của bột, ngâm trước khi đem tráng. Nước thải miến có COD tương đối cao 4000-
6000 mg/l, độ đục tương đối lớn 400-600 NTU do trong quá trình ngâm bột một
lượng nhỏ tinh bột đi theo nước vào nước thải, thành phần chủ yếu của bột dong
riềng là tinh bột nên hàm lượng amoni không cao khoảng 40-80 mg/l và nitrit thấp (<
3mg/l), pH của nước thải khá thấp (2-3) và có mùi chua rất khó chịu, tất cả nước thải
của các công đoạn được thải chung xuống cống cùng với nước thải sinh hoạt gây ô
nhiễm nặng cho sông Nhuệ.
1.3. Xử lý nước thải
1.3.1. Khảo sát và đánh giá mức độ ô nhiễm
Để tiến hành xử lý một nguồn thải trước hết cần biết thành phần các chất gây
ô nhiễm và nguồn gốc phát sinh ra chúng. Phải phân tích xác định các chỉ tiêu để làm
cơ sở cho việc lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp. Việc xác định các chỉ tiêu
không thể chỉ tiến hành phân tích một mẫu, mà phải phân tích rất nhiều mẫu với mục
đích là tìm sự biến đổi của các chỉ số đó trong môi trường nước.
1.3.2. Một số thông số quan trọng đánh giá chất lượng nước thải
a) Độ pH
Giá trị pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý. Giá
trị pH cho phép ta quyết định xử lý nước theo phương pháp thích hợp, hoặc điều
chỉnh lượng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý nước. 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.
Môi trường thuận lợi nhất để vi khuẩn phát triển thường có pH từ 7 - 8. Các nhóm vi
khuẩn khác nhau có giới hạn pH hoạt động khác nhau. Ví dụ vi khuẩn nitrit phát triển
thuận lợi nhất với pH từ 4.8 – 8.8, còn vi khuẩn nitrat với pH từ 6.5 – 9.3. Vi khuẩn
lưu huỳnh có thể tồn tại trong môi trường có pH từ 1 - 4.
b) Độ đục
Nước tự nhiên sạch thường không chứa những chất rắn lơ lửng nên trong suốt
và không màu. Độ đục do các chất rắn lơ lửng gây ra. Những hạt vật chất gây đục
thường hấp phụ các kim loại nặng cùng các vi sinh vật gây bệnh. Nước đục còn ngăn
5
cản quá trình chiếu sáng của mặt trời xuống đáy làm giảm quá trình quang hợp và
nồng độ oxy hòa tan trong nước.
c) Mùi
Mùi hôi thối khó ngửi của nước thải do các chất hữu cơ bị phân hủy, mùi của
các hóa chất, dầu mỡ có trong nước. Các chất có mùi như NH
3
, các amin, các hợp
chất hữu cơ chứa lưu huỳnh.
d) Hàm lượng các chất rắn
Tổng chất rắn – TS (Total Solid)
TS là một thành phần đặc trưng rất quan trọng của nước thải bao gồm các chất
rắn nổi, lơ lửng, keo và tan
Tổng chất rắn được xác định bằng trọng lượng khô phần còn lại khi cho bay
hơi một lít mẫu nước trên bếp cách thủy rồi sấy khô ở 103
o
C cho đến khi trọng lượng
không đổi. Đơn vị tính bằng mg/l (hoặc g/l).
Tổng chất rắn dạng huyền phù – TSS (Total Suspended Solid)
TSS là toàn bộ lượng chất rắn ở trạng thái lơ lửng trong nước. TSS được xác
định trọng lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh, khi lọc 1l mẫu
nước qua phễu lọc Gooch rồi sấy khô ở 103-105
0
C tới khi trọng lượng không đổi.
Đơn vị tính là mg/l hay g/l
Chất rắn hòa tan – DS (Dissolved Solid)
Hàm lượng chất rắn hòa tan chính là hiệu số của tổng chất rắn (TS) với tổng
chất rắn dạng huyền phù (TSS):
DS = TS – TSS (mg/l)
Chất rắn bay hơi (VS)
Hàm lượng chất rắn bay hơi là trọng lượng mất đi khi nung lượng chất rắn
huyền phù TSS ở 550
0
C trong một khoảng thời gian xác định. Thời gian này phụ
thuộc vào loại mẫu nước (nước cống, nước thải hoặc bùn).
