›
›

Bài giảng môn Công nghệ môi trường

pdf 44 trang ngocly 10
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn Công nghệ môi trường", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_mon_cong_nghe_moi_truong.pdf

Nội dung text: Bài giảng môn Công nghệ môi trường

  1. ĐẠI HỌC VINH BÀI GIẢNG Môn: Công nghệ Môi trường Chuyên đề: Xử lý nước thải HỒ THỊ PHƯƠNG Vinh - 2008 1
  2. CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG (2 tiết) 1. Các thông số đánh giá chất lượng nước Để đánh giá chất lượng nước, người ta đưa ra các chỉ tiêu về chất lượng nước như sau: • Chỉ tiêu vật lý: mùi vị, nhiệt độ, độ đục, độ màu, độ axit, độ kiềm, độ cứng, hàm lượng chất rắn tan trong nước • Chỉ tiêu hóa học: độ pH, oxi hòa tan DO, nhu cầu oxi hóa học COD, nhu cầu - 2- 3- - - 2+ 2+ oxi sinh học BOD, hàm lượng H2S, Cl , SO4 , PO4 , F , I , Fe , Mn , các hợp chất nitơ, phốtpho • Chỉ tiêu sinh học: vi trùng gây bệnh, các loại rong tảo 1.1. Nhiệt độ (temperature) Nhiệt độ nước tự nhiên phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết của lưu vực hay môi trường khu vực. Nước thải công nghiệp, đặc biệt là nước thải nhà máy điện nhiệt, nhà máy điện hạt nhân thường có nhiệt độ cao hơn nước tự nhiên trong lưu vực nhận nước cho nên làm cho nước nóng lên (ô nhiễm nhiệt). Ảnh hưởng của nhiệt độ cao trong nước: Nhiệt độ cao của nước làm thay đổi các quá trình sinh, hóa, lý học thường của hệ sinh thái nước biểu hiện: - Làm giảm nồng độ oxi trong nước; - Phân hủy yếm khí xảy ra mạnh mẽ, gây ra mùi hôi thối do các khí H2S, CO2, CH4, NH3 gây ra; - Làm thay đổi màu nước. Để đo nhiệt độ của nước người ta dùng các loại nhiệt kế khác nhau. 1.2. Độ màu (colour) Nước tự nhiên thường trong suốt và không màu, nước có màu là do các chất bẩn hòa tan trong nước tạo nên. Nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp (nước thải nhà máy dệt, thuộc da, lò mổ, nhà máy giấy ) thường tạo ra màu xám hoặc đen cho nguồn nước. Để đánh giá màu sắc của nước, người ta dùng phương pháp so màu bằng mắt hoặc bằng phổ kế với các dung dịch chuẩn. 1.3. Độ đục (turbidity) 2
  3. Nước tự nhiên sạch thường không chứa các chất rắn lơ lửng nên trong suốt và không màu. Khi chứa các hạt sét, mùn, vi sinh vật, hạt bụi, các hóa chất kết tủa thì nước trở nên đục. Nước đục ngăn cản quá trình chiếu ánh sáng mặt trời xuống đáy thủy vực. Độ đục của nước được xác định bằng máy đo độ đục. Đơn vị của độ đục: NTU (Nephelometric Turbidity Unit) Nước mặt thường có độ đục 20-100 NTU, mùa lũ có khi cao tới 500- 600 NTU. Độ đục của nước hồ sạch thường ở mức dưới 25 NTU. Nước thải sinh hoạt phải có độ đục không lớn hơn 5 NTU, nước uống phải có độ đục không lớn hơn 1NTU. 1.4. Độ cứng (hardness) Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion canxi, magie có trong nước. Trong xử lý nước thường phân biệt thành 2 loại độ cứng: độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu. Độ cứng tạm thời là độ cứng do các muối bicacbonat của Mg và Ca tạo thành. Khi làm thoáng tốt và ở nhiệt độ cao, các muối bicacbonat tạo kết tủa cacbonat. Ca(HCO3)2 CaCO3 ↓ + CO2 ↑ + H2O Đây là nguyên nhân nước cứng gây hiện tượng đóng cặn ở các đường ống, dụng cụ, thiết bị tiếp xúc với nước, nhất là nước nóng. Kết hợp với các cặn chứa sắt, mangan, silic, cặn ở đường ống thường có màu trắng vàng gạch hoặc nâu. Độ cứng vĩnh cửu là do các muối Ca, Mg không cacbonat tạo nên (thường là muối sunphat, clorua). Những muối này bền nhiệt nên khi đun nóng không bị kết tủa. Độ cứng của nước được xác định bằng phương pháp chuẩn độ.Theo giá trị độ cứng tính bằng mg/l CaCO3 có thể phân loại nước thành: Bảng 1.1. Phân loại độ cứng của nước Độ cứng của nước Hàm lượng CaCO3 (mg/l) Nước mềm 0 - 50 Nước hơi cứng 50 - 150 Nước cứng 150 - 300 Nước rất cứng > 300 3
  4. 1.5. Độ pH Độ pH của nước được xác định dựa theo công thức: pH = - lg [H+] + – Nước tinh khiết ở điều kiện thường bị phân ly theo phương trình: H2O = H + OH Và trung hòa về điện tích, tức là [H+] = [ OH-] Đối với nước tinh khiết thì pH = 7, khi chứa nhiều ion H+ hơn OH- nước có tính axit pH 7. Ảnh hưởng của độ pH: - Cá thường không sống được khi nước có pH 10. - Sự thay đổi độ pH của nước liên quan đến sự hiện diện các hóa chất axit hoặc 2- - kiềm, sự phân hủy chất hữu cơ, sự hòa tan của một số anion SO4 , NO3 Độ pH của nước có thể xác định bằng máy pH – meter hoặc bằng giấy đo pH. Tiêu chuẩn pH cho nước sinh hoạt là 6 – 8,5, cho nước uống là 6,5 – 8,5. 1.6. Độ dẫn điện (electric conductivity) Độ dẫn điện của nước liên quan đến sự hiện diện của các ion của các kim loại muối như NaCl, KCl, Na2SO4, KNO3, trong nước. Tác động ô nhiễm của nước có độ dẫn điện cao thường liên quan đến độc tính độc hại của các ion tan trong nước. Để xác định độ dẫn điện, người ta dùng các máy đo điện trở hoặc cường độ dòng điện. 1.7. Chất rắn lơ lửng (Suspended solids – SS) - TSS (total suspended solids): là tổng hàm lượng cặn lơ lửng (mg/l) Để xác định TSS, người ta làm bay hơi mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 103oC tới trọng lượng không đổi. - SS (Suspended solids): chất rắn lơ lửng. (mg/l) Để xác định chất rắn lơ lửng, người ta thường để lắng sau đó lọc qua giấy lọc chuẩn tách ra phần chất lắng: sấy khô ở 103oC – 105oC. - DS ( Dissolved Solid): chất rắn hòa tan (mg/l) Sấy khô một thể tích nước đã biết đã được lọc sach cặn lơ lửng ở nhiệt độ 100 – 105 oC và cân lượng cặn còn lại sau khi nước bốc hơi hết gọi là chất rắn hòa tan. Đây chủ yếu là các khoáng chất và một lượng nhỏ các chất hữu cơ hòa tan 4
  5. Để xác định riêng phần muối khoáng hòa tan, cần nung lượng cặn này ở 500 -800oC để phần hữu cơ cháy hết, lượng cặn còn lại tính bằng mg/l chính là tổng lượng muối khoáng hòa tan (TKHT). Bảng 2.2. Phân loại tự nhiên theo TKHT Loại nước TKHT, mg/L Ngọt 50000 1.8. Hàm lượng oxy hòa tan DO (dissolved Oxygen) Oxy tự do hòa tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật nước (cá, lưỡng cư, thủy sinh, côn trùng ) thường được tạo ra do sự hòa tan oxy từ khí quyển hoặc do quang hợp của tảo. Nồng độ oxy tự do hòa tan trong nước khoảng 8-10 ppm (ppm = mg/l hoặc mg/1kg), và sự dao động mạnh phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phân hủy các chất, sự quang hợp của tảo. Khi nồng độ DO thấp, các loài sinh vật nước thiếu oxy sẽ giảm hoạt động hoặc chết. Do vậy DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm thủy vực. Có nhiều phương pháp xác định giá trị DO của mẫu nước như phương pháp ion của Winkler và phương pháp điện cực. 1.9. Nhu cầu oxy sinh hóa BOD (biochemical oxygen demand – BOD) Nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy mà vi sinh vật dùng để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước theo phản ứng: Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian Để xác định giá trị BOD của mẫu nước người ta tìm giá trị oxy hòa tan DO của mẫu nước trước và sau khi ủ mẫu một thời gian ở nhiệt độ 20oC. Thông thường thời gian ủ là 5 ngày khi đó khoảng 70 – 80% các chất hữu cơ bị oxy hóa (BOD5). Theo lý thuyết để oxy hóa gần hết hoàn toàn các chất hữu cơ (98-99%) đòi hỏi sau 20 ngày. 1.10. Nhu cầu oxy hóa học (chemical oxygen demand – COD) Nhu cầu oxy hóa học (COD) là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ có trong mẫu nước thành CO2 và nước. 5
