THẢO LUẬN HÓA HỌC MÔI TRƯỜNG CHỦ ĐỀ 11 XỬ LÝ NƯỚC THẢI PUBLISHED BY BÙI VĂN VÀNG

Chủ đề 11: Xử lý nước thải Giáo viên hướng dẫn: Trịnh Thị Én Sinh viên thực hiện : 1. Ngô Thị Ánh 2. Nguyễn Thị Thu Trang 3. Đỗ Minh Tuấn 4. Bùi Văn Vàng

I. khái quát về nước thải.

1. Khái niệm.

Nước thải là nước đã bị thay đổi đặc điểm, ơnh chất ban đầu do hoạt động của con người xả vào hệ thống thoát nước.

Xử lý nước thải là quá trình loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi nước thải. Nó bao gồm các quá trình vật lý, hóa học, và sinh học để loại bỏ các chất ô nhiễm và sản xuất nước thải được xử lý an toàn với môi trường.

Sản phẩm sau cùng của quá trình xử lý nước thải là nước đã qua xử lý đạt tiêu chuẩn.

2.Phân loại. Để phân loại nước thải người ta dựa vào nguồn gốc phát sinh nước thải.

• 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 rửa,…chúng thường được thải ra từ khu dân cư, cơ quan, trường học, và các công trình công cộng khác.

• Nước thải khác là nước thải đã qua sử dụng mà không phải nước thải sinh hoạt: nước thải công nghiệp, nước thải nông nghiệp, nước thải chăn nuôi, nước thải y tế…

Khánh Hòa: Nhà máy đường xả thải, thủy hải sản chết hàng loạt

Nước thải từ khu dân cư

3. Thành phần và tính chất nước thải.

Nước thải sinh họat chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, dầu mỡ, chất tẩy rửa ngòai ra còn có các thành phần vô cơ ( ion vô cơ hòa tan, chất dinh dưỡng, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm.

- Thành phần và tính chất của nước thải công nghiệp rất đa dạng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố của sản xuất công nghiệp gồm như lĩnh vực, nguyên liệu tiêu thụ, loại công nghệ áp dụng, qui mô hoạt động, ...

Các chất hữu cơ bền vững khó phân hủy bền vững sinh học( thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ...) chất hoạt tính bề mặt, dầu mỡ, polychlorophenol (PCP), polychlorobiphenyl (PCB), các hydrocacbon đa vòng,...

Các chất vô cơ ( nhà máy luyện kim, vật liệu xây dựng, phân bón vô cơ,…) các kim loại nặng, muối khoáng, kiềm Ngoài ra có những vi sinh vật, vi khuẩn.

4. Khả năng tiếp nhận và tự làm sạch.

Hiện tượng tự lọc sạch của nước tự nhiên là khi có các chất ô nhiễm thải vào trong nước sẽ diễn ra nhiều quá trình lý hóa sinh học để tái lập lại trạng thái tương tự như ban đầu. Đó là các quá trình hấp thụ các kim loại nặng bởi các chất vẩn hữu cơ, loại trừ, phân hủy và tích tụ các chất hữu cơ và các chất khác, lắng đọng các chất vẩn vô cơ và hữu cơ xuống đáy, vô cơ hóa các chất hữu cơ không bền vững, tăng hàm lượng O2 hòa tan do quang hợp của tảo và cây thủy sinh, hủy diệt các vi khuẩn hoại sinh và gây bệnh.

Trong quá trình tự lọc sạch của nước, vi sinh vật giữ vai trò quan trọng.

5. Hiện trạng.

Hiện trên toàn cầu, hơn 80% nước thải xả trực tiếp ra môi trường không qua xử lý và không được tái sử dụng. Theo thống kê, hiện có 1,8 tỷ người sử dụng nguồn nước uống có chứa vi khuẩn gây ra các bệnh như tiêu chảy, kiết lị, thương hàn... Điều đó cũng khiến cho 842,000 người chết mỗi năm do ảnh hưởng của các căn bệnh này. Hiện có 663 triệu người chưa được tiếp cận với các nguồn nước uống hợp vệ sinh(Nguồn: worldwaterday.org, 2017).

II.Một số thông số cơ bản đánh giá nước thải.

III. Cấp độ xử lý.

Dựa theo chất lượng sau khi xử lý có thể chia ra 3 cấp độ.