Đơn vị tính là mg/l hoặc phần trăm (%) của TSS hay TS
6
Chất rắn có thể lắng
Chất rắn có thể lắng là số ml phần chất rắn của 1 lít mẫu nước đã lắng xuống
đáy phễu sau một khoảng thời gian (thường là 1 giờ)
f) Hàm lượng oxi hòa tan DO (Dissolved Oxygen)
Hàm lượng oxi hòa tan là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của nước
thải vì oxi không thể thiếu được với các quá trình sống. Oxi duy trì quá trình trao đổi
chất sinh ra năng lượng cho sự sinh trưởng, sinh sản và tái sản xuất. Khi thải các chất
thải vào các nguồn nước quá trình oxi hóa chúng sẽ làm giảm nồng độ oxi hòa tan
trong các nguồn nước này thậm chí có thể đe dọa sự sống của các loại cá cũng như
các sinh vật trong nước.
Việc theo dõi thường xuyên thông số về hàm lượng oxy hòa tan có ý nghĩa
quan trọng trong việc duy trì điều kiện hiếu khí trong quá trình xử lý nước thải. Mặt
khác lượng oxy hòa tan còn là cơ sở của phép phân tích xác định nhu cầu oxy sinh
hóa. Có hai phương pháp xác định DO là phương pháp Winkler và phương pháp điện
cực oxy.
g) Nhu cầu oxy sinh hóa BOD (Biochemical Oxygen Demand)
Nhu cầu oxy sinh hóa BOD là lượng oxy cần thiết cho việc oxi hóa các hợp
chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật (sự phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ
có khả năng phân hủy sinh học) . Đơn vị tính theo mgO
2
/l
Quá trình phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ có thể biểu diến bởi phương
trình tổng quát sau:
Chất hữu cơ + O
2
Vi sinh vật
CO
2
+ H
2
O + Sinh khối
Chỉ số BOD là thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước.
Chỉ số BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học
trong nước càng lớn.
Trong thực tế khó có thể xác định được toàn bộ lượng oxy cần thiết để các vi
sinh vật phân hủy hoàn toàn các chất hữu cơ trong nước mà chỉ xác định được lượng
oxy cần thiết trong năm ngày ở nhiệt độ 20
o
C trong bóng tối. Mức độ oxy hóa các
7
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.
h) Nhu cầu oxy hóa học COD (Chemical Oxygen Demand)
Nhu cầu oxy hóa học COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa toàn
bộ các chất hữu cơ trong mẫu nước thành CO
2
và H
2
O bằng tác nhân oxy hóa hóa học
mạnh.
Trong thực tế COD được dùng rộng rãi để đánh giá mức độ ô nhiễm các chất
hữu cơ có trong nước. Do việc xác định chỉ số này nhanh hơn so với việc xác định
BOD. Phương pháp phổ biến nhất để xác định COD là phương pháp crommat: oxi
hóa các hợp chất hữu cơ bằng đicromat trong dung dịch H
2
SO
4
đặc có mặt chất xúc
tác Ag
2
SO
4
.
Các chất hữu cơ + Cr
2
O
7
2-
+ H
+
Ag
2
SO
4
CO
2
+ H
2
O + Cr
3+
Lượng Cr
2
O
7
2-
dư có thể được xác định bằng phương pháp trắc quang hoặc
bằng phương pháp chuẩn độ bởi dung dịch muối Mohr
i) Tổng hàm lượng nitơ (TN)
Các hợp chất chứa nitơ trong nước thải thường là các hợp chất ptotein và các
sản phẩm phân huỷ: NH
4
+
, NO
3
-
, NO
2
-
. Trong nước thải cần có một lượng nitơ thích
hợp, mối quan hệ giữa BOD
5
với N và P có ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành và
khả năng oxi hoá của bùn hoạt tính. Hàm lượng nitơ trong nước cũng được xem như
các chất chỉ thị tình trạng ô nhiễm của nước vì NH
3
tự do là sản phẩm phân hủy các
chất chứa protein, sau đó amoni được oxi hóa tiếp thành nitrit, nitrat theo sơ đồ
Tổng nitơ là tổng các hàm lượng nitơ hữu cơ, amoniac, nitrit, nitrat. Hàm
lượng nitơ hữu cơ được xác định bằng phương pháp Kendal. Tổng nitơ Kendal là
tổng nitơ hữu cơ và nitơ amoniac. Chỉ tiêu amoniac thường được xác định bằng
8
Oxi hoá
Protein
NH
3
nitromonas nitrobacter
NO
3
-
NO
2
-
phương pháp so màu hoặc chuẩn độ còn nitrit và nitrat được xác định bằng phương
pháp so màu.