  6. Như vậy COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa toàn bộ các hợp chất hữu cơ có trong nước, còn BOD chỉ là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học. Thông thường BOD5/COD = 0,5 – 0,7. 1.11. Các hợp chất của Nito, Photpho Các hợp chất của Nito trong nước là kết quả của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên, trong chất thải và trong các nguồn phân bón mà con người trực tiếp hoặc gián tiếp đưa vào nguồn nước. Các hợp chất này tồn tại dưới dạng amoniac, nitrit, nitrat và cả dạng nguyên tố nito. Các hợp chất Photpho có thể tồn tại trong nước bao gồm các hợp chất photphat khi nguồn nước bị nhiễm bẩn phân rác và các hợp chất hữu cơ, quá trình phân hủy giải 2- phóng ion PO4 . Khi ở trong nước hàm lượng nito, photpho cao sẽ thúc đẩy quá trình phì dưỡng (còn gọi là phú dưỡng). 1.12. Chỉ tiêu vi sinh Sinh vật có mặt trong nước ở nhiều dạng khác nhau. Bên cạnh các sinh vật có ích, có nhiều nhóm sinh vật gây bệnh hoặc truyền bệnh cho người và động vật. Trong số này đáng chú ý là các loại vi khuẩn, siêu vi khuẩn, ký sinh trùng gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn, sốt rét, viêm gan B, viêm não Nhật Bản, giun đỏ, trứng giun Nguồn gây ô nhiễm sinh học cho môi trường nước chủ yếu là phân, rác, nước thải sinh hoạt, xác chết sinh vật, nước và rác thải bệnh viện Để đánh giá mức độ ô nhiễm sinh học, người ta dùng chỉ số Coliform. Đây là chỉ số phản ánh số lượng vi khuẩn E.coli trong nước, thường không gây bệnh cho người và sinh vật. Để xác định chỉ số coliform, người ta nuôi cấy mẫu trong dung dịch đặc biệt và đếm số lượng chúng sau một thời gian nhất định. Người ta phân biệt trị số E.coli và chỉ số E.coli. Trị số E.coli là đơn vị thể tích nước có chứa 1 vi khuẩn E.coli, còn chỉ số E.coli là số lượng vi khuẩn E.coli có trong một lít nước. Tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt ở các nước tiên tiến qui định trị số E.coli không nhỏ hơn 100ml nước, nghĩa là cho phép có 1 vi khuẩn E. coli trong 100ml nước, chỉ số E.coli tương ứng là 10. Tiêu chuẩn vệ sinh Việt Nam qui định chỉ số E.coli của nước thải sinh hoạt phải nhỏ hơn 20. 6
  7. 2. Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải 2.1. Các phương pháp xử lý chất ô nhiễm trong nước Để xây dựng hệ thống khép kín, nước thải phải được làm sạch bằng phương pháp cơ học, hóa học, hóa lí, sinh học và nhiệt đến chất lượng cần thiết, tùy theo yêu cầu. Phân loại phương pháp xử lí ô nhiễm nước được tổng hợp trong sơ đồ sau: Bảng 2.1. Phân loại phương pháp xử lí nước thải công nghiệp Nước thải Xử lí tạp huyền phù và nhũ tương Xử lí tạp hòa tan Xử lí tạp Xử lí tạp Tiêu hủy tạp chất Xử lí tạp Xử lí tạp Xử lí khí chất thô chất mịn tan và không tan chất vô cơ chất hữu cơ Lắng Keo tụ Tiêu hủy Cô đặc Tái sinh Phân hủy Thổi khí Bơm xuống Trao đổi giếng Trích li Hóa sinh Đun nóng Lọc Tạo bông ion Tuyển nổi Lọc Oxi hóa Tuyển nổi Chôn Chưng cất Hóa học điện ngược pha lỏng Bơm xuống Điện thẩm Oxi hóa Lắng trong Háp phụ cặn lơ lửng đáy biển tách pha hơi Lọc và li Tiêu hủy Đóng Lọc ngược Oxi hóa tâm bằng nhiệt băng và siêu lọc 2.2. Phân loại theo bản chất của phương pháp làm sạch nước • Phương pháp vật lý (cơ học)  Điều hòa  Song chắn rác  Quá trình lọc 7
  8.  Quá trình lắng  Quá trình tuyển nổi  Ly tâm  Ép tách nước  Sử dụng bức xạ tử ngoại, sóng siêu âm • Phương pháp hóa lý  Keo tụ, tạo bông  Hấp phụ  Hấp thụ  Kết tủa  Trao đổi ion  Các phương pháp điện  Các phương pháp nhiệt • Phương pháp hóa học  Trung hòa  Trao đổi ion  Oxy hóa khử  Khử trùng bằng hóa chất  Oxy hóa nhiệt • Phương pháp sinh học  Phân hủy hiếu khí  Bùn hoạt tính  Lọc sinh học  Mương oxi hóa 8
  9.  Đĩa tiếp xúc quay  Hồ sinh học hiếu khí  Phân hủy kị khí  Lọc kị khí  Mê tan hóa  Phân hủy yếm khí ngược dòng  Hồ sinh học kỵ khí 2.3. Các giai đoạn xử lý nước  Tiền xử lý và xử lý bậc 1 (sơ cấp, sơ bộ): gồm công trình thu gom từ song chắn rác đến sau công trình lắng bậc 1. Giai đoạn này khử các vật rắn nổi có kích thước lớn và tạp chất có thể lắng để bảo vệ bơm và đường ống. Bao gồm:  Tiếp nhận nước  Ổn định lưu lượng và nồng độ  Chắn rác  Tách hạt lơ lửng: lắng, lọc, ly tâm, keo tụ tạo bông  Tuyển nổi  Trung hòa  Xử lý bậc 2 (thứ cấp): nhằm xử lý chất hòa tan và chất keo bằng phương pháp hóa lý, và hầu hết các chất hữu cơ hòa tan có thể phân hủy sinh học bằng phương pháp sinh học.  Xử lý chất hữu cơ phân hủy sinh học  Xử lý bùn  Xử lý bậc cao (bậc 3): nhằm mục đích xử lý các chất dinh dưỡng, chất hòa tan còn lại  Vi lọc, tủa hóa học, thẩm thấu, trao đổi ion  Xử lý N, P  Khử mùi vị 9
  10.  Khử trùng CHƯƠNG 2. CƠ SỞ CÁC PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ (CƠ HỌC) – PHYSICAL TREATMENT (4 tiết) Phương pháp vật lý được dùng chủ yếu để loại các tạp chất không tan trong nước. 2.1. Lọc qua – screening Song chắn rác là công đoạn tách tạp chất thô trong nước  Song chắn rác – bar rack Công trình này có tác dụng thu vớt các tạp chất rắn kích thước lớn. Song chắn được đặt trước các công trình làm sạch, hoặc có thể đặt ngay miệng xả ở các phân xưởng khi nước thải sản xuất chứa tạp chất thô hoặc dạng sợi.  Lưới lọc, rây – screen Trước khi cho nước vào hệ thống xử lí, người ta dùng lưới hoặc rây để tách các tạp chất thô, đặc biệt cần thiết khi thu hồi chất quý trong dòng nước thải. Lưới được chế tạo từ các thanh kim loại và được đặt trên đường chảy của nước thải dưới góc 60 – 750. Tạp chất lớn bị giữ lại trên lưới và được lấy ra bằng máy cào. Chiều rộng các khe lưới bằng 16 – 19 mm vận tốc nước giữa các thanh kim loại bằng 0,8 – 1m/s. Để tách các chất lơ lửng nhỏ hơn người ta ứng dụng rây. Rây có thể có hai dạng: trống và đĩa. Rây dạng trống có lỗ 0,5-1mm. Khi trống quay, nước sẽ được lọc qua bề mặt của nó. Tạp chất được giữ lại và được rửa bằng nước rồi chảy vào rãnh chứa. 10
  11. Hình 2.1. Song chắn rác 2.2. Lắng – sedimentation Lắng là quá trình tách cặn lơ lửng khỏi nước nhờ tác động của trọng lực, nó còn được gọi là sa lắng. Công cụ để thực hiện quá trình lắng là bể lắng. Một bể lắng cần có bốn vùng: - Vùng nhận và phân phối nước: có chức năng phân phối đều nước sao cho tận dụng được tối đa không gian vùng lắng, ngoài ra phải giảm tốc nước vào vùng lắng tới vận tốc thiết kế giới hạn cho vùng lắng vo được gọi là tốc độ giới hạn hay tải bề mặt. Để thực hiện điều này vùng thu nước thường có vách hướng dòng. - Vùng lắng: vùng thực hiện quá trình sa lắng - Vùng chứa bùn lắng: phải thuận lợi cho việc thu gom bùn và vệ sinh bể thường kì. Thường phải có hố thu gom bùn bố trí gần cửa nhận nước. Nếu bể gom bùn thủ công thì đáy bể phải có độ dốc nhất định về phía hố gom. - Vùng thu nước lắng: có chức năng thu nước đã lắng bớt cặn, chuyển tải đi sang công đoạn tiếp theo. Để thực hiện điều này cần bố trí các máng thu. Vùng nhận và phân phối nước Vùng thu nước lắng Máng thu nước Nước thô Vùng lắng Vùng chứa bùn Xả bùn 11
  12. Hình 2.2. Mô hình bể lắng và bốn vùng lắng cơ bản 2.2.1. Bể lắng đứng – vertical clarifier Bể lắng đứng là bể chứa hình trụ (hoặc tiết diện vuông) có đáy chóp. Nước thải được cho vào theo ống trung tâm. Sau đó, nước chảy từ dưới lên trên vào các rãnh chảy tràn. Như vậy, quá trình lắng cặn diễn ra trong dòng đi lên, mỗi hạt chuyển động theo nước lên trên vớiNước thô vào Nước lắng ra vận tốc vo và dưới tác dụng của trọng lực hạt chuyển động xuống dưới vP với vận tốc v p . vo Nếu vP > vo, hạt sẽ lắng nhanh; nếu vP Xả bùn < vo, hạt bị nước cuốn lên trên. Hiệu quả lắng của bể lắng đứng thấp hơn bể lắng ngang khoảng 10-20%. Hình 2.3. Sơ đồ bể lắng đứng Nếu chiều cao cột nước là H, vậy thời gian để nước dâng từ đáy tới máng thu tính theo phương trình : t = H/ vo 12
  13. Mặt khác t chính là thời gian lưu nước tính bằng : t = V/Q Trong đó: V : thể tích nước trong vùng lắng Q : lưu lượng Vì thể tích vùng lắng V = H.A, trong đó A là thiết diện đáy, suy ra H/vo = H.A/Q Từ đây rút ra biểu thức xác định vo: vo = Q/A, từ biểu thức này cho thấy vo không phụ thuộc vào H, đây gọi là phương trình Hazen. 2.2.2. Bể lắng ngang – horisonal clarifier Bể lắng ngang là hồ chứa hình chữ nhật, có hai hay nhiều ngăn hoạt động đồng thời. Nước chuyển động từ đầu này đến đầu kia của bể. Trong bể lắng một hạt rắn chuyển động theo dòng nước có vận tốc vo và dưới tác dụng của trọng lực chuyển động xuống dưới với vận tốc vP. Như vậy, trong bể lắng chỉ kịp lắng những hạt nào mà quĩ đạo của chúng cắt ngang đáy bể trong phạm vi chiều dài của nó. Hình 2.4. Cấu tạo bể lắng ngang 2.2.3. Bể lắng li tâm – radical clarifier Theo mặt chiếu, bể lắng hướng tâm là bể chứa tròn. Nước trong đó chuyển động từ tâm ra vành đai. Vận tốc nước nhỏ nhất là ở vành đai. Loại bể lắng này được ứng dụng cho lưu lượng nước có hàm lượng SS cao. Để thu gom bùn bể được trang bị cần gạt bùn cơ giới sát đáy dốc dồn bùn về hố thu ở tâm bể. 13
  14. Hình 2.5. Bể lắng li tâm 2.2.4. Bể lắng lamen Ở bên trong bể lắng lamen có các bảng đặt nghiêng và song song với nhau. Nước chuyển động giữa các bảng, còn cặn trượt xuống dưới vào bình chứa. Chế độ chảy trong bể lắng có thể cùng chiều (hướng chuyển động của nước và cặn cùng nhau), ngược chiều (nước và cặn chuyển động ngược nhau) và giao nhau ( nước chuyển động thẳng góc với hướng chuyển động của cặn). Phổ biến nhất là thiết bị lắng ngược chiều. Nguyên lý: Đối với lắng ngang cũng như lắng li tâm ta dùng phương trình Hazen để tính kích thước cơ bản: vo = Q/A. Theo đó điều kiện lắng là: nếu vận tốc rơi của hạt lớn hơn vận tốc Hazen vo thì sẽ lắng. Như vậy nếu Q và chất lượng nước vào không đổi (vP lắng hạt là các giá trị không đổi) vo chỉ có thể giảm nếu tăng diện tích lắng A (đáy bể) mà không cần thay đổi độ sâu H của bể. Khi đó, với cùng một bể lắng ta có thể nâng hiệu suất lắng Q lên hơn n lần nếu bố trí thêm n đáy bể. Q/n Q/n Q/n 14 Q/n
  15. Hình 2.6. Mô hình bể lắng với đáy phụ 2.3. Tuyển nổi – flotation - Quá trình tuyển nổi là quá trình phân tách các hatjrawns hoặc lỏng khỏi pha lỏng được thực hiện bằng cách cung cấp các bọt khí mịn vào pha lỏng. - Cơ sở tuyển nổi như sau: khi đến gần các bọt khí đang nổi lên trong nước, các hạt lơ lửng sẽ kết dính với các bọt khí này và cùng nó nổi lên trên mặt nước, tạo thành lớp bọt có nồng độ tạp chất cao hơn trong nước ban đầu. Hình 2.7. Cơ chế tuyển nổi - Ứng dụng Tuyển nổi được ứng dụng để loại ra khỏi nước các tạp chất phân tán không tan và khó lắng. Trong nhiều trường hợp tuyển nổi còn được sử dụng để tách chất tan như chất hoạt động bề mặt. Tuyển nổi ứng dụng để xử lí nước thải của nhiều ngành sản 15
  16. xuất như: chế biến dầu mỏ, tơ sợi nhân tạo, giấy xenlulo, da, hóa chất, thực phẩm, chế tạo máy. - Các phương pháp tuyển nổi + Tuyển nổi bằng khí phân tán (dispersed air flotation): phương pháp này được thực hiện bằng cách thổi trực tiếp vào dung dịch cần tuyển nổi, gây xáo trộn dung dịch, cặn tiếp xúc với bọt khí và tiếp xúc với nhau, dính kết và nổi lên trên bề mặt. + Tuyển nổi chân không (vacuum flotation): dưới áp suất thường, dung dịch cần tuyển nổi được bão hòa không khí. Khi tạo chân không trong thiết bị kín, khí thoát ra dưới dạng bọt khí nhỏ kết dính với cặn và nổi lên bề mặt. Hệ thống này ít được sử dụng vì khó vận hành trong thực tế. + Tuyển nổi bằng khí hòa tan (dissolved air flotation – DAF): trong các hệ thống DAF không khí được hòa tan vào nước ở áp suất từ 2 – 4 atm cho đến khi đạt trạng thái bão hòa, sau đó nhờ sự giãn áp đột ngột đến áp suất khí quyển tạo thành bọt khí. Hiệu quả của quá trình tuyển nổi phụ thuộc kích thước và số lượng bong bóng khí, kích thước tối ưu của bong bóng khí là 15 – 30 µm. Để có kích thước bọt ổn định trong quá trình tuyển nổi người ta dùng các chất tạo bọt. Chất tạo bọt có thể là dầu thông, phenol, ankyl, sunfat natri, cresol. - Cơ sở của quá trình tuyển nổi + Lượng không khí nén vào dung dịch cần tuyển nổi tuân theo định luật Henry – Dalton: Pi = K. Ci Trong đó: Ci là nông độ của khí i trong nước K là hằng số Henry Pi là áp suất riêng phần của khí i Ở nhiệt độ không đổi, lượng khí hòa tan vào nước tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của khí. + Khi thiết kế hệ thống DAF, cần bảo đảm tỷ lệ giữa lượng khí cung cấp và lượng chất rắn có trong dung dịch cần xử lý: A/S = air/solid (lượng không khí cần cung cấp/lượng chất rắn trong nước thải) 2.4. Lọc – filtration 16
  17. Lọc là quá trình được thực hiện bằng cách cho chất cần lọc (chất lỏng, chất khí) đi qua một cơ cấu lọc cho phép tách loại những yếu tố không mong muốn.  Mục đích Quá trình lọc được sử dụng để tách các hạt hữu cơ và vô cơ có kích thước nhỏ có trong nước và nước thải.  Cơ chế lọc . Cơ chế lưu giữ: cơ chế lưu giữ có thể hiểu là cơ chế “lọc” thuần túy vật lí được ghi nhận trong trường hợp lọc qua lưới lọc, màng lọc có kích thước lỗ đã định: hạt cặn nhỏ đi qua, hạt lớn bị giữ lại. Trong thực tế hạt nhỏ hơn đường kính lỗ trống cũng có thể bị giữ lại nếu đồng thời nhiều hạt nhỏ cùng qua một lỗ trống, hoặc hạt cần lọc bị tăng kích thước. . Cơ chế bám dính: khi tốc độ dòng chảy không lớn, các lực bề mặt có thể gây ra sự bám dính các hạt cặn trên bề mặt vật liệu lọc. Bản chất các lực bề mặt khá phức tạp, phổ biến là lực hút tĩnh điện và lực Vandec Val.  Về môi trường vật liệu lọc có hai nhóm chính - Nhóm vật liệu lọc dạng hạt, môi trường lọc là lớp vật liệu lọc dày. - Nhóm vật liệu dạng màng, môi trường lọc có độ dày không đáng kể. 2.4.1. Lọc qua lớp vật liệu dạng hạt Vật liệu lọc phổ biến là cát thạch anh, antraxit. Phương pháp lọc bằng môi trường vật liệu dạng hạt chủ yếu để loại cặn lơ lửng, tuy nhiên nếu kết hợp với các kỹ thuật keo tụ tạo bông thích hợp nó có thể lọc tốt các hạt keo và giảm một phần chất hữu cơ hòa tan. Kĩ thuật lọc cát thường được phân loại theo tốc độ lọc, theo động lực của quá trình lọc, theo chiều dòng chảy, theo số loại vật liệu lọc.  Theo tốc độ lọc ta có: - Lọc nhanh: khi tốc độ lọc khoảng lớn hơn 5 m/h. - Lọc chậm: khi tốc độ lọc bằng 0,1 – 0,3 m/h. 17