Giai đoạn xử lý

Phương pháp xử lý

Công trình xử lý

Hiệu quả xử lý

Xử lý sơ bộ ( tại nhà máy, xí nghiệp )

-

Hóa lý

Tuyển nổi, hấp phụ, keo tụ…

Tách các chất lơ lửng, khử màu

-

Hóa học

Trung hòa, oxy hóa…

Trung hòa và khử các chất độc

-

Cơ học

Song chắn rác, bể lắng cát…

Tách tạp chất rắn cặn lơ lửng

-

Sinh học

Hồ sinh vật, cánh đồng tưới- lọc, Aerroten, kênh oxy hóa…

Tách các chất hữu cơ dạng lơ lửng và hòa tan

-

Xử lý bùn cặn Bể metan, sân phơi bùn, trạm cơ học xử lý bùn cặn

Ổn định và khô bùn cặn

Xử lý tập trung ( khu dân cư và khu công nghiệp )

Xử lý triệt để ( trước khi xả thải hoặc tái sử dụng nước thải )

-

Cơ học Sinh học

Bể lọc cát Bể aeroten, bể lọc sinh học, hồ sinh học, bể khử nitorat

Tách các chất lơ lửng Khử nito, photpho

-

Hóa học

Bể oxy hóa

Khử nito, photpho và các chất khác Khử trùng nước trước khi xả thải

- Khử trùng

Trạm clorato, máng trộn, bể tiếp xúc

IV. Các phương pháp xử lý.

1. Phương pháp vật lý.

Song chắn rác nhằm ngăn giữ thu hồi rác bần thô.

Bể lắng cát dùng để chắn giữ những hạt cát, sạn nhỏ có trong nước thải.

Bể lắng sơ cấp nó có nhiệm vụ giữ lại các chất không hòa tan, trôi lơ lửng trong nước thải. Các chất có thể bị giữ lại trong bể gồm: • Các chất rắn có khả năng lắng; • Các chất dầu, mỡ và các vật liệu nổi khác; • Một phần các chất tải hữu cơ.

Bể thu dầu, mỡ: Dầu mỡ trong nước thải từ các nhà máy lọc dầu, xưởng sửa chữa xe cộ, ...

Sơ đồ xử lý trạm cơ học

Bể lọc: Người ta có thể dùng các hạt sạn sỏi, cát, than ... để loại bỏ một phần các chất rắn lơ lửng của nước thải và lượng BOD trước khi cho qua các công trình xử lý sinh học hay hóa học khác.

2. Phương pháp hóa học và hóa lý.

2.1. Phương pháp trung hòa.

Nước thải có pH dưới 6,5 hay lớn hơn 8,5 phải trung hòa trước khi thải

Trung hòa

Trộn lẫn 2 loại nước thải

Bổ sung tác nhân phản ứng

Lọc qua vật liệu trung hòa

Hấp thụ khí thải Oxit axit, axit

2.2. Xử lý nước thải bằng công nghệ keo tụ - tạo bông Mục đích để tách các hạt cặn không thể tách loại bằng các quá trình lý học thông thường như lắng, lọc hoặc tuyển nổi. Bằng cách cho vào trong nước một loại hóa chất gọi là chất keo tụ có thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống.

- Quá trình keo tụ : dựa trên cơ chế phá bền hạt keo.

- Quá trình tạo bông : tiếp xúc /kết dính giữa các hạt keo đã bị phá bền: + Tiếp xúc do chuyển động nhiệt ( chuyển động Brown) tạo thành các hạt có kích thước nhỏ . + Tiếp xúc do quá trình chuyển động của lưu chất được thực hiện bằng cách khuấy trộn để tạo thành những bông cặn có kích thước lớn hơn. + Tiếp xúc do quá trình lắng của các hạt

2.3.Xử lý nước thải bằng công nghệ hấp phụ Trong trường hợp tổng quát, quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn: • Di chuyển các chất cần hấp phụ từ nước thải tới bề mặt hạt hấp phụ.

• Thực hiện quá trình hấp phụ; • Di chuyển chất ô nhiễm vào bên trong hạt hấp phụ (vùng khuếch tán trong). Để loại những chất ô nhiễm như: chất hoạt động bề mặt, chất màu tổng hợp, dung môi clo hoá, dẫn xuất phenol và hydroxyl…

Ứng dụng của quá trình hấp phụ • Tách các chất hữu cơ như phenol, alkylbenzen-sulphonic acid, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm từ nước thải bằng than hoạt tính.

• Có thể dùng than hoạt tính khử thuỷ ngân.

• Có thể dùng để tách các chất nhuộm khó phân huỷ.

• Ứng dụng còn hạn chế do chi phí cao.

2.4.Xử lý nước thải bằng công nghệ trao đổi ion Để làm sạch nước khỏi các kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn… cũng như các hợp chất của asen, photpho, xyanua và chất phóng xạ.

Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo. .

Bản chất là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này được gọi là các ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước. Các chất trao đổi ion có khả năng trao đổi các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là các cationit và chúng mang tính acid. Các chất có khả năng trao đổi với các ion âm gọi là các anionit và chúng mang tính kiềm.

