Bài giảng Kỹ thuật môi trường đại cương -Chương 2: Ô nhiễm nước - Võ Thanh Hằng

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật môi trường đại cương -Chương 2: Ô nhiễm nước - Võ Thanh Hằng

1. Chương 2: Ô nhiễm nước 2 ❖Nội dung 2.1. Khái niệm 2.2. Chất lượng nước thải 2.3. Các phương pháp xử lý 2.4. Tính toán
2. 2.1.1. Định nghĩa 4 ❖Nước thải ▪ là nước cấp sau khi sử dụng, có thành phần và tính chất thay đổi so với ban đầu.
3. 2.1.2. Phân loại 6 ❖Nước thải sinh hoạt
4. 2.1.2. Phân loại 8 ❖Nước thải sản xuất (nước thải công nghiệp)
5. 2.1.3. Hệ thống thoát nước 10 ❖Hệ thống thoát nước ▪ Khái niệm ▪ Hệ thống thoát nước riêng ▪ Hệ thống thoát nước chung ▪ Hệ thống thoát nước nửa riêng ▪ Hệ thống thoát nước trong xí nghiệp công nghiệp (XNCN)
6. 2.1.3. Hệ thống thoát nước 12 ❖ Hệ thống thoát nước riêng (separate system) ▪ Từng loại nước thải riêng biệt được thu gom và vận chuyển theo mạng lưới riêng biệt. ▪ VD: Mạng lưới thoát nước thải sinh hoạt và mạng lưới thoát nước mưa. Nước thải sinh hoạt Nước mưa TXL
7. 2.1.3. Hệ thống thoát nước 14 ❖Hệ thống thoát nước chung (combined system) ▪ Nước mưa và nước thải được vận chuyển trong cùng một mạng lưới tới trạm xử lý
8. 2.1.3. Hệ thống thoát nước 16 ❖Hệ thống thoát nước nửa riêng ▪ Ở những điểm giao nhau giữa hai mạng lưới riêng là các giếng tràn-tách nước mưa. ▪ Tại các giếng này, khi lưu lượng nhỏ (đầu cơn mưa), nước mưa bẩn sẽ chảy vào cống chung dẩn đến TXL; ▪ Khi mưa lớn, lưu lượng lớn và hỗn hợp nước mưa và nước thải tương đối sạch (thấp hơn giới hạn xã), tràn qua giếng và chảy thẳng ra nguồn tiếp nhận.
9. 2.1.3. Hệ thống thoát nước 18 ❖Hệ thống thoát nước trong XNCN ▪ Mỗi XNCN đều có hệ thống thoát nước, bao gồm: ▪ Mạng lưới thoát nước; ▪ Trạm xử lý cục bộ (hoặc theo cụm), làm nhiệm vụ: • Dẫn nước thải ra khỏi phạm vi XNCN; • Xử lý nước thải công nghiệp, thu hồi lại các chất có ích. ▪ Qui hoạch/quản lý hợp lý MLTN: ▪ Khả năng tuần hoàn nước thải sau xử lý; ▪ Bảo đảm vệ sinh công nghiệp để hạn chế mức độ ô nhiễm trước khi xử lý.
10. 2.1.3. Hệ thống thoát nước 20 ❖Cấp thoát nước tuần hoàn
11. 2.1.3. Hệ thống thoát nước 22 ❖Hệ thống kết hợp
12. 2.1.3. Hệ thống thoát nước 24 ❖Thiết kế hệ thống thoát nước XNCN ▪ Một trong những nhiệm vụ thiết kế cơ bản là xác định được: ▪ Lưu lượng nước thải ▪ Thành phần tính chất ▪ Chế độ thải nước ▪ Cả 3 yếu tố này có thể rất khác nhau tùy vào ngành sản xuất và chế độ làm việc
13. 2.2. Chất lượng nước thải 26 ❖Chất lượng nước thải 2.2.1. Thành phần tính chất 2.2.2. Chỉ tiêu chất lượng nước 2.2.3. Tiêu chuẩn và quy chuẩn nước thải
14. 2.2.1. Thànhphần tính chất 28 ❖Nước thải sinh hoạt ▪ Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất bẩn có nguồn gốc từ các hoạt động của con người. ▪ Các chất bẩn này tồn tại dưới dạng lơ lửng, dạng hạt keo và dạng hoà tan.