  18.  Theo động lực của quá trình lọc: - Lọc tự chảy hay lọc trọng lực: nước chảy nhờ trọng lực - Lọc áp lực: nước chảy nhờ bơm nước tạo áp  Theo số vật liệu lọc: - Lọc một lớp: chỉ dùng một loại vật liệu lọc. - Lọc đa lớp: dùng hai loại vật liệu lọc khác nhau về chất trở nên.  Theo chiều dòng chảy: - Lọc xuôi: nước chảy từ trên xuống, thu nước lọc ở đáy. - Lọc ngược: nước chảy từ dưới lên, thu nước lọc trên miệng bể. Khi bể lọc bị tắc hoặc bị đánh thủng phải rửa lọc. Rửa lọc bằng kĩ thuật rửa ngược (backwashing) được thực hiện theo chiều ngược lại: bơm nước sạch hoặc hỗn hợp khí – nước với cường độ rất cao vào đáy bể qua hệ phân phối đều, nước rửa cường độ cao sẽ làm nâng các hạt vật liệu lọc lên, lớp hạt sôi lên, cọ xát vào nhau để rửa sạch bùn bám trên bề mặt. Hình 2.8. Kĩ thuật lọc và rửa ngược 2.4.2. Lọc qua lớp vật liệu dạng màng Có thể chia ra thành 5 loại màng  Màng lọc thô (particale filtration or gravel filtration)  Màng vi lọc (micro filtration) 18
  19.  Màng siêu vi lọc (ultra filtration)  Màng nano (nano filtration)  Màng thẩm thấu ngược (reverse osmosis) Kĩ thuật thẩm thấu ngược: Thẩm thấu là một hiện tượng tự nhiên. Nước bao giờ cũng dịch chuyển từ nơi có nồng độ muối/khoáng thấp đến nơi có nồng độ cao hơn. Quá trình diễn ra cho đến khi nồng độ muối khoáng từ 2 nơi này cân bằng. Để làm điều ngược lại (thẩm thấu ngược), người ta dùng một áp lực đủ dể đẩy ngược nước từ nơi có hàm lượng muối khoáng cao thấm qua một loại màng đặc biệt để đến nơi không có hoặc ít có muối khoáng hơn. Hình 2.9. Kĩ thuật thẩm thấu ngược Bảng 2.1. Đặc tính và cấu tạo của các loại màng 19
  20. Loại màng Màng vi lọc Màng siêu Màng nano Màng thẩm vi lọc thấu ngược Kích thước lỗ 0.01-1.0 μm 0.001-0.01 μm 0.0001- 100.000 1.000-300.000 300-1000 100-300 phân tử bị giữ daltons daltons daltons daltons lại Áp suất chất <30 psi 20-100 psi 50-300 psi 225-1000 psi lỏng lên màng Vật liệu màng Gốm,các Gốm, các Composite, Composite, polime polime, gỗ gỗ và các composite, gỗ polime Thiết kế màng ống, sợi rỗng ống, sợi rỗng, ống, bản và ống, bản và bản và khung khung khung Các chất bị Tàn thuốc lá , Protein, tinh Tinh bột, Acid, đường, giữ lại nhựa cây , các bột silic cát, đường, muối, các khoáng chất, thuốc nhuộm, thuốc trừ amino acid, sét, một số loại chất béo và các sâu, thuốc BOD, COD 2.5. Ly tâm – centrifuge Lưu chất chuyển động theo vòng xoáy tạo ra lực ly tâm làm pha rắn tách ra khỏi dòng nước hay pha lỏng tách khỏi chất rắn. Xyclon thủy lực là dạng thiết bị tiêu biểu ứng dụng nguyên tắc tách tạp chất cơ học bằng lực ly tâm. Nguyên tắc này còn ứng dụng trong thiết bị tách nước trong xử lý bùn. Lắng các hạt lơ lửng dưới tác dụng của lực li tâm được tiến hành trong xiclon nước và máy li tâm. 2.5.1. Xiclon nước 20
  21. Xiclon nước có kết cấu đơn giản, gọn, vận hành dễ dàng, năng suất cao và giá không cao Khi nước chuyển động quay trong xiclon nước, các hạt trong nước chịu tác dụng của lực li tâm, làm chúng văng ra thành, lực trọng trường, lực quán tính và lực cản của dòng chuyển động. Hình 2.10. Xiclon nước Vận tốc chuyển động của hạt trong chất lỏng dưới tác dụng của lực li tâm phụ thuộc đường kính của nó, hiệu khối lượng riêng giữa nước và hạt, độ nhớt và khối lượng riêng của nước thải và gia tốc của trường li tâm. Hiệu quả của xiclon nước vào khoảng 70%. 2.5.2. Máy li tâm Để loại cặn ra khỏi nước thải có thể ứng dụng máy li tâm lắng và thiết bị tâm lọc. Lọc li tâm được thực hiện bởi sự quay huyền phù trong trống vành khăn, được bọc dưới lớp vải lọc. Cặn ở lại bên thành trống và được lấy ra bằng tay hoặc dao. Loại này hiệu quả nhất khi cần thu sản phẩm với độ ẩm thấp nhất và yêu cầu rửa cặn. 2.6. Ép cặn – compression So với máy li tâm, thiết bị ép cặn có các ưu điểm sau: không có phần chuyển động nhanh, độ ẩm của cặn thấp, chế tạo đơn giản và làm việc liên tục. Nhược điểm là pha rắn bị cuốn theo nước nhiều khi nồng độ của nó nhỏ và hạt phân tán cao và không thể rửa cặn trong thiết bị. Hình 2. Hình 2.11. Sơ đồ ép cặn 2.7. Sử dụng bức xạ tử ngoại, sóng siêu âm Phương pháp khử trùng ứng dụng các dạng năng lượng vật lý gồm ánh sáng mặt trời, tia tử ngoại (UV), sóng siêu âm. 21
  22. Hình 2.12. Khử trùng nước bằng tia tử ngoại UV CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ (3 tiết) 3.1. Keo tụ, trợ keo tụ - coagulation, flocculation  Mục đích của quá trình keo tụ tạo bông: Quá trình keo tụ tạo bông được áp dụng để tách loại các hạt cặn có kích thước 0,001 – 0,1 µm, không thể tách loại được bằng các quá trình lý học thông thường như lắng, lọc và tuyển nổi. Mối liên hệ giữa kích thước hạt và thời gian lắng 22
  23. Thời gian lắng với độ Kích thước hạt (mm) Loại hạt sâu lắng là 1m 10 Sỏi 1 s 1 Cát 10 s 0,1 Cát mịn 2 phút 0,01 Sét 2 giờ 0,001 Vi khuẩn 8 ngày 0,0001 Hạt keo 2 năm 0,00001 Hạt keo 20 năm  Hạt keo Các hạt keo có kích thước 0,001 – 0,1 µm có khả lắng rất chậm. Các hạt keo thường mang điện tích tương ứng với môi trường xung quanh và có thể phân loại thành 2 dạng chính: keo kỵ nước và keo ưa nước. Keo ưa nước là các dung dịch cao phân tử với các phân tử chất hữu cơ hòa tan có kích thước lớn và chứa nhiều nhóm chức phan cực, có ái lực cao với các phân tử nước. Keo kỵ nước là những hạt keo có gốc oxithoặc hidroxit kim loại. Các hạt keo luôn tồn tại một điện thế zeta do sự tích điện trái dấu giữa lớp điện tích trái dấu và lớp ion quyết định dấu. Vì vậy để các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo 23
  24. thành những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống thì cần triệt tiêu điệnt thế zeta đây gọi là hiện tượng keo tụ. Hoặc làm các hạt keo co cụm thành bông cặn lớn dễ lắng bằng cách dùng một tác nhân thích hợp “khâu” chúng lại thành các hạt lớn hơn đủ lớn, nặng để lắng đây gọi là hiện tượng tạo bông hay trợ keo tụ. Cấu tạo của hạt keo  Cơ chế của quá trình keo tụ, tạo bông: - Phá tính bền của hệ keo (do lực đẩy tĩnh điện) bằng cách thu hẹp lớp điện kép tới mức thế zeta bằng 0. Cách này có thể thực hiện khi cho hạt keo hấp phụ đủ điện tích trái dấu để trung hòa điện tích hạt keo. - Tạo điều kiện cho các hạt keo va chạm với các bông kết tủa của chính chất keo tụ nhờ hiện tượng hấp phụ - bám dính (hiệu ứng quét). - Dùng những chất cao phân tử - trợ keo tụ để hấp phụ “khâu” các hạt nhỏ lại với nhau tạo hạt kích thước lớn (gọi là bông hay bông cặn) dễ lắng. 24
  25. Hình 4.1. Cơ chế keo tụ  Các chất keo tụ Các chất keo tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng. Việc chọn chất keo tụ phụ thành phần, tính chất hóa lí và giá thành của nó, nồng độ tạp chất trong nước, pH và giá thành phần muối của nước. Các muối nhôm được làm chất keo tụ là Al2(SO4)3.18H2O; NaAlO2, Al2(OH)5Cl, KAl(SO4)2.12H2O và NH4Al(SO4)2.12H2O. Trong đó, phổ biến nhất là sunfat nhôm. Các muối sắt thường dùng làm chất keo tụ là Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O và FeCl3. Các chất trợ keo tụ có thể là hợp chất tự nhiên và tổng hợp. Chất trợ keo tụ tự nhiên là tinh bột, este, xenlulo, dectrin (C6H10O5)n. Chất trợ keo tụ vô cơ là dioxit silic đã hoạt hóa (xSiO2.yH2O). Chất trợ keo tụ hữu cơ tổng hợp là PAA (policarilamit). 3.2. Hấp phụ - adsortion  Một số khái niệm Hấp phụ là hiện tượng tích tụ một chất trên bề mặt một chất rắn hoặc một chất lỏng khác. Trong một hệ hấp phụ, chất rắn được gọi là chất hấp phụ, chất có khả năng tích lũy trên bề mặt chất rắn là chất bị hấp phụ. Hiện tượng hấp phụ xảy ra được do lực tương tác giữa chất hấp phụ và bị hấp phụ. Lực tương tác yếu, không hoặc ít thay đổi cấu trúc điện tử của chất hấp phụ, năng lượng tỏa ra thấp gây ra hiện tượng hấp phụ vật lý. Lực tương tác của hệ đủ mạnh, tạo ra được các liên kết hóa học, làm thay đổi cấu 25
  26. trúc điện tử của các thành phần tham gia trong hệ hấp phụ, năng lượng sinh ra lớn, đó là hiện tượng hấp phụ hóa học. Hình 4.4. Cơ chế hấp phụ  Chất hấp phụ Chất hấp phụ có cấu trúc xốp và diện tích bề mặt riêng lớn, người ta thường dùng than hoạt tính, các chất tổng hợp, đất sét, silicagen trong đó, phổ biến nhất là than hoạt tính.  Tái sinh chất hấp phụ Sau một thời gian sử dụng, chất hấp phụ mất khả năng hấp phụ đạt mức bão hòa dung lượng hấp phụ của nó. Để có thể tiếp tục sử dụng lại, chất hấp phụ cần được tái sinh hoặc tái hoạt hóa, đây gọi là quá trình giải hấp. Giải pháp thích hợp để tái sinh chất hấp phụ là phương pháp giải hấp bằng nhiệt, chiết tách và đôi khi dùng biện pháp giảm áp suất. Ví dụ: để tái sinh than hoạt tính có thể bằng hơi nước bão hòa hoặc quá nhiệt hoặc bằng khí trơ nóng.  Ứng dụng Khử độc nước thải khỏi thuốc diệt cỏ, phonel, thuốc sát trùng, các hợp chất nito vòng thơm, chất hoạt động bề mặt, thuốc nhuộm ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả cao, có khả năng xử lí nhiều chất trong nước thải và có thể thu hồi chất này. 3.3. Hấp thụ - absortion  Khái niệm Hấp thụ là hiện tượng hòa tan chất khí vào chất lỏng. Chất khí được gọi là chất bị hấp thụ (absorbant), chất lỏng gọi là chất hấp thụ (absorbent). Quá trình ngược lại – chất khí hòa tan bị tách ra khỏi chất lỏng được gọi là quá trình giải hấp (a regenerative system). Khi tan vào chất lỏng , nếu chất hấp thụ phản ứng hóa học với chất hấp thụ ta có hấp thụ hóa học (vd: CO2 hòa tan vào nước) Nếu không có phản ứng hóa học ta có hấp thụ vật lý (vd: O2 hòa tan vào nước ).  Ứng dụng của hấp thụ trong xử lý nước, nước thải 26
  27. Xử lý chất hữu cơ dễ bay hơi, chất gây mùi Hiệu quả tách loại các chất bị hấp phụ có thể đạt tới 98%, thích hợp cho các quá trình làm sạch khí từ các nhà máy chế biến thực phẩm, cơ sở mạ điện, sơn, chế biến dầu mỏ, lò đốt y tế  Nhược điểm của kỹ thuật hấp thụ Tách được chất bẩn từ dòng khí và gây ô nhiễm cho chất lỏng. Chất lỏng sau quá trình hấp thụ lại phải xử lý tiếp theo bằng cách thu hồi chất hấp thụ, phân hủy chất bị hấp thụ hoặc thải vào một nơi quy định nào đó. Bảng 4.1. Hiệu quả xử lý của một số dung dịch hấp thụ TT Chất bị hấp thụ Chất hấp thụ Hiệu quả làm sạch 1 Chromic acid Nước (%)98 - 99 2 Chlorine hoặc HCl Dung dịch kiềm 75 - 85 3 H2SO4, SO3, SO2 Dung dịch kiềm 95 -98 4 HNO3 Dung dịch kiềm 80 - 90 5 NO, NO2 Dung dịch kiềm 65 - 85 6 Acetic acid Nước 80 - 90 7 Phosphoric acid Dung dịch kiềm 80 - 85 8 Alkaline Nước 85 - 90 9 Cyanid Nước 80 - 85 27
  28. 3.4. Kết tủa – chemical precipitation Phương pháp tạo tủa ứng dụng phổ biến để xử lý ion kim loại nặng và làm mềm nước. . Làm mềm nước: thường sử dụng vôi, natri carbonate, xút Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 2 CaCO3 ↓ + 2 H2O Na2CO3 + CaCl2 2 NaCl + CaCO3↓ 2 NaOH + Ca(HCO3)2 Na2CO3 + CaCO3 ↓ + H2O . Các ion kim loại nặng như thủy ngân, crom, cadimi, kẽm, chì, đồng, niken, asen được loại ra khỏi nước thải bằng phương pháp hóa học. Bản chất của phương pháp này là chuyển các chất tan trong nước thành không tan, bằng cách cho thêm chất phản ứng, và tách chúng ra ở dạng cặn lắng (thường là các kết tủa hidroxit). 2+ - Zn + 2OH Zn(OH)2 ↓ 2+ - Cu + 2OH Cu(OH)2 ↓ 3.5. Trích ly – extraction Trích ly pha lỏng được ứng dụng để làm sạch nước thải chứa phenol, dầu, axit hữu cơ, ion kim loại Về phương diện kinh tế, phương pháp này được ứng dụng khi nồng độ chất thải lớn hơn 3-4 g/l vì khi đó giá trị chất thu hồi mới đủ bù đắp chi phí cho quá trình trích li.  Làm sạch nước thải bằng phương pháp trích li bao gồm ba giai đoạn:  Giai đoạn thứ nhất: trộn mạnh nước thải với chất trích li (dung môi hữu cơ). Trong điều kiện bề mặt tiếp xúc phát triển giữa các chất lỏng hình thành hai pha lỏng. Một pha là chất trích với chất được trích, còn pha khác là nước thải với chất cần trích.  Giai đoạn thứ hai: phân riêng hai pha lỏng nói trên.  Giai đoạn thứ ba: tái sinh chất trích. 28
  29. Để giảm nồng độ tạp chất hòa tan thấp hơn giới hạn cho phép cần phải chọn đúng chất trích và vận tốc nạp nó vào nước thải.  Chất trích li phải thõa mãn các yêu cầu sau: - Hòa tan chất cần trích nhiều hơn nước. Khả năng hòa tan càng cao chi phí xử lí càng thấp. - Có tính chọn lọc cao. Chất cần trích hòa tan càng ít cấu tử thì hiệu quả trích càng cao. - Tan rất ít hoặc không tan trong nước thải, không hình thành nhũ tương bền. - Có trọng lượng riêng khác xa trong lượng riêng của nước để tách nhanh và hoàn toàn ra khỏi nước. - Có hệ số khuếch tán lớn. - Phục hồi đơn giản và ít tốn kém. - Có nhiệt độ sôi khác xa nhiệt độ sôi của chất cần trích li, có nhiệt hóa hơi và nhiệt dung riêng nhỏ. - Không tương tác với các chất cần trích. - Không độc, không nguy hiểm cháy nổ, không ăn mòn thiết bị và giá rẻ. Chất trích li phải được phân bố đều trong thể tích nước thải. Vận tốc nhập chất trích vào nước thải tối thiểu, thường nó được xác định bằng thực nghiệm. Trong trường hợp nước thải chứa vài tạp chất hoặc độc hại nhất, rồi sau đó trích các cấu tử khác. Đối với từng cấu tử có thể sử dụng chất trích khác nhau. Cũng có thể tiến hành trích nhiều tạp chất cùng một lúc, nhưng khi đó khó chọn chất trích và khó tái sinh nó. Trong quá trình trích cần phải thu hồi chất trích vì mục đích kinh tế. Tái sinh chất trích có thể được thực hiện bằng các biện pháp sau: áp dụng quá trình trích thứ cấp với dung môi khác,bay hơi, chưng, tương tác hóa hoặc lắng. Bởi vì không có chất lỏng nào hoàn toàn không tan trong nước nên trong quá trình một phần dung môi tan trong nước thải và làm ô nhiễm nước do đó cần phải loại nó. Các phương pháp phổ biến được áp dụng cho việc loại dung môi là hấp thụ và bay hơi bằng hơi nước thải hoặc khí. 29
  30. CHƯƠNG 4. CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC – CHEMICAL PROCESSES (2 tiết) Phương pháp hóa học làm sạch nước thải bao gồm trung hòa, oxi hóa và khử. Tất cả các phương pháp này đều liên quan đến việc tiêu hao tác chất, vì vậy chi phí lớn. Người ta ứng dụng các phương pháp này để loại các chất hòa tan và trong hệ thống nước khép kín. 4.1. Trung hòa - neutralization . Mục đích: nước thải chứa các axit vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH về khoảng 6.5 – 8.5 trước khi thải vào nguồn nhận. . Cơ sở: phản ứng trung hòa 30
  31. Acid + Bazờ Muối + Nước . Ứng dụng: Nước thải acid + nước thải kiềm được trung hòa đến trung tính Nước thải acid + hóa chất kiềm được trung hòa đến trung tính Nước thải kiềm + hóa chất acid được trung hòa đến trung tính . Nước có tính axit (pH 9) thì có hại không những đối với hệ thu gom, hệ xử lý mà còn cả đối với môi trường tiếp nhận nước và người sử dụng. Đặc biệt nước sẽ có tính không ổn định:  Gây ăn mòn đường ống, thiết bị từ nguồn nước tới nhà máy xử lý và toàn bộ hệ phân phối cho tới người sử dụng, tính kiềm có hại đối với vật liệu gốc polyeste.  pH thấp hay quá cao là yếu tố không tốt đối với nhiều hệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học rất phổ biến vì phần lớn các hệ vi khuẩn hiếu khí bị mất hoạt tính ở pH 9.  Cây trồng và động vật, kể cả người cũng phản ứng tiêu cực với pH quá cao hoặc thấp, điều này dẫn đến đòi hỏi khắt khe về pH ở các tiêu chuẩn nước cấp và cả nước thải đổ vào môi trường.  pH quá cao hoặc quá thấp có thể gây ra chuyển dịch một số cân bằng theo hướng không mong muốn, gây hại cho môi trường. 4.1.1. Trung hòa bằng cách trộn Phương pháp này được ứng dụng nếu trong một nhà máy hoặc các nhà máy lân cận có nước thải axit và kiềm không bị ô nhiễm bởi các cấu tử khác. Người ta trộn nước axit và kiềm vào bình có cánh khuấy hoặc không có cánh khuấy (khuấy trộn bằng không khí). 4.1.2. Trung hòa bằng cách cho thêm tác chất Để trung hòa nước axit có thể dùng: NaOH, KOH, Na2CO3, Na2CO3, NH4OH, CaCO3, MgCO3, đolomit (CaCO3, MgCO3), xi măng. Tuy nhiên tác nhân rẻ nhất là sữa vôi với nồng độ Ca(OH)2 5-10%. Đôi khi để trung hòa người ta sử dụng các chất thải khác nhau. Ví dụ, người ta dùng xỉ của sản xuất hợp kim sắt – crôm , luyện thép và luyện gang để trung hòa nước chứa axit sunfuric. 31
  32. Hình 4.1. Bể trung hòa nước thải có tính acid 4.1.3. Trung hòa bằng khí acid Để trung hòa nước thải có tính kiềm có thể sử dụng khí thải chứa CO2, SO2, NO2, N2O3 Việc ứng dụng phương pháp này cho phép vừa trung hòa nước thải vừa làm sạch khí khỏi các chất độc hại. 4.2 Trao đổi ion – ion exchange  Bản chất của trao đổi ion Đó là quá trình tương tác của dung dịch với pha rắn có tính chất trao đổi các ion chứa trong nó bằng các ion khác có trong dung dịch. Các chất cấu thành pha rắn này được gọi là ionit, không tan trong nước. - ionit có khả năng hấp thu các ion âm được gọi là cationit . - ionit có khả năng hấp thu các ion dương được gọi là anionit. - ionit vừa trao đổi cation và anion người ta gọi chúng là ionit lưỡng tính.  Ứng dụng Loại khỏi nước các kim loại (kẽm, đồng, crom, niken, chì, thủy ngân, cadimi, vanadi ), các hợp chất của asen, photpho, xianua và các chất phóng xạ. Phương pháp này cho phép thu hồi các chất có giá trị với độ làm sạch nước cao. Trao đổi ion được ứng dụng rộng rãi để khử muối trong nước cấp.  Tái sinh ionit 32
  33. Người ta phục hồi catinit bằng dung dịch axit 2-8%, khi đó chúng chuyển sang dạng H+. Sau khi xới tơi và rửa, các cationit được tích điện bằng cách cho dung dịch muối đi qua chúng. Khi đó nhóm H+ được thay bằng nhóm Na+, còn dung dịch muối được axit hóa thành HCl. Các anionit được phục hổi bằng dung dịch kiềm. 4.3. Oxy hóa khử - Oxidation and Reduction Cơ sở: phản ứng oxy hóa khử. Ứng dụng: - Khử sắt trong nước ngầm - Xử lý nước thải chứa các hợp chất hóa học khó phân hủy - Khử trùng Quá trình khử trùng (disinfection): là quá trình tiêu hủy các sinh vật gây bệnh. Khác với quá trình tiệt trùng (sterilization) là quá trình tiêu hủy toàn bộ vi sinh vật có trong nước hoặc nước thải, quá trình khử trùng chi tiêu diệt một cách có chọn lọc những sinh vật gây bệnh. Trong lĩnh vực xử lý nước thải, ba nhóm vi sinh vật gây bệnh quan trọng nhất là vi khuẩn, vi trùng và nang bào. Các tác nhân hóa học dùng làm chất khử trùng bao gồm: clo và hợp chất của clo, brom, iot, ozon, phenol và các hợp chất phenol, rượu, H2O2 + Khử trùng bằng clo: các hợp chất clo thường dùng ở các trạm xử lý nước thải bao gồm: Cl2, Ca(OCl)2, NaClO, ClO2. + - Cl2 + H2O ↔ HOCl + H + Cl HOCl ↔ H+ + OCl- Ca(OCl)2 + 2 H2O → 2 HOCl + Ca(OH)2 NaOCl + H2O → HOCl + NaOH + Khử trùng bằng ozon: khử trùng bằng ozon là phương pháp khá tiên tiến và ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Cơ chế khử trùng của ozon dựa trên khả năng phá hủy enzym và nguyên sinh chất của tế bào. Trong môi trường nước, ozon phân ly tạo thành các gốc tự do HO2 và HO có khả năng oxy hóa mạnh . 4.4. Oxy hóa nhiệt 33
  34. Trong phương pháp này, tất cả các chất hữu cơ làm ô nhiễm nước bị oxi hóa hoàn toàn bởi oxi trong không khí ở nhiệt độ cao, thành các hợp chất không độc. Phương pháp oxi hóa pha lỏng, phương pháp oxi hóa xúc tác pha hơi và phương pháp đốt cháy. . Phương pháp oxi hóa pha lỏng Phương pháp này dựa trên sự oxi hóa hợp chất hữu cơ bằng oxi ở nhiệt độ 100- 350oC và áp suất 20-280 at. Ở áp suất cao, độ hòa tan của oxi trong nước tăng và do đó thúc đẩy quá trình oxi hóa hữu cơ. . Phương pháp oxi hóa xúc tác pha hơi Đây là quá trình oxi hóa xúc tác dị thể bằng oxi trong không khí, nhiệt độ cao, các chất hữu cơ bay hơi chứa trong nước thải công nghiệp. Quá trình xảy ra mạnh mẽ khi có xúc tác: đồng – crom, kẽm – crom, đồng – mangan . Phương pháp đốt cháy Phương pháp này hiệu quả và phổ biến nhất trong các phương pháp nhiệt. Bản chất của nó là phun bụi chất thải trực tiếp vào khí lò 900 - 1.000oC, lúc đó nước bay hơi hoàn toàn còn tạp chất hữu cơ bị cháy. Các chất vô cơ trong nước thải tạo thành các hạt rắn hoặc nóng chảy, được thu hồi trong các xiclon hoặc thiết bị lọc. CHƯƠNG 5. XỬ LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC – BIOLOGICAL PROCESSES (4 tiết) Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lí nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp khỏi nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ (H2S, các sunfua, NH3, các 34
  35. nitric ). Quá trình xử lí dựa trên khả năng của vi sinh sử dụng các chất này làm chất dinh dưỡng trong hoạt động sống – Các chất hữu cơ đối với vi sinh là nguồn cacbon. Bảng 5.1. Phân loại các công trình xử lý sinh học • Xử lí nước thải trong điều kiện tự nhiên Các quá trình xử lí sinh học có thể diễn ra trong điều kiện tự nhiên và trong các công trình nhân tạo. Trong điều kiện tự nhiên việc xử lí xảy ra trên các cánh đồng tưới , cánh đồng lọc sinh học và các ao sinh học. Các công trình xử lí được chọn phụ thuộc vị trí nhà máy, điều kiện khí hậu, nguồn cấp nước, thể tích nước thải công nghiệp và sinh hoạt, thành phần và nồng độ chất ô nhiễm. • Xử lí nước thải trong các công trình nhân tạo Trong các công trình nhân tạo, các quá trình xử lí xảy ra với tốc độ lớn hơn trong điều kiện tự nhiên. Việc xử lí nước thải trong điều kiện nhân tạo được tiến hành trong các bể thông khí (arerotank) hoặc thiết bị lọc sinh học. 5.1. Cơ sở lí thuyết quá trình phân hủy sinh học 5.1.1. Các chỉ số cơ bản Nước thải được đưa đi xử lí hóa sinh, được đặc trưng bởi BOD, COD. Tiếp xúc với các chất hữu cơ, các vi sinh phân hủy chúng một phần thành nước (H2O), khí carbonic, ion nitric và ion sunfat , phần khác tạo thành khối sinh học. Sự phân hủy chất hữu cơ được gọi là oxi hóa sinh học. Một số chất hữu cơ có khả năng được oxi hóa dễ dàng, còn một số khác hoàn toàn không bị oxi hóa hoặc oxi hóa rất chậm. Để xác định khả năng nạp nước thải công nghiệp vào thiết bị xử lí sinh học người ta thiết lập nồng độ tối đa các chất độc hại không ảnh hưởng đến quá trình oxi hóa sinh hóa và hoạt động của công trình xử lí. Nếu không có các dữ liệu này khả năng oxi hóa sinh hóa được thiết lập dựa theo tỉ lệ BOD và COD. Nếu tỉ lệ BOD/COD > 0,5, nước thải chịu sự oxi hóa sinh hóa. Khi đó nước thải phải không chứa các chất độc hại và các tạp chất muối kim loại nặng. Khi đó nước thải phải không chứa các chất độc hại và các tạp chất muối kim loại nặng. 5.1.2. Quy luật phân hủy các chất hữu cơ 35
