Bài giảng Công nghệ môi trường: Xử lý nước thải

ĐẠI HỌC VINH<br /> <br /> BÀI GIẢNG<br /> Môn: Công nghệ Môi trường<br /> Chuyên đề: Xử lý nước thải<br /> <br /> HỒ THỊ PHƯƠNG<br /> <br /> Vinh - 2008<br /> 1<br /> <br /> CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG (2 tiết)<br /> 1. Các thông số đánh giá chất lượng nước<br /> Để đánh giá chất lượng nước, người ta đưa ra các chỉ tiêu về chất lượng nước như sau:<br /> •<br /> <br /> Chỉ tiêu vật lý: mùi vị, nhiệt độ, độ đục, độ màu, độ axit, độ kiềm, độ cứng, hàm<br /> lượng chất rắn tan trong nước…<br /> <br /> •<br /> <br /> Chỉ tiêu hóa học: độ pH, oxi hòa tan DO, nhu cầu oxi hóa học COD, nhu cầu<br /> oxi sinh học BOD, hàm lượng H2S, Cl-, SO42-, PO43-, F-, I-, Fe2+, Mn2+, các hợp<br /> chất nitơ, phốtpho…<br /> <br /> •<br /> <br /> Chỉ tiêu sinh học: vi trùng gây bệnh, các loại rong tảo…<br /> <br /> 1.1. Nhiệt độ (temperature)<br /> Nhiệt độ nước tự nhiên phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết của lưu vực hay<br /> môi trường khu vực. Nước thải công nghiệp, đặc biệt là nước thải nhà máy điện nhiệt,<br /> nhà máy điện hạt nhân thường có nhiệt độ cao hơn nước tự nhiên trong lưu vực nhận<br /> nước cho nên làm cho nước nóng lên (ô nhiễm nhiệt).<br /> Ảnh hưởng của nhiệt độ cao trong nước: Nhiệt độ cao của nước làm thay đổi các<br /> quá trình sinh, hóa, lý học thường của hệ sinh thái nước biểu hiện:<br /> -<br /> <br /> Làm giảm nồng độ oxi trong nước;<br /> <br /> -<br /> <br /> Phân hủy yếm khí xảy ra mạnh mẽ, gây ra mùi hôi thối do các khí H 2S, CO2,<br /> CH4, NH3 … gây ra;<br /> <br /> -<br /> <br /> Làm thay đổi màu nước.<br /> <br /> Để đo nhiệt độ của nước người ta dùng các loại nhiệt kế khác nhau.<br /> 1.2. Độ màu (colour)<br /> Nước tự nhiên thường trong suốt và không màu, nước có màu là do các chất bẩn<br /> hòa tan trong nước tạo nên. Nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp (nước thải<br /> nhà máy dệt, thuộc da, lò mổ, nhà máy giấy…) thường tạo ra màu xám hoặc đen cho<br /> nguồn nước.<br /> Để đánh giá màu sắc của nước, người ta dùng phương pháp so màu bằng mắt hoặc<br /> bằng phổ kế với các dung dịch chuẩn.<br /> 1.3. Độ đục (turbidity)<br /> 2<br /> <br /> Nước tự nhiên sạch thường không chứa các chất rắn lơ lửng nên trong suốt và không<br /> màu. Khi chứa các hạt sét, mùn, vi sinh vật, hạt bụi, các hóa chất kết tủa thì nước trở nên<br /> đục. Nước đục ngăn cản quá trình chiếu ánh sáng mặt trời xuống đáy thủy vực.<br /> Độ đục của nước được xác định bằng máy đo độ đục. Đơn vị của độ đục: NTU<br /> (Nephelometric Turbidity Unit)<br /> Nước mặt thường có độ đục 20-100 NTU, mùa lũ có khi cao tới 500- 600 NTU. Độ<br /> đục của nước hồ sạch thường ở mức dưới 25 NTU. Nước thải sinh hoạt phải có độ đục<br /> không lớn hơn 5 NTU, nước uống phải có độ đục không lớn hơn 1NTU.<br /> 1.4. Độ cứng (hardness)<br /> Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion canxi, magie có trong<br /> nước. Trong xử lý nước thường phân biệt thành 2 loại độ cứng: độ cứng tạm thời và độ<br /> cứng vĩnh cửu. Độ cứng tạm thời là độ cứng do các muối bicacbonat của Mg và Ca tạo<br /> thành. Khi làm thoáng tốt và ở nhiệt độ cao, các muối bicacbonat tạo kết tủa cacbonat.<br /> Ca(HCO3)2  CaCO3 ↓ + CO2 ↑ + H2O<br /> Đây là nguyên nhân nước cứng gây hiện tượng đóng cặn ở các đường ống, dụng cụ,<br /> thiết bị tiếp xúc với nước, nhất là nước nóng. Kết hợp với các cặn chứa sắt, mangan,<br /> silic, cặn ở đường ống thường có màu trắng vàng gạch hoặc nâu.<br /> Độ cứng vĩnh cửu là do các muối Ca, Mg không cacbonat tạo nên (thường là muối<br /> sunphat, clorua). Những muối này bền nhiệt nên khi đun nóng không bị kết tủa.<br /> Độ cứng của nước được xác định bằng phương pháp chuẩn độ.Theo giá trị độ cứng<br /> tính bằng mg/l CaCO3 có thể phân loại nước thành:<br /> Bảng 1.1. Phân loại độ cứng của nước<br /> <br /> Độ cứng của nước<br /> <br /> Hàm lượng CