slide bài giảng môn công nghệ môi trường chương 4: Công nghệ xử lý nước và chất thải

Bài giảng
Bài giảng
C
C
ông nghệ môi trường
ông nghệ môi trường
Gi
Gi
ảng viên : GS.TS Đặng kim Chi
ảng viên : GS.TS Đặng kim Chi
Viện KH & CN Môi trường – ĐHBK Hà nội
Viện KH & CN Môi trường – ĐHBK Hà nội
Hà nội 2-2009
Hà nội 2-2009




CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
NƯỚC và n C ƯỚ THẢI




CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC và n C ƯỚ
THẢI
I. Khái niệm

1. Nước cấp
-Dùng cho sinh hoạt, sản xuất
-Nguồn nước cấp: nước mặt, nước ngầm
Muốn xử dụng nước theo nhu cầu phải xử lí
2. Nước thải
-Là nước phát sinh sau khi đã sử dụng nước cấp
-Nước thải sinh hoạt: chứa nhiều chất hữu cơ, chất vô cơ, SS, coliform…
-Nước thải sản xuất: thành phần phụ thuộc đặc thù sản xuất.
-Cách phân loại khác: Nước thải đô thị, nước thải bệnh viện, nông
nghiệp…
-Muốn xả lại vào nguồn tiếp nhận phải xử lý.




CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
II. Một số thông số đánh giá chất lượng nước
1. pH
pH= -log[H+]
-pH thay đổi dẫn đến thay đổi thành phần trong nước.
VD: pH<8 Al(OH)
3
Zn(OH)
2
pH>4 Pb
2+
, Zn
2+
, Al
3+

, Cd
2+
-pH có thể làm tăng hoặc giảm vận tốc phản ứng hóa học trong nước.
2. Độ axit và độ kiềm
-Là sự xuất hiện của các axit vô cơ (có nhiều trong nước ngầm khi chảy qua lớp
khoáng chứa bản chất lưu huỳnh) và CO
2
-Độ kiềm: Hydroxit (tính kiềm mạnh), bicacbonat (tính kiềm yếu), cacbonat. Độ
kiềm ảnh hưởng đến sự sống của sinh vật và độ cứng của nước.
-Độ axit: Do axit vô cơ H
2
SO
4
, HNO
3
, HCl
Do CO
2




CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
II. Một số thông số đánh giá chất lượng nước ( tiếp)
3. Mầu sắc
-Màu thực: Màu do chất hữu cơ, nhiều chiết của thực vật gây nên (tảo, chất hữu cơ
gây ô nhiễm có màu). Màu này khó tách.
-Màu biểu kiến: Do các chất vô cơ gây nên. Màu này dễ xử lý.
4. Độ đục
-Do hạt rắn lơ lửng, chất hữu cơ phân rã

-Đơn vị tính: 1mg SiO
2
/1l nước sạch.




CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
II. Một số thông số đánh giá chất lượng nước ( tiếp)
5. Hàm lượng chất rắn trong nước
-Là phần chất rắn bao gồm: chất vô cơ, chất hữu cơ, chất hữu cơ tổng hợp
-Tổng chất rắn (TS): là trọng lượng khô tính bằng mg của phần còn lại sau khi bay
hơi 1 lít nước trong nồi hấp thủy, sấy khô ở 103
o
C cho đến trọng lượng không đổi.
-Chất rắn huyền phù (SS): là chất rắn ở dạng lơ lửng trong nước, tính bằng trọng
lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít mẫu
nước, sấy khô ở 103
o
C cho đến trọng lượng không đổi. Đơn vị: mg/l
-Chất rắn hòa tan (DS): DS=TS-SS (mg/l)
-Chất rắn bay hơi (VS): Trọng lượng mất đi khi nung chất rắn huyền phù ở 550
o
C
-Chất rắn có thể lắng: là lượng thể tích tính bằng ml của phần chất rắn có trong 1 lít
nước mẫu đã lắng xuống sau một khoảng thời gian xác định (thông thường là 1h)

CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
II. Một số thông số đánh giá chất lượng nước ( tiếp)
6. Độ cứng của nước
-Độ cứng vĩnh cửu (phi cacbonat): Ca
2+
, Mg
2+
do các muối sunfat và clorua gây
nên. Sau khi đun thì không mất độ cứng này.
-Độ cứng cacbonat: của muối MgCO
3
, CaCO
3
sau khi đun tạo cặn lắng có thể
tách→độ cứng tạm thời.
7. Hàm lượng Mn, Fe trong nước
-Do sự hòa tan Fe, Mn có trong nước ngầm.
-Tạo mầu, mùi tanh, tắc đường ống:
Mn
2+
→Mn
4+
Mn+O
2
→MnO
2
↓đen
Fe
2+
+O

2
→Fe
3+
↓nâu đỏ




CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
II. Một số thông số đánh giá chất lượng nước ( tiếp)
8. Hàm lượng oxi hòa tan (DO)
-Là lượng oxy trong không khí có thể hòa tan trong nước, tham gia quá trình trao
đổi chất, tái sản xuất các vi sinh vật, động vật trong nước.
-DO thấp: nước có nhiều chất hữu ô nhiễm đã tiêu thụ nhiều O2.
-DO cao: nhiều rong tảo, tham gia quá trình quang hợp giải phóng O2.




CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
II. Một số thông số đánh giá chất lượng nước ( tiếp)
9. BOD: nhu cầu oxy sinh hóa
-BOD tăng→lượng oxy cần dùng cho oxy hóa chất hữu cơ tăng→chất hữu cơ tăng.
-Đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ (VSV) trong nước. Đơn vị: mgO
2
/l
10. COD: nhu cầu oxy hóa học
-Đặc trưng cho ô nhiễm hữu cơ. BOD<COD
Vd: nước thải sinh hoạt BOD/COD=0,7
Nước thải nhuộm BOD/COD=0,3-0,5

CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
II. Một số thông số đánh giá chất lượng nước ( tiếp)
11. Hàm lượng phốtpho trong nước
-Đây là một loại dinh dưỡng cho sinh vật: HPO
4
2-
, H
2
PO
4
-
, PO
4
3-
, phôtpho hữu cơ,
Poly P.
12. Hàm lượng nito
-
Đây là một loại dinh dưỡng cho sinh vật: NH
4
+
, NO
3
-
, NO
2

-
, N hữu cơ, N tổng.
13. Hàm lượng kim loại nặng
-d>5mg/cm
3
. Là vi lượng trong nước có khả năng tích tụ trong cơ thể sống.
Vd: Pb, Fe, Hg, Cd, Zn, Mo, Sn, Cr…




CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
II. Một số thông số đánh giá chất lượng nước ( tiếp)
14. Hàm lượng phenol
-Thường trong nước thải chứa cyanua.
-Gây ảnh hưởng đến sức khỏe, có khả năng gây ung thư
15. Hàm lượng thuốc bảo vệ thực vật
DDT666, Clodan, Aldrin, Dialdren…
16. Hàm lượng vi sinh vật trong nước
Vi trùng, siêu vi trùng, rong tảo, coliform…
17. Hàm lượng dầu, mỡ khoáng
18. Nhiệt độ
19. Chất phóng xạ
20. Hàm lượng Sunfat

2. Các tiếp cận việc xử lý nước thải bền vững và
2. Các tiếp cận việc xử lý nước thải bền vững và
hiệu quả
hiệu quả
Nắm được các Quy định về môi trường hợp pháp hoá nhu cầu xác

định các mục tiêu xử lý nước thải của các cộng đồng và các cơ sở
công nghiệp
Làm chủ các công nghệ xử lý nước thải là chìa khoá để thiết kế
các trạm xử lý nước thải bền vững .
Phân loại và xác định đặc tính của nước
thải là bước mấu chốt trong lựa chọn các
công nghệ xử lý nước thải phù hợp