  36. • Để cho quá trình oxi hóa sinh học các chất hữu cơ có trong nước thải xảy ra, các chất hữu cơ hòa 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 ba giai đoạn chính như sau: - Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật; - Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào; - Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới. • Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình xử lí sinh học hiếu khí nước thải gồm 3 giai đoạn: - Oxy hóa các chất hữu cơ: enzim CxHyOz + O2 CO2 + H2O - Tổng hợp tế bào mới: enzim CxHyOz + NH3 + O2 CO2 + H2O + C5H7NO2 - Phân hủy nội bào enzim C5H7NO2 + 5 O2 5 CO2+ 2 H2O + NH3 • Phương pháp kị khí sử dụng nhóm vi sinh vật kị khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy. Phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kị khí có thể biểu diễn đơn giản như sau: Vi sinh vật Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới Một cách tổng quát, quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn : - Giai đoạn 1: thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử; - Giai đoạn 2: Acid hóa; - Giai đoạn 3: Acetate hóa; - Giai đoạn 4: Methane hóa. 36
  37. Các chất hữu cơ chứa các chất hữu cơ cao phân tử như proteins, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin, trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn, và chất béo thành các acid béo. Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2. Bên cạnh đó, CO2 và H2, methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrat. Vi sinh vật chuyển hóa methane chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như CO2 + H2, fomate, acetate, methanol, methylamines và CO. 5.2. Phương pháp hiếu khí – aerobic digestion 5.2.1. Bùn hoạt tính – aerotank Aerotank là bể chứa nước bằng bê tông cốt sắt được thông khí. Quá trình xử lí trong các aerotank diễn ra theo dòng nước thải được sục khí và trộn với bùn hoạt tính. Hình 5.1. Sơ đồ công nghệ aerotank Nước thải được cho vào bể lắng 1, để tăng cường sự lắng của các hạt lơ lửng có thể cho vào đây một phần bùn hoạt tính. Sau đó nước đi vào bể aerotank có chứa bùn hoạt tính, ở đây nước thải được sục khí sơ bộ trong khoảng 15-20 phút. Trong trường hợp cần thiết các chất dinh dưỡng cũng được cho vào bể này. Từ bể aerotank nước chảy sang bể lắng 2, tại đây một phần bùn lắng được tuần hoàn về bể aerotank, phần bùn còn lại được đưa đi xử lí, nước trong được thải ra ngoài. Trước bể aerotank nước thải không được chứa lớn hơn 150 mg/l các hạt lơ lửng và 25 mg/l sản phẩm dầu mỏ. Nhiệt độ nước thải không được thấp hơn 6oC và cao hơn 30oC, còn pH trong khoảng 6,5 – 9. 5.2.2. NTLọc sinh họcvà - biofiltrationo 3-Lắng cấp 1 4-Bồn sục khí - Aerotank 5-Lắng cấp 2 Nước ra 37 1, 2 Bùn tuần hoàn Bùn dư đi xử lí
  38. Thiết bị lọc sinh học là thiết bị mà bên trong thân của nó được bố trí đệm dạng thỏi và cơ cấu phân phối nước cũng như không khí. Trong thiết bị lọc sinh học nước thải được lọc qua lớp vật liệu được bao phủ bởi màng vi sinh vật. Vi sinh trong màng sinh học oxi hóa các chất hữu cơ, sử dụng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Như vậy, chất hữu cơ được tách ra khỏi nước còn khối lượng của màng sinh học tăng lên. Màng sinh vật chết được cuốn trôi theo nước và đưa ra khỏi thiết bị lọc sinh học và đi vào bể lắng. Tuy nhiên do tính chất của bùn vi sinh ở đây là nặng hơn, dễ lắng hơn bùn từ hệ bùn hoạt tính nên lắng cấp 2 có yêu cầu không khắt khe như hệ aerotank. Mặt khác, khi lớp vi sinh vật đủ dày lớp vi sinh sát bề mặt vật liệu sẽ trở nên yếm khí, các quá trình xảy ra sẽ là yếm khí hoặc thiếu khí, khí thoát ra do các quá trình này sẽ làm màng vi sinh dễ bong hơn. Khi màng vi sinh bong ra, bị rửa trôi lớp màng mới sẽ phát triển và chu kì lặp lại. Vật liệu lọc thường là đá dăm hoặc các khối vật liệu dẻo có hình thù khác nhau. Bể lọc vật liệu là đá dăm thường có dạng tròn, kích thước dao động từ 25 – 100 mm. Chiều sâu lớp vật liệu lọc khoảng 0,9 – 2,5 m, trung bình là 1,8 m. Hình 5.2. Lọc sinh học 5.2.3. Đĩa tiếp xúc sinh học quay – rotating biological contactor (RBC) Đĩa tiếp xúc sinh học quay (RBC) là kĩ thuật màng bám dính, hệ xử lí bao gồm bồn/bể chứa, các đĩa sinh học thực tế là vật liệu mang ngập gần nửa vào nước thải, trục của các đĩa sinh học RBC được gắn vào hệ mô tơ-hộp giảm tốc để quay tập đĩa. Vật liệu làm các RBC thường là plastic có độ bền cao. Khi quay trong nước vi khuẩn sẽ bám dính lên bề mặt đĩa, đồng thời khi quay nửa trên của đĩa lấy oxi, khi ngập nước oxi dưới tác dụng của lớp màng sinh học bám trên đĩa sẽ tham gia phản ứng oxi hóa 38
  39. hữu cơ, N- amoni để xử lí nước thải. Đĩa sinh học thường được chế tạo với bề mặt lồi lõm hoặc gấp nếp, điều này vừa tăng diện tích bề mặt vừa tăng độ cứng của đĩa. Hình 5.3. Đĩa tiếp xúc sinh học quay 5.2.4. Oxyten - Ứng dụng oxi để thông khí nước thải Hiện nay đã bắt đầu sử dụng oxi kỹ thuật để thông khí nước thải thay cho oxi. Quá trình này được gọi là lắng sinh học. Nó được tiến hành trong thiết bị kín và được gọi là oxiten. Việc áp dụng oxi thay cho không khí để thông khí nước thải có nhiều ưu điểm: - Hiệu suất sử dụng oxi tăng từ 8-9 đến 20-25% - Cường độ oxi hóa tăng 5-6 lần - Để đảm bảo cùng nồng độ oxi trong nước thải yêu cầu vận tốc khuấy trộn thấp hơn, do đó bùn tạo thành ở dạng bông to và chặt nên dễ lắng và lọc, cho phép tăng nồng độ bùn đến 10g/l mà không cần tăng kích thước bể lắng đợt 2. - Khi nồng độ oxi cao các vi khuẩn chỉ không phát triển - Trong nước đã xử lí nồng độ oxi còn dư lớn nên thúc đẩy các quá trình xử lí tiếp theo. - Trong quá trình xử lí không tạo ra mùi vì tiến hành trong thiết bị kín - Chi phí đầu tư nhỏ hơn. Tuy nhiên, phương pháp này đắt do tốn kém cho việc sản xuất oxi, vì vậy nó được ứng dụng trong trường hợp xí nghiệp có sẵn oxi. Trong oxiten do nồng độ CO2 cao hơn trong aerotank nên pH giảm đáng kể. Thời gian xử lí giảm gây cản trở quá trình nitric 39
