, các gia súc sẽ được lưu lại từ 24 – 36 giờ và thường xuyên

được kiểm tra sức khoẻ trước khi giết mổ.


- Gây ngất: Các gia súc được chuyển từ khu vực tiếp nhận đến khu vực giết mổ ,

tại nay các gia súc sẽ được gây ngất bằng điện trước khi mổ và đảm bảo không cử

động, cắm một con dao nhỏ vào não của gia súc và sau đó treo lean bằng 2 chân sau.

- Giết mổ: Mạch máu được cắt đứt để huyết chảy ra , sừng chân cũng được cắt rời

trước khi lột da

- Lột da: Da sẽ được lột bỏ bằng những con dao sắc và kéo ra bằng tay, huyết và

nước mô rơi xuống nhà.

- Moi ruột: Thân gia súc đã được lột da được cắt mở ra và tách các bộ phận có thể

ăn được và không thể ăn được đến khâu làm sạch.

- Xé thịt và rửa: Thân gia súc sẽ được xẻ đôi bằng cưa điện, rửa sạch và cắt xén

gọn gàng trước khi kiểm tra chất lượng , cân và giao cho chủ hàng và chuyển đến khu

vực chế biến.

Giết mổ heo:

- Trại nhốt: Heo được nhốt trong 24 giờ để phục hồi và giảm căng thẳng và đủ

nước để tống các vi trùng ra khỏi ruột

- Làm ngất: Trước khi mổ heo bị làm ngất bằng dòng điện tần suất cao, điện áp

thấp và được kéo lên giá treo để mổ.

- Cắt tiết: Động mạch và tĩnh mạch cổ bị cắt đứt để máu chảy ra heat và làm mềm

các cơ thịt để cạo lông được dễ dàng.

- Nhúng nóng và cạo lông: Sau khi thọc huyết xong, heo được nhúng vào nước

nóng (khỏang 600) từ 4 – 5 phút rồi cạo lông bằng máy có trục xoay tròn, sau đó heo

được kéo lên dây chuyền và việc cạo lông bị sót lại sẽ được thực hiện bằng tay.

- Moi ruột: Đầu heo được cắt riêng và bụng được mổ banh ra . Phần nội tạng được

chuyển đi để tách riêng những phần dùng được và không dùng được. Ruột được làm

sạch để làm lạp xưởng.

- Cắt xẻ: Phần thân heo sau khi được làm sạch và cắt gọn ghẽ được xẻ đều ra làm 2

phần. Mỗi phần lại được làm sạch một lần nữa và được kiểm tra chất lượng trước khi

giao đi.

7.6.3. Thành phần nước thải

Nước thải của các cơ sở giết mổ có nồng độ chất rắn cao, BOD và COD khá cao

và luôn luôn chứa một lượng lớn các chất hữu cơ bao gồm các hợp chất của cacbon,

nito, photpho. Các hợp chất hữu cơ này làm tăng độ phì của nước đồng thời dễ bị phân

hủy bởi các vi sinh vật , gây mùi hoi thúi và làm ô nhiễm nguồn nước. Nước thải của

các cơ sở chế biến thịt cá thường chứa một lượng lớn vi sinh vật. Nếu không có biện

pháp xử lý thì rất dễ gây ô nhiễm bởi các vi khuẩn gây bệnh, gây ngộ độc nguồn nước

sử dụng. Ngoài ra ngành giết mổ là một ngành đòi hỏi sử dụng nước rất nhiều, hầu như

các công đoạn xử lý nguyên liệu đều có nhu cầu dùng nước như:


- Khâu rửa sơ bộ nguyên liệu

- Khâu làm rã nước đá đông lạnh

- Khâu xử lý nguyên liệu

- Khâu chế biến như hấp, luộc…

Nước thải của công nghệ chế biến thịt gần giống nước thải sinh hoạt nhưng có độ

nhiễm cao hơn nhiều. Chúng có nồng độ dầu mỡ, axit béo rất cao, ngoài ra còn có chất

tẩy rửa, lông… Nước thải giết mổ còn chứa chất dinh dưỡng như Protein, khi diamin

hoá tạo ra NH3 vì thế nước thải can phải được nitrit hoá.

