các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp

Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG
NGHIỆP
3.1.1 XỬ LÝ CƠ HỌC
Xử lý cơ học nhằm mục đích
• Tách các chất không hòa tan, những vật chất lơ lửng có kích thước lớn (rác, nhựa, dầu
mỡõ, cặn lơ lửng, các tạp chất nổi…) ra khỏi nước thải.
• Loại bỏ cặn nặng như sỏi, cát, mảnh kim loại, thuỷ tinh.v.v…
• Điều hoà lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải.
• Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bò và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý
hoá lý và sinh học .
3.1.1.1 Song chắn rác hoặc thiết bò nghiền rác
Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý nước trước hết phải qua song chắn rác hoặc thiết bò
nghiền rác. Tại đây, các thành phần rác có kích thước lớn như : vải vụn, vỏ đồ hộp, lá cây, bao
nilông, đá cuội,… được giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắt bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. Đây là bước
quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước
thải.
Song chắn rác thường được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn. Tùy theo kích
thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mòn. Song chắn rác thô có
khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm và song chắn rác mòn có khoảng cách giữa các thanh
từ 10 – 25 mm. Rác có thể lấy bằng phương pháp thủ công hoặc thiết bò cào rác cơ khí.
Thiết bò nghiền rác có thể thay thế song chắn rác, được dùng để nghiền, cắt vụn rác ra các
mảnh nhỏ hơn và có kích thước đều hơn, không cần tách rác ra khỏi dòng chảy. Rác vụn này được
giữ lại ở công trình phía sau như bể lắng cát, bể lắng đợt 1. Thiết bò này có bất lợi khi rác nghiền
chủ yếu là vải vụn vì có thể gây nguy hại đến cánh khuấy, tắc nghẽn ống dẫn bùn, hoặc dính chặt
trên các ống khuếch tán khí trogn xử lý sinh học.
3.1.1.2 Bể lắng cát
Bể lắng cát có nhiệm vụ loại bỏ cát, cuội, xỉ lò hoặc các loại tạp chất vô cơ khác có kích
thước từ 0,2 – 2 mm ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm khỏi bò cát, sỏi bào mòn,
tránh tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng đến công trình sinh học phía sau. Bể lắng cát thường

có 03 loại : (1) lắng cát ngang; (2) lắng cát thổi khí; (3) lắng cát xoáy.
Trong bể lắng cát ngang dòng chảy theo hướng ngang với vận tốc không vượt quá 0,3 m/s .
Trong bể lắng cát thổi khí, khí nén được đưa vào một cạnh theo chiều dài tạo dòng chảy xoắn ốc,
cát lắng xuống đáy dưới tác dụng trọng lực. Bể lắng cát xoáy có dạng trụ tròn, nước thải được đưa
SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 21
Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
vào theo phương tiếp tuyến tạo nên dòng chảy xoáy, cát tách khỏi nước lắng xuống đáy dưới tác
dụng của trọng lực và lực ly tâm.
3.1.1.3 Bể lắng
Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải, cặn hình thành trong
quá trình keo tụ tạo bông (bể lắng đợt 1) hoặc cặn sinh ra trong quá trình xử lý sinh học (bể lắng
đợt 2). Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành : bể lắng ngang và bể lắng đứng.
Trong bể lắng ngang, dòng nước chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn
hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ 1,5 – 2,5 giờ. Đối với bể lắng đứng, nước thải chuyển động
theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc 0,5 – 0,6 m/s và thời gian lưu nước
trong bể dao động trong khoảng 0,75 – 2 giờ.
4.2.1.4 Quá trình lọc
Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất có kích thước nhỏ khi không thể loại được bằng
phương pháp lắng. Quá trình lọc ít khi sử dụng trong xử lý nước thải, thường chỉ sử dụng trong
trường hợp nước sau xử lý đòi hỏi có chất lượng cao.
Trong các hệ thống xử lý nước thải công suất lớn không sử dụng các thiết bò lọc áp suất
cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt. Vật liệu lọc thông dụng nhất là cát. Kích thước
hiệu quả của hạt cát thường dao động trong khoảng 0,15 mm đến vài mm, kích thước lỗ rỗng
thường có giá trò nằm trong khoảng 10 – 100 µm. Kích thước này lớn hơn nhiều so với kích thước
của nhiều hạt cặn nhỏ cần tách loại, ví dụ như vi khuẩn (0,5 – 5µm) hoặc vi rút (0,05 µm). Do đó,
những hạt này có thể chuyển động xuyên qua lớp vật liệu lọc. Trong quá trình lọc, các cặn bẩn
được tách khỏi nước nhờ tương tác giữa các hạt cặn và vật liệu lọc theo cơ chế sau :
• Sàng lọc : Xảy ra ở bề mặt lớp vật liệu lọc khi nước cần xử lý chứa các hạt cặn có kích
thước quá lớn, không thể xuyên qua lớp vật liệu lọc.