k) Tổng hàm lượng photpho
Ngày nay người ta quan tâm đến việc kiểm soát hàm lượng các hợp chất chứa
photpho trong nước bề mặt, nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp vì nguyên
tố này là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự phát triển bùng nổ của tảo ở
một số nguồn nước mặt (hiện tượng phú dưỡng). Chỉ tiêu này có ý nghĩa quan trọng
để kiểm soát sự hình thành cặn rỉ ăn mòn và xử lý nước thải bằng phương pháp sinh
học. Vì photpho nằm ở các dạng khác nhau như photpho hữu cơ, photphat,
pyrophotphat, ortho photphat nên cần chuyển tất cả các dạng này về dạng ortho
photphat PO
4
3-
bằng cách vô cơ hóa mẫu nước. Sau đó xác định PO
4
3-
bằng phương
pháp trắc quang với thuốc thử là amoni molipdat trong môi trường axit mạnh .
PO
4
3-
+ 12 (NH
4
)
2
MoO
4
+ 24 H
+
→ (NH
4
)
3
PO
4
.12MoO
3
↓
+ 21NH
4
+
+12 H
2
O
m) Tiêu chuẩn vi sinh.
Trong nước thải thường có rất nhiều loại vi khuẩn có hại, chúng là các vi trùng
từ nguồn nước thải sinh hoạt, đặc biệt là nước thải bệnh viện. Trong đó vi khuẩn E-
coli là loại vi khuẩn đặc trưng cho sự nhiễm trùng nước. Chỉ số E-coli chính là số
lượng vi khuẩn này có trong 100 ml nước. Ước tính mỗi ngày mỗi người bài tiết
khoảng 2.10
11
E-coli.
Theo tiêu chuẩn WHO nguồn nước cấp cho sinh hoạt có chỉ số E-coli ≤ 10 E-
coli/100 ml nước, ở Việt Nam chỉ số này là 20 E-coli/100ml nước.
1.3.3. Các phương pháp xử lý nước và nước thải
Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất gây ô nhiễm ra khỏi nước, nước thải.
Khi đạt được những chỉ tiêu, yêu cầu cho từng loại nước thì có thể đổ vào nguồn
hoặc tái sử dụng lại. Để đạt được mục đích trên người ta thường dựa vào đặc điểm
của các loại tạp chất để chọn phương pháp xử lý thích hợp. Việc phân loại các
phương pháp xử lý nước, nước thải chủ yếu dựa vào bản chất của phương pháp xử lý
đó. Người ta phân loại thành các phương pháp sau.
1.3.3.1. Phương pháp hóa lý
9
Là phương pháp xử lý chủ yếu dựa trên các quá trình vật lý, thường dùng để
loại các hợp chất không tan ra khỏi nước, nó gồm các quá trình cơ bản: lọc qua sàng,
lưới chắn, khuấy trộn, lắng, tuyển nổi, đông tụ, tạo bông, ly tâm, lọc, chuyển khí. Tùy
thuộc vào tính chất của tạp chất và mức độ cần thiết phải làm sạch mà người ta sử
dụng một hoặc một số phương pháp kể trên.
1.3.3.2. Phương pháp hóa học
Là phương pháp chuyển hóa các chất bẩn có trong nước bằng cách thêm hóa
chất.
Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản ứng trung hòa, tạo phức, kết tủa,
các phản ứng oxy hóa khử hóa học và điện hóa.
1.3.3.3. Phương pháp sinh học
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là một quá trình phức tạp bởi đó
là quá trình phát triển của vi sinh vật xảy ra trong thiết bị xử lý, bị ràng buộc bởi các
hiện tượng hóa lý liên quan đến chuyển chất và năng lượng. Tính phức tạp của nó
còn ở chỗ các quá trình đó xảy ra ở mức độ vi mô (các hiện tượng trong tế bào, trong
quần thể vi sinh vật và ở mức độ vĩ mô (các quá trình chuyển chất và truyền nhiệt
phụ thuộc điều kiện thủy động cụ thể trong từng thiết bị).
a) Điều kiện nước thải đưa vào xử lý sinh học
Các loại nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải một số ngành công
nghiệp có chứa những chất hữu cơ hòa tan gồm hidratcacbon, protein và các hợp chất
chứa nitơ phân hủy từ protein, các dạng chất béo, cùng một số chất vô cơ như H
2
S,
các sulphua, amoniac và các hợp chất chứa nitơ khác có thể đưa vào xử lý bằng
phương pháp sinh học.
Phương pháp xử lý sinh học nước thải dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật
để phân huỷ các tạp chất hữu cơ có trong nước thải. Do vậy, điều kiện đầu tiên và vô
cùng quan trọng là nước thải phải là môi trường sống của các quần thể vi sinh vật. Để
cho quá trình xử lý sinh học xảy ra thuận lợi thì nước thải cần được xử lý sơ bộ để
đạt những yêu cầu sau:
10
- Hàm lượng các chất độc nhỏ, không chứa hoặc chứa rất ít các kim loại nặng
có thể gây chết hoặc ức chế sự phát triển của các hệ vi sinh vật trong nước thải.
- Trong nước thải cần bảo đảm tỷ lệ BOD:N:P ≈ 100:5:1 là tỷ lệ chất dinh
dưỡng thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật.
- Nước thải đưa vào xử lý sinh học có hai thông số đặc trưng là COD và
BOD. Nước thải có COD/BOD ≥ 2 hoặc BOD/COD ≥ 0.5 là khá phù hợp với việc xử
lý sinh học. Khi giá trị COD hoặc BOD lớn thì cần phải qua xử lý sinh học kỵ khí.
Bên cạnh các chất dễ phân hủy như: Hidratcacbon, protein còn có nhiều chất
chỉ bị oxi hoá một phần hoặc thậm chí hầu như hoàn toàn không bị phân hủy. Trong
các chất hữu cơ tự nhiên có lignin là khó bị phân hủy, kitil, sừng, móng, tóc hầu như
không bị phân hủy.
Đối với các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao như nước thải các
làng nghề sản xuất bún, hay miến thì phương pháp xử lý được lựa chọn là phương
pháp sinh học. Ở đây nguồn nước thải sau khi được xử lý sẽ được thải trực tiếp ra các
dòng sông nên không thể sử dụng hóa chất một cách tùy tiện được. Phương pháp xử
lý sinh học dựa vào sự phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải bởi các vi sinh vật,
nên khi thải ra sẽ không gây ô nhiễm môi trường bởi các hóa chất đưa vào trong quá
trình xử lý như các phương pháp khác.
b)Vai trò của vi sinh vật trong việc xử lý nước.
Trong nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp đặc biệt là của các xí
nghiệp chế biến thực phẩm, thủy sản, giấy rất giàu các chất hữu cơ như: Đường,
tinh bột, các hợp chất protein, các chất béo, xenlulozo Thường trong nước thải cũng
có chứa rất nhiều các vi sinh vật. Vi sinh vật ở đây là một quần thể và đông đảo nhất
là vi khuẩn, cả về chủng loại cũng như số lượng.
Có hai nhóm vi sinh vật (chia theo phương thức dinh dưỡng): nhóm vi sinh vật
tự dưỡng và nhóm vi sinh vật dị dưỡng.
+ Các vi sinh vật dị dưỡng phải nhờ vào các chất hữu cơ làm nguồn dinh
dưỡng và năng lượng. Chúng phân hủy các chất hữu cơ nhờ hệ enzim thủy phân tiết
ra môi trường theo nguyên tắc cảm ứng cơ chất tương ứng. Các vi sinh vật này cũng
11
dùng các chất hữu cơ có trong nước để xây dựng tế bào mới cho mình, để phục vụ
cho sinh trưởng và phát triển.
+ Các vi sinh vật tự dưỡng có thể sử dụng CO
2
làm nguồn cacbon và các chất
khoáng khác, nhờ ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng tổng hợp thành các chất
hữu cơ trong thành phần tế bào.
Làm sạch nước thải tự nhiên hay xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
là dựa vào hoạt động sống của các vi sinh vật dị dưỡng có khả năng phân giải các
hợp chất hữu cơ làm nguồn năng lượng và nguồn cacbon để thực hiện quá trình sinh
tổng hợp, phát triển .
Các vi sinh vật dị dưỡng lại có thể chia làm 3 loại dựa theo hoạt động sống
của chúng với oxi:
+ Vi sinh vật hiếu khí: loài này cần có oxi để sống và phân hủy các hợp chất
hữu cơ.
+ Vi sinh vật kỵ khí: loài này có khả năng sống không cần có oxi và oxi hoá
các chất hữu cơ không cần có mặt oxi tự do, chúng có thể sử dụng oxi trong các hợp
chất như nitrat, sunphat.