2.1
2.1
Qu
Qu
á trình lựa chọn công nghệ tốt
á trình lựa chọn công nghệ tốt
nhất hi
nhất hi
ện
ện
có (BAT)
có (BAT)
Các quá trình ứng dụng để xử lý nước thải công nghiệp
Nguồn: Tiền xử lý chất thải công nghiệp, Sổ tay Thực hành FD-3, WEF,
trang 34, bảng 3.1
Chất ô nhiễm Các quá trình
Các chất hữu cơ bền (COD-
BOD)
-Oxy hoá hoá học
-Hấp phụ bằng cacbon
Các hợp chất hữu cơ bay hơi -Sục khí, oxy hoá hoá học
-Hấp phụ, xử lý sinh học

Tổng chất rắn lơ lửng Có hoặc không có keo tụ/đông tụ:
-Lắng
-Tuyển nổi
-Lọc

2.1.
2.1.
Qu
Qu
á trình lựa chọn công nghệ tốt
á trình lựa chọn công nghệ tốt
nhất hi
nhất hi
ện
ện
có (BAT)
có (BAT)


Các quá trình ứng dụng để xử lý nước thải công nghiệp
Nguồn: Tiền xử lý chất thải công nghiệp, Sổ tay Thực hành FD-3, WEF, trang
34, bảng 3.1
Chất ô nhiễm Các quá trình
Nitơ -Tách amonia
-Nitrat hoá và khử nitrat
-Khử bằng clo
Phốt pho -Kết tủa
-Hấp thụ sinh học
-Trao đổi ion
Kim loại nặng -Kết tủa hoá học

-Trao đổi ion
-Lọc màng
Chất rắn vô cơ hoà tan -Trao đổi ion
-Thẩm thấu ngược
-Thấm tách bằng điện
Dầu mỡ -Keo tụ / đông tụ / tuyển nổi
-Siêu lọc

2.1.
2.1.
Qu
Qu
á trình lựa chọn công nghệ tốt
á trình lựa chọn công nghệ tốt
nhất hi
nhất hi
ện
ện
có (BAT)
có (BAT)
•
Một số công nghệ tương đương nhau có thể được lựa chọn sơ bộ tại bước này
•
Các công nghệ được lựa chọn sơ bộ trên cơ sở cân nhắc những chất ô nhiễm chính
Các quá trình ứng dụng để xử lý nước thải công nghiệp
Nguồn: Tiền xử lý chất thải công nghiệp, Sổ tay Thực hành FD-3, WEF,
trang 34, bảng 3.1
Chất ô nhiễm Các quá trình
Chất hữu cơ phân huỷ sinh
học (BOD)

Xử lý sinh học hiếu khí:
-Bùn hoạt tính, mương oxy hoá
-Hồ hiếu khí
-Lọc nhỏ giọt
-Đĩa sinh học quay (RBC)
-Hồ ổn định
-Thiết bị phản ứng kiểu đệm
Xử lý sinh học yếm khí
-Hồ yếm khí
-Lọc yếm khí
-Tiếp xúc yếm khí
-Thiết bị phản ứng tầng sôi

Ngành CN Mức tiêu thụ nước,
m
3
/tấn sản phẩm
Mức tiêu thụ nước,
galon/tấn sản phẩm
Min Max Min Max
Đồ hộp
Đậu xanh 50,0 70,9 12 000 17 000
Đào, lê 15,0 20,0 3 600 4 800
Các loại rau quả khác 4,0 35,0 960 8 400
Thực phẩm và đồ uống
Bia 10,0 16,0 2 400 3 840
Bánh mỳ 2,0 4,0 480 960
Thịt đóng gói 15,0 20,0 3 600 4 800
Sản phẩm từ sữa 10,0 20,0 2 400 4 800
Whisky 60,0 80,1 14 400 19 200