• Lắng : Những hạt cặn lơ lửng có kích thước khoảng 5 µm và khối lượng riêng đủ lớn
hơn khối lượng riêng của nước được tách loại theo cơ chế lắng trong các khe rỗng của
lớp vật liệu lọc. Tuy nhiên, quá trình lắng không có khả năng khử các hạt keo mòn có
kích thước khoảng 0,001 – 1 µm.
• Hấp phụ : Các hạt keo được tách loại theo cơ chế hấp phụ. Quá trình này xảy ra theo
hai giai đoạn : vận chuyển các hạt trong nước đến bề mặt vật liệu lọc và sau đó kết
dính các hạt vào bề mặt hạt vật liệu lọc. Quá trình này chòu ảnh hưởng của lực hút
(hoặc lực đẩy) giữa vật liệu lọc và các hạt cần tách loại, lực hút quan trọng nhất là lực
Van der Waals và lực hút tónh điện.
• Chuyển hóa sinh học : Hoạt tính sinh học của các thiết bò lọc có khả năng dẫn đến sự
ôxy hóa các chất hữu cơ. Quá trình chuyển hóa sinh học hoàn toàn xảy ra khi nhiệt độ
và thời gian lưu nước trong thiết bò lọc được duy trì thích hợp. Do đó, trong thiết bò lọc
chậm, hoạt tính sinh học đóng vai trò quan trọng hơn trong thiết bò lọc nhanh.
• Chuyển hóa hóa học : Các vật liệu lọc còn có khả năng chuyển hóa hóa học một số
chất có trong nước thải như NH
4
+
, sắt, mangan, …
SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 22
Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
3.1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP HOÁ LÝ
3.1.2.1 Keo tụ
Các hạt cặn có kích thước nhỏ hơn 10
-4
mm thường không thể tự lắng được mà luôn tồn tại
ở trạng thái lơ lửng. Muốn loại bỏ các hạt cặn lơ lửng phải dùng biện pháp xử lý cơ học kết hợp
với biện pháp hóa học, tức là cho vào nước cần xử lý các chất phản ứng để tạo ra các hạt keo có
khả năng kết dính lại với nhau và dính kết các hạt cặn lơ lửng trong nước, tạo thành các bông cặn
lớn hơn có trọng lượng đáng kể. Do đó, các bông cặn mới tạo thành dễ dàng lắng xuống ở bể lắng.

Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào trong nước các chất keo tụ thích hợp như : phèn
nhôm Al
2
(SO
4
)
3
, phèn sắt loại FeSO
4
, Fe
2
(SO
4
)
3
hoặc loại FeCl
3
. Các loại phèn này được đưa vào
nước dưới dạng dung dòch hòa tan.
Dùng phèn nhôm : Khi cho phèn nhôm vào nước chúng phân li thành các ion Al
3+
, sau đó
các ion này bò thủy phân thành Al(OH)
3

Al
3+
+ 3H
2
O = Al(OH)

3
+ 3H
+

Trong phản ứng thủy phân trên, ngoài Al(OH)
3
là nhân tố quyết đònh đến hiệu quả keo tụ
được tạo thành, còn giải phóng ra các ion H
+
. Các ion H
+
này sẽ được khử bằng độ kiềm tự nhiên
của nước (được đánh giá bằng HCO
3
-
). Trường hợp độ kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ để
trung hòa ion H
+
thì cần phải kiềm hóa nước. Chất dùng để kiềm hóa thông dụng nhất là vôi
(CaO). Một số trường hợp khác có thể dùng sôđa (Na
2
CO
3
) hoặc xút (NaOH). Thông thường phèn
nhôm đạt hiệu quả keo tụ cao nhất khi nước có pH = 5,5 – 7,5.
Dùng phèn sắt(II) : Phèn sắt (II) khi cho vào nước phân ly thành Fe
2+
và bò thủy phân
thành Fe(OH)
2

Fe
2+
+ 2H
2
O = Fe(OH)
2
+ 2H
+
Fe(OH)
2
vừa tạo thành vẫn còn độ hòa tan trong nước lớn, khi trong nước có ôxy hòa tan,
Fe(OH)
2
sẽ bò ôxy hóa thành Fe(OH)
3

4Fe(OH)
2
+ O
2
+ 2H
2
O = 4Fe(OH)
3

Quá trình ôxy hóa chỉ diễn ra tốt khi pH của nước đạt được trò số từ 8 – 9 và nước phải có
độ kiềm cao. Vì vậy, thường dùng loại phèn này khi cần kết hợp vôi làm mềm nước.
Dùng phèn sắt (III) : Phèn sắt (III) loại FeCl
3

hoặc Fe
2
(SO
4
)
3
khi cho vào nước phân ly
thành Fe
3+
và bò thủy phân thành Fe(OH)
3

Fe
3+
+ 3H
2
O = Fe(OH)
3
+ 3H
+
Vì phèn sắt (III) không bò ôxy hóa nên không cần nâng cao pH của nước như sắt (II). Phản
ứng thủy phân xảy ra khi pH > 3,5 và quá trình kết tủa sẽ hình thành nhanh chóng khi pH = 5,5 –
6,5.
3.1.2.2 Tuyển nổi
Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các bọt
khí này sẽ kết dính với các hạt cặn. Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí và cặn nhỏ hơn khối
SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 23
Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt khí nổi lên bề mặt. Tùy theo phương thức cấp không khí

vào nước, quá trình tuyển nổi bao gồm các dạng sau :
• Tuyển nổi bằng khí phân tán (Dispersed Air Flotation) : Khí nén được thổi trực tiếp vào
bể tuyển nổi để tạo thành các bọt khí có kích thước từ 0,1 – 1 mm, gây xáo trộn hỗn
hợp khí – nước chứa cặn. Cặn tiếp xúc với bọt khí, kết dính và nổi lên bề mặt.
• Tuyển nổi chân không (Vacuum Flotation) : Bão hòa không khí ở áp suất khí quyển, sau
đó thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không. Hệ thống này ít sử dụng trong thực tế
vì khó vận hành và chi phí cao.
• Tuyển nổi bằng khí hòa tan (Dissolved Air Flotation) : Sục không khí vào nước ở áp suất
cao (2 – 4 at), sau đó giảm áp giải phóng khí. Không khí thoát ra sẽ tạo thành bọt khí
có kích thước 20 – 100 µm.
3.1.2.3 Hấp phụ
Phương pháp hấp phụ được ứng dụng rộng rãi để làm sạch nước thải triệt để khỏi các chất
hữu cơ hòa tan sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học, cũng như khi nồng độ của chúng không
cao và chúng không bò phân hủy bởi vi sinh vật hay chúng rất độc. Hấp phụ được ứng dụng để khử
độc nước thải khỏi thuốc diệt cỏ, trừ sâu, thuốc sát trùng, phenol, các chất hoạt động bề mặt…Ưu
điểm của phương pháp này là hiệu quả cao (80 – 95%), có khả năng xử lý nhiều chất trong nước
thải và đồng thời có khả năng thu hồi các chất này.
Quá trình hấp phụ được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc hai pha không hòa tan là pha rắn
(chất hấp phụ) với pha khí hoặc pha lỏng. Dung chất (chất bò hấp thụ) sẽ đi từ pha lỏng (pha khí)
đến pha rắn cho đến khi nồng độ dung chất trong dung dòch đạt cân bằng. Các chất hấp phụ
thường sử dụng :
• Than hoạt tính.
• Tro, xỉ, mạt cưa.
• Silicagen, keo nhôm.
3.1.2.4 Trao đổi ion
Phương pháp này có thể khử tương đối triệt để các tạp chất ở trạng thái ion trong nước như
Zn, Cu, Cr, Ni, Hg, Mn … cũng như các hợp chất của asen, photpho, xyanua, chất phóng xạ. Người
ta thường sử dụng nhựa trao đổi ion nhằm hai mục đích : khử cứng và khử khoáng.
Khử cứng : Cho nước cần xử lý chảy qua cột nhựa Cation ở dạng RNa
2RNa + CaSO

4
→ R
2
Ca + Na
2
SO
4
2RNa + MgSO
4
→ R
2
Mg + Na
2
SO
4
Khi lớp nhựa Cation mất hiệu lực, người ta tái sinh bằng dung dòch muối ăn NaCl.
R
2
Ca + 2NaCl → 2RNa + CaCl
2
R
2
Mg + 2NaCl → 2RNa + MgCl
2
SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 24
Luận văn tốt nghiệp GVHD : NGUYỄN TẤN PHONG
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống xử lý nước thải Công ty giấy Tân Mai
Khử khoáng : Cho nước cần xử lý chảy qua từng cột nhựa Cation và nhựa Anion riêng rẽ
hay qua một cột kết hợp cả nhựa Cation và nhựa Anion
RSO

3
H + NaCl → RSO
3
Na + HCl
2RSO
3
H + Na
2
SO
4
→ 2RSO
3
Na + H
2
SO
4
RSO
3
H + NaHCO
3
→ RSO
3
Na + CO
2
+ H
2
O
RSO
3
H + Na

2
CO
3
→ 2RSO
3
Na + CO
2
+ H
2
O
ROH + HCl → RCl + H
2
O
2ROH + H
2
SO
4
→ R
2
SO
4
+ H
2
O
Khi lớp nhựa Cation và Anion mất hiệu lực người ta tái sinh bằng dung dòch axít HCl và
dung dòch xút NaOH như sau :
RSO
3
Na + HCl → RSO
3

H + NaCl
RCl + NaOH → ROH + NaCl
3.1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC
3.1.3.1 Phương pháp trung hòa
Nhằm trung hòa nước thải có pH quá cao hoặc quá thấp, tạo điều kiện cho các quá trình xử
lý hóa lý và sinh học :
H
+
+ OH
-
→ H
2
O
Mặt dù quá trình rất đơn giản về mặt nguyên lý, nhưng vẫn có thể gây ra một số vấn đề
trong thực tế như : giải phóng các chất ô nhiễm dễ bay hơi, sinh nhiệt, làm sét rỉ thiết bò máy móc,
…
Vôi (Ca(OH)
2
) thường được sử dụng rộng rãi như một bazơ để xử lý các nước thải có tính
axit, trong khi axit sulfuric (H
2
SO
4
) là một chất tương đối rẻ tiền dùng trong xử lý nước thải có tính
bazơ.
3.1.3.2 Phương pháp oxy hóa – khử
Phương pháp này được dùng để :
• Khử trùng nước.
• Chuyển một nguyên tố hòa tan sang kết tủa hoặc một nguyên tố hòa tan sang thể khí.
• Biến đổi một chất không phân hủy sinh học thành nhiều chất đơn giản hơn, có khả

năng đồng hóa bằng vi khuẩn.
• Loại bỏ các kim loại nặng như Cu, Pb, Zn, Cr, Ni, As …và một số chất độc như cyanua.
Các chất oxy hóa thông dụng :
• Ozon (O
3
).
• Chlorine (Cl
2
).
• Hydro peroxide (H
2
O
2
).
• Kali permanganate (KMnO
4
).
Quá trình này thường phụ thuộc rõ rệt vào pH và sự hiện diện của chất xúc tác.
SVTH : ĐẶNG THẾ CƯỜNG Trang 25