Bảng 7.3: Thành phần nước thải nhà máy giết mổ gia súc

7.6.4. Một số phương án xử lý

Nước thải sau khi được xử lý sơ bộ và xử lý hoá lý (song chắn rác, bể lắng cát, bể

điều hoà, bể tuyển nổi…) sẽ tiếp tục được xử lý sinh học (bao gồm xử lý sinh học kỵ

khí và hiếu khí) rồi qua bể lắng đợt 2, bể khử trùng và cuối cùng là được thài ra ngoài.

Ngoài ra còn có một số công trình phụ như: Bể trộn Clo, bể phân hủy bùn kỵ khí, máy

tách bùn…


Hình 7.6: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy giết mổ gia súc


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Lâm Vĩnh Sơn, 2007, Kỹ Thuật Xử Lý Nước Thải, Tài Liệu Ebook Tại

www.ebook.edu.vn.

[2]. Lê Anh Tuấn, 2005, Công Trình Xử Lý Nước Thải, Trường Đại Học Cần Thơ.

[3]. Lương Đức Phẩm, 2004, Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Bằng Biện Pháp Sinh

Học, NXB Giáo Dục.

[4]. Ngô Thị Nga, Trần Văn Nhân, 1999, Giáo Trình Công Nghệ Xử Lý Nước

Thải, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, Hà Nội.

[5]. Trần Hiếu Nhuệ, Xử lý nước thải, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật.

[6]. Trần Thị Mỹ Diệu, Nguyễn Trung Việt, 2006, Cơ Sở Công Nghệ Môi Trường,

Công Ty Môi Trường Tầm Nhìn Xanh.

[7]. Trịnh Lê Hùng, 2007, Kỹ Thuật Xử Lý Nước Thải, NXB Giáo Dục, Hà Nội.

[8]. Trịnh Thị Thanh, Trần Yêm, Đồng Kim Loan, 2004, Giáo Trình Công Nghệ

Môi Trường, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội.


MỤC LỤC

Trang

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NƯỚC THẢI...............................................1

1.1. Phân loại nước thải và đặc tính của nước thải .............................................1

1.2. Sự nhiễm bẩn nguồn nước...............................................................................9

CHƯƠNG 2: XỬ LÝ SƠ BỘ VÀ TIỀN ỔN ĐỊNH...............................................12

2.1. Song chắn rác..................................................................................................12

2.2. Lưới lọc...........................................................................................................15

2.3. Bể lắng cát.......................................................................................................16

2.4. Sân phơi cát....................................................................................................18

2.5. Tiền ổn định....................................................................................................19

CHƯƠNG 3: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC............24

3.1. Lắng nước thải................................................................................................24

3.2. Tuyển nổi.........................................................................................................30

CHƯƠNG 4: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG BIỆN PHÁP HÓA LÝ VÀ HÓA

HỌC..............................................................................................................................40

4.1. Phương pháp oxi hóa khử.............................................................................40

4.2. Đông tụ, keo tụ...............................................................................................48

CHƯƠNG 5: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC HIẾU

KHÍ...............................................................................................................................55

5.1. Khái niệm........................................................................................................55

5.2. Nguyên lý chung của quá trình xử lý sinh học..........................................55

5.3. Sự phát triển của vi sinh vật.........................................................................56

5.4. Động học của quá trình xử lý sinh hóa.......................................................59

5.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học hiếu khí ..................61

5.6. Các công trình xử lý sinh học nước thải trong điều kiện tự nhiên ..........63

5.7. Các công trình hiếu khí nhân tạo xử lý nước thải .....................................70

CHƯƠNG 6: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỊ

KHÍ...............................................................................................................................90

6.1. Khái niệm........................................................................................................90

6.2. Cơ sở hóa sinh của quá trình phân hủy kị khí ............................................90


6.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học nước thải lên men

yếm khí.........................................................................................................................95

6.4. Các công trình kỵ khí xử lý nước thải.........................................................97

CHƯƠNG 7: XỬ LÝ NƯỚC THẢI MỘT SỐ NGÀNH CÔNG NGHIỆP.......102

7.1. Các yếu tố lựa chọn công trình xử lý nước thải ......................................102

7.2. Xử lý nước thải sinh hoạt...........................................................................104

7.3. Xử lý nước thải tinh bột mỳ.......................................................................106

7.4. Xử lý nước thải sản xuất giấy....................................................................111

7.5. Xử lý nước thải nhà máy bia......................................................................115

7.6. Xử lý nước thải lò giết mổ..........................................................................118

TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................122


Documents

Thai Minh Cong_bai giang CNXLNT