Ứng dụng của quá trình trao đổi ion: • Làm mềm nước • Khử khoáng • Khử ammonium (NH4+)

2.5. Quá trình tách bằng màng.

2.5.1. Xử lý nước thải bằng công nghệ thẩm thấu.

Thẩm thấu ngược (RO)

2.5.2. Quá trình siêu lọc.

Cả siêu lọc và thẩm thấu ngược đều phụ thuộc vào áp suất, động lực của quá trình và đòi hỏi màng cho phép một số cấu tử thấm qua và giữ lại một số cấu tử khác.

Sự khác biệt giữa hai quá trình là ở chỗ siêu lọc thường được sử dụng để tách dung dịch có khối lượng phân tử trên 500 và có áp suất thẩm thấu nhỏ (ví dụ các vi khuẩn, tinh bột, protein, đất sét…).

Còn thẩm thấu ngược thường được sử dụng để khử các vật liệu có khối lượng phân tử thấp và có áp suất thẩm thấu cao.

2.6. Phương pháp điện hóa.

Nước thải có thể làm sạch các tạp chất hòa tan hoặc phân tán nhờ tác dụng của dòng điện một chiều khi xảy ra quá trình oxy hóa ở anot và khử ở catot. Điện phân dung dịch. Để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất xyanua, hợp chất nito, andehyt, sunfit, mecaptan...Trong quá trình oxy hóa điện hóa tạo chất đơn giản không độc tách bằng phương pháp khác.

VD: Sunfoxyanua phân hủy: CNS¯ + 10OH¯ - 8e → CNO¯ + SO42– Oxy hóa ở anot của xyanat: CNO¯ + H2O → NH4+ + CO32– Đông tụ điện.

Khi sử dụng điện cực không tan có thể xảy ra hiện tượng đông tụ do hiện tượng sinh và phóng điện của hạt mang điện trên điện cực, phá vỡ hiện tượng solvat làm cho một số chất trước đây hòa tan nay kết tủa

Tuyển nổi bằng điện.

Trong quá trình điện phân các bọt khí sinh ra, các bóng khí nổi lên gặp và kéo theo các hạt lơ lửng cùng nổi lên mặt nước

2.7. Phương pháp oxy hóa khử. Để làm sạch nước người ta dùng các chất oxy hóa như clo, nước javen, clorua vôi, thuốc tím, hydro peoxit, ozon...

- Oxy hóa bằng clo.

Dùng để tách các chất chứa metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi nước thải, làm mất màu một số chất hữu cơ.

- Oxy hóa bằng hydro peoxyt.

Dùng để oxy hóa các nitrit, andehyt, phenol, xyanua, chất thải chứa lưu huỳnh, thuốc nhuộm. + Trong môi trường axit: H2O2 + 2H+ + 2e → 2H2O + Trong môi trường bazo: H2O2 + 2OH- - 2e → 2H2O Tính khử của H2O2 còn dùng để loại các chất oxy hóa khác: H2O2 + Cl2 → O2 + 2HCl H2O2 + NaOCl → NaCl + O2 + 2HCl - Oxy hóa bằng ozon.

Khử: tạp chất nhiễm bẩn, màu, mùi vị lạ.

Ozon có thể oxy hóa các chất vô cơ: NH3+ 2O3 → O2 + H+ + NO3- + H2O MnSO4 + O3 + 2H2O → O2 + H2SO4 + 2HMnO4 Ozon có thể oxy hóa các chất hữu cơ tạo mạch cacbon ngắn hơn.

3. Phương pháp sinh học.

Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hoà tan có trong nước thải cũng như một số chất ô nhiễm vô cơ khác như sunfit, ammonia, nitơ… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển.

3.1. Công nghệ sinh học hiếu khí.

• Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá.

• Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau: - Oxy hoá các chất hữu cơ: CxHyOz + O2 => CO2 + H2O + DH - Tổng hợp tế bào mới:

CxHyOz + NH3 + O2 => CO2 + H2O + DH

- Phân huỷ nội bào:

C5H7NO2 + 5O2 => 5CO2 + 5 H2O + NH3 ± DH

• Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân huỷ hiếu khí.

• Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate hoá với màng cố định.

3.1.1 Công nghệ xử lý nước thải bùn hoạt tính hiếu khí.

Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân huỷ xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng.

Bản chất của phương pháp là phân huỷ sinh học hiếu khí với cung cấp ôxy cưỡng bức và mật độ vi sinh vật được duy trì cao.

Bể bùn hoạt tính hiếu khí Aerotank

3.1.2. Công nghệ lọc sinh học.

Bể lọc sinh học trong xử lý nước thải là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp vật liệu lọc.

