Chương 1: NGUỒN GỐC, TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI

BÀI GIẢNG MÔN XỬ LÝ NƯỚC THẢI - xu ly nuoc thai
Giảng viên: Nguyễn Thị Hường

1.1. Khái quát về NT
1.1.1. Nước thải
1.1.2. Xử lý nước thải
1.1.3. Cấp nước tuần hoàn, tái sử dụng nước
1.1.4. Quá trình tự làm sạch
1.2. Nguồn gốc phát sinh
1.2.1. Nước thải sinh hoạt
NTSH là nước đã được dùng cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà
cửa,... của các khu dân cư, công trình công cộng, cơ sở dịch vụ,...Như vậy, NTSH được hình
thành trong quá trình sinh hoạt của con người. Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng
như bệnh viện, trường học, bếp ăn,.. cũng tạo ra các loại NT có thành phần và tính chất tương
tự như NTSH.
Lượng NTSH tại các cơ sở dịch vụ, công trình công cộng phụ thuộc vào loại công trình,
chức năng, số lượng người.
Lượng NT từ các cơ sở thương mại và dịch vụ cũng có thể được chọn từ 15- 25% tổng
lượng NT của toàn thành phố.
Đặc trưng NTSH là: hàm lượng chất hữu cơ cao (55-65% tổng lượng chất bẩn), chứa
nhiều vi sinh vật có cả vi sinh vật gây bệnh, vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các
quá trình chuyển hóa chất bẩn trong NT.
NTĐH giàu chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, là nguồn gốc để các loại vi khuẩn (cả vi
khuẩn gây bệnh) phát triển là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi trường
nước.
NTĐH có thành phần giống nhau ở các đô thị nhưng khác về hàm lượng, phương pháp
xử lý giống nhau và xử lý sinh học được ưu tiên lựa chọn.
Lưu lượng NT không điều hòa, phụ thuộc vào thời điểm trong ngày (Vd: lượng người
trong khu đô thị,...). Số lượng người càng đông chế độ thải càng điều hòa. Nước thải công
nghiệp
Trong các xí nghiệp công nghiệp thường tạo thành 3 loại NT:
+Nước được sử dụng như nguyên liệu sản xuất, giải nhiệt, làm sạch bụi và khói thải,...
+Nước được sử dụng vệ sinh công nghiệp, nhu cầu tắm rửa, ăn ca của công nhân,...
+Nước mưa chảy tràn
3
Nhu cầu về cấp nước và lượng nước thải sản xuất phụ thuộc vào: loại hình, công nghệ
sản xuất, loại và thành phần nguyên vật liệu, công suất nhà máy,...Công nghệ sản xuất ảnh lớn
đến lượng nước tiêu thụ, lượng nước thải tạo thành, chế độ xả thải và thành phần tính chất
nước thải. Áp dụng công nghệ tiên tiến và trang thiết bị càng hiện đại, lượng nước sử dụng sẽ
giảm rất nhiều.
Bảng : Nhu cầu cấp nước và lượng nước thải một số ngành công nghiệp
Ngành công nghiệp Đơn vị tính Nhu cầu cấp nước Lượng NT
Sản xuất bia L.nước/ l.bia 10-20 6-12
Công nghiệp đường m3 nước/tấn đường 30-60 10-50
Công nghiệp giấy m3 nước/tấn giấy 300-550 250-450
Dệt nhuộm m3 nước/tấn vải 400-600 380-580
Nước thải trong các nhà máy, xí nghiệp được chia làm 2 nhóm: nhóm NT sản xuất
không bẩn (quy nước sạch) và nước bẩn.
NT sản xuất không bẩn: chủ yếu tạo ra khi làm nguội thiết bị, giải nhiệt trong các trạm
làm lạnh, ngưng tụ hơi nước,...
NT sản xuất bẩn: có thể chứa nhiều loại tạp chất với nồng độ khác nhau (vô cơ, hữu cơ,
hoặc hỗn hợp). Thành phần, tính chất NT rất đa dạng và phức tạp. Một số NT chứa các chất
độc hại như kim loại nặng (Vd: NT xi mạ), chứa nhiều vi khuẩn gây bệnh,.....
NTCN phụ thuộc vào quá trình sản xuất, quy trình công nghệ. XLNT công nghiệp khó
khăn hơn, mức độ ô nhiễm phức tạp hơn so với NTSH.
Tính toán lượng NT tối đa: dựa trên công suất của nhà máy và hệ thống XLNT sẽ không
bị quá tải.