15. 2.2.1. Thành phần tính chất 30 ❖Nước thải sinh hoạt ▪ Thành phần chất bẩn trong nước thải sinh hoạt có giá trị gần như tương tự nhau ở mọi nơi. Chất ô nhiễm Vật lý Hóa học Sinh học Lơ lững Vô cơ Hòa tan Hữu cơ Sống Chết Vi khuẩn, nấm, protozoa, tảo
16. 2.2.2. Chỉ tiêu chất lượng nước 32 ❖Các chỉ tiêu chất lượng nước ▪ Chỉ tiêu vật lý ▪ Chỉ tiêu hóa học ▪ Chỉ tiêu vi sinh
17. 2.2.2. Chỉ tiêu chất lượng nước 34 ❖Chỉ tiêu hóa học ▪ pH ▪ DO: hàm lượng oxy hòa tan trong nước ▪ COD: nhu cầu oxy hóa học ▪ BOD: nhu cầu oxy sinh học ▪ Tổng nitơ ▪ Tổng photpho ▪ Dầu mỡ khoáng ▪ Dầu động thực vật ▪ Các kim loại nặng
18. 2.2.2. Chỉ tiêu chất lượng nước 36 ❖Chỉ tiêu vi sinh ▪ Trong nước thải có chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh ▪ Trong đó, ô nhiễm phân là quan trọng nhất ▪ Vi sinh vật chỉ thị thường được phân tích nhất là nhóm coliform, đặc trưng là E. coli.
19. 2.2.2. Chỉ tiêu chất lượng nước 38 ❖Nước thải giết mổ ▪ 4 - 5 m3 nước thải giết mổ / tấn sản phẩm Chỉ tiêu ô nhiễm Đơn vị Giá trị điển hình pH - 6.3 – 6.6 BOD5 mg/l 1300 – 2300 COD mg/l 2000 – 6200 N - Organic mg/l 50 – 210 N - NH3 mg/l 20 – 30 Tổng P mg/l 15 – 40 TSS mg/l 850 – 6300 Dầu mỡ mg/l 40 – 600
20. 2.2.2. Chỉ tiêu chất lượng nước 40 ❖Nước thải dệt nhuộm ▪ 10 - 300 m3 nước thải dệt nhuộm / tấn sản phẩm Chỉ tiêu ô nhiễm Đơn vị Giá trị điển hình pH - 9 – 10 Nhiệt độ 0C 40 – 60 BOD5 mg/l 200 – 800 COD mg/l 450 – 1500 Tổng N mg/l 5 – 15 Tổng P mg/l 1 – 3 Độ màu Pt-Co 7000 – 50000
21. 2.3. Các phương pháp xử lý 42 ❖Xử lý nước thải 2.3.1. Mức độ - phương pháp 2.3.2. Xử lý cơ học 2.3.3. Xử lý hóa lý 2.3.4. Xử lý hóa học 2.3.5. Xử lý sinh học 2.3.6. Xử lý bùn cặn
22. 2.3.1. Mức độ - phương pháp 44 ❖Xử lý sơ bộ ▪ Công trình xử lý sơ bộ tiêu biểu là bể tự hoại
23. 2.3.1. Mức độ - phương pháp 46 ❖Khả năng xử lý của bể tự hoại Thông số Nồng độ (mg/L) Hiệu quả (%) BOD5 200 - 290 40 – 50 TSS 200 - 290 50 – 70 Nitrogen 35 - 100 20 – 30 Phosphorus 18 - 30 30 Fecal coliforms (#/L) 108 - 1010 -
24. 2.3.1. Mức độ - phương pháp 48 ❖Xử lý triệt để
25. 2.3.1. Mức độ - phương pháp 50 ❖Xử lý triệt để Biogas Bể hiếu khí Bể lắng 2 Thải ra Điều chỉnh pH Dầu mỡ Bùn hồi lưu Bể khử trùng SCR / LCR Bể UASB bằng chlorine Nước thải Bùn thải Bùn dư Bể tuyển nổi Bể điều hòa Bể thu gom Cặn tươi Xử lý nước thải giết mổ gia súc
26. 2.3.1. Mức độ - phương pháp 52 ❖Xử lý triệt để Bổ sung Giải N,P Điều nhiệt chỉnh pH Bể hiếu khí Bể lắng 2 SCR / LCR Thải Nước ra thải Bể khử màu 1 Bể lắng 1 Bùn hồi lưu Bể khử màu 2 Bể điều hòa Bể thu gom Bùn thải Bùn dư Xử lý nước thải dệt nhuộm may mặc (Khử màu: keo tụ, hấp phụ, oxyhóa, lọc màng )
27. 2.3.1. Mức độ - phương pháp 54 ❖Xử lý triệt để NaOH, Na2CO3, phèn, phèn, CH OH polymer 3 polymer SCR / LCR Bể yếm khí Nước rỉ rác Bể hiếu khí Bể hiếu khí Bể keo tụ & Bể lắng 1 Bể keo tụ Bể lắng 2 loại Canxi Bể thu gom Cặn tươi Bùn thải Thải Xử lý nước rỉ rác từ chôn lấp ra Bể lọc (Bậc cao: lọc màng, hấp phụ, Bể xử lý Bể khử trùng bậc cao nhanh trao đổi, oxyhóa ) bằng chlorine
28. 2.3.2. Xử lý cơ học 56 ❖Vị trí ▪ Thường được bố trí ở phía đầu qui trình công nghệ xử lý nước thải. ▪ Do đó xử lý cơ học còn được gọi là xử lý bậc một hay xử lý sơ bộ
29. 2.3.2. Xử lý cơ học 58 ❖Chức năng ▪ Loại ra khỏi nước thải tất cả các tạp chất rắn có kích thước tương đối lớn có thể gây tắc nghẽn đường ống, làm hư hại máy bơm cũng như có thể làm giảm hiệu quả xử lý của các bước tiếp theo. ▪ Cụ thể là: ▪ Loại bỏ những vật nổi lơ lửng có kích thước lớn như gỗ, nhựa, bông, giẻ, rác ▪ Loại bỏ những cặn nặng như sỏi, cát, kim loại, thủy tinh ▪ Loại bỏ phần lớn dầu mỡ, chất nổi
30. 2.3.2. Xử lý cơ học 60 ❖Chắn rác ▪ Lọc qua song chắn rác hay lưới chắn rác là bước xử lý sơ bộ. ▪ Loại tất cả các tạp vật có thể gây ra sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải như làm tắc bơm, kẹt ống hay tràn mương ▪ Đây là khâu quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và tạo điều kiện thuận lợi cho hệ thống.
31. 2.3.2. Xử lý cơ học 62 ❖Song chắn rác
32. 2.3.2. Xử lý cơ học 64 ❖Giỏ chắn rác
33. 2.3.2. Xử lý cơ học 66 ❖Lưới chắn rác
34. 2.3.2. Xử lý cơ học 68 ❖Máy nghiền rác
35. 2.3.2. Xử lý cơ học 70 ❖Bể tách dầu mỡ
36. 2.3.2. Xử lý cơ học 72 ❖Quá trình lắng: ▪ Lắng rời rạc ▪ Lắng bông cặn ▪ Lắng cản trở ▪ Lắng nén ép
37. 2.3.2. Xử lý cơ học 74 ❖Quá trình lắng: ▪ Lắng cản trở: ▪ Nồng độ các hạt lơ lửng nhiều đến nỗi hạt này có thể gây trở ngại cho hạt khác trong quá trình lắng của chúng. ▪ Lắng nén ép: ▪ Thường thấy ở vùng đáy của bể lắng khi nồng độ các hạt lơ lửng là lớn nhất. ▪ Các hạt nén ép nhau và cùng lắng.
38. 2.3.2. Xử lý cơ học 76 ❖Bể lắng đứng
39. 2.3.2. Xử lý cơ học 78 ❖Bể lắng ngang
40. 2.3.2. Xử lý cơ học 80 ❖Lắng ▪ Bể lắng nước thải
41. 2.3.2. Xử lý cơ học 82 ❖ Lọc ▪ Vật liệu lọc có thể dạng hạt như đá, cát, than, xỉ hoặc ở dạng tấm như giấy lọc, vải lọc, vách lọc, màng lọc ▪ Yêu cầu của vật liệu lọc: ▪ Có tính chất hóa học luôn ổn định ▪ Độ bền cơ tốt & không bị nát vụn ▪ Cỡ hạt thích hợp, rẻ tiền, dễ kiếm
42. 2.3.2. Xử lý cơ học 84 ❖Cơ chế lọc
43. 2.3.2. Xử lý cơ học 86 ❖Bể lọc cát nhanh ▪ Quá trình lọc
44. 2.3.2. Xử lý cơ học 88 ❖ Buồng lọc áp lực ▪ Được thực hiện trong bồn lọc bằng kim loại được gia công kín mít để duy trì áp lực trong suốt quá trình. ▪ Có thể sử dụng một hoặc hai/ba lớp vật liệu lọc. Chúng được làm sạch bằng cách rửa ngược. ▪ Tổn thất áp lực có thể từ 2 đến 20 m cột nước. Tốc độ lọc có thể từ 25 – 50 m/h đối với bồn lọc có hai lớp vật liệu lọc. ▪ Ưu điểm: ▪ Gọn, lắp đặt nhanh, rất dễ đáp ứng ▪ Không xảy ra hiện tượng áp lực âm ▪ Tốc độ lọc lớn & tiết kiệm diện tích
45. 2.3.2. Xử lý cơ học 90 ❖Buồng lọc áp lực
46. 2.3.2. Xử lý cơ học 92 ❖Hệ thống siêu lọc
47. 2.3.2. Xử lý cơ học 94 ❖Bể điều hòa ▪ Thể tích bể điều hoà: dựa trên phương pháp lập bảng thống kê hoặc biểu đồ tích lũy. ▪ Bể điều hoà cần được xáo trộn đều và đảm bảo nước lưu thông trong thời gian từ 1 đến 24 giờ. Giờ trong Chế độ bơm Chế độ bơm Lưu lượng Lưu lượng Lưu lượng ngày của bể thu của bể điều nước vào bể nước ra bể nước còn gom hòa điều hòa điều hòa lại trong bể 0 - 1 23 - 24
48. 2.3.3. Xử lý hóa lý 96 ❖Vị trí ▪ Thường được bố trí ở phía sau giai đoạn xử lý cơ học hoặc phía sau giai đoạn xử lý sinh học.
49. 2.3.3. Xử lý hóa lý 98 ❖ Công trình bố trí ▪ Phía sau giai đoạn xử lý cơ học: ▪ bể keo tụ, ▪ bể tuyển nổi, ▪ cột trao đổi ion, ▪ bể vớt dầu mỡ ▪ Phía sau giai đoạn xử lý sinh học: ▪ bể keo tụ, ▪ bồn hấp phụ, ▪ cột trao đổi ion, ▪ lọc màng RO
50. 10 2.3.3. Xử lý hóa lý 0 ❖Keo tụ - tạo bông ▪ Các hóa chất keo tụ thường được sử dụng trong xử lý nước: ▪ Phèn nhôm ▪ Phèn sắt ▪ Phèn hỗn hợp ▪ Phèn PAC ▪ Hóa chất hỗ trợ tạo bông: ▪ Polymer
51. 10 2.3.3. Xử lý hóa lý 2 ❖Thí nghiệm Jartest ▪ Hệ thống Jartest gồm 6 bình, dung tích mỗi bình 2 lít. ▪ Xác định các thông số tối ưu từ thực nghiệm Jartest: ▪ pH ▪ Liều lượng chất keo tụ ▪ Tốc độ khuấy ▪ Gradient vận tốc, ▪ Thời gian khuấy
52. 10 2.3.3. Xử lý hóa lý 4 ❖Tuyển nổi ▪ Tuyển nổi là phương pháp tách hạt dưới tác dụng của trọng lực bởi các bọt khí trong bể xử lý nước thải nhằm đưa các tạp chất không tan nổi lên trên bề mặt và được vớt bỏ. ▪ Đôi khi chất keo tụ và trợ keo tụ cũng được sử dụng thêm vào để tăng cường hiệu quả của quá trình tuyển nổi.