  40. hóa. Đồng thời hệ số tăng trưởng của bùn cũng giảm từ 0,6-1,2 đối với aerotank còn 0,4-0,6 đối với oxiten. Phụ thuộc vào thành phần nước thải nồng độ oxi tối ưu trong nước thải của oxiten là 10-12 mg/l, còn liều lượng bùn 7-10g/l. 5.2.5. Mương oxi hóa Đây là biến thể của hệ bùn hoạt tính sục khí kéo dài, ít bùn nên phù hợp cho những điểm dân cư nhỏ, không có hệ xử lí tập trung. Tương tự hệ ao hồ có thể không cần xây dựng bằng bê tông, vì vậy chi phí xây dựng sẽ thấp, yêu cầu vận hành, bảo trì cũng ở mức thấp nên chi phí vận hành không cao. Khác với hệ bùn hoạt tính, máy cấp khí trong trường hợp này không dùng hệ phân tán lắp cố định dưới đáy bể mà thường dùng hệ guồng vừa đẩy nước vừa cấp khí. Mương oxi hóa có thể chấp nhận tải cao hơn nhiều so với hồ oxi hóa, nhờ guồng đẩy nước tạo dòng chảy tuần hoàn với tốc độ khoảng trên 0,3 m/s nên giữ được sinh khối lơ lửng, tăng hiệu quả xử lí. Hình 5.4. Mương oxi hóa 5.2.6. Hồ sinh học Hồ sinh học là dãy hồ gồm 3-5 bậc, qua đó nước thải chảy với vận tốc nhỏ, được lắng trong và xử lí sinh học. Các hồ được ứng dụng để xử lí sinh học và xử lí bổ sung trong tổ hợp với các công trình xử lí khác. Hồ được chia ra làm hồ với sự thông khí tự nhiên và nhân tạo. Hồ với sự thông khí tự nhiên không sâu (0,5-1m), được đun nóng bởi mặt trời và được gieo các vi sinh vật nước. 40
  41. Vi khuẩn sử dụng oxi sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxi từ không khí để oxi hóa các chất ô nhiễm. Rêu tảo tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon, sinh ra từ sự phân hủy sinh học các chất hữu cơ. Để hoạt động bình thường cần phải đạt giá trị pH và nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ không được thấp hơn 6oC. Trong tính toán hồ người ta xác định kích thước bảo đảm thời gian lưu cần thiết của nước thải và vận tốc oxi hóa được đánh giá theo BOD của chất phân hủy chậm nhất. Để tăng vận tốc hòa tan oxi người ta xây dựng các hồ thông khí. Sự thông khí được tiến hành bằng cơ khí hoặc khí động. Thông khí cho phép tăng tải lượng chất ô nhiễm đến 3-3,5 lần và tăng chiều sâu đến 3,5m. 5.3. Phương pháp kỵ khí – anaerobic digestion Quá trình yếm khí đầu tiên áp dụng để xử lí bùn dư, hiện nay áp dụng cả để xử lí nước thải giàu hữu cơ. Vi khuẩn hoạt tính ở đây bao gồm các vi khuẩn yếm khí và cả vi khuẩn tùy nghi, trong điều kiện không có oxi chúng sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ thành carbon dioxit và metan, thường gọi là biogas.  So với các quá trình hiếu khí, yếm khí có các ưu thế sau: - Hiệu suất tạo sinh khối yếm khí nhỏ hơn nhiều so với hiếu khí; điều này làm giảm nhu cầu dinh dưỡng, giảm chi phí xử lí bùn dư. - Không có chi phí oxi, điều này giảm cả chi phí thiết bị lẫn vận hành hệ cấp khí. - Khí metan sinh ra có giá trị nhiệt năng lớn, có thể thay thế khí đốt. - Các quá trình yếm khí chấp nhận tải đầu vào cao hơn nhiều so với hiếu khí, đó là vì không có cản trở do yêu cầu khuếch tán oxi.  Các nhược điểm của quá trình yếm khí: - Cần năng lượng để nâng nhiệt độ tới vùng hoạt động vi khuẩn tối ưu (thường là 35oC). - Khó đạt được hiệu suất xử lí cao như quá trình hiếu khí. - Do bản chất quá trình trong nước ra và biogas luôn có mùi do H2S và mercaptan. Điều này sẽ hạn chế khả năng sử dụng ở đô thị. - Bùn yếm khí khó lắng hơn bùn hiếu khí, vì vậy nếu áp dụng kĩ thuật lắng thì chi phí sẽ cao hơn. - Điều khiển thiết bị sẽ khó hơn, hệ xử lí nhạy cảm hơn đối với shock tải hữu cơ. 41
  42. 5.3.1 Quá trình tiếp xúc kị khí (Anaerobic Contact Process) Đây là quá trình với hệ vi sinh phân tán, tương tự như quá trình bùn hoạt tính, chỉ khác DO = 0. Quá trình tiếp xúc yếm khí bao gồm 2 phần. Phần tiếp xúc nghĩa là hỗn hợp phản ứng và bùn hoàn tính được khuấy trộn đều (trong điều kiện yếm khí), phần hai là sự tách R/L để tuần hoàn phần R về bồn tiếp xúc. Hai quá trình tiếp xúc đã thương mại hóa là Bioenergy và Anamet. Bioenergy là quá trình lắng tiếp xúc yếm khí thông thường kết hợp sự tách R/L bằng shock nhiệt kết hợp lắng cấp 2. Khi hỗn hợp phản ứng ra khỏi bể phản ứng, trước khi vào bể lắng nhiệt độ là 35oC được giảm nhanh xuống 25oC nhờ các hệ trao đổi nhiệt làm mát, khi đó quá trình sinh khí metan sẽ dừng lại, nước vào lắng cấp 2 bùn sẽ lắng dễ hơn. Trong hệ Anamet ngay sau bồn yếm khí là bồn hiếu khí để xử lí gần hoàn toàn hữu cơ. Bùn tuần hoàn về bồn yếm khí là bùn hiếu khí. Quá trình này giảm lượng bùn dư phải xử lí, ngoài ra bùn dư chứa một lượng N, P nhất định sẽ giảm nhu cầu N, P đối với toàn bộ quá trình. 5.3.2 Phân hủy yếm khí ngược dòng - Upflow Anaerobic Sludge Bed (UASB) Trong hệ UASB bùn phải được phát triển thành một lớp dày. Trong lớp bùn này dưới tác động của dòng nước từ dưới lên các hạt bùn này dưới tác động của dòng nước từ dưới lên các hạt bùn nổi lơ lửng tạo thành một lớp đệm dạng hạt. Hạt bùn bền với tác động của dòng nước thải vào, đủ nhẹ để nổi lơ lửng do tác động của dòng chảy và đủ nặng để không bị dòng nước kéo ra khỏi bồn phản ứng. Trong hệ UASB nước thải được cấp vào từ dưới đáy bồn, thu ở phía trên. Trong quá trình nước thải đi từ dưới lên nó phải tiếp xúc với các hạt bùn hoạt tính. Khi đó sẽ xảy ra hai quá trình: (1) chất hữu cơ được BHT phân hủy yếm khí thành CO2 + CH4 và (2) quá trình lọc trong nhờ lớp đệm dạng hạt. Ưu điểm của UASB so với hệ BHT  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 42
  43.  Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí metan Hình 5.5. Hệ phân hủy yếm khí ngược dòng (UASB) 5.3.3. Lọc yếm khí - Anaerobic Filter Process Bể lọc kỵ khí là một cột chứa vật liệu mang thường ngập trong lớp chất lỏng để xử lý chất hữu cơ chứa carbon trong nước thải. Nước thải được dẫn vào cột từ dưới lên, tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó có VSV kỵ khí sinh trưởng, phát triển và tạo màng, ngoài ra các khe, lỗ trong khối vật liệu cũng là nơi vi sinh thích cư trú. Lọc yếm khí hiệu quả trong xử lí nhiều loại nước thải công nghiệp có nồng độ hữu cơ cao. Ngoài những ưu điểm của quá trình yếm khí, lọc yếm khí còn có ưu điểm là chịu đựng tốt những trường hợp dừng hệ thống, khả năng phục hồi công suất khi tái khởi động rất tốt. Bên cạnh đó lọc yếm khí gặp phải một số khó khăn khi vận hành như: kiểm soát sự gia tăng mật độ sinh khối, cách tiến hành, mức độ rửa lọc để loại bớt nhưng không loại hết sinh khối đã bám dính. 5.3.4. Hệ yếm khí với lớp đệm dãn nở - anaerobic fluidised bed reactor (AFBR) Hệ AFBR là bồn phản ứng yếm khí với đệm giả lỏng, lớp đệm ở đây chính là lớp vi khuẩn bám trên các hạt vật liệu mang dạng hạt, khi gặp dòng nước thải từ dưới lên sẽ nổi và chuyển động ở giữa bồn phản ứng như lớp đệm, do tính linh động của nó nên được coi là giả lỏng. Vật liêu mang có thể là cát, than atraxit, than hoạt, quả cầu từ sợi thép không gỉ, và bọt polyester Ưu điểm của kĩ thuật AFBR là loại trừ khả năng tắc như trường hợp kĩ thuật lọc. 43
  44. 5.3.5. Hồ yếm khí Hồ yếm khí được dùng khi xử lí nước thải đậm đặc có SS cao. Chúng là các công trình đào bằng đất độ sâu tới 9 m để đảm bảo các điều kiện yếm khí và giữ được nhiệt. Khi nước thải vào các chất lắng được sẽ tích lũy dưới đáy hồ, nước lắng đi xử lí tiếp. Điều kiện yếm khí được đảm bảo suốt dọc độ sâu của hồ, trừ lớp mỏng bề mặt. Chất thải sẽ được phân hủy thông qua các chu trình chuyển hóa yếm khí, các sản phẩm sẽ là carbon dioxit, metan và các khí khác, các axit hữu cơ và sinh khối. Do bản chất quá trình yếm khí là gây mùi nên hồ yếm khí chỉ nên áp dụng khi các yếu tố xung quanh đảm bảo không ảnh hưởng tới dân cư. 44