NT sản xuất chứa nhiều chất bẩn khác nhau về cả số lượng lẫn thành phần do đó không
thể có tiêu chuẩn về các chỉ tiêu, thành phần hóa lý cho một loại NT nào được.
1.3. Các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng trong NTĐT
1.3.1. Các chất rắn trong NT
NT là hệ đa phân tán bao gồm nước và các chất bẩn. Các nguyên tố chủ yếu có trong
thành phần của NTSH là C, H, O, N với công thức trung bình C12H26O6N. Các chất bẩn trong
NT gồm cả vô cơ và hữu cơ, tồn tại dưới dạng cặn lắng, các chất rắn không lắng được là các
chất hòa tan và dạng keo.
4
Bảng : Khối lượng chất bẩn có trong NTSH, g/người. ngày
Thành phần Cặn lắng Chất rắn không lắng Chất hòa tan TC
Hữu cơ 30 10 50 90
Vô cơ 10 5 75 90
Tổng cộng 40 15 125 180
Tổng chất rắn là thành phần vật lý đặc trưng của NT. Các chất rắn không hoà tan có hai
dạng: chất rắn keo và chất rắn lơ lửng. Chất rắn lơ lửng (SS) được giữ lại trên giấy lọc kích
thước lỗ 1,2 micromet (bao gồm chất rắn lơ lửng lắng được và chất rắn lơ lửng không lắng
được).
1.3.2. Các hợp chất hữu cơ trong nước thải
Trong nước thiên nhiên và NT tồn tại nhiều tạp chất hữu cơ nguồn gốc tự nhiên hay
nhân tạo: protein, hợp chất hữu cơ chứa nitơ, các loại phụ gia thực phẩm,....chất thải của người
và động vật,....
Các hợp chất hữu cơ có thể tồn tại dưới các dạng hòa tan, keo, không tan, bay hơi,
không bay hơi, dễ phân hủy, khó không hủy,...Phần lớn các chất hữu cơ trong nước đóng vai
trò là cơ chất đối với vi sinh vật. Nó tham gia vào quá trình dinh dưỡng và tạo năng lượng cho
vi sinh vật.
Xác định riêng rẽ từng loại chất hữu cơ là rất khó và tón kém, vì vậy người ta thường
xác định tổng các chất hữu cơ. Các thông số thường được chọn là: TOC, DOC, COD; BOD
Trong NTĐT và một số loại NTCN, các chất hữu cơ chủ yếu là cacbon hydrat (CHO)
Việc xác định riêng biệt các thành phần hữu cơ riêng biệt là khó khăn, người ta thường xác
định tổng các chất hữu cơ thông qua chỉ tiêu COD, BOD.
Thường giá trị COD nhỏ hơn nhiều giá trị BOD do không phải bất kỳ chất nào oxy hóa
cũng chuyển thành CO2.
Nhu cầu oxy hóa sinh hóa BOD là lượng oxy yêu cầu để vi khuẩn oxy hóa các chất hữu
cơ có trong NT. Trong thời gian 5 ngày đầu với 20oC các vi khuẩn hiếu khí sử dụng oxy để
oxy hóa các chất hữu cơ CBOD, sau đó trong điều kiện dư oxy các loại vi khuẩn nitrit, nitrat
bắt đầu hoạt động để oxy hóa các hợp phần nitơ thành nitrit và nitrat NBOD
Giữa đại lượng COD, BOD có mối quan hệ với nhau và liên hệ theo một tỉ lệ phụ thuộc
vào loại NT, nước nguồn và cả trong quá trình xử lý. Thường COD Cr2O72-:BOD20:CODMnO4-
:BOD5= 0,95:0,71:0,65:0,48.
5
1.3.3. Độ bẩn sinh học của NT
NT có chứa nhiều vi sinh vật trong đó có nhiều vi sinh vật gây hại, các loại trứng giun.
Người ta xác định sự tồn tại của 1 loại vi khuẩn đặc biệt : trực khuẩn coli để đánh giá độ bẩn
sinh học của NT.
-Chuẩn số coli: thể tích NT ít nhất (ml) có 1 coli. Đối với NTSH chuẩn số này: 1.10-7.
-Tổng số Coliform: số lượng vi khuẩn dạng coli trong 100 ml nước (tính bằng cách đếm
trực tiếp số lượng coli hoặc xác định bằng phương pháp MPN).
1.4. Q.trình nitơrát hóa và khử nitơrát. Q.trình hòa tan và tiêu thụ oxy trong NT
1.4.1. Quá trình nitơrát hóa và khử nitơrát
Trong nước thiên nhiên và NT, các hợp chất của nitơ tồn tại dưới 3 dạng: các hợp chất
hữu cơ, amoni, các hợpc hất dạng oxy hóa (nitrit, nitơrat).
Các hợp chất nitơ là các chất dinh dưỡng, luôn vận động trong tự nhiên chủ yếu nhờ các
quá trình sinh hóa.
Trong NT SH, nitơ tồn tại dưới dạng vô cơ (65%) và hữu cơ (35%). Nguồn nitơ chủ yếu
là nước tiểu, khoảng 1,2 lít/người/ngày, tương đương 12 g nitơ trong đó nitơ amoni NCO(
NH2)2 là 0,7 gam còn lại là các loại nitơ khác. Ure thường được amoni hóa theo phương
trình sau:
+Trong mạng lưới thoát nước ure bị thủy phân: CO(NH2)2+ 2H2O= (NH4)2CO3
+Sau đó bị thối rửa ra: (NH4)2CO3= 2NH3 + CO2 + H2O
Nitrit là sản phẩm trung gian của quá trình oxy hóa amoniac hoặc nitơ amoni trong điều
kiện hiếu khí nhờ các loại vi khuẩn Nitrosomonas. Sau đó nitrit hình thành tiếp tục được vi
khuẩn Nitrobacter oxy hóa thành nitơrat.
NH4
+ +1,5O2 Nitrosomonas NO2
- + H2O + 2H+
NO2
- + 0,5O2 Nitrobacter NO3
-
Nitrit là hợp chất không bền, nó có thể là sản phẩm của quá trình khử nitrat trong điều
kiện yếm khí.
Nitorat là dạng hợp chất vô cơ của nitơ có hóa trị cao nhất.
Nitorat hóa là giai đoạn cuối cùng của quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ chứa nitơ.
Nitorat trong NT chứng tỏ sự hoàn thiện của công trình XLNT bằng phương pháp sinh học.
Mặt khác, quá trình nitorat hóa còn tạo nên sự tích lũy oxy trong hợp chất nitơ để cho các quá
trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ tiếp theo, khi lượng oxy hòa tan trong nước rất ít hoặc
bị hết.
6
Khi thiếu oxy và tồn tại nitơrat hóa sẽ xảy ra quá trình ngược lại: tách oxy khỏi nitơrat
và nitrit để sử dụng lại trong các quá trình oxy hóa các chất hữu cơ khác. Quá trình này được
thực hiện nhờ các vi khuẩn phản nitơrat hóa (vi khuẩn yếm khí tùy tiện). Trong điều kiện
không có oxy tự do mà môi trường vẫn còn chất hữu cơ cacbon, một số loại vi khuẩn khử
nitơrat hoặc nitrit để lấy oxy cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ.
1.4.2. Qúa trình hòa tan và tiêu thụ oxy trong NT
1.4.2.1. Quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ trong NT
Chất hữu cơ trong NT là môi trường cho các loại vi khuẩn phát triển. XLNT ĐT có
nhiệm vụ là: tách các chất bẩn hữu cơ, các chất dinh dưỡng và khử trùng nước thải.
Quá trình khoáng hóa chất hữu cơ nhờ oxy hóa sinh hóa xảy ra theo 2 giai đoạn:
+oxy hóa các hợp chất chứa C thành CO2 và nước
+oxy hóa các hợp chất chứa N thành nitrit và sau đó thành nitơrat
Qúa trình khoáng hóa các hợp chất trong điều kiện hiếu khí thực tế là quá trình tiêu thụ
oxy hòa tan từ khí quyển vào nước thải.
1.4.2.2. Qúa trình tiêu thụ oxy và hòa tan oxy trong NT
Khi có đủ oxy trong NT, tốc độ oxy hóa chất hữu cơ chứa C tỷ lệ thuận với khối lượng
chất hữu cơ có trong NT.
1.5. Sử dụng NT và bùn cặn trong NT
1.5.1. Sử dụng NT và bùn cặn trong NT để tưới cây và làm phân bón
1.5.2. Sử dụng NT để nuôi trồng thủy sản và nuôi cá (trang 26;Hạ)
1.5.3. Dùng lại NT sau khi đã xử lý trong hệ thống cấp nước tuần hoàn của nhà máy xí nghiệp
1.5.4. Dùng lại nước cho quá trình sau trong SX
1.5.5. Thu hồi chất quí