Hoá chất
Amoniắc 100,1 300,2 24 000 72 000
CO
2
60,0 90,1 14 400 21 600
Lactose 600,5 800,6 144 000 192 000
Sunphua 8,0 10,0 1 920 2 400
Giấy và bột giấy
Bột giấy 250,2 792,3 60 000 190 000
Giấy 120,9 158,5 29 000 38 000
Dệt
Tẩy 200,2 300,2 48 000 72 000
Nhuộm 30,0 60,0 7 200 14 400

2.1. Qu
2.1. Qu
á trình lựa chọn công nghệ tốt
á trình lựa chọn công nghệ tốt
nhất hiện có (BAT)
nhất hiện có (BAT)
•
B. Kiểm tra kỹ các thông số ô
nhiễm :
–
Sắp xếp các chất ô nhiễm chính vào các
nhóm thông số (các chất rắn lắng được,
TSS, TDS, SS bay hơi, v.v…)
–
Thí nghiệm pilot nhằm xác định khả
năng xử lý hoặc khảo sát thực tế tại các

cơ sở xử lý tương tự hiện có
•
D. Lựa chọn cuối cùng:
–
Nghiên cứu kỹ các công nghệ đã
được lựa chọn sơ bộ
–
Xem xét các phương án khác nhau
–
Tổng hợp các tiêu chí lựa chọn
•
C. Lựa chọn sơ bộ:
–
Liệt kê các công nghệ hiện có
–
Công nghệ đề xuất cho các loại hình
công nghiệp
–
Dự đoán hiệu suất quá trình
•
A. Các đặc trưng chung của
dòng thải công nghiệp :
–
Kim loại nặng
–
Các đặc tính chung (hữu cơ và vô
cơ)
–
Mức tiêu thụ và thải nước của quá
trình sản xuất

CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
III. Công nghệ xử lý nước thải
1. Phân loại quá trình và phương pháp xử lý nước thải
Nước thải
(không đạt TCMT)
Tách chất rắn lơ lửng
thô (bể tuyển nổi)
Tách chất rắn lơ
lửng mịn
Tách Ni
Tách chất hữu cơ
hòa tan
Tách chất vô cơ (điện
thẩm, trao đỏi ion)
Tách chất hữu cơ(lọc,
bay hơi, làm lạnh,
trích ly, thẩm thấu
ngược)
Khử vk
Tách chất vi lượng
Tách chất rắn vô cơ
Song/lưới

CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
-Chia ba cấp xử lý:
+ Cấp 1(xử lý sơ bộ): tách chất rắn thô, vật rắn nổi có kích thước lớn. Xử lý
cấp 1 gồm các quá trình: lọc, song chắn, tuyển nổi, lắng, tách dầu mỡ, trung
hòa.
+ Cấp 2 (xử lý thứ cấp): tách các chất hữu cơ hòa tan gồm các quá trình
sinh học ( dùng vi sinh vật để xử lý), hóa học.
+ Cấp 3: khi yêu cầu về chất lượng nước cao. Xử lý các vi sinh vật gây bệnh
gồm các quá trình sau: kết tủa, đông tụ, hấp phụ, trao đổi ion, thẩm thấu
ngược, khử trùng bằng clo, ozon. Tách các chất dinh dưỡng N, P.




CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2. Phương pháp xử lý cơ học trong xử lý nước thải
Mục đích: tách hạt rắn lơ lửng mà có thể ảnh hưởng đến đường ống.
Các phương pháp thủy cơ: lọc qua song chắn hoặc lưới, lắng dưới tác dụng
của lực trọng trường, điều hòa thành phần và lưu lượng nước thải.
Nguyên tắc lựa chọn phương pháp: phụ thuộc kích thước và tính chất hóa lý
hạt lơ lửng, hàm lượng chất rắn lơ lửng, lưu lượng nước thải và yều cầu chất
lượng nước sau xử lý.
.




CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2. Phương pháp xử lý cơ học trong xử lý nước thải (tiếp)
a. Lọc

-Song chắn: lọc vật rắn thô, làm bằng kim loại, đặt ở cửa ngoài kênh, nghiêng
một góc 60-75
o
.
-Lưới lọc: tấm kim loại uốn thành hình tang trống, kích thước lỗ 0,5-1,0 mm,
quay với vận tốc 0,1-0,5m/s. Chỉ cho nước thải qua bề mặt lưới, còn vật rắn bị
giữ lại trong bề mặt lưới sẽ được cào ra.
b. Bể điều hòa lưu lượng: nhằm ổn định lưu lượng nước thải và thành phần
nước thải trước khi vào hệ thống xử lý. Đây là bể thu nước từ các nguồn khác
nhau được gom lại để vào hệ thống xử lý chung.




CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2. Phương pháp xử lý cơ học trong xử lý nước thải (tiếp)
c. Bể lắng
-Tách chất lơ lửng dưới tác dụng của trọng lực.
-Phân loại dựa theo chức năng:
+Bể lắng cát: tách cát và tạp chất vô cơ không tan (d
hạt
=0,2-2mm)
+Bể lắng cấp 1: tách chất hữu cơ, chất rắn còn lại
+Bể lắng cấp 2: tách bùn sinh học khỏi nước thải và chất rắn còn lại.
-Phân loại theo cách khác:
+Bể lắng ngang
+Bể lắng đứng
+Bể lắng hướng tâm

CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2. Phương pháp xử lý cơ học trong xử lý nước thải (tiếp)
d. Lọc
-Tách chất rắn lơ lửng có kích thước nhỏ mà bể lắng không tách được.
-Cấu tạo: thường là các vách ngăn xốp, cho dòng nước đi qua và giữ lại các hạt
rắn lơ lửng.
-Động lực của quá trình: dưới tác dụng áp suất thủy tĩnh, áp suất cao trước vách
ngăn hoặc áp suất chân không sau vách ngăn.
-Yêu cầu: trở lực nhỏ, bền, dẻo cơ học, bền hóa học, không bị trương nở hoặc phá
hủy trong điều kiện lọc.




CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2. Phương pháp xử lý cơ học trong xử lý nước thải (tiếp)
d. Lọc
-Phân loại:
+Làm việc gián đoạn: thiết bị lọc hút, lọc tấm, lọc ép.
+Làm việc liên tục: lọc hình trống, lọc đĩa, lọc thùng quay, chân không.
+Lọc bằng vật liệu hạt: cát, sỏi, than cốc, than nâu, than bùn, than gỗ→yêu cầu có
độ xốp, bề mặt riêng lớn.
+Lọc chậm: Nước→lớp cát→sỏi đá→tự chảy qua với tốc độ lọc 0,2-0,3 m
3
/h. Sau
một khoảng thời gian độ 30 ngày, phải thay khoảng 4-5cm lớp cát và lớp vật liệu
mỏng đi. Khả năng lọc sạch cao nhưng kích thước bể lớn, công suất nhỏ.
+Lọc nhanh: dùng các loại vật liệu lọc khác nhau, lớp trên có kích thước hạt lớn

hơn lớp dưới.
+Lọc ly tâm: chất lỏng chuyển động xoay tròn trong thùng quay, có tấm lưới lọc
hoặc vải lọc. Định kỳ chất bẩn dính trên lưới sẽ được lấy ra ngoài




CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
3. Phương pháp hóa lý trong xử lý nước thải
a. Phương pháp tuyển nổi
-Tách hợp chất không tan và khó lắng, có khả năng tách được chất bẩn hòa tan như
là chất hoạt động bề mặt.
-Quá trình: sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng, chúng kết dính vào các hạt, khi lực nổi
của tập hợp các bong khí đủ lớn sẽ kéo các hạt lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại
tạo ra lớp bọt chứa hàm lượng các chất bẩn cao hơn trong chất lỏng ban đầu.
-Với các hạt rắn kị nước: khi bóng khí dính chặt vào các hạt sẽ tạo ra một đường bọc
lấy bền ngoài pha rắn lỏng làm kích thước hạt tăng lên nhưng khối lượng riêng hạt
giảm đi sẽ nổi lên trên.
…