+ Giữa hai nhóm này còn có một nhóm trung gian được gọi là các vi sinh vật
tùy nghi hay là các vi sinh vật tùy tiện chúng có thể sinh trưởng trong điều kiện có
hoặc không có oxi.
c) Các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật
Giai đoạn làm quen (AB): Các vi sinh vật được đưa vào môi trường mới nó
cần một thời gian để thích nghi với môi trường
Giai đoạn phát triển theo hàm mũ (BC): Các tế bào phân đôi theo thời gian,
sau một thời gian mật độ tế bào tăng lên theo cấp số nhân.
12
Hình 2: Đường cong sinh trưởng của vi sinh vật.
Giai đoạn chậm dần (CD): Chất dinh dưỡng trong nước cạn dần hoặc do môi
trường có một số chất gây ức chế cho sự phát triển của vi sinh vật. Tốc độ sinh
trưởng của vi sinh vật giảm dần
Giai đoạn ổn định (DE): lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một số lượng ổn
định. Nguyên nhân của giai đoạn này do.
- Các chất dinh dưỡng cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi sinh vật đã bị
giảm mạnh
- Số lượng vi khuẩn sinh ra bằng với số lượng vi khuẩn chết đi
Giai đoạn tự hủy (EF): Giai đoạn này các chất hữu cơ đã cạn kiệt nên mật độ
tế bào giảm do các tế bào già bị chết (ở đây diễn ra sự phân hủy nội bào) dẫn tới sự
tạo ra lớp mùn gồm xác các vi sinh vật.
d) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát triển của vi sinh vật
- Các kim loại nặng: Các kim loại nặng có trong nước thải làm ảnh hưởng đến
khả năng xử lý của vi sinh vật. Các kim loại ở dạng vết ảnh hưởng tốt tới sự sinh
trưởng của vi sinh vật. Ở nồng độ cao làm chết hoặc gây ức chế đến sự phát triển của
vi sinh vật.
- Các anion: Như CN
-
, F
-
, NO
3
-
, Cr
2
O
7
2-
…trong nước thải sẽ tạo phức với các
enzim do vi sinh vật tiết ra làm ngăn cản quá trình lấy chất dinh dưỡng của chúng
hoặc các tạp chất hữu cơ độc hại trong nước sẽ phá hủy tế bào của các vi sinh vật gây
chết vi sinh vật.
X
mg/l
A
B
C
D E
F
t
13
- Các yếu tố khác :
Độ pH từ 6,5 đến 8,5 là tối ưu cho sự phát triển của vi sinh vật.
Nhiệt độ nằm trong khoảng từ 6
o
C đến 37
o
C là phù hợp. Đối với quá trình
kị khí thì nhiệt độ không quá 50
o
C.
Nồng độ các muối vô cơ: Như các muối sunphat, clorua, amôni, cacbonat…
cần khống chế sao cho hàm lượng nhỏ hơn 10g/l .
e) Cơ chế phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ trong nước thải
Có thể xem quá trình xử lý sinh học gồm ba giai đoạn sau:
- Giai đoạn một: Khuếch tán và chuyển các chất dinh dưỡng trong nước thải
đến màng vi sinh vật
- Giai đoạn hai: Hấp phụ các chất rắn trên bề mặt của màng tế bào
- Giai đoạn ba: Quá trình chuyển hóa các chất đã được khuếch tán qua màng tế
bào vi sinh vật tạo ra năng lượng tổng hợp các chất mới của tế bào.
Xử lý trong điều kiện hiếu khí: Sử dụng các nhóm sinh vật hiếu khí. Để đảm
bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp ôxi liên tục và nhiệt độ trong khoảng 20-
40
o
C. Theo Erkenfelder w.w và Connon DJ (1961) thì quá trình xử lý gồm 3 giai
đoạn sau:
Giai đoạn 1: Oxy hóa các hợp chất hữu cơ
Phản ứng oxy hóa khử giữa các hợp chất hữu cơ với oxy có thể biểu diễn như
sau:
C
x
H
y
O
z
+ O
2
enzim
CO
2
+ H
2
O + ∆H
Giai đoạn 2: Quá trình đồng hóa và xây dựng tế bào.
C
x
H
y
O
z
+ NH
3
enzim
CO
2
+ H
2
O + tế bào vi khuẩn + C
5
H
7
NO
2
- ∆H
Trong đó C
5
H
7
NO
2
là chất nguyên sinh trong tế bào sinh vật.
Giai đoạn 3: Quá trình dị hóa
Quá trình phân hủy các chất có trong tế bào sống dưới tác dụng của enzim.
C
5
H
7
NO
2
+ O
2
→
CO
2
+ H
2
O + NH
3
± ∆H
Xử lý trong điều kiện kị khí:
14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét