Nội dung

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ KHOA HÓA – LÝ KỸ THUẬT BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ******** THẢO LUẬN HÓA MÔI TRƯỜNG Chủ đề: Xử lý nước thải LỜI MỞ ĐẦU --- oOo --- Thực tế cho thấy, dân số tăng đồng nghĩa với lượng chất thải và nước thải cũng tăng, công nghiệp hóa và đô thị hóa tăng cũng đồng thời với tăng lượng chất thải và ô nhiễm môi trường. Trong đó, ô nhiễm nguồn nước là vấn đề nhức nhối nhất, bức xúc nhất đòi hỏi phải được ưu tiên giải quyết sớm do đặc trưng lan truyền và tác động đến môi trường thủy sinh. Các nguồn gây ô nhiễm nguồn nước chính do nước thải chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn từ sản xuất công nghiệp, làng nghề, chế biến nông lâm thủy sản; nước thải từ sinh hoạt; nước thải từ sản xuất nông nghiệp... Nước, an ninh năng lượng và lương thực có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Để sản xuất nhiều lương thực đòi hỏi nhiều nước cũng như năng lượng. Đồng thời, để làm sạch và phân bổ nước chúng ta cũng cần năng lượng. Việc toàn cầu nóng lên, sự gia tăng đô thị hóa và sự gia tăng của việc tiêu thụ nước, năng lượng và thực phẩm tiếp tục phá vỡ hệ sinh thái vốn mong manh của chúng ta. Nước như là một thứ đầu vào không thể thay thế, nó nằm trong vòng hỗ trợ điều hòa khí hậu, tách biệt khí cácbon và các hệ sinh thái chủ chốt khác. Lượng nước thải tăng lên theo mức tăng của dân số cùng với tốc độ tăng trưởng của đô thị hóa và phát triển kinh tế. Hầu hết lượng nước thải thải ra trên toàn cầu đều thải trực tiếp vào hệ sinh thái trong điều kiên chưa được xử lý và tái sử dụng. Trong khi tái tạo, khai thác nước thải như một nguồn tài nguyên mang lại cơ hội rất lớn. Nước thải được quản lý hiệu quả sẽ là nguồn nước, nguồn năng lượng, nguồn dinh dưỡng và nguồn nguyên liệu tái tạo có chi phí hợp lý và bền vững. Qua đó cần có những biện pháp xử lý nước thải một cách hiệu quả tái sử dụng. Contents I. Khái quát về nước thải.........................................................1 1. Khái niệm............................................................................1 2. Phân loại.............................................................................1 2.1. Nước thải sinh họat....................................................1 2.2. Nước thải công nghiệp..............................................1 2.3. Nước thải là nước mưa..............................................2 2.4. Nước thải bệnh viện...................................................2 2.5. Nước thải nông nghiệp..............................................2 3. Thành phần và tính chất nước thải.................................3 3.1. Nước thải sinh hoạt.....................................................3 3.2. Nước thải công nghiệp................................................3 4. Khả năng tự làm sạch của nước.......................................3 5. Hiện trạng...........................................................................4 Trên thế giới:........................................................................4 Tại Việt Nam:........................................................................5 II. Một số thông số chỉ tiêu và quy chuẩn đánh giá nước thải.............................................................................................6 1. Một số chỉ tiêu đánh giá...................................................6 1.1. Các chỉ tiêu vật lý.........................................................6 1.2. Các chỉ tiêu hóa học.....................................................7 1.3. Các chỉ tiêu sinh học..................................................17 2. Quy chuẩn quốc gia.........................................................19 III. Cấp độ xử lý.......................................................................19 1.Xử lý cấp I..........................................................................19 2. Xử lý cấp II........................................................................19 3. Xử lý cấp III.......................................................................20 IV. Các phương pháp xử lý.....................................................20 1. Phương pháp vật lý.........................................................21 1.1. Song chắn rác.............................................................21 1.2. Bể láng cát.................................................................24 1.3.Bể láng sơ cấp...........................................................24 1.4. Bể thu dầu mỡ..........................................................25 1.5. Bể lọc..........................................................................25 2. Phướng pháp hóa học và hóa lý.....................................26 2.1. Đông tụ và keo tụ......................................................26 2.2. Phương pháp trung hòa............................................27 2.3. Phương pháp hấp phụ...............................................28 2.4. Phương pháp trao đổi ion.........................................30 2.5. Phương pháp lọc màng..............................................31 2.6. Phương pháp điện hóa..............................................32 2.7. Phương pháp oxi hóa khử.........................................33 2.8. Phương pháp diệt khuẩn...........................................35 3. Phương pháp sinh học.....................................................35 3.1. Hiếu khí.......................................................................36 3.2. Kỵ khí...........................................................................38 Câu hỏi và trả lời:...................................................................40 I. Khái quát về nước thải. 1. Khái niệm. Tất cả các hoạt động sinh hoạt và sản xuất trong mỗi cộng đồng đều tạo ra các chất thải, ở các thể khí, lỏng và rắn. Thành phần chất thải lỏng, hay nước thải được định nghĩa như một dạng hòa tan hay trộn lẫn giữa nước (nước dùng, nước mưa, nước mặt, nước ngầm, ...) và chất thải từ sinh hoạt trong cộng đồng cư dân, các khu vực sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, thương mại, giao thông vận tải, nông nghiệp, ... Ở đây cần hiểu là sự ô nhiễm nước xảy ra khi các chất nguy hại xâm nhập vào nước lớn hơn khả năng tự làm sạch của chính bản thân nguồn nước. Nước thải chưa xử lý là nguồn tích lũy các chất độc hại lâu dài cho con người và các sinh vật khác. Sự phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải có thể tạo ra các chất khí nặng mùi. Thông thường, nước thải chưa xử lý là nguyên nhân gây bịnh do nó chứa các loại độc chất phức tạp hoặc mang các chất dinh dưỡng thuận lợi cho việc phát triển cho các loại vi khuẩn, các thực vật thủy sinh nguy hại. Tại nhiều quốc gia trên thế giới, việc đòi hỏi phải kiểm soát và xử lý nguồn nước thải đã trở thành luật lệ bắt buộc. Hầu hết các ngành sản xuất đều có các tài liệu chỉ dẫn về tiêu chuẩn làm sạch nước thải. 2. Phân loại. Để hiểu và lựa chọn công nghệ xừ lý nước thải cần phải phân biệt các loại nước thải có nguồn gốc khác nhau. 2.1. 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 rữa, vệ sinh cá nhân, …chúng thường được thải ra từ các các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, và các công trình công cộng khác. Lượng nước thải sinh họat của khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thóat nước. Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức sống và các thói quen của người dân, có thể ước tính bằng 80% lượng nước được cấp. Giữa lượng nước thải và tải trọng chất thải của chúng biểu thị bằng các chất lắng hoặc BOD5 có 1 mối tương quan nhất định. Một tính chất đặc trưng nữa của Nước thải sinh hoạt là không phải tất cả các chất hữu cơ đều có thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật và khoảng 20-40% BOD thoát ra khỏi các 1 quá trình xử lý sinh học cùng với bùn. Nước thải sinh hoạt thường chiếm từ 65% đến 80% lượng nước cấp đi qua đồng hồ các hộ dân, các cơ quan, bệnh viện, trường học, khu thương mại , khu giải trí,… 65% áp dụng cho nơi nóng, khô, nước cấp dùng cả cho việc tưới cây cỏ 2.2. Nước thải công nghiệp. Là lọai nước thải sau quá trình sản xuất, phục thhuộc loại hình công nghiệp. Đặc tính ô nhiễm và nồng độ của nước thải công nghiệp rất khác nhau phụ thuộc vào lọai hình công nghiệp và chế độ công nghệ lựa chọn. Trong công nghiệp, nước được sử dụng như là 1 loại nguyên liệu thô hay phương tiện sản xuất (nước cho các quá trình) và phục vụ cho các mục đích truyền nhiệt. Nước cấp cho sản xuất có thể lấy mạng cấp nước sinh hoạt chung hoặc lấy trực tiếp từ nguồn nước ngầm hay nước mặt nếu xí nghiệp có hệ thống xử lý riêng. Nhu cầu về cấp nước và lưu lượng nước thải trong sản xuất phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Lưu lượng nước thải của các xí nghiệp công nghiệp được xác định chủ yếu bởi đặc tính sản phẩm được sản xuất. Nói chung, nước thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm có hàm lượng nitơ và photpho đủ cho quá trình xử lý sinh học, trong khi đó hàm lượng các chất dinh dưỡng này trong nước thải của các ngành sản xuất khác lại quá thấp so với nhu cầu phát triển của vi sinh vật. 2.3. Nước thải là nước mưa. Đây là lọai nước thải sau khi mưa chảy tràn trên mặt đất và lôi kéo các chất cặn bã, dầu mỡ,… khi đi vào hệ thống thóat nước. Những nơi có mạng lưới cống thoát riêng biệt: mạng lưới cống thoát nước thải riêng với mạng lưới cống thoát nước mưa. Nước thải đi về nhà máy xử lý gồm: nước sinh hoạt, nước công nghiệp và nước ngầm thâm nhập, nếu sau những trận mưa lớn không có hiện tượng ngập úng cục bộ, nếu có nước mưa có thể tràn qua nắp đậy các hố ga chảy vào hệ thống thoát nước thải. Lượng nước thâm nhập do thấm từ nước ngầm và nước mưa có thể lên tới 470m 3/ha.ngày. Nơi có mạng cống chung vừa thoát nước thải vừa thoát nước mưa. Đây là trường hợp hầu hết ở các thị trấn, thị xã, thành phố của nước ta. Lượng nước chảy về nhà máy gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước ngầm thâm nhập và một phần nước mưa. 2 2.4. Nước thải bệnh viện. Đây cũng là nguồn nước thải có chứa các vi khuẩn, vi rút được thải ra từ người bệnh bên cạnh đó cũng có các chất kháng sinh thải ra từ bệnh viện những chất này ngăn cản hoạt động của vi sinh vật trong tự nhiên, cũng như hệ thống nước thải. 2.5. Nước thải nông nghiệp. Dư lượng các hóa chất dùng trong sản xuất nông nghiệp như phân bón, thuốc trừ sâu, trừ cỏ,...trong chừng mực nào đó sẽ gây ra ô nhiễm môi trường. Nguồn nước này khó tập trung. Lưu ý: Trong đô thị : Nước thải sinh hoạt thường trộn chung với nước thải sản xuất và gọi chung là nước thải đô thị. Nếu tính gần đúng, nước thải đô thị gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt, 14% là các loại nước thấm, 36% là nước thải sản xuất. 3. Thành phần và tính chất nước thải. 3.1. Nước thải sinh hoạt. Nước thải sinh họat chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngòai ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh họat bao gồm các hợp chất như protein (40 – 50%); hydrat cacbon (40 - 50%) gồm tinh bột, đường và xenlulo; và các chất béo (5 -10%). Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh họat dao động trong khỏang 150 – 450%mg/l thoe trọng lượng khô. Có khỏang 20 – 40% chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh họaat không được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. 3.2. Nước thải công nghiệp. 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 lãnh vực, nguyên liệu tiêu thụ, loại công nghệ áp dụng, qui mô hoạt động, ... Một số tài liệu nước ngoài cho biết khối lượng nước thải công nghiệp thường chiếm 30 - 35% tổng lượng nước thải đô thị. Các chất hữu cơ dạng hòa tan, chất hữu cơ vi lượng gây mùi, vị( phenol, benzen...) các chất hữu cơ bền vững khó phân hủy bền vững sinh học( thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ...) chất hoạt tính bề mặt ABS( ankylbezen-sunfonat). Các chất hữu cơ bền vững: 3 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 thường có trong nước thải công nghiệp là chì (Pb), thủy ngân (Hg), crôm (Cr), cadmi (Cd), asen (As), mangan (Mn). Ngoài ra có những vi sinh vật, vi trù Khi tính toán công trình xử lý chung nước thải sinh hoạt và công nghiệp, ta căn cứ vào chất nhiễm bẩn sinh hoạt. Chất bẩn công nghiệp phải giữ lại để xử lý cục bộ nhằm bảo đảm tính an toàn cho hệ thống dẫn và xử lý nước thải đô thị. Tính chất của nước thải thường được xác định bằng phân tích hóa học thành phần nhiễm bẩn. tuy nhiên để có đầy đủ các số liệu thường gặp nhiều khó khăn về thời gian, thiết bị và kinh phí. Để đơn giản, người ta thường dựa vào một số chỉ tiêu như nhiệt độ, màu sắc, mùi vị, độ trong, pH, chất tro và không tro, hàm lượng chất lơ lửng, chất lắng đọng, BOD, COD và một số chỉ tiêu khác do yêu cầu.độ, màu sắc, mùi vị, độ trong, pH, chất tro và không tro, hàm lượng chất lơ lửng, chất lắng đọng, BOD, COD và một số chỉ tiêu khác do yêu cầu. 4. Khả năng tự làm sạch của nước. Nước trong các vực nước tự nhiên đều có một đặc tính mà ta gọi là khả năng tự lọc sạch tức là khả năng mà vực nước đó khi bị ô nhiễm trong một giới hạn nhất định sau một thời gian lại phục hồi được như trạng thái trước lúc ô nhiễm. Khả năng này khác nhau tùy từng loại vực nước như ở sông thì lớn hơn ở hồ. 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. Tham gia vào quá trình này chủ yếu phải kể là các vi sinh vật (vi khuẩn phân hủy hợp chất N, P, S...), các tảo và cây thủy sinh (quang hợp), các động vật ăn các chất vẩn hữu cơ, các sinh vật có khả năng tích tụ chất độc trong cơ thể, trong số này chủ yếu là các loài tảo, động vật 4 không xương sống cở nhỏ với số lượng lớn. Sinh vật tham gia vào làm sạch nước thông qua các quá trình: vô cơ hóa các chất hữu cơ trong nước, tích tụ chất độc vào cơ thể, loại trừ chất độc ra khỏi vực nước. Sự vô cơ hóa các chất hữu cơ trong nước ô nhiễm là do hoạt động của các vi sinh vật, chế độ nước chảy và sự quang hợp của tảo và cây thủy sinh đã làm cho hàm lượng O2 hòa tan trong nước tăng giúp thuận lợi cho quá trình này. Trong quá trình vô cơ hóa các chất hữu cơ, một phần được chính các vi sinh vật này dùng cho sinh trưởng. Nhiều ấu trùng động vật, động vật cở nhỏ cũng ăn trực tiếp các chất vụn hữu cơ. Một quá trình tự lọc sạch có ý nghĩa quan trọng là các sinh vật hấp thụ và tích lũy các chất độc vào cơ thể mình. Tảo và các cây thủy sinh ví dụ như bèo Nhật Bản khả năng này rất lớn. Các sinh vật còn loại trừ chất bẩn và các chất độc ra khỏi tầng nước trong thủy vực bằng cách sau khi chúng ăn các chất bẩn và chất độc đó rồi chúng thải ra ngoài dưới dạng phân và sau cùng lắng xuống đáy. Các loài thân mềm, nhiều động vật không xương sống ở đáy kể cả cá,... đã tham gia tích cực vào quá trình này. 5. Hiện trạng. Trên thế giới: - Hơn 80% lượng nước thải phát sinh từ các hoạt động trong xã hội trên toàn cầu được thải vào các hệ sinh thái mà không qua xử lý hoặc tái sử dụng. Tính trung bình, các quốc gia có thu nhập cao xử lý khoảng 70% lượng nước thải phát sinh, trong khi đó tỷ lệ này giảm xuống còn 38% ở các quốc gia có thu nhập trên trung bình và 28% ở các quốc gia có thu nhập dưới trung bình. Ở các nước có thu nhập thấp, tỷ lệ này chỉ đạt khoảng 8% (Nguồn: worldwaterday.org, 2017). - Hiện có 1,8 tỷ người đang sử dụng nguồn nước uống bị ô nhiễm. Đây cũng là nguyên nhân gây ra nguy cơ mắc các bệnh tả, lị, thương hàn và bại liệt. Mỗi năm có khoảng 842.000 người tử vong do sử dụng nguồn nước không an toàn và kém vệ sinh (Nguồn: worldwaterday.org, 2017). - Có khoảng 663 triệu người hiện vẫn thiếu các nguồn nước uống an toàn (Nguồn: worldwaterday.org, 2017). - Tới năm 2050, gần 70% dân số thế giới sẽ sống ở các thành phố, hiện nay tỷ lệ này là 50%. Hiện tại, hầu hết các thành phố ở các quốc gia đang phát triển không có cơ sở hạ tầng đầy đủ và nguồn lực để giải quyết vấn đề quản lý nước thải một cách hiệu quả và bền vững (Nguồn: worldwaterday.org, 2017). - Khai thác nước thải như một nguồn tài nguyên mang lại cơ hội rất lớn vì khi nước thải được quản lý hiệu quả sẽ là nguồn nước, nguồn năng lượng, nguồn dinh dưỡng và nguồn nguyên liệu 5 tái tạo có chi phí hợp lý và bền vững (Nguồn: worldwaterday.org, 2017). - Các chi phí về quản lý nước thải được cân nhắc nhiều hơn do những lợi ích mang lại về sức khoẻ con người, phát triển kinh tế và môi trường bền vững, tạo ra các cơ hội kinh doanh mới và các công ăn việc làm “xanh” (Nguồn: worldwaterday.org, 2017). Tại Việt Nam: Sự gia tăng dân số cùng với tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa trên khắp đất nước đã gây ra áp lực rất lớn đến môi trường và tài nguyên nước ở Việt Nam. Dân số tăng đồng nghĩa với lượng chất thải và nước thải cũng tăng, công nghiệp hóa và đô thị hóa tăng cũng đồng thời với tăng lượng chất thải và ô nhiễm môi trường tăng. Nhiều dòng sông bị ô nhiễm đến mức báo động nhưng dường như việc giảm thiểu ô nhiễm, khôi phục dòng sông hoặc đoạn sông diễn ra rất chậm, chậm đến mức người ta không nhận ra sự thay đổi. Có lẽ vấn đề ô nhiễm nguồn nước và ô nhiễm môi trường là vấn đề nhức nhối nhất, bức xúc nhất đòi hỏi phải được ưu tiên giải quyết sớm. Trong ba loại ô nhiễm: Ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất thì ô nhiễm nguồn nước có tính nghiêm trọng nhất do đặc trưng lan truyền và tác động đến môi trường thủy sinh. Các nguồn gây ô nhiễm nguồn nước chính do nước thải chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn từ sản xuất công nghiệp, làng nghề, chế biến nông lâm thủy sản; nước thải từ sinh hoạt; nước thải từ sản xuất nông nghiệp..v..v. Sản xuất công nghiệp và làng nghề: hiện chúng ta có 316 khu công nghiệp và 16 khu kinh tế ven biển. Đóng góp vào kinh tế quốc gia từ các khu công nghiệp là rất đáng kể với tổng doanh thu tính đến cuối tháng 7/2016 đạt hơn 79,3 tỷ USD, tăng hơn 16% so với cùng kỳ năm 2015. Tính đến tháng 7/2016, các khu công nghiệp, khu kinh tế cũng đã tạo thêm hơn 250 nghìn việc làm mới. Tổng số lao động trong khu công nghiệp, khu kinh tế lũy kế đến hết tháng 7/2016 là hơn 3 triệu lao động. Hiện tại Việt Nam có khoảng 2.790 làng nghề, trong đó có 240 làng nghề truyền thống, đang giải quyết việc làm cho khoảng 11 triệu lao động. Tổng lượng nước thải các khu công nghiệp toàn quốc khoảng trên 3 triệu m3/ngày đêm. Mặc dù đóng góp cho nền kinh tế là đáng kể nhưng với 70% nước thải công nghiệp chưa qua xử lý xả thẳng ra môi trường đã gây hậu quả về môi trường ngày càng nghiêm trọng. Tình trạng ô nhiễm nguồn nước đã gây tác động lớn đến cuộc sống người dân và môi trường thủy sinh. Nước thải đô thị: tính đến nay, do chú ý đầu tư cải thiện nước thải và vệ sinh đô thị nên hoạt động cung cấp dịch vụ thoát 6 nước và xử lý nước thải được cải thiện đáng kể, 94% người dân sử dụng nhà vệ sinh. Tính đến 2012, có 17 nhà máy xử lý nước thải đô thị được xây dựng với công suất khoảng 600.000 m3/ngày đêm. Tuy nhiên, lĩnh vực vệ sinh môi trường đô thị vẫn phải đối mặt với nhiều vấn đề. II. Một số thông số chỉ tiêu và quy chuẩn đánh giá nước thải. 1. Một số chỉ tiêu đánh giá. Để kiểm tra, đánh giá chất lượng một nguồn nước, căn cứ vào các chỉ tiêu cơ bản và quy định giới hạn của từng chỉ tiêu theo tiêu chuẩn của quốc gia hay quốc tế. Thường là phải xét các chỉ tiêu: vật lý, hóa học và sinh hoc. Việc lấy mẫu nước để phân tích các chỉ tiêu là việc cực kỳ quan trọng, nó quyết định độ chính xác của kết quả. Lấy mẫu phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định trong quy chuẩn quốc gia hay quốc tế mà ta sử dụng. Dưới đây trình bày tóm tắt xác định một số chỉ tiêu của nước. 1.1. Các chỉ tiêu vật lý Màu sắc Nói chung, nước thiên nhiên sạch không có màu. Nước chỉ có màu là do sự có mặt của một số chất hữu cơ và các hợp chất của sắt (III). Nước thải có thể có sắc thái khác nhau. Trong nhiều trường hợp màu của nước còn do các vi sinh vật, các hạt bùn, các thực vật sống trong nước, các sunfua, các chất lơ lửng gây nên. Trước khi xác định màu của nước, cần lọc trong để loại bỏ các chất cặn lắng, lơ lửng. Việc xác định chính xác màu của nước rất khó, nhiều khi phải mô tả sắc thái và cường độ bằng lời chứ không phải bằng con số định lượng. Người ta thường xác định màu của nước bằng cách so sánh với một loại mầu chuẩn bằng mắt hoặc bằng ghi phổ hấp thụ, trong thực tế, người ta thường dùng hỗn hợp K 2Cr2O7 và CoSO4 pha dung dịch chuẩn để so sánh màu của nước. Nhiệt độ Nhiệt độ của nước có thể được xác định bằng cách dùng nhiệt kế bách phân để đo ngay nhiệt độ của nước, tốt nhất là xác định trực tiếp ngay tại nguồn nước. Độ dẫn điện Nước tinh khiết hầu như không dẫn điện vì nước phân ly rất ít. Những chất tan trong nước, phân ly thành các ion nên nước thiên nhiên và nước thải dẫn điện dẫn điện. 7 Để xác định độ dẫn điện của nước, người ta đo điện trở hoặc dùng máy đo độ dẫn điện trực tiếp với đơn vị đo là midicimen trên mét (mS/m). Độ dẫn điện của nước được so sánh với độ dẫn điện của dung dịch KCl. Ở 250C: + Dung dịch KCl 10-3 M có độ dẫn điện tương ứng là 141 mS/ m. + Dung dịch KCl 10-2 M có độ dẫn điện tương ứng là 147,3 mS/m. + Dung dich KCl 5.10-2 M có độ dẫn điện tương ứng là 666,8 mS/m. + Dung dịch KCl 10-1 M có độ dẫn điện tương ứng là 1290,0 mS/m. Độ đục Nước tự nhiên thường bị vẩn đục do những hạt keo lơ lửng trong nước, các hạt keo này có thể là sét, mùn, vi sinh vật, các hidroxit ở dạng keo vô định hình (Fe(OH) 3, Al(OH)3…). Nước đục là nước bị ô nhiễm, nó làm giảm sự chiếu sáng của ánh sáng mặt trời vào nước. Độ đục của nước được xác định bằng phương pháp đo độ đục (bằng mắt thường hay máy đo độ đục) so với độ đục của một thang chuẩn. Mùi Nước sạch không mùi, không vị. Nếu nước có mùi vị khó chịu là triệu chứng nước bị ô nhiễm. Mùi nước gây ra chủ yếu do 2 nguyên nhân sau: + Do sản phẩm phân hủy các chất hữu cơ trong nước. + Do nước thải có chứa những chất khác nhau, mùi của nước đặc trưng cho từng loại nước thải. Mùi của nước được xác định theo thang quy ước, ví dụ nếu mẫu nước có mùi, pha loãng bằng nước sạch theo tỷ lệ thể tích V/ V bằng 1÷1 mà mùi biến mất thì mẫu đó có chỉ số mùi được quy ước bằng 1, còn nếu pha loãng V/V bằng 2, 3, 4,… 100/1… mùi mới biến mất thì chỉ số mùi tương ứng bằng 2, 3, 4,…100… 1.2. Các chỉ tiêu hóa học Độ pH Giá trị pH của nước thải phải được đo ngay sau khi lấy mẫu, chậm nhất là phải xác định sau 4 giờ lấy mẫu Để xác định pH của nước có thể dùng máy đo pH hay giấy đo pH. Độ axit, độ kiềm của nước Định nghĩa: 8 + Độ axit là hàm lượng các chất có tron nước tham gia phản ứng với kiềm mạnh (NaOH, KOH). + Độ kiềm là hàm lượng của các chất có trong nước tham gia phản ứng với HCl. Để xác định độ axit hay độ kiềm của nước, người ta dùng phép chuẩn độ dùng chỉ thị metyl da cam hay phenolphtalein. Đầu tiên ta lấy V (ml) mẫu nước cần xác định, thêm chỉ thị phenolphtalein để xem dung dịch có môi trường gì và phải xác định gì. + Nếu dung dịch có mầu hồng, nước có môi trường kiềm, ta phải xác định độ kiềm. + Nếu dung dịch không có mầu, nước có trong môi trường axit, ta phải xác định độ axit. Xác định độ axit. Lấy V (ml) nước (100 ml), thêm một vài giọt chỉ thị phenoltalein hay metyl da cam, rồi dùng dung dịch chuẩn NaOH 10-2 M để chuẩn độ đến khi dung dịch đổi mầu, dùng hết a (ml) dung dịch NaOH khi dùng metyl da cam, b (ml) dung dịch NaOH khi dùng phenolphtalein. Độ axit tự do (m) và độ axit toàn phần (p) của mẫu nước được tính theo công thức sau: a .10−2 .1000 m= (mđlg/l) V b .10−2 .1000 p= (mđlg/l) V Xác định độ kiềm. Lấy V (ml) nước (100 ml), thêm 2, 3 giọt chỉ thị phenolphtalein (để xác định độ kiềm tự do p) hay metyl da cam (để xác định độ kiềm toàn phần m) và chuẩn độ bằng dung dịch HCl 10-2 M cho đến khi dung dịch chuyển màu, dùng hết a (ml) dung dịch HCl khi dùng chất chỉ thị phenolphtalein và b (ml) khi dùng chỉ thị metyl da cam. Độ kiềm của mẫu nước được tính theo công thức: a .10−2 .1000 m= (mđlg/l) V b .10−2 .1000 p= (mđlg/l) V Độ cứng của nước Độ cứng của nước là do các kim loại kiềm thổ hóa trị II chủ yếu là canxi và magie gây nên. Người ta thường phân biệt độ cứng cacbonat và độ cứng phi cacbonat. + Độ cứng cacbonat tương đương với lượng canxi, magie nằm ở dạng muối cacbonat ( hidrocacbonat và cacbonat). Độ 9 cứng này dễ dàng xử lý khi đun sôi nước nên độ cứng này còn có tên gọi là độ cứng tạm thời. + Độ cứng phi cacbonat là lượng canxi và magie tương ứng với các anion clorua, sunfat, nitrat. Độ cứng này không bị phân hủy khi đun sôi nước, nên có tên là độ cứng vĩnh cửu. Tổng hai loại độ cứng trên là độ cứng toàn phần của nước. Độ cứng thường biểu thị bằng số mili đương lượng gam (mđg) của canxi và magie trong 1 lít nước. Đường biểu diễn độ cứng bằng số mg CaCO3 trong 1 lít nước. + Nước mềm có độ cứng ≤ 50 mg CaCO3/l. + Nước cứng trung bình có độ cứng ~ 150 mg CaCO3/l. + Nước có độ cứng ≥ 300 mg CaCO3/l thì được gọi là quá cứng. Để xác định độ cứng của nước, thường dùng phương pháp chuẩn độ Complexon. Dung dịch chuẩn là EDTA đã biết nồng độ với chất chỉ thị ETOO trong môi trường đệm NH 3 có pH 8,5 – 10, dùng CaCN để loại ảnh hưởng của các ion Fe (II), Fe (III), Cu (II), Cd (II), Ni (II), Co (II), …có trong nước. Các chất cặn lắng lơ lửng trong nước Tổng lượng chất rắn lơ lửng (TSS mg/l). Lấy V ml nước (500 ml) cho chảy qua màng lọc đã sấy khô ở 100 – 105 0C và cân có khối lượng là m1 gam. Sau khi mẫu nước chảy hết, rửa màng bằng nước cất sạch. Lấy màng đem sấy khô ở 100 – 105 0C và cân được m2 gam. TSS = m 2−m1 m −m .1000(g/l) = 2 1 .106(mg/l) V V Chất rắn huyền phù là chất rắn ở dạng lơ lửng trong nước. Hàm lượng chất rắn huyền phù (SS) là khối lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít nước qua phễu lọc Gut và sấy khô ở 100 -105 0C, tính bằng mg/l. Chất rắn hòa tan (DS) là hiệu của tổng hàm lượng chất rắn với hàm lượng chất rắn huyền phù. DS = TSS – SS (mg/l) Chất rắn bay hơi (VS). Hàm lượng chất rắn bay hơi là khối lượng mất đi sau khi nung chất rắn huyền phù SS ở 550 0C đến khối lượng không đổi, tính bằng mg/l hay %. Hàm lượng chất rắn bay hơi trong nước thải thường biểu thị cho hàm lượng chất hữu cơ trong nước. Chất rắn có thể lắng và thể tích (tính bằng ml) phần chất rắn của 1 lít nước sau khi để sa lắng 1 giờ, tính bằng mg/l. 10 Xác định lượng oxi hòa tan trong nước (DO- phương pháp Winkler) Nguyên tắc của phương pháp này là trong môi trường kiềm (pH 9 -10), thêm MnSO4 vào mẫu nước, lắc đều, ion Mn 2+ sẽ bị oxi tan trong nước oxi hóa thành Mn (IV), lấy kết tủa hòa tan vào axit, có mặt I- dư thì Mn (IV) sẽ oxi hóa I - sẽ giải phóng ra I2. Dùng dung dịch Na2S2O3 chuẩn độ lượng I2 thoát ra với chất chỉ thị hồ tinh bột ta sẽ tính được giá trị DO trong mẫu nước. Các phản ứng 1 Mn2+ + 2OH– + 2 O2 → MnO2 + 4H+ + 2I– Mn2+ + I2 + H2O I2 + 2Na2S2O3 → → MnO2↓ + H2O 2NaI + Na2S4O6 Công thức tính DO: DO = V ml Na 2 S 2 O3 N ❑Na V 2 S 2 O3 V (¿8) O 2 x1000 (mgO2/l) (V là thể tích mẫu nước lấy để phân tích) Xác định nhu cầu oxi sinh hóa (BOD: Biochemical oxygen demand) BOD là lượng oxi cần thiết cho quá trình oxi hóa các chất hữu cơ trong nước bằng các vi sinh vật. Chất hữu cơ + O2 VSV CO2 + H2O + Sản phẩm cố định → Như vậy BOD là một chỉ tiêu thông dụng nhất để xác định mức độ ô nhiễm của nước, nó đặc trưng cho lượng chất hữu cơ có thể bị oxi hóa bằng VSV có trong nước. Khi quá trình oxi hóa sinh học xảy ra, các VSV sử dụng lượng oxi hòa tan có trong nước (DO). Qúa trình oxi hóa sinh học xảy ra rất chậm và kéo dài. Trong thực tế, việc phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước bằng VSV là rất phù hợp với thực tế. Vì vậy người ta thường sử dụng chỉ tiêu này để đánh giá sự ô nhiễm chất hữu cơ của nước. Tuy vậy, người ta không thể xác định được lượng oxi cần thiết để VSV oxi hóa hoàn toàn các chất hữu cơ có trong nước mà chỉ cần xác định lượng oxi cần thiết khi ủ ở nhiệt độ 20 0C trong buồng tối (để tránh quá trình quang hợp của các thực vật có trong nước, quá trình này sẽ tạo ra oxi) trong 5 ngày, khi đó chỉ khoảng 70 -80 % lượng chất hữu cơ bị oxi hóa. Nếu tất cả các thí nghiệm ta tiến hành ở cùng điều kiện và thời gian như nhau thì kết quả đó vẫn dùng đánh giá chính xác mức độ ô nhiễm của chất hữu cơ trong nước. Chính vì vậy kết quả được biểu thị là BOD 5 (5 ở đây có nghĩa là ủ cho VSV oxi hóa 5 ngày). Nếu thời gian ủ kéo dài tới 25 ngày thì 11 cũng chỉ oxi hóa được 95 % chất hữu cơ chứ không hết hoàn toàn được. Để xác định BOD5 của mẫu nước ta thực hiện theo các bước sau: + Chuẩn bị nước để pha loãng. Lấy gần 1 lít nước cất sạch cho vào chai to, miệng rộng. Giữ nước ở 20 0C. Thổi không khí sạch vào nước, vừa thổi vừa lắc đến khi nước bão hòa oxi, thêm vào đó 1 ml dung dịch có đệm photphat (có pH = 7,2), 1 ml dung dịch MgSO4 0,092 M, 1 ml dung dịch CaCl2 0,025 M và 1 ml dung dịch FeCl3 10-4 M, 1,5 g Na2SO3, lắc đều thành rồi định mức thành 1 lít. Đây là dung dịch dùng để pha loãng mẫu phân tích (dung dịch A). + Pha loãng mẫu nước B bằng dung dịch A, cách pha loãng theo V/V tùy thuộc lượng chất hữu cơ có trong mẫu B nhiều hay ít. Ví dụ: Nếu BOD trong nước có giá trị 30 -60 mg O 2/l thì pha loãng 1/9. Nếu BOD trong nước có giá trị ~ 1200 mg O 2/l thì pha loãng 1/191. + Mẫu nước sau khi pha loãng chia thành hai phần bằng nhau: Phần 1 đem xác định giá trị DO ngay bằng phương pháp Winkler ở trên, tính được giá trị là D1 Phần 2 cho vào chai, đậy nút kín, đưa vào tủ tối nhiệt độ 20 0 C, ủ trong 5 ngày sau đó lấy ra xác định giá trị DO như trên tính được D2. Hàm lượng BOD5 của mẫu nước được tính theo công thức. BOD5 = (D1 – D2 )/P (mg O2/l). P: là tỷ lệ pha loãng Thể tích mẫu n ư ớc đem phân tích(V ) x P ¿ V +Thể tích dung dịch dùng pha loãng x Chú ý: có những mẫu nước phải pha loãng nhiều, lúc đó lượng VSV trong mẫu quá ít, không đủ số lượng cho sự oxi hóa, khi đó ta phải bổ xung thêm một lượng VSV nhất định để đảm bảo đủ VSV cho quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ trong mẫu nước xảy ra tốt. Xác định nhu cầu oxi hóa học (chemical oxygen demand COD). COD là lượng oxi cần thiết (tương đương với chất oxi hóa hóa học) cho quá trình oxi hóa các chất hữu cơ trong nước thành CO2 và H2O. Nói cách khác, COD tương đương với hàm lượng chất Xt12Ag2SO4 hữu cơ có thể bị oxi hóa và được xác định bằng việc sử dụng một chất oxi hóa mạnh (K2Cr2O7) trong môi trường axit sunfuric. Chất hữu cơ + + H2O Cr 2O72 – + H+ 2Cr 3+ + CO2 Như vậy chỉ số COD cũng là một tiêu chuẩn để đánh giá hàm lượng chất hữu cơ có trong nước. Nhưng chỉ số này ít được dùng như chỉ số BOD5 vì nó không thực tế bởi lẽ các chất hữu cơ thải vào nguồn nước, dùng VSV để oxi hóa có nghĩa thực tế hơn là dùng hóa chất. Để xác định COD của nước người ta làm như sau: lấy V ml nước (tùy theo nước bẩn hay nước sạch mà lấy lượng V khác nhau) cho vào bình đun hồi lưu, một thể tích dung dịch chất oxi hóa mạnh (dùng K2Cr2O7: chất này vừa có tính oxi hóa mạnh, lại rất bền khi dun nóng, không dùng KMnO 4 được mặc dù chất này cũng oxi hóa mạnh, nhưng lại bị phân hủy khi đun nóng), vài viên đá bọt, vài ml dung dịch HgSO4 (để loại Cl-). Lắp ống sinh hàn nhám vào bình. Thêm từ từ 30 ml H2SO4 đặc vài ml dung dịch AgSO4 qua ống sinh hàn, vừa thêm vừa lắc bình. Đun hồi lưu trong 2 giờ. Để nguội, rửa sạch ống sinh hàn bằng nước cất. Chuyển dung dịch trong bình vào bình nón, tráng sạch bình, cho tất cả vào bình nón. Chuẩn độ lượng K 2Cl2O7 dư bằng dung dịch chuẩn muối Mo với chỉ thị feroin hết V1 ml. Song song với thí nghiệm này cần làm thí nghiệm trắng. Chuẩn độ lượng K 2Cr2O7 dư trong thí nghiệm trắng hết V2. Gía trị COD được tính theo công thức sau: COD = (V 2−V 1 ) N Fe 2+ ¿ V ) Đ(¿8 O 2 ¿. 1000 (mgO2/l) V: là thể tích nước lấy đem phân tích. Chỉ số COD biểu thị cả lượng chất hữu cơ không thể oxi hóa bằng VSV, do đó giá trị COD bao giờ cũng lớn hơn giá trị BOD. Phép xác định COD mặc dù không phù hợp với thực tế môi trường, nhưng cho kết quả nhanh. Đối với nhiều loại nước thải giữa BOD và COD có một mối tương quan nhất định. Nếu thiết lập được mối tương quan này có thể dùng phép đo COD và từ đó có thể suy luận ra BOD. Cách xác định một số chất trong nước. Canxi và magie Trong tự nhiên, nước sinh hoạt và nước thải, canxi và magie có hàm lượng lớn. Để xác định chúng người ta thường dùng phương pháp chuẩn độ Compleson. 13 Complexonat canxi bền hơn complexonat magie rất nhiều. Ở pH 12 - 13 complexonat canxi bền vững trong khi đó complexonat magie bị phân hủy và kết tủa Mg(OH) 2. Vì vậy ở pH 12 -13 (dùng KOH để điều chỉnh) ta có thể chuẩn độ được canxi bằng chỉ thị Murexit. Để loại trừ ảnh hưởng của Cu2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Pb2+, Zn2+, Al3+ ta dùng KCN để che chúng. Ion PO43- chỉ gây cản trở khi hàm lượng của nó vượt quá 75 mg/l. Chỉ cần pha loãng là loại trừ được. Sau khi xác định được hàm lượng canxi trong nước, tiến hành chuẩn độ tổng canxi và magie trong hỗn hợp đệm NH 3 có ph 9 -10 bằng dung dịch chuẩn với chỉ thị ETOO, từ đó sẽ tính được hàm lượng của magie. Đồng Hàm lượng đồng trong các nước thiên nhiên và trong các nguồn nước sinh hoạt thường dao động trong khoảng 0,01 đến 1 mg/l. Trong nước, đồng thường ở dạng cation hóa trị II hoặc dưới dạng các ion phức với xianua, tactrac…. Để xác định đồng trong nước, người ta thường dùng phương pháp phổ hấp thụ UV – VIS với thuốc khử dietyl dithiocacbamat, xác định đồng trong nước thải thường dùng phương pháp cực phổ. Đối với loại nước sạch hàm lượng đồng rất nhỏ nên phải dùng các phương pháp phân tích hiện đại có độ nhạy cao như phương pháp vol ampe hòa tan, cực phổ hỗn uống, AAS, AES, ICP – AES, ICP – MS… Chì Hàm lượng chì trong nước thiên nhiên rất nhỏ, cỡ 0,0010,02 mg/l. Trong nước thải của các nhà máy hóa chất và các khu luyện kim chứa lượng chì đáng kể. Chẳng hạn nước thải của nhà máy sản xuất chì, kẽm có thế chứa 6 -7 mg Pb/l. Chì trong nước thải có thể ở dạng tan (ion đơn hoặc ion phức) hoặc dưới dạng muối khó tan như sunfat, cacbonat, sunfua. Khi lấy mẫu nước để phân tích chì, cứ 1 lít nước cần 3 ml HNO3 hay 2 ml CH3COOH đặc. Để xác định chì trong nước bề mặt, nước sinh hoạt, thường dùng phương pháp chiết – trắc quang với thuốc thử dithizon, phương pháp này cho phép xác định chì trong nước từ 0,05 mg đến vài miligam. Để xác định chì trong các loại nước xạch, nên dùng các phương pháp phân tích hiện đại có độ nhạy cao. Kẽm Kẽm trong nước thiên nhiên chủ yếu do các nguồn nước thải đưa vào, đặc biệt nước thải của các nhà máy luyện kim, công 14 nghiệp hóa chất, các nhà máy sợi tổng hợp. Trong nước, kẽm tồn tại ở dạng ion đơn hay các ion phức xianua, cacbonat, sunfua… Khi lấy mẫu nước để phân tích kẽm cần thêm 1 ml H 2SO4 đặc vào 1 lít nước. Để xác định kẽm trong nước uống và nước bề mặt, người ta thường dùng phương pháp chiết- trắc quang với thước thử dithizon, phương pháp này rất nhạy, có thể xác định đến vài phần trăm miligam kẽm trong một lít nước. Để xác định kẽm trong nước thải là loại nước có hàm lượng kẽm cao hơn nên dùng phương pháp cực phổ. Cađimi Trong nước thiên nhiên thường không có cadimi nhưng trong nước thải, công nghiệp hóa chất, luyện kim thường có cadimi và cadimi từ các nguồn nước thải đó thường nhiễm vào nước thiên nhiên, đặc biệt là nước bề mặt. Trong nước cadimi ở dạng ion đơn trong môi trường axit, và dạng ion phức (xianua, tactrat) hoặc dưới dạng không tan (hidroxit, cacbonat) trong môi trường kiềm. Khi lấy mẫu nước để phân tích cadimi, mẫu phải đựng trong bình bằng PE, không dùng bình thủy tinh để tránh hiện tượng cadimi bị hấp thụ lên thành bình. Thêm vào 1 lít nước 5 ml HNO 3 đặc. Để xác định cadimi trong các loại nước thường dùng phương pháp trắc quang với dithizon, bằng phương pháp này có thể xác định được từ vài phần trăm miligam đến lượng miligam cadimi trong một lít nước. Để xác định cadimi có hàm lượng cao, trên 1 mg/l có thể dùng phương pháp cực phổ, vì cadimi trong nền hỗn hợp amoniac và nhiều nền khác cho sóng cực phổ thuận nghịch và định lượng. Thủy ngân Thủy ngân đôi khi có trong nước chảy ra từ các vùng mỏ và có trong nước thải của các nhà máy sản xuất chất màu, dược phẩm, chất nổ và có trong nước thải của các nhà máy sản xuất chất màu, dược phẩm, chất nổ và các nhà máy có dùng thủy ngân. Khi lấy mẫu nước để phân tích thủy ngân, cần thêm 1 mg HNO3 và 1 lít nước để bảo quản Để xác định thủy ngân trong các loại nước, người ta thường dùng phương pháp chiết trắc quang với dithizon. Phương pháp này rất đặc trưng và chọn lọc đối với thủy ngân vì nó được chiết hoàn toàn từ môi trường axit rất cao, từ môi trường này tuyệt đại đa số các kim loại khác hoàn toàn không bị chiết. Chỉ có bạc và đồng cùng bị chiết với thủy ngân, có thể dùng compleson III và thioxianat để che hai nguyên tố này. Trong môi trường đệm axetat chứa compleson III và thioxianat chỉ có vàng (III) và platin 15 (II) có gây ảnh hưởng, nhưng cả hai kim loại quý này thường không có trong nước. Các chất hữu cơ có màu thường được chiết tách trước bằng CHCl3. Nếu trong nước có một lượng lớn chất hữu cơ thì được vô cơ hóa như sau: cho vào một bình cầu một lượng mẫu nước (có chứa 0,005 mg- 0,1 mg Hg), thêm tiếp vào 1 ml H2SO4 đặc và vài giọt dung dịch KMnO4 bão hòa, thêm vài viên đá bọt, lặc ống sinh hàn hồi lưu. Đun sôi dung dịch trong bình. Nếu dung dịch mất màu thì thêm tiếp vài giọt dung dịch KMnO 4 nữa qua ống sinh hàn và lại đun. Cứ lặp lại như vậy cho đến khi dung dịch không bị mất mầu trong 15 phút. Không nên cho dư nhiều KMnO4. Sau khi oxi hóa xong, để nguội, tháo ống sinh hàn và thêm từng giọt dung dịch hidroxilamin sunfat đến khi mất hoàn toàn mầu tím KMnO4. Nếu dung dịch có độ axit cao quá thì phải trung hòa đến ph ~ 4 trước khi phân tích. Bạc Bạc thường có trong nước chảy ra từ một số mỏ và thường có trong nước công nghiệp ảnh, các xí nghiệp mạ bạc. Trong các loại nước đó, bạc tồn tại dưới dạng phức tan hoặc hợp chất không tan, chủ yếu là bạc halogennua. Khi lấy nước để phân tích bạc, cần thêm 5 ml HNO 3 đặc vào 1 lít nước mẫu. Để xác định bạc trong mẫu nước, có thể dùng phương pháp trắc quang với thuốc thử rodamin ( pdimetylaminobenzilidenrodani) hay dithizon. Nhôm Lượng nhôm có trong nước tự nhiên rất ít, không quá 10 mg/ l, nó thường đi kèm với sắt. Trong nước muối nhôm bị phân hủy tạo thành kết tủa vô định hình Al(OH) 3. Trong môi trường axit nhôm tồn tại ở dạng cation Al3+, trong môi trường kiềm ở dạng anion AlO2-. Khi lấy nước để xác định nhôm thì phải lọc ngay khi lấy mẫu sau đó thêm vào mỗi lít nước 5 ml HCl đặc. Để xác định hàm lượng nhôm trong nước, người ta thường dùng phương pháp so màu với thuốc thử aluminon, eriocron – xianin – R, 8- oxiquinolin. Sắt Hàm lượng sắt có trong nước thiên nhiên tùy thuộc rất nhiều vào nguồn nước và những vùng mà nguồn nước chảy qua. Ngoài ra tùy thuộc vào độ Ph và sự có mặt của một số chất như cacbonat, CO2, O2, S2- và các chất hữu cơ có trong nước mà sắt có hóa trị nào (2 hay 3) và ở dạng tan hay kết tủa. Để xác định tổng hàm lượng sắt có trong nước, người ta thường đưa toàn bộ sắt có trong nước về một dạng hóa trị (2 hay 16 3) rồi dùng phương pháp trắc quang với thuốc thử thioxianat, axit sunfo salixylic, o- pherantrolin). Muốn xác định sắt ở dạng hóa trị nào, một điều rất quan trọng là phải chú ý tới cách lấy mẫu. Mẫu lấy phải đựng trong bình PE để tránh hiện tượng sắt hấp thụ vào thành bình mất và phải tiến hành phân tích ngay sau khi lấy mẫu. Cách xử lý mẫu tùy thuộc vào yêu cầu phân tích: + Để xác định tổng hàm lượng sắt có trong nước, khi lấy mẫu phải xử lý mỗi lít nước bằng 25 ml HNO 3 đặc. + Muốn xác định sắt ở các dạng hóa trị khác nhau, mỗi lít nước phải xử lý bằng 25 ml dung dịch đệm natri axelat (hòa tan 68g CH3COONa. 3H2O trong 500 ml nước cất, rồi thêm vào đó 25 ml dung dịch CH3COOH 6M). Mẫu lấy xong phải phân tích ngay, không được để lâu quá 1 ngày. Mangan Trong nước mangan thường nằm ở dạng tan (ion Mn 2+) và không tan ở dạng kết tủa hidroxit. Hàm lượng mangan trong nước tùy thuộc vào nguồn nước. Các nguồn nước thải từ các nhà máy luyện kim, công nghiệp hóa chất, nhà máy pin…có hàm lượng mangan cao. Khi lấy mẫu nước để xác định mangan, cần xử lý mỗi lít nước với 5 ml HNO3 đặc và được đựng trong bình PE. Để xác định tổng hàm lượng mangan trong nước sinh hoạt, nước tự nhiên và nước thải, người ta thường dùng phương pháp so màu, trong đó mangan được oxi hóa thành MnO 4- có màu tím bằng amoni pesunfat có Ag2SO4 làm xúc tác trong môi trường axit H2SO4. Crom Trong nước crom nằm ở dạng Cr (III) và Cr(VI) (CrO 42- và Cr2O72-). Hàm lượng crom trong nước sinh hoạt và nước tự nhiên rất thấp nên người ta thường xác định tổng hàm lượng. Trong các nguồn nước thải, tùy theo mục đích phân tích, ta có thể xác định riêng rẽ hàm lượng crom ở các dạng khác nhau. Khi lấy mẫu nước để phân tích crom, cần thêm 3 ml HNO 3 đặc vào 1 lít nước. Muốn phân tích crom tan thì khi lấy mẫu nước phải lọc ngay và cũng phải axit hóa dung dịch sau khi lọc. Muốn xác định Cr(III) và Cr(VI) riêng thì sau khi lấy mẫu phải phân tích ngay, nếu muốn để vài ngày thì phải loại hết chất khử có trong mẫu. Để xác định crom trong nước, người ta thường dùng phương pháp đo màu với thuốc thử diphenylcacbazit. Thuốc thử này tác 17 dụng với Cr(VI) tạo thành chất tan, mầu tím (trong môi trường axit). Bằng cách này có thể xác định được Cr (VI) riêng, rồi xác định được tổng lượng crom, còn hàm lượng Cr(III) được tính theo hiệu. Niken Trong nước sinh hoạt và nước tự nhiên thườn không có niken, hay nếu có thì cũng là lượng vết. Niken chỉ có trong nước ở một số hồ, sông mà nguồn nước của nó chảy qua những núi, mỏ có niken. Niken có trong nước thải của một số nhà máy luyện kim và hóa chất có dùng niken. Trong nước, niken thường tồn tại ở dạng ion đươn Ni 2+, dạng phức xianua, amoniac và dạng ít tan sunfua, cacbonat, hidroxit. Khi lấy mẫu nước để phân tích thì phải thêm 2 -5 ml HNO 3 đặc vào 1 lít nước. Nếu cần xác định riêng niken ở dạng tan và không tan thì khi lấy mẫu phải lọc ngay rồi mới đóng chai bảo quản. Xác định tổng lượng niken ở dạng tan, từ đó suy ra hàm lượng niken ở dạng không tan. Để xác định niken, người ta thường dùng phương pháp so màu khi hàm lượng niken nằm trong khoảng 1- 20 mg/l, nếu hàm lượng niken lớn hơn 5 mg/l thì có thể dùng phương pháp khối lượng, còn khi hàm lượng niken trong nước 0,02 mg/l thì dùng phương pháp cực phổ. Để xác định niken bằng phương pháp trắc quang và khối lượng đều dùng thuốc thử là dimetylglioxim. Asen Asen trong nước nằm ở dạng asenat. Khi lây mẫu nước để xác định asen, người ta phải thêm 5 ml HCl vào 1 lít nước để bảo quản mẫu. Để xác định asen, người ta thường dùng phương pháp so màu với thuốc thử bạc dietyldithiocacbamat. Dưới tác dụng của dòng hidro mới inh, asenat bị khử thành asin (AsH 3), nó phản ứng với bạc dietyldithiocacbanat tạo thành hợp chất màu đỏ trong pyridine, cường độ màu của của dung dịch tỷ lệ với lượng aseen có trong dung dịch. Bằng phương pháp này có thể xác định được 0,05 mg asen/ 1 lít nước. Đối với những mẫu có hàm lượng thấp hơn, ta có thể làm giầu bằng cách cho bay hơi bớt nước hoặc kết tủa asen cùng với sắt hidroxit làm chất cộng kết. Cũng có thể xác định AsH3 bằng phương pháp AAS. Clo + Clo hoạt động. Khái niệm “ clo hoạt động” được hiểu là ngoài clo phân tử còn bao gồm cả clodioxit (ClO 2), cloramin, hipoclorit, clorit. 18 Clo hoạt động được xác định bằng phương pháp so màu với o- toludin. Trong môi trường axit, o –toludin làm cho dung dịch có clo hoạt động thành màu vàng da cam. Màu này tỷ lệ với clo hoạt động có trong dung dịch. Khi hàm lượng clo hoạt động trong nước > 1 mg/l ta có thể dùng phép đo iot để xác định. Clo hoạt động tác dụng với I -, giải phóng ra iot,dùng dung dịch chuẩn Na2S2O3 để chuẩn lượng I2 tách ra ta sẽ tính được hàm lượng clo hoạt động có trong nước. Nếu trong nước có một lượng lớn chất hữu cơ thì kết quả định lượng sẽ mắc sai số lớn, để giảm bớt sai số, ta cho thêm vào dùng dịch một lượng axit axetic loãng. + Clorua. Clorua có khá nhiều trong nước thiên nhiên, trong các nguồn nước thải thì hàm lượng clorua phụ thuộc vào quá trình sản xuất. Một trong những tiêu chuẩn để đánh giá độ nhiễm bẩn của nước là hàm lượng clorua. Khi hàm lượng clorua trong nước > 2 mg/l thì có thể định lượng nó bằng phương pháp chuẩn độ bạc nitrat (phương pháp đo Mo) hay bằng thủy ngân (II) nitrat. Nitrit Nitrit là sản phẩm trung gian của quá trình oxi hoa sinh học amoniac hay quá trình oxi hóa sinh học của nitrat. Trong nước bề mặt nitrit chuyển nhanh thành nitrat. Vì nitrit không bền nên khi lấy mẫu phải xác định ngay. Nếu không có điều kiện phân tích ngay thì phải thêm vào đó 1 lít nước 1 ml H2SO4 đặc hay 2 -4 ml CHCl3 hoặc bảo quản mẫu nước ở 3 -4 0 C, nhưng cũng không được để quá lâu. Để xác đinh nitrit trong nước, người ta thường dùng phương pháp đo màu với thuốc thử là axit sunfanilic và α –naphtylamin. Phương pháp này dựa trên phản ứng diazo hóa axit sunfanilic khi có mặt ion NO2- và α- naptylamin tạo thành chất tạo màu azo có mầu đỏ tím. Cường độ màu tỷ lệ thuận với nồng độ ion NO 2-. Nitrat Ion nitrat có trong tất cả các loại nước. Tuy vậy hàm lượng nitrat trong nước bề mặt và nước nguồn thường ít. Một số nguồn nước thải có hàm lượng nitrat cao. Hiện tại, chưa thống nhất về việc chọn phương pháp nào làm phương pháp chuẩn để định lượng nitrat trong nước. Khi lấy mẫu để xác định nitrat, nếu không xác định ngay trong ngày được thì phải thêm 1 ml H 2SO4 vào một lít nước hoặc 2- 4 ml CHCl3. Theo kinh nghiệm, người ta thấy rằng để xác định nitrat trong nước sinh hoạt, nước bề mặt va các nguồn nước sạch có 19 hàm lượng nitrat 0,5 – 50 mg/l, thường dùng phương pháp so màu với thuốc thư là axi phenoldisunfonic, hoặc dùng thuốc thử natri salixylat khi hàm lượng nitrat 0,1 – 20 mg/l. Khi hàm lượng nitrat 5 -30 mg/l có thể dùng phương pháp cực phổ. Trong những mẫu có hàm lượng nitrat cao hơn, có thể pha loãng mẫu rồi dùng các phương pháp trên để xác định. Florua Hàm lựơng florua trong nước bề mặt rất nhỏ, còn trong nước ngầm tùy thuộc vào điều kiện địa chất mà hàm lượng florua có thể khác nhau, có khi tới 10 mg/l. Trong nước thải của các nhà máy công nghiệp hóa chất, đặc biệt trong nước thải từ nhà máy sản xuất thủy tinh có chứa lượng đáng kể florua. Khi lấy mẫu nước để xác định florua, phải đựng vào bình PE Để xác định florua có ít nguyên tố cản trở, người ta thường dùng phương pháp đo màu với phức ziriconi –alizarin. Sự giảm màu của dung dịch tỷ lệ với hàm lượng florua. Tuy vậy, phương pháp này không chọn lọc. Khi trong nước có nhiều ion cản, cần tách florua bằng phương pháp chưng cất. Phenol Các phenol dễ bay hơi như phenol, crezol, timol… là những hợp chất thường có trong nước thải. Nước thải có chứa phenol có thể làm ô nhiễm nước thiên nhiên, nước bề mặt Khi hàm lượng phenol trong nước khoảng vài mg/l đã gây mùi khó chịu và ảnh hưởng tới đời sống các sinh vật sống trong nước. Các phenol trong nước thường tạo thành hỗn hợp có thành phần không xác định. Để xác định các phenol dễ bay hơi, nếu hàm lượng lớn hơn 50 mg/l thường dùng phương pháp brom hóa, nếu hàm lượng nhỏ hơn thường dùng phương pháp đo màu với thuốc thử p – nitroanilin, nếu hàm lượng nhỏ hơn nữa thì phải chiết với pnitroanilin. Khi lấy mẫu nước để xác dịnh phenol, nếu hàm lượng phenol > 100 mg/l thì không cần xử lý và có thể lưu mẫu vài ngày. Nhưng với những mẫu nước có hàm lượng nhỏ hơn thì phải xử lý bằng cách thêm 1 g NaOH vào một lít nước hoặc phải phân tích ngay sau khi lấy mẫu. Fomandehit Fomandehit chỉ có trong nước thải của các nhà máy hóa chất, dược phẩm, thực phẩm và công nghệ ảnh. Fomandehit là chất độc đối với các cơ thể sống. 20 Để xác định fomandehit trong nước bị ô nhiễm và trong nước thải, người ta thường dùng phương pháp trắc quang với thuốc thử là axit cromotropic. Trong môi trường axit mạnh, axit cromotropic tác dụng với fomandehit tạo thành hợp chất có màu đỏ thắm. Phương pháp này cho phép xác dịnh được những lượng nhỏ fomandehit (0,06 – 1,2 mg/l). Thuốc bảo vệ thực vật (TBVTV) Thuốc bảo vệ thực vật thường có trong nước thải, đặc biệt là nước thải từ các nhà máy sản xuất TBVTV, nước rửa trôi từ nông nghiệp có phun TBVTV… Vì hàm lượng TBVTV trong nước thường nhỏ, cho nên để xác định chúng trước hết phải tách chúng ra khỏi nước bằng các kỹ thuật tách sau: Chiết (chiết lỏng –lỏng, chiết lỏng- rắn, chiết siêu âm), chưng cất, sắc ký (sắc ký hấp phụ, sắc ký giấy, sắc ký bản mỏng…) Để xác định hàm lượng các TBVTV hiện nây người ta thường dùng các phương pháp hiện đại sau: sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC/MS, HPLC/UV, UHPLC/MS), sắc ký điện di mao quản (HPCEC), sắc ký khí (GC/MS, GC/ECD), phổ UV-VIS, phổ hồng ngoại, Raman…, phương pháp sinh học ELIA (Enzyme Liked Immunosorbent Assays)… Hidrocacbon dầu mỡ Hidrocacbon dầu mỡ gây ô nhiễm môi trường nước, làm cho nước vận chuyển khó khăn, ngăn cản oxi hòa tan, gây ảnh hưởng lớn cho các sinh vật sống trong nước và sử dụng nguồn nước. Để xác định hàm lượng các hidrocacbon dầu mỡ có trong nước, trước hết chiết nó ra khỏi nước bằng dung môi CCl 4. Dịch chiết thu được cho qua cột làm sạch (silicagel, nhôm oxit) để loại bỏ các chất phân cực (như các lipit, protit, axit humic…). Sau đó lấy dịch sạch đó đo phổ hồng ngoại trong vùng 2700 – 3400 nm. Chất hoạt động bề mặt Các chất hoạt động bề mặt khi thải vào nguồn nước nó sẽ gây ảnh hưởng đến đời sống các vi sinh vật sống trong nước, kể cả các vi sinh vật có ích cho việc làm sạch nước cũng bị chết. Để xác định chất hoạt động bề mặt, người ta thường dùng các phương pháp phân tích công cụ như các phương pháp sắc ký, phổ hấp thụ UV-VIS, cực phổ… 1.3. Các chỉ tiêu sinh học Trong nước thiên nhiên, đặc biệt trong nước thải thường chứa nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong tảo và các đơn bào. Chúng xâm nhập vào nước từ môi trường xung quanh, chúng sống và phát triển trong nước. 21 Loại vi sinh có hại là các vi trùng gây bệnh từ các nguồn rác, bệnh của người và động vật như bệnh tả, thương hàn, bại liệt, giun sán… Vi khuẩn E- coli là vi khuẩn đặc trưng cho mức độ nhiễm trùng của nước. Chỉ số E- coli là số lượng vi khuẩn có trong 1 lít nước ( nước sinh hoạt phải có chỉ số E-coli< 20) Các loại rong tảo và đơn bào có trong nước làm cho nước có màu, khi thối rữa sẽ làm tăng lượng chất hữu cơ trong nước. Các chất hữu cơ này phân hủy (sinh học) sẽ tiêu thụ oxi làm cho nước thiếu oxi, ảnh hưởng tới các sinh vật sống trong nước. Có nhiều kỹ thuật đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước dựa vào giá trị của các thông số chọn lọc. Các kỹ thuật này sử dụng các chỉ số (index) để thực hiện mức độ ô nhiễm. Có thể nêu một số chỉ số đang được công nhận như sau: - Chỉ số ô nhiễm dinh dưỡng (NPI): chỉ số này dựa vào kết quả quan trắc hàng tháng các thông số: NH4+, NO3-, NO2-, tổng P, pH, chlorophyll, độ dẫn điện và độ đục. - Chỉ số ô nhiễm hữu cơ (OPI): chỉ số này được tính kết quả quan trắc hàng tháng các thông số: NH4+, BOD, COD, nhiệt độ và DO. - Chỉ số ô nhiễm công nghiệp (IPI): được sử dụng để đánh giá ô nhiễm do các tác nhân ô nhiễm vi lượng (trừ hóa chất bảo vệ thực vật): kim loại nặng, dầu mỡ, polyhydrocacbon thơm, phenol, cyanua, PCB.. không chỉ hòa tan trong nước mà có thể dính bám vào đất và thủy sinh. - Chỉ số động vật đáy (BSI): BSI được sử dụng để đánh giá chất lượng nước thông qua việc quan trắc động vật đáy không xương sống lớn. Một trong những BSI hiện đang sử dụng ở Châu Âu để đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn sông suối là hệ thống BMWP (Biological Monotoring Working Party). Hệ thống BMWP dựa theo điểm của động vật đáy trong mẫu thu được. Sự xuất hiện của ấu trùng một số động vật phù du họ (Ephemeridae) được cho điểm 10 (nước sạch không ô nhiễm), còn nếu trong nguồn nước có các loại giun nhiều tơ sẽ được cho điểm 1 (nước bị ô nhiễm nặng). Khoảng cách giữa 1 và 10 là các mức độ ô nhiễm khác nhau. - Chỉ số đa dạng sinh học (BDI): BDI được sử dụng để đánh giá đa dạng thủy sinh vật dựa vào quan trắc thực địa. Trên cơ sở chất lượng nước của các lưu vực nước tự nhiên, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội, tiêu chuẩn gây hại cho sức khoẻ của con người, của các sinh vật sống trong nước mà các quốc gia đều đưa ra tiêu chuẩn chất lượng nước của quốc gia mình. 22 Bảng 2. Đánh giá tổng hợp chất lượng nguồn nước mặt S T 1 2 3 4 5 6 Trạng thái Nước rất Nước sạch Nước hơi Nước bẩn Nước bẩn Nước rất NH pH 7–8 < 6,5 - 0,05 6 – 9 0,4 5 – 9 1,5 4 - 3,0 3,0 3 – NO -, 3 < 0,1 0,3 1-4 4-8 > 5,0 > 8 PO 3-, < 0,01 0,05 0,1 - 0,15 O2 COD, BOD bão 5, 100 6 2 100 6 - 2-4 50 -20 - 4 - 6 20 – 50 - 6 - 8 70 0,15 - 50 5 -708- 10 > 0,3 < 5 > 1 2. Quy chuẩn quốc gia. QCVN 14 : 2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 40 : 2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp III. Cấp độ xử lý. Dựa theo yêu cầu chất lượng nuosc sau khi xử lý có thể phân ra 3 cấp. 1.Xử lý cấp I. Gồm các quá trình sơ bộ chủ yếu dung cách lắng, gạn nhăfm loại bỏ các vật trôi nổi có kích thước lớn rồi thu gom vào bể lắng cấp I. Tại bể này sẽ tạo ra 3 lớp: các chất rắn có kích thước nhỏ lơ lửng( hạt huyền phù) sẽ lắng xuống đáy tùy thuộc kích thước hạt và khối lương riêng. Khi thời gian lắng kéo dài các chất keo cũng lắng xuống dần. Tất cả sẽ tạo lớp bùn dưới đáy bể và được loại ra và xử lý. Các chất dầu mỡ sẽ nổi lên trên tạo lớp váng và được thu gom. 23 2. Xử lý cấp II. Căn cứ nguồn gốc phát sinh chất thải hòa tan để lựa chọn phương pháp hóa học hay sinh học hoặc kết hợp cả hai phương pháp. Đối với các chất vô cơ thường thiên về phương pháp hóa học vì lợi dụng được khả năng diễn nhanh chóng các phản ứng tách pha bằng cách kết tủa hoặc bay hơi. Đối vói các hợp chất hữu cơ có 2 loại. Một là có nguồn gốc từ động vật và thực vật dung làm thực phẩm: Gluxit( tinh bột, xenlulozo), Lipit( các chất béo là dầu mỡ thực vật và động vật), Protein( chất đạm gồm thịt, cá, trưng, sữa,…), Axit Nucleoic(cấu tạo nên tế bào) và một số phân tử khác xuất hiện trong sự sống có khối lượng phân tủ nhỏ hơn như vitamin, chất màu…Các họp chất này vi sinh vật phân giải được nên chủ yếu dung các phương pháp sinh học để xử lý. Một loại khác là sản phẩm của quá trình biến đổi hóa học do tự nhiên hoặc do con người tạo ra như dầu mỏ, chất dẻo, phẩm nhuộm, thuốc,…chỉ được vi sinh vật phân hủy khi đã có sụ can thiệp nhất định của quá trình hóa học và thường cần thời gian dài để các vi sinh vật thích nghi dần với các nguồn thức ăn mới. Trong trường hợp này, phải kết họp nhiều phương pháp xử lý, nhưng vai trò nòng cốt vẫn là hóa học và sinh học. 3. Xử lý cấp III. Các phương pháp xử lý hữu hiệu và nhanh chóng tương đối tốm kém. Xử lý nguồn thải chỉ có COD không có BOD hay chỉ số COD quá cao hoặc thuần túy hợp chất vô cơ và những trường hợp đã xủ lý cấp I và cấp II nhưng không đạt tiêu chuẩn.Là quá trình xử lý cần biện pháp tinh vi nhằm đạt đến mức độ như nước cấp và tái sử dụng được. Đó là phương pháp vi lọc, thẩm thấu ngược, trao đổi ion, hấp phụ, sát trùng.. IV. Các phương pháp xử lý. Nước thải chứa rất nhiều các tạp chất có bản chất khác nhau. Vì vậy mục đích của việc xử lý nước thải là khử tạp chất đó sao cho nước sau khi xủ lý đạt tiêu chuẩn chất lượng theo các tiêu chuẩn đã đặt ra. Các tiêu chuẩn đó phụ thuộc vào mục đích sử dụng và cách thức sử dụng. Tùy thuộc vào nguồn phát sinh, quy mô lượng nước thải, tính chất của các loại nước thải( nước thải sinh hoạt, nước thải 24 công nghiệp hoặc hỗn hợp nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt,...) từ đó phân tích xác định các tiêu chuẩn qua đó đánh giá ô nhiễm và điều kiện môi trường- kinh tế- kỹ thuật mà quyết định phương án xử lý. Các phương pháp xử lý sau đây thường được áp dụng: vật lý, sinh học, hóa học. Trong thực tế, một nhà máy xử lý nước thải thường có thể kết hợp cả ba phương pháp: vật lý, hóa học và sinh học hoặc sử dụng từng phương pháp riêng rẽ. Ví dụ, khi xử lý nước thải sinh hoạt chỉ chứa chất thải dễ phân hủy bằng vi sinh vật, thường kết hợp phương pháp vật lý (lưới chắn rác, khuấy trộn, lắng...), phương pháp sinh học (hiếu khí hoặc kỵ khí hoặc cả hai) vàphương pháp hóa học (khử trùng). Nhiều loại nước thải có thành phần phức tạp (chứa kim loại nặng, hàm lượng COD cao) như nước thải dệt nhuộm, nước thải thuộc da, xi mạ,... cần phải kết hợp cả ba phương pháp với tất cả các kỹ thuật mới đạt hiệu quả xử lý. 1. Phương pháp vật lý. Nước thải thường chứa các chất tan và không tan ở dạng hạt lơ lửng. Các chất lơ lửng có thể ở dạng rắn và lỏng, chúng tạo với nước thành hệ huyền phù. Để tách các hạt lơ lửng ra khỏi nước thải, người ta sử dụng quá trình thủy cơ, lọc qua song chắn hoặc lưới , lắng dưới tác dụng của lực trọng trường hoặc lực ly tâm và lọc. 1.1. Song chắn rác. Trong hầu hết các công trình xử lý nước thải bằng biện pháp xử lý cơ học đều có song chắn rác. Song chắn rác là hạng mục công trình xử lý sơ bộ đầu tiên nhằm ngăn giữ rác bần thô gồm giấy, bọc nylon, chất dẻo, cỏ cây, vỏ đồ hộp, gỗ, ... Các loại rác này có thể làm tắt nghẽn đường dẫn nước hoặc làm hư hỏng máy bơm. Song chắn rác là một hay nhiều lớp thanh đan xen kẽ với nhau (còn gọi là mắc song) đặt ngang đường dẫn nước thải. Rác sau khi lấy ra khỏi nước thải thường được đem qua bộ phận nghiền, đốt hoặc chôn tùy theo mức độ, kinh phí và công nghệ. 25 Hình: Sơ đồ trạm xử lý cơ học Một số kiểu song chắn rác. Song chắn rác cào bằng tay, đây là loại được dùng phổ biến ở các công trình đầu mối của trạm bơm nước thải. Khi thiết kế cần lưu ý là chiều dài rãnh làm sạch bằng tay không nên vượt quá khoảng cách thuận lợi cho việc cào rác bằng tay, khoảng 3 m. Song chắn rác có bộ phận lấy rác bằng cơ giới rất đa dạng về hình kiểu, mỗi loại 26 đều có ưu điểm và khuyết điểm riêng. bộ phận cào rác vận hành bằng xích quay theo một đầu dẫn, rác được cuốn theo chiều đi xuống của dây xích và đưa lên một máng lọc đổ. Ưu điểm của kiểu này là việc lấy rác tương đối triệt để nhất là các loại rác "mềm" như giấy, vải, nylon,... các thanh chắn được bảo vệ khỏi bị hư hại do các mãnh vỡ gây ra. Khuyết điểm là nó thỉnh thoảng bị kẹt do các loại rác "cứng" gây ra, đồng thời gặp khó khăn khi chỉnh sửa bánh xích và cần thiết phải tháo nước khỏi lòng kênh. một kiểu lấy rác theo cách trượt, bộ phận cào rác di chuyển theo một giá đỡ, lên đến đâu giá đỡ, rác sẽ tự rơi xuống và đưa đi nơi khác. Độ nghiêng của giá đỡ có thể điều chỉnh tùy theo tình trạng rác thải. Ưu điểm của kiểu này là hầu hết các bộ phận lấy rác đều nằm trên mực nước, có thể dễ dàng làm sạch và quản lý mà không cần phải tháo sạch nước trong lòng kênh. Khuyết điểm của nó là bộ phần cào rác chỉ hoạtđộng trên một chiều giá đỡ thay vì liên tục như loại xích quay. 27 một hình thức lấy rác theo kiểu tời quay, bộ phận cào rác được giữ trên giá đỡ nhờ vào trọng lượng của dây xích. Ưu điểm của kiểu nàu là bộ phận đầu bánh răng cơ khí không bị ngập chìm trong nước thải. Khuyết điểm của nó là chiếm nhiều không gian lắp đặt. cho một kiểu lấy rác bằng đầu cáp, bộ phận cào rác đi lên xuống trên một giá trục qua sự chuyển động của hệ thống dây cáo và đầu trống quay. Bộ phận cào đi xuống bằng trọng lượng bản thân và nâng lên bằng cáp quay. Ưu điểm của kiểu này là bộ phận cào rác tự trọng lượng bản thân nó đảm nhận một phần việc vận hành cơ học khi rơi vào vùng nước thải. Khuyết điểm của nó là khả năng cào rác bị giới hạn, quản lý hơi phức tạp, cuộn cáp hay bị vướng do chất thải rắn và bộ phận thắng hãm cơ học thường bị trục trặt 1.2. Bể láng cát. Bể lắng cát dùng để chắn giữ những hạt cát, sạn nhỏ có trong nước thải, đặc biệt là những hệ thống thoát nước mưa và nước thải chảy chung. Các hạt cát này có thể gây hư hỏng máy bơm và làm nghẽn các ống dẫn bùn của các bể lắng. + Bể lắng cát ngang nước chảy vòng + Bể lắng cát có sục khí + Bể lắng cát đứng 1.3. Bể láng sơ cấp. Bể lắng sơ cấp là một trong những tiến trình xử lý nước thải cổ điển nhất, 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. Theo tác giả Gerard Kiely (Environmental engineering, 1997), nếu bể lắng sơ cấp được thiết kế và vận hành tốt thì có khoảng 50 - 70 % chất rắn lơ lửng bị giữ lại và làm giảm 25 - 40 % hàm lượng BOD5 trưóc khi đi vào việc xử lý bằng phương pháp sinh học 28 + Bể lắng sơ cấp hoạt động gián đoạn: loại này áp dụng khi lượng nước thải ít và chế độ thải không đồng đều (ví dụ ở xưởng giặt áo quần). Bể loại này có nguyên tác hoạt động tương đối đơn giản là ta cứ việc xả nước thải vào một bể chứa (xem cách xác định cách cân bằng dòng chảy ở phần 2.3.5, chương 2) và để nước đứng yên trong một khoảng thời gian nhất định (khoảng 1,5 - 2,5 giờ), sau khi để các chất rắn lắng xuống, ta tháo nước ra và cho lượng xả mới vào. + Bể lắng hoạt động liên tục: nước thải được xả liên tục vào bể và trong quá trình di chuyển các chất rắn lơ lửng bị giữ lại. Có nhiều kiểu bể loại này: bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng hình tròn. Hình 3.11 và 3.12 là sơ đồ các kiểu bể lắng chữ nhật và hình tròn, các bể này ngoài chức năng lắng bùn cát còn thêm nhiệm vụ thu hớt các chất cặn ván như xăng dầu, mỡ, dầu nhờn, chất dẽo nhẹ và các chất thải nổi khác. 1.4. Bể thu dầu mỡ. Dầu mỡ trong nước thải từ các nhà máy lọc dầu, xưởng sửa chữa xe cộ, xí nghiệp chế biến thực phẩm gia súc, ... là các chất độc hại cho môi trường sinh thái. Cách tính toán kích thước và kết cấu hai loại bể thu dầu và bể thu mỡ thì tương tự. 1.5. 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. Bể lọc thấm hay bể lọc nhỏ giọt (percolating hay trickling filters) là một trong các hình thức lọc cổ điển với dạng hình hộp tròn , hình chữ nhật bằng bê tông hoặc thép chứa sỏi, đá vôi (có đường kính hạt khoảng 25 - 100 mm). Kích thước các bể thường vào khoảng 1,0 - 2,5 m theo chiều sâu và có đường kính khoảng 5 - 50 m, đáy bể là các tấm lược để thu hồi nước thải đã qua xử lý bể lọc thấm. Gần đáy bể có một lỗ nhỏ thông khí. Sơ đồ bể như hình vẽ. 29 Hình 3.14: Sơ đồ một bể lọc thấm Các yếu tố ảnh hưởng đến việc xử lý và thiết kế bể lọc: i. Thành phần và khả năng xử lý của nước thải; ii. Loại vật liệu lọc và bề dày lớp lọc; iii. Tính dẫn tải thủy lực và hữu cơ; iv. Tỉ số quay vòng và sắp xếp nước thải; v. Nhiệt độ nước thải; vi. Sự vận hành của hệ thống phân phối nước thải 2. Phương pháp hóa học và hóa lý. 2.1. Đông tụ và keo tụ. Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ. Để tách các hạt đó một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp thành các hạt, nhằm làm tăng tốc độ láng của chúng. Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau. Quá trình trung hòa điện tích thường gọi là quá trình đông tụ còn quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trinh keo tụ. Trong tự nhiên, tùy thuộc vào nguồn gốc xuất xứ cũng như bản chất hóa học, các hạt cặn lơ lửng đều mang điện tích âm hoặc dương. Ví dụ, các hạt rắn có nguồn gốc silic, các hợp chất hữu cơ đều có điện tích âm, ngược lại các hydroxyt sắt và nhôm mang điện tích dương. 30 Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết hợp hoặc kết với nhau bằng lực liên kết phân tử và điện tử, tạo thành tổ hợp các phân tử, nguyên tử, ion tự do. Các tổ hợp trên gọi là các hạt bông keo. Theo thành phần cấu tạo người ta chia chúng thành hai loại keo: keo kỵ nước là loại chống lại các phân tử nước và keo háo nước là loại hấp thụ các phân tử nước như vi khuẩn, vi rút..., trong đó keo kỵ nước đóng vai trò chủ yếu trong công nghệ xử lý nước. Cơ chế quá trình đông tụ. Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu. Một số các ion trái dấu đó bị hút chặt vào các hạt rắn đến mức chúng chuyển động cùng hạt rắn, do đó tạo thành một mặt trượt. Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này là lớp ion bên ngoài mà hầu hết là ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bám vào một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra. Khi các hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua chất lỏng thì điện tích âm đó bị giảm bởi các ion mang điện dương ở lớp bên trong. Những hạt rán lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu. Một số các ion trái dấu đó bị hút chặt vào hạt rán đến mức chúng chuyển động cùng hạt rắn, do đó tạo thành một mặt trượt. Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này là lớp lon bên ngoài mà hầu hết là các ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bám vào một cách lỏng lẻo và có thể dẻ dàng bị trượt ra. Khi các hạt rắn mang điện tích âm chuyển động qua chất lỏng thì điên tích âm đó bị giảm bởi các ion mang điện tích dương ở lớp bên trong. Hiệu số điện năng giữa các lớp cố định và lớp chuyển động gọi là thế zeta ( 0 hay thế điện động. Khác với thế nhiệt động E (là hiệu số điện thế giữa bề mặt hạt và chất lỏng). Thế zeta phụ thuộc vào E và chiều dày hai lớp, giá trị của nó sẽ xác định lực tĩnh điện đẩy của các hạt. Nếu như điện tích âm thực là điên tích đẩy và thêm vào đó tất cả các hạt còn có lực hút tĩnh điện - lực Van der Waals - do cấu trúc phân tử của các hạt. Tổng của hai loại điện tích này là điện tích đẩy thực hay là một hàng rào năng lượng cản trở các hạt rắn 31 liên kết với nhau. Như vậy mục tiêu của đông tụ là giảm thế zeta - tức là giảm chiều cao hàng rào năng lượng này tới giá trị tới hạn, sao cho các hạt rán không đẩy lẫn nhau bàng cách thêm các ion có điện tích dương. Như vậy trong đông tụ diễn ra quá trình phá vỡ ổn định trạng thái keo của các hạt nhờ trung hòa điện tích. Hiệu quả đông tụ phụ thuộc vào hóa trị của ion, chất đông tụ mang điện tích trái dấu với điện tích của hạt. Hóa trị của lon càng lớn thì hiệu quả đông tụ càng cao. Liều lượng của các chất đông tụ tùy thuộc vào nồng độ tạp chất rắn trong nước thải. Các chất đông tụ thường dùng là các muối nhôm, sát hoặc hỗn hợp của chúng. Việc lựa chọn chất đông tụ phụ thuộc vào các tính chất hóa lý, chi phí, nồng độ tạp chất ương nước, pH và thành phần muối trong nước. 2.2. Phương pháp trung hòa. Nước thải có độ pH dưới 6.5 hoặc cao hơn 8.5 phải được trung hòa để thải, hoặc sử dụng cho các công nghệ xử lí tiếp theo. Nguyên tắc chung là thực hiện 1 phản ứng trung hòa giữa axit và bazo. Tùy hoàn cảnh cụ thể, có thể dùng các tác nhân phản ứng thích hợp và thực hiện việc trung hòa bằng các cách sau: - Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm Bổ sung các tác nhân phản ứng Lọc nước axit đi qua lớp vật liệu có tác dụng trung hòa Hấp thụ khí axit bằng dung dịch kiềm hoặc hấp thụ khí amoniac bằng axit. 2.2.1. Trung hòa bằng cách trộn lẫn hai loại nước thải. Khi có hai nguồn nước thải ở gần nhau nhưng khác loại nhau (axit và bazo) nên tận dụng là tốt nhất. Trong trường hợp này, chỉ cần trộn 2 dòng nước thải lại với nhau trong 1 bể có cánh khuấy, hay sục khí vào và theo dõi độ pH. Tùy điều kiện thực tế cho phép, có thể lựa chọn tiến hành liên tục hay gián đoạn. 2.2.2. Trung hòa bằng cách bổ sung các tác nhân phản ứng. - Đối với axit, sử dụng các tác nhân phản ứng là các chất bazo như vôi (CaO), vôi tôi (Ca(OH) 2), xút (NaOH), nước amoniac (NH4OH), hoặc muối của 1 bazo mạnh và 1 axit yếu như soda (Na2CO3), đá vôi (CaCO3)… Trong thực tế, rẻ hơn cả vẫn là đá vôi nếu pH của nước thải thấp và dùng vôi hay sữa vôi ( vôi tôi 32 được hòa trộn với nước ở dạng như sữa) nếu pH của nước thải cao hơn. Tuy nhiên, dùng đá vôi hay sữa vôi sẽ xuất hiện các kết tủa tạo bởi một số gốc axit trong nước thải với ion canxi, ví dụ như tạo ra thạch cao CaSO4, canxi photphat Ca3(PO4)2,… Trong trường hợp này, các kết tủa được thu gom và xử lí như chất thải rắn. - Đối với bazo, về nguyên tắc tiến hành sẽ ngược lại với axit, nghĩa là các tác nhân cần dùng ở đây là các axit, thường là axit sunfuric H2SO4, axit clohidric HCl, khí cacbonic CO 2. Vì khí cacbonic tồn tại trong không khí nên trong các trường hợp môi trường bị ô nhiễm bazo (pH cao) thường có xu thế giảm dần. Khác với môi trường axit, môi trường bazo thường khó lan tỏa vì khi gặp một số ion kim loại tồn tại trong tự nhiên, các gốc bazo (OH-) sẽ tạo khác hidroxit kết tủa, ví dụ: Fe(OH) 3; Zn(OH)2; Cu(OH)2,… - Đối với các ion kim loại, chủ yếu là các kim loại nặng, được xử lí như axit, nghĩa là dùng bazo để tạo các hidroxit kim loại đó kết tủa, hoặc dùng muối tan có gốc axit tạo với kim loại đó một muối không tan. Các kết tủa sau đó được thu gom và xử lí như chất thải rắn. Bazo thường dùng là vôi sống, vôi tôi (sữa vôi), xút. Muối hay dùng là Na2CO3. 2.2.3. Trung hòa bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa Trường hợp này chủ yếu dùng đối với môi trường axit. Ví dụ, để trung hòa nước thải có axit clohidric (HCl) hay axit nitric (HNO 3), người ta cho chảy qua một lớp đá vôi. Có thể lọc từ trên xuống, cũng có thể lọc ngược từ dưới lên và cũng có thể lọc ngang bằng cách cho chảy theo mương đã xếp đá vôi. Nước thải có axit sunfuric cũng áp dụng được như cách trên, song phải định kì thu gom xử lí kết tủa sinh ra là sunfat canxi. 2.2.4. Trung hòa bằng cách hấp thụ các khí thải chứa các oxit axit hoặc axit bay hơi Nguồn khí thải (CO2, SO2, NO2, N2O3, HCl, HF,… ) được cho lội qua một dung dịch kiềm ( NaOH) hoặc kiềm thổ (nước vôi). Cũng có thể cho dòng dung dịch kiềm phun mưa đi ngược chiều với dòng khí đi lên, sau đó cho khí thoát ra ngoài qua hệ thống ống khói của nhà máy. 2.3. Phương pháp hấp phụ. Phương pháp hấp thụ được xem là phương pháp ưu việt nhất. Sử dụng phương pháp này sẽ xử lí được triệt để, có thể loại bỏ 33 hầu hết các chất vô cơ và hữu cơ, loại cả màu sắc lẫn mùi vị, không để lại ô nhiễm phụ sau xử lí (ô nhiễm thứ cấp), thu gom và kiểm soát được hoàn toàn chất thải. Tuy nhiên, điều này cũng còn phụ thuộc vào khả năng chất hấp phụ sử dụng và kinh phí cho phép. 2.3.1. Hấp phụ là gì? Hấp phụ là hiện tượng liên kết các phân tử của một chất lỏng, hoặc khí lên bề mặt của một chất rắn khác bởi lực tương tacsgiuwax các vật thể (lực hấp dẫn Van Der Waals) và lực hút tĩnh điện. Trường hợp này ta gọi là hấp phụ vật lí và sự hấp phụ xảy ra có thể là lớp đơn phân tử hoặc đa lớp đơn phân tử. Trong trường hợp giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ tạo ra một liên kết hóa học thì hiện tượng này được gọi là hấp phụ hóa học và sự hấp phụ chỉ xảy ra duy nhất một lớp đơn phân tử. Các hiện tượng hấp phụ xảy ra cân bằng động và sẽ dẫn đến hiện tượng bão hòa khi bề mặt đã bị choán hết chỗ. Lúc này chất hấp phụ sẽ không còn khả năng hấp phụ và phải thay thế bằng một thể tích chất hấp phụ mới, hoặc tái sinh chất hấp phụ cũ để dùng lại. Khả năng bị hấp phụ đối với một chất nào đó phụ thuộc vào bản chất của chất ấy và các điều kiện của quá trình tiến hành như áp suất, nhiệt độ… Tuy nhiên đối với chất hấp phụ thì điều quan trọng nhất là bề mặt riêng của nó. Điều này có nghĩa là, chất hấp phụ phải rất tơi xốp để có bề mặt riêng lớn. Ví dụ than hoạt tính được xem mà chất hấp phụ đầu bảng, có diện tích bề mặt đạt từ 600 – 1200m 2/g than. Trong tự nhiên đất sét hay silic oxit cũng có khả năng hấp phụ. Bentonit là chất hấp phụ được biến tính từ đất sét có bề mặt riêng có thể đạt tới 800m2/g. Các chất tạo bông trong nước như nhôm hidroxit, sắt hidroxit cũng tạo ra được bề mặt riêng từ 300 – 400m2/g nên cũng có khả năng hấp phụ. Điều này giải thích quá trình dùng phèn không chỉ để thu gom các chất huyền phù, mà còn góp phần thu gom một số chất hòa tan dưới dạng hấp phụ. 2.3.2. Giới thiệu về than hoạt tính. - Than hoạt tính là chất hấp phụ đầu bảng, có phổ sử dụng rất rộng. Nó có khả năng hấp phụ cả chất vô cơ và hữu cơ, các chất phân cực và không phân cực, đặc biệt là chất hữu cơ có phân tử lớn. Than hoạt tính khử màu, khử mùi rất tốt. Ngoài ra trên bề mặt của than, các vi sinh vật còn có thể tạo màng bám dính như đối với các chất màng khác để tồn tại và phát triển, góp phần phân giải các chất được than hấp phụ. Than hoạt tính sau 34 khi sử dụng có thể được tái sinh bằng một số phương pháp nhưng giá thành cho xử lí than đôi khi ngang với giá than ban đầu. Than sau khi sử dụng, nếu không tái sinh, sẽ được xử lí như đối với chất thải rắn nói chung. - Than hoạt tính được dùng để: + Lọc nước uống hoặc nước công nghiệp với độ tinh khiết cao. + Xử lý nước thải công nghiệp khi nước thải này không thể phân hủy ngay bằng vi sinh vật được, hay trong đó có chứa các chất hữu cơ độc hại. Trong những trường hợp này, cần sử dụng than hoạt tính trước để có thể giữu được một cách chọn lọc các chất độc hại, sau đó mới sử dụng phương pháp hóa sinh như nước thải bình thường khác. + Xử lí bậc III đối với nước thải đã qua xử lí những vẫn còn các chất trơ với vi sinh vật, dể giảm chỉ số COD xuống đến đạt tiêu chuẩn quy định. -Than hoạt tính thương phẩm có thể là than bột hoặc than hạt. Than hạt thường có thêm các chất phụ gia và chất kết dính lại được nén ép thành từng viên nên khả năng hấp phụ kém hơn nhiều so với than bột. Giá thành của than bột khác nhau tùy thuộc vào quấ trình chế biến để tạo ra các chất lượng khác nhau. + Than hạt chủ yếu được dùng như lớp lọc, có thể lọc ngược hoặc lọc xuôi, Khả năng hấp phụ của than hạt phụ thuộc rất nhiều vào thời gian lưu của nước qua bể lọc. +Than bột có thể sử dụng theo 2 cách: *Sử dụng như một lớp lọc. Lớp lọc này thường rất xít và rất khó kiểm soát được tốc độ lọc. song về chất lượng lọc thì rất tốt. *Sử dụng với sự hỗ trợ của thiết bị bằng cách cho than bột vào ngay bể nước và đảo trộn bằng máy khuấy hoặc máy sục khí. Cách này sẽ nhanh hơn nếu sau một thời gian lưu nhất định được tính toán là than đã hấp phụ bão hòa, lúc đó ta coi than như chất huyền phù trong nước và dùng biện pháp lắng nhanh với các chất tạo bông và keo tụ đã đề cập ở phần trên. Than hoạt tính qua sử dụng có thể tái sinh bằng các phương pháp sau: -Tái sinh bằng hơi nước. Phương pháp này chỉ áp dụng với than đã hấp phụ các chất dễ bay hơi . Đương nhiên việc sử dụng hơi 35 nước sẽ làm cho thông thoáng bề mặt của than và diệt trùng cho than. -Tái sinh bằng hóa chất. Dùng các dung môi hữu cơ, hoặc các dung dịch axit hay kiềm để rửa giải. Than sau xử lí vẫn phải dùng một lượng nước nhất định để rửa lại nhiều lần và sấy khô, đồng thời cũng phải tiến hành xử lí các dung dịch rửa giải. -Tái sinh bằng nhiệt. Nung than trong điều kiện yếm khí ở 800 độ C, các chất hữu cơ sẽ hát hết và trả lại bề mặt thông thoáng cho than. Vowsu phương pháp này phải đầu tư tốn kém để xây dựng lò đốt và không loại trừ than cũng bị cháy theo, thường hao gijt từ 7-10% và chỉ có thể tái sinh chừng 10-14 lần. Có thể sử dụng lò điên (lò hồng ngoại, lò cảm ứng) cho phép giảm được tổn thất nhưng khá đắt tiền 2.4. Phương pháp trao đổi ion. Phương pháp này dựa trên cơ sở lợi dụng khả năng có thể trao đổi ion của một số hợp chất cao phân tử thiên nhiên và nhân tạo gọi là ionit. Những hợp chất có khả năng trao đổi cation được gọi là cationit, những hợp chất có khả năng trao đổi anion được gọi là anionit. Một cationit thường dùng để làm mềm nước (loại ion Ca 2+ ,Mg 2+ ) là zeolit có nguồn gốc tự nhiên, có thành phần là NaAlSiO.xHO, ion Na ở trong mạng lười tinh thể của zeolit có khả năng di chuyển ra dung dịch nước nhường chỗ lại cho các ion Ca,Mg và Fe có ở trong nước. Kết quả là trong dung dịch nước bây giờ chỉ có ion Na. Để tái sinh lại zeolit đã qua sử dụng, người ta cho dung dịch bão hòa NaCL đi qua zeolit đó. Bằng phương pháp nhân tạo người ta đã chế ra các loại chất nhựa(polymer) không tan trong nước nhưng khi có mặt trong dung dịch chúng có khả năng trao đổi cation, đó là các phân tử hữu cơ chứa nhóm axit, có công thức chung là RCOOH (R là gốc hữu cơ phức tạp). Cũng bằng phương pháp nhân tạo, người ta chế ra một loại hạt nhựa khác có khả năng trao đổi anion, đó là các phân tử hữu cơ chứa nhóm bazo, có công thức chung là RNHOH. Với việc lựa chọn những nhữ trao đổi ion thích gợp, người ta có thể loại hết tất cả các cation và anion có trong nước, làm cho nước trở nên tinh khiết. Tuy nhiên, cần phải phân tích để xác định khi nào thì phải dừng và tiến hành tái sinh lại nhựa. Việc tiến hành tái sinh các cột trao đổi ion không phức tạp, chỉ cần 36 cho dung dịch axit vào cột trao đổi cation; cho dung dịch kiềm vào cột trao đổi anion; ngâm trong thời gian thích hợp; sau đó rửa lại cột bằng nước sạch. Đương nhiên phải phân tích để xác định mức sạch của cột và xử lí dung dịch thải ra sau khi ngâm để xử lí cột. Các chất nhựa trao đổi ion được gia công thành các hạt có đường kính nhỏ hơn 1mm và được bán theo thể tích nhất định để thuận tiện cho người sử dụng. Hiện nay, trên thị trường có bán nhiều loại nhựa trao đổi ion và mỗi loại nhựa đều có chỉ dẫn của các nhà sản xuất. Thảo chỉ dẫn này sẽ thiết kế hợp lí cho hệ thống. Để xử lí cả cation và anion, nên bố trí thiết bị theo sơ đồ hình 5.2. Khi cần tái sinh có thể cho chạy ngược lại. Cũng có thể sử dụng hỗn hợp các hạt cationit và anionit trong cùng một tháp. Tuy nhiên, cách này không hiệu quả vì các hạt phân bố không đều dẫn đến sự thải các ion cần loại không cân bằng nhau. 2.5. Phương pháp lọc màng. Kỹ thuật lọc màng ngày càng đóng vai trò quan trọng trong xử lí nước nói chung và xử lí nước thải nói riêng. Các chất thải khác nhau không những về bản chất hóa học mà còn khác nhau về kích thước, cho dù kích thước đó là rất nhỏ chỉ tính bằng nanomet. Kỹ thuật ngày nay cho phép gới hạn những phần tử có kích thước phù hợp mới đi qua được màng. Trong dung dịch nước, phân tử hoặc ion các chất hòa tan không đứng độc lập mà tồn tại dưới dạng hidrat hóa, tức là có lực hút giữa phân tử hoặc ion chất tan với phân tử nước tạo ra lớp áo nước bao quanh, đồng thời giữa các phân tử nước cũng có lực liên kết. Vì vậy, muốn cho phân tử nước đi qua lỗ nhỏ của màng nước phải tác động một lực để phá vỡ các liên kết này. Để tách các phân tử nước ra khỏi dung dịch đi qua màng, cần phải tạo ra sự chênh lệch áp suất trên hai phía bề mặt của màng bằng bơm áp lực. Dựa vào kích thước lỗ của màng và chênh lệch áp suất trên bề mặt màng, người ta phân ra 2 loại màng lọc là siêu lọc và lọc thẩm thấu ngược. Dựa vào kích thước lỗ của màng và chênh lệch áp suất trên bề mặt màng, người ta phân ra 2 loại màng lọc là siêu lọc và lọc thẩm thấu ngược. Siêu lọc được sử dụng để tách dung dịch có khối lượng phân tử trên 500dvC và có áp suất thẩm thấu nhỏ (ví dụ : các vikhuaarn, tinh bột, protein, đất sét, … ) còn thẩm 37 thấu ngược còn được dùng để tách các chất có khối lượng phân tử thấp và có áp suất thẩm thấu cao. Giới thiệu về lọc thẩm thấu ngược (Reverce Hiện tượng thẩm thấu ngược là hiện tượng di chuyển tự nhiên của dung môi từ một dung dịch loãng và một dung dịch đậm đặc qua màng bán thẩm. Hình 5.4 minh họa hiện tượng thẩm thấu ngược. Tại một áp suất nhất định của một dung dịch xác định, sự cân bằng được thiết lập thì áp suất đó được gọi là áp suất thẩm thấu. Như vậy nếu dung dịch càng đặc và nhiệt độ càng cao thì áp suất thẩm thấu càng cao , có nghĩa là áp suất làm việc cũng phải cao mới thực hiện được quá trình lọc thẩm thấu ngược . Khác với lọc thông thường có thể tách hoàn toàn các phần không tan ra khỏi dung dịch , lọc thẩm thấu ngược cho 2 phần dung dịch. Phần dung dịch bên trên màng có nồng độ chất tan đậm đặc hơn dung dịch đưa vào, còn dung dịch thu được qua màng thì nồng độ chất tan rất loãng, hầu như không còn chất tan. Sau một thời gian sử dụng, cần phải rửa và nếu ngừng không hoạt động cần được ngâm chất diệt khuẩn để vi khuẩn không bám trên bề mặt của màng, sẽ dẫn đến phá hủy màng. Thiết bị lọc thẩm thấu ngược được chế tạo một cách công phu và đắt tiền. Trên thị trường có bán sẵn các môđun của các hãng chế tạo dùng để sản xuất nước tinh khiết, hoặc xử lý nước trong những trường hợp đặc biệt, ví dụ cần phải lọc nước biển để lấy nước ngọt cho sinh hoạt. 2.6. Phương pháp điện hóa. Nước thải có thể làm sạch các tap chất hòa tan, hoặc phân tán nhờ tác dụng của dòng điện một chiều khi xáy ra quá trình oxy hóa ở điện cực dương (anot) và khử hóa ở điệncực âm (catot). Phương pháp điện hóa cho phép lấy ra từ nước thải các sản phẩm có giá trị bằng các sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản, dễ tự động hóa và có thể không cần, hoặc cần rất ít hóa chất thông thường. Hiệu suất của các phương pháp điện hóa được tính bằng các yếu tố như mặt độ dòng điện, điện áp, hệ số sử dụng hữu ích điện áp, hiệu suất theo dòng, hiệu suất theo năng lượng. 38 2.6.1 Điện phân dung dịch Khi có 2 điện cực cùng nhúng trong một dung dịch và cho dòng điện một chiều đi qua, tại cực dương (anot), các ion âm sẽ cho electron, nghĩa là xảy ra phản ứng oxy hóa điện hóa; ngược lại tại cực âm (catot), các ion dương sẽ nhận eletron, nghĩa là xảy ra phản ứng khử. Quá trình điện phân đã được ngiên cứu để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất xyanua, sunfoxyanua, ancol, các andehyt, hợp chất nitơ (như các amin, phẩm nhuộm azo), sufit, mecaptan,… Trong quá trình oxy hóa điện hóa, các chất trong nước thải bị phân rã hoàn toàn tạo thành CO2, tách ra bằng các phương pháp khác. 2.6.2. Đông tụ điện Khi sử dụng các điện cực không tan có thể xảy ra quá trình đông tụ do hiện tượng sinh điện và phóng điên của các hạt mang điện trên các điện cực, phá vỡ hiện tượng solvat (hiện tượng chất tan liên kết với phân tử nước) làm cho một số chất trước đây hòa tan được nhờ hiện tượng solvat hóa thì nay kết tủa trở lại. Nhờ quá trình này có thể làm sạch nước chứa hàm lượng các hạt keo của các chất gây ô nhiễm. Sơ đồ hện thống thiết bi đông tụ điện được thể hện trên hình 5.6 Khi sử dụng các điện cực tan, ví dụ như sắt hay nhôm, thì các cation sắt hay nhôm sẽ phản ứng với nước tạo ra các hydroxyt của các kim loại này ở dạng bông và quá trình đông tụ sẽ được tạo ra. 2.6.3. Tuyển nổi bằng điện Trong quá trình điện phân có các bọt khí sinh ra, đó là do quá trình điện phân nước đi kèm tạo ra khí oxy và hydro ở các điện cực anot và catot. Khi các bóng khí này nổi lên, gặp và kéo theo các hạt lơ lửng cùng nổi lên bề mặt nước. Khi sử dụng các điện cực hòa tan thì xảy ra đồng thời việc tạo thành các bông và các bọt khí nên các bông sẽ nổi lên và có thể tuyển nổi được. 2.7. Phương pháp oxi hóa khử. Để làm sạch nước thải, người ta có thể sử dụng các chất oxy hóa như clo ở dạng khí hay lỏng, nước Giaven (dung dịch của hỗn hợp NaOCl và NaCl), clorua vôi (CaOCl2), thuốc tím (KMnO4), hydro peoxyt còn gọi là nước oxy (H2O2), ozon (O3), oxy nguyên chất hoặc oxy già của không khí,… 39 Nhờ các chất oxy hóa đưa vào nước thài, phản ứng oxy hóa – khử đã xảy ra chuyển các chất độc hại thành các chất ít độc hại hơn. Phản ứng phụ thuộc vào hoạt độ các chất oxy hóa. Hoạt độ các chất oxy hóa được xác định bởi thế oxy hóa. Trong các chất tự nhiên, Flo được xem là chất oxy hóa mạnh nhất nhưng là nguyên tố không phổ biến nên không được ứng dụng trong thực tế. 2.7.1. Oxy hóa bằng clo Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxy hóa thông dụng nhất. Người ta dùng chúng để tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi nước thải. Khi sục clo vào nước, xảy ra các phản ứng sau: Tổng clo, HOCl và OCl- được gọi là clo tự do hay clo hoạt tính. Sục clo vào kiềm cho ta nước Giaven: Sục clo vào vôi cho ta clorua vôi và hypoclorua canxi Clo hoặc clorua vôi hay hypoclorua canxi sẽ làm mất màu một số chất hữu cơ, kể cả phẩm nhuộm. 2.7.2. Oxy hóa bằng hydro peoxyt (H2O2) Hydro peoxyt là một chất lỏng không màu và có thể hòa tan vô hạn trong nước.H2O2 được dùng để oxy hóa các nitrit, các aldehyt, phenol, xyanua, các chất thải chứa lưu huỳnh, thuốc nhuộm. Ưu việt của việc dùng H2O2 làm chất oxy hóa là sau khi thực hiện phản ứng, sản phẩm cuối cùng của nó là nước. Trong môi trường axit, H2O2 thể hiện tính oxy hóa: Trong môi trường kiềm, H2O2 thể hiện tính khử: Trong các dung dịch loãng, quá trình oxy hóa các chất hữu cơ xáy ra chậm, do vậy cần sử dụng thêm các chất xúc tác là các ion kim loại có hóa trị thay đổi như Fe2, Cu2, Mn2, Cr3, Ag Đặc biệt phản ứng Felton sử dụng H2O2 với xúc tác Fe2+ trong môi trường axit có sự chiếu sángđã rất hiệu quả để xử lý màu của nước thải dệt nhuộm cũng như một số hợp chất hữu cơ khác. 40 Tính khử của H2O2 được sử dụng để loại một số chất oxy hóa khác trong quá trình xử lý nước thải. Ví dụ oại bỏ clo trong nước. 2.7.3. Oxy hóa bằng ozon Oxy hóa bằng ozon cho phép đồng thời khử tạp chất nhiễm bẩn, khử màu, khử các mùi vị lạ đối với nước. Sử dụng ozon có thể làm sạch nước thải khỏi phenol, sản phẩm dầu mỏ, hydrosunfua, các hợp chất asen, chất hoạt động bề mặt, xyanua, phẩm nhuộm,… Độ hòa tan của ozon trong nước phụ thuộc vào pH và hàm lượng các chất hòa tan. Với môi trường axit và có muối trung tính sẽ làm tăng độ hòa tan của ozon, ngược lại, trong môi trường kiềm sẽ làm giảm độ hòa tan của ozon. Ozon có thể oxy hóa các chất vô Ozon có thể oxy hóa các chất hữu cơ đặc biệt các hợp chất có liên kết đôi, liên kết ba và tạo thành các ozonua và cuối cùng đi đến đứt liên kết tạo ra các hợp chất có mạch cacbon ngắn hơn. Quá trinh làm sạch nước thải bằng ozon Công nghệ ngày nay cho phép sản xuất máy sinh ozon không còn phức tạp như trước đây. Các máy ozon bán trên thị trường được hế tạo một cách gọn nhẹ, nhiều chủng loại và giá cũng không cao. Mộ ưu điểm quan trọng của sử dụng ozon là không để lại ô nhiễm thứ cấp, nên chắc chắn phương pháp này sẽ được phát triển mạnh trong thời gian tới đây. 2.8. Phương pháp diệt khuẩn. Để đạt được tiêu cuẩn vệ sinh của nước sau xử lý cần có thêm hệ thống diệt khuẩn. Phương pháp truyền thống là sử dụng chất sát trùng. Các chất sát trùng thường dùng là các chất oxy hóa mạnh như khí clo, nước Giaven, thuốc tím, nước oxy, cloamin, TCCA (Tricloxyanuric axit),… Ngày nay, để hạn chế tác dụng phụ, xu thế đang được thay bằng các chất hóa học ít độc hại hơn bằng phương pháp vật lý. Đó là sục khí có chứa ozon, khí có chứa các ion âm hoặc chiếu tia cực tím, hoặc lọc qua màng lọc vi khuẩn. 41 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 H2S, 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. Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể chia làm 2 loại:  • Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy;  • 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. Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hoà tan, cả chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo 3 giai đoạn chính như sau:  • Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật;  • Khuyếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào;  • Chuyển hoá các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới. Tốc độ quá trình oxy hoá sinh hoá phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hoá là chế độ thuỷ động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng. 3.1. Hiếu khí. 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 42  - Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + NH3 + O2 => CO2 + H2O + DH  - Phân huỷ nội bào: C5H7NO2 + 5O2 => 5CO2 + 5 H2O + NH3 ± DH  Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều hiện tối ưu cho quá trình oxy hoá sinh hoá nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tuỳ theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành: • 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. Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank) là quá trình phổ biến nhất.  • 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. Xử lý nước thải bùn hoạt tính hiếu khí. rong 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 (2.000mg/L –5.000mg/L) do vậy tải trọng phân huỷ hữu cơ cao và cần ít mặt bằng cho hệ thống xử lý. Tuy nhiên hệ thống có nhược điểm là cần nhiều thiết bị và tiêu hao nhiều năng lượng. Nồng độ oxy hoà tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2 không được nhỏ hơn 2 mg/l. Tốc độ sử dụng oxy hoà tan trong bể bùn hoạt tính phụ thuộc vào: 43  • Tỷ số giữa lượng thức ăn (CHC có trong nước thải) ø lượng vi sinh vật: tỷ lệ F/M;  • Nhiệt độ;  • Tốc độ sinh trưởng và hoạt động sinh lý của vi sinh vật;  • Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất;  • Lượng các chất cấu tạo tế bào;  • Hàm lượng oxy hoà tan.  Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hoá thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị oxy hoá hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3-, SO42-, … Một cách tổng quát, vi sinh vật tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm nhiều loại vi khuẩn khác nhau cùng tồn tại. Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải được đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 150 mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25mg/l, pH = 6,5 – 8,5, nhiệt độ 6oC< toC< 37oC. 3.1.2. 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. Bể lọc hiện đại bao gồm một lớp vật liệu dễ thấm nước với vi sinh vật dính kết trên đó. Nước thải đi qua lớp vật liệu này sẽ thấm hoặc nhỏ giọt trên đó. Vật liệu lọc thường là đá dăm hoặc hoặc khối vật liệu lọc có hình thù khác nhau. Nếu vật liệu lọc là đá hoặc sỏi thì kích thước hạt dao động trong khoảng 0,5 -2,5 m, trung bình là 1,8 m. Bể lọc với vật liệu là đá dăm thường có dạng tròn. Nước thải được phân phối trên lớp vật liệu lọc nhờ bộ phận phân phối. Bể lọc với vật liệu lọc là chất dẻo có thể có dạng tròn, vuông, hoặc nhiều dạng khác với chiều cao biến đổi từ 4 – 12 m. Ba loại vật liệu bằng chất dẻo thường dùng là (1) vật liệu với dòng chảy thẳng đứng, (2) Vật liệu với dòng chảy ngang, (3) vật liệu đa dạng. 44 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 dày 0,1 – 0,2 mm 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, do đó, oxy đã bị tiêu thụ trước khi khuếch tán hết chiều dày lớp màng sinh vật. Như vậy, môi trường kị khí được hình thành ngay sát bề mặt vật liệu lọc. 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. 3.2. Kỵ khí. 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. Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hoá trong điều kiện kị khí có thể biểu diễn đơn giản như sau: Chất hữu cơ =====> NH3 + H2S + tế bào mới CH4 + CO2 + H2 + Một cách tổng quát, quá trình phân huỷ kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Thuỷ phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử; - Giai đoạn 2: Acid hoá; - Giai đoạn 3: Acetate hoá; - Giai đoạn 4: Methane hoá. Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử như protein, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin,… trong giai đoạn thuỷ phân, sẽ được cắt mạch tạo thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân huỷ hơn. Các phản ứng thuỷ phân sẽ 45 chuyển hoá protein thành amino acids, carbohydrates thành đường đơn, và chất béo thành các acid béo. Trong giai đoạn acid hoá, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hoá thành acetic acid, H2 và CO2. Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid, propionic acid và lactic acid. Bên cạnh đó, CO2 và H2O, methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrates. Vi sinh vật chuyển hoá methane chỉ có thể phân huỷ một số loại cơ chất nhất định như CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines và CO. Các phương trình phản ứng xảy ra như sau: 4H2 + CO2 => CH4 + 2H2O 4HCOOH => CH4 + CO2 + 2H2O CH3COOH => CH4 + CO2 4CH3OH => 3CH4 + CO2 + 2H2O 4(CH3)3N + H2O => 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3 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. Trong quá trình xử lý nước thải bằng công nghệ kỵ khí, các chất hữu cơ trong nước thải được chuyển hoá thành mêtan và khí cacbonic, quá trình được thực hiện không có mặt của oxy. Hệ thống xử lý kỵ khí có thể là các ao kỵ khí hoặc các dạng khác nhau của bình phản ứng tải trọng cao. 46 Hồ kỵ khí được sử dụng để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ và hàm lượng cặn cao. Độ sâu hồ kỵ khí phải lớn 2,4 m (8 ft), có thể đạt đến 9,1 m với thời gian lưu nước dao động trong khoảng 20–50 ngày. 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 đ Đây là một trong những quá trình kị khí được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do 2 đặc điểm chính sau:  • Cả 3 quá trình, phân huỷ – lắng bùn – tách khí, được lắp đặt trong cùng một công trình;  • Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng.  Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học kỵ khí sử dụng UASB còn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như:      • Ít tiêu tốn năng lượng vận hành; • Ít bùn dư, nên giảm chi phí xử lý bùn; • Bùn sinh ra dễ tách nước; • Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sung dinh dưỡng;  • Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí methane;  • Có khả năng hoạt động theo mùa vì kỵ khí có thể phục hồi và hoạt động được sau một thời gian ngưng không nạp liệu.  Hệ thống UASB (Up-flow Anaerobic Slugle Blanked) được phát triển từ hệ thống xử lý kỵ khí đối với các loại nước thải có nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ cao. Trong những năm gần đây UASB đã được nghiên cứu chuyên sâu và triển khai áp dụng rộng rãi trên thế giới do các ưu điểm sau:   • Tải trọng phân huỷ hữu cơ cao do vậy mặt bằng yêu cầu cho hệ thống xử lý nhỏ. 47  • Nhu cầu tiêu thụ năng lượng thấp do không cần phải cung cấp oxy.  • Có khả năng thu hồi năng lượng. Câu hỏi và trả lời: Câu 1: Theo các bạn, phương pháp hóa học trong xử lý nước thải phải sử dụng đến các chất oxi hóa để xử lý, điều đó có ảnh hưởng xấu đến sinh vật thủy sinh không. Trả lời: Khi xử lý nước thải bằng cách sử dụng các chất oxi hóa thì sẽ tính toán lượng chất oxi hóa cần thiết cho việc xủ lý nước thải cho nên nước sau khi đã được xử lý và thải ra ngoài tự nhiên sẽ không ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh. Câu 2: Các giải pháp công ghệ xử lý nước thải được nêu phù hợp với đối tượng nước thải nào để đạt hiệu quả xử lý tốt mà tiết kiệm chi phí. Trả lời: Nước thải chứa rất nhiều các tạp chất có bản chất khác nhau. Vì vậy mục đích của việc xử lý nước thải là khử tạp chất đó sao cho nước sau khi xủ lý đạt tiêu chuẩn chất lượng theo các tiêu chuẩn đã đặt ra. Các tiêu chuẩn đó phụ thuộc vào mục đích sử dụng và cách thức sử dụng. Tùy thuộc vào nguồn phát sinh, quy mô lượng nước thải, tính chất của các loại nước thải( nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp hoặc hỗn hợp nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt,...) từ đó phân tích xác định các tiêu chuẩn qua đó đánh giá ô nhiễm và điều kiện môi trường- kinh tế- kỹ thuật mà quyết định phương án xử lý. Các phương pháp xử lý sau đây thường được áp dụng: vật lý, sinh học, hóa học. Trong thực tế, một nhà máy xử lý nước thải thường có thể kết hợp cả ba phương pháp: vật lý, hóa học và sinh học hoặc sử dụng từng phương pháp riêng rẽ. Ví dụ, khi xử lý nước thải sinh hoạt chỉ chứa chất thải dễ phân hủy bằng vi sinh vật, thường kết hợp phương pháp vật lý (lưới chắn rác, khuấy trộn, lắng...), phương pháp sinh học (hiếu khí hoặc kỵ khí hoặc cả hai) vàphương pháp hóa học (khử trùng). Nhiều loại nước thải có thành phần phức tạp (chứa kim loại nặng, hàm lượng COD cao) như nước thải dệt nhuộm, nước thải thuộc da, xi mạ,... cần phải kết hợp cả ba phương pháp với tất cả các kỹ thuật mới đạt hiệu quả xử lý. 48 Câu 3: Có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải được đề xuất cùng với quy định quản lý nước thải nhưng tại sao hiện tượng ô nhiễm nguồn nước ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt ở các khu công nghiệp, thành phố lớn. Trả lời: Một phần do điều kiện môi trường - kỹ thuật không đáp ứng được yêu cầu, bên cạnh đó còn do nhận thức về bảo vệ môi trường của người dân còn kém. Nguyên nhân quan trọng là do các nhà máy xí nghiệp vì lợi nhuận chưa thực sự quan tâm đầu tư cho việc xử lý nước thải mà xả trực tiếp nguồn thải ra ngoài môi trường. Và cũng do các cơ quan chức năng chưa thực sự có tâm huyết nghề nghiệp buông lỏng làm ngơ cho các nhà máy xí nghiệp xả thải không qua xử lý. Câu 4: Nêu cách xử lý cặn thải. Trả lời: Khi xử lý nước thải sẽ tạo ra nhiều bùn cặn, chúng cần được giảm khối lượng để giảm sự nhiễm bẩn môi trường. Số lượng, thành phần, tính chất hóa lý của cặn bùn phụ thuộc vào loại nước thải ban đầu và phương pháp xử lý. Nguồn phát sinh ra bùn cặn ương xử lý nước thảiở các công đoạn sau: Ì. Lọc qua lưới làm cho các chất rắn có kích thước lớn bị giữ lại; 2. Lắng thô (láng cát) để tách các hạt rắn thô (cát, gạch đá...) và váng bọt; 3. Láng sơ cấp (LI) để tách cặn hữu cơ và váng bọt; 4. Aeroten tạo ra chất rắn huyền phù - sản phẩm. của quá trình chuyển hóa chất hữu cơ của vi sinh vật 5. Láng thứ cấp (L2) để tách bùn hoạt tính. Các bùn cặn trên được chia thành ba nhóm : bùn cặn vô cơ, bùn cặn hữu cơ, bùn cặn hỗn hợp chứa cả các chất vô cơ và hữu cơ. Bùn cặn được đặc trưng bởi hàm lượng chất khô tính theo g/1 hoặc %, hàm lượng chất hữu cơ / hoặc chất tro tính theo % khối lượng chất khô, thành phần các nguyên tố, độ nhớt, thành phần kích thước hạt... Bùn cặn thường là hổn hợp huyền phù khó lọc. Trở lực lọc riêng của bùn cặn nước thải biến động trong giới hạn rất rộng. Đây là một chỉ số quyết định cho việc lựa chọn phương pháp xử lý bùn. Trong bùn cặn, nước tự do chiếm tới 60 đến 65%, còn nước liên kết nằm trong khoảng 30 đến 35%, trong đó nước tự do có thể được tách ra khỏi bùn cặn một cách dễ dàng còn nước liên kết 49 ẩm, nước liên kết keo và hút nước, khó tách hơn nhiêu. Để xử lý và khứ độc bùn cặn có thể sử dụng các quá trình công nghệ khác nhau. Quá trình nén chặt làm đặc bùn có thể thực hiện bằng láng trọng lực, thiết bị có tên là thiết bị nén đặc bùn (thickener), tuyển nổi hoặc ly tâm. Quá trìnhổn định bùn nhằm phân hủy phần các chất hữu cơ có thể phân hủy bằng con đường sinh học thành C0 2, CH 4 và H 20, giảm vấn đề mùi hoặc loại trừ sự thối rữa của ...