Nước thải đi qua lớp vật liệu này sẽ thấm hoặc nhỏ giọt trên đó.

Chất hữu cơ sẽ bị phân huỷ bởi quần thể vi sinh vật dính kết trên lớp vật liệu lọc. Các chất hữu cơ có trong nước thải sẽ bị hấp phụ vào màng vi sinh vật và bị phân huỷ bởi vi sinh vật hiếu khí. Khi vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, bề dày lớp màng tăng lên.

Khi chiều dày lớp màng tăng lên, quá trình đồng hoá chất hữu cơ xảy ra trước khi chúng tiếp xúc với vi sinh vật gần bề mặt vật liệu lọc. Kết quả là vi sinh vật ở đây bị phân huỷ nội bào, không còn khả năng dính bám lên bề mặt vật liệu lọc và bị rửa trôi

3.1.3. Phương pháp xử lý tự nhiên.

Ao hồ sinh học.

- Là loại ao nông 0,3 ÷ 0,5m có quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ chủ yếu nhờ các VSV hiếu khí - Nguyên lý hoạt động: Oxy từ không khí dễ dàng khuyếch tán vào lớp nước phía trên và ánh sáng mặt trời chiếu rọi, làm tảo phát triển, tiến hành quang hợp thải ra oxy.

Cánh đồng- bãi lọc.

Thường sử dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt do chứa N:P:K = 5:1:2 phù hợp cho phát triển thực vật.

- Nhằm xử lý nước thải đồng thời tận dụng nước thải làm nguồn phân bón.

- Nguyên tắc hoạt động: dựa trên khả năng giữ cặn trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, trong đất chứa VSV hiếu khí với lượng oxy có trong các lổ hỏng và mao quản của lớp đất mặt.

3.2. Công nghệ sinh học kỵ khí • Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy.

Quá trình phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hoá phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Phương trình phản ứng sinh hoá trong điều kiện kị khí có thể biểu diễn đơn giản như sau: Chất hữu cơ

=====>

CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + tế bào mới

Một cách tổng quát, quá trình phân huỷ kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn:

Tuỳ theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành: · Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí, quá trình xử lý bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB). · Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc kỵ khí.

3.2.1 Công nghệ bể xử lý kỵ khí.

Chất hữu cơ trong nước thải được chuyển hoá thành mêtan và khí cacbonic, quá trình được thực hiện không có mặt của oxy.

Quá trình ổn định nước thải trong hồ xảy dưới tác dụng kết hợp của quá trình kết tủa và quá trình chuyển hoá chất hữu cơ thành CO2, CH4, các khí khác, các acid hữu cơ và tế bào mới.

Hiệu suất chuyển hoá BOD5 có thể đạt đến 70 – 80 %

3.2.2 Lọc kỵ khí.

Lọc kỵ khí với sinh trưởng gắn kết trên giá mang chất hữu cơ Nguyên tắc: - Nước thải được tiếp xúc với vật liệu.

- Khi nước thải chảy qua lớp vật liệu lọc, vi khuẩn tạo thành màng vi sinh vật .

- Chất hữu cơ khi tiếp xúc với màng vsv sẽ bị hấp thụ và phân hủy. Bùn cặn được giữ lại trong khe rỗng của lớp lọc.

Lọc kỵ khí với vật liệu giả lỏng trương nở.

Nguyên tắc: - Nước thải được bơm hướng lên qua lớp vật liệu lọc - Vi sinh vật trong nước thải được cố định trên lớp vật liệu hạt.

- Lớp vật liệu này không được đặt cố định và có khuynh hướng giản nở khi có dòng nước đi qua.

3.2.3. Kỵ khí tiếp xúc.

Cơ chế hoạt động: Nước thải chưa xử lý được khuấy trộn với vòng tuần hoàn và sau đó được phân hủy trong bể phản ứng kín không cho không khí vào. Sau khi phân hủy, hỗn hợp bùn nước đi vào bể lắng, nước trong đi ra và bùn được lắng xuống đáy. Ứng dụng: Phương pháp này ít chịu ảnh hưởng bởi lưu lượng, thích hợp đối với việc xử lý phân chuồng, xử lý các nước thải đặc như trong công nghiệp đồ hộp, cất cồn, công nghiệp hóa chất, công nghiệp bột giấy, công nghiệp đường.

3.2.4. Ao hồ kỵ khí.

Nguyên lý làm việc: Nước thải dẫn vào hồ được đặt chìm đảm bảo cho việc phân phối cặn đồng đều trong hồ. Cửa xả nước ra khỏi hồ theo kiểu thu nước bề mặt và có tấm ngăn bùn không cho ra cùng với nước. Ứng dụng: 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.