53. 10 2.3.3. Xử lý hóa lý 6 ❖ Tuyển nổi ▪ Nước thải sau khi xử lý sơ bộ được đưa vào bể tuyển nổi và được trộn với một phần nước ở trạng thái quá bảo hoà do được nén khí ớ áp suất cao. ▪ Một van giảm áp được sử dụng để làm giảm áp suất của phần nước quá bảo hoà này ngay trước khi nó vào bể tuyển nổi. ▪ Sự giảm áp đột ngột sẽ làm phát sinh vô số những vi bọt có kích thước từ 10 – 50 µm. Những vi bọt này sẽ kết dính và lôi cuốn các tạp chất không tan nổi lên trên bề mặt tạo thành một lớp màng dày. ▪ Lớp màng này sẽ được loại bỏ dễ dàng bằng một cơ cấu gạt cơ khí.
54. 10 2.3.3. Xử lý hóa lý 8 ❖Hiệu quả xử lý của bể tuyển nổi áp lực
55. 11 2.3.3. Xử lý hóa lý 0 ❖Bể tuyển nổi áp lực ngang
56. 11 2.3.4. Xử lý hóa học 2 ❖Chức năng: ▪ Trung hòa và điều chỉnh giá trị pH thích hợp khi được bố trí ở phía sau giai đoạn xử lý cơ học ▪ Hoặc khử trùng nước thải bằng hóa chất như clo, ozon khi được bố trí ở phía sau giai đoạn xử lý sinh học.
57. 11 2.3.4. Xử lý hóa học 4 ❖Trung hòa ▪ Nước thải chứa các axit hoặc bazơ cần được trung hoà đưa pH về khoảng 6,5 – 8,5 trước khi đưa vào các công đoạn xử lý tiếp theo hoặc được thải ra các nguồn tiếp nhận.
58. 11 2.3.4. Xử lý hóa học 6 ❖Bể trung hòa ▪ Kiểm soát pH trong bể trung hòa bằng pH controller: ▪ Khi pH tăng, kích hoạt bơm acid ▪ Khi pH giảm, kích hoạt bơm base
59. 11 2.3.4. Xử lý hóa học 8 ❖Phân loại khử trùng ▪ Phương pháp lý học: ▪ Khử trùng bằng: nhiệt, tia UV, siêu âm, lọc qua sứ xốp hoặc màng bán thấm ▪ Hiệu quả thấp, qui mô nhỏ, hầu như không làm thay đổi tính chất lý hóa của nước ▪ Phương pháp hóa học: ▪ Khử trùng bằng: chlorine, chloramine, chlorine dioxide, O3, H2O2, KMnO4 ▪ Hiệu quả cao, qui mô lớn, tạo ra nhiều hợp chất trung gian của quá trình khử trùng
60. 12 2.3.4. Xử lý hóa học 0 ❖ Cơ chế khử trùng ▪ Có ba cơ chế khử trùng chính trong nước thải như sau: ▪ Phá hủy hoặc làm suy giảm tổ chức cấu trúc tế bào ▪ Làm cản trở quá trình trao đổi chất và năng lượng ▪ Làm cản trở quá trình sinh tổng hợp và phát triển ▪ Quá trình khử trùng chính là sự kết hợp của cả ba cơ chế này, tùy thuộc vào tác nhân khử trùng sử dụng và dạng vi sinh vật trong nước. ▪ Trong xử lý nước thải, khả năng oxy hoá các phân tử sinh học và khả năng khuyếch tán qua thành tế bào là cần thiết cho bất kỳ một tác nhân khử trùng hiệu quả nào.
61. 12 2.3.4. Xử lý hóa học 2 ❖Khử trùng bằng Clo
62. 12 2.3.4. Xử lý hóa học 4 ❖Khử trùng bằng UV
63. 12 2.3.5. Xử lý sinh học 6 ❖Chức năng ▪ Loại các chất phân tán nhỏ, ở dạng keo cũng như hòa tan hữu cơ và đôi khi cả vô cơ ra khỏi nước thải. ▪ Phương pháp này dựa vào khả năng sống của vi sinh vật. ▪ Chúng sử dụng các chất hữu cơ có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng như carbon, nitơ, photpho, kali, natri
64. 12 2.3.5. Xử lý sinh học 8 ❖Phân loại ▪ Theo điều kiện thực hiện: ▪ Tự nhiên ▪ Nhân tạo ▪ Theo cách thức vận hành: ▪ Liên tục ▪ Theo mẻ
65. 13 2.3.5. Xử lý sinh học 0 ❖Phân loại ▪ Theo trạng thái tồn tại: ▪ Lơ lửng ▪ Dính bám ▪ Theo mức độ xử lý: ▪ Hữu cơ: BOD, COD ▪ Dinh dưỡng: N & P
66. 13 2.3.5. Xử lý sinh học 2 ❖Xử lý sinh học kỵ khí
67. 13 2.3.5. Xử lý sinh học 4 ❖So sánh xử lý sinh học kỵ khí và hiếu khí Xử lý Sinh học kỵ khí Sinh học hiếu khí Tải trọng hữu cơ Cao: 10-40 kg COD/m3-day Thấp: 0.5-1.5 kg COD/m3-day (bể AF, UASB, E/FBR) (bể bùn hoạt tính) Năng suất sinh Thấp: 0.05-0.15 kg VSS/kg Cao: 0.35-0.45 kg VSS/kg COD khối COD Tương đối cố định, thương Không cố định, phụ thuộc loại không phụ thuộc loại cơ chất cơ chất Tốc độ tiêu thụ Cao: 0.75-1.5 kg COD/kg Thấp: 0.15-0.75 kg COD/kg cơ chất VSS-day VSS-day Thời gian khởi Lâu: Ngắn: 1 – 2 tuần động • 1 – 2 tháng (mesophilic) • 2 – 3 tháng (thermophilic)
68. 13 2.3.5. Xử lý sinh học 6 ❖Thông số kiểm soát ▪ Hoạt tính sinh khối: khối lượng chất hữu cơ được phân hủy trên 1 kg sinh khối vi sinh vật trong 1 ngày (kgCOD/kg sinh khối/ngày hoặc kgBOD/kg sinh khối/ngày). ▪ Nồng độ sinh khối: khối lượng sinh khối vi sinh vật trong 1 m3 thể tích công trình xử lý (kg sinh khối/ m3). ▪ Tải trọng thể tích = Hoạt tính sinh khối x Nồng độ sinh khối (kgCOD/m3.ngày hoặc kgBOD/m3.ngày).
69. 13 2.3.5. Xử lý sinh học 8 ❖Quá trình kỵ khí UASB
70. 14 2.3.5. Xử lý sinh học 0 ❖Quá trình kỵ khí UASB ▪ Bùn hạt
71. 14 2.3.5. Xử lý sinh học 2 ❖Bể sục khí làm thoáng
72. 14 2.3.5. Xử lý sinh học 4 ❖ Đất ngập nước: dòng chảy ngầm ▪ Mực nước ở phía dưới mặt đất ▪ Rễ cây đâm xuyên xuống đáy của tầng đất ngập nước
73. 14 2.3.5. Xử lý sinh học 6 ❖Cây cối trong đất ngập nước
74. 14 2.3.6. Xử lý bùn cặn 8 ❖Chức năng ▪ Xử lý đạt yêu cầu vệ sinh môi trường, giảm thể tích khối lượng của hỗn hợp bùn cặn hoặc phân hủy các chất hữu cơ dễ thối rữa. ▪ Cụ thể là: ▪ Loại bỏ rác, sỏi, cát, kim loại, thủy tinh ▪ Loại bỏ cặn tươi từ bể lắng đợt 1, bể keo tụ, bể tuyển nổi ▪ Loại bỏ sinh khối VSV ở dạng màng nhầy hoặc bông bùn từ bể lắng đợt 2
75. 15 2.3.6. Xử lý bùn cặn 0 ❖Bể phân hủy bùn
76. 15 2.3.6. Xử lý bùn cặn 2 ❖Bùn làm phân bón
77. 15 2.3.6. Xử lý bùn cặn 4 ❖Bùn đem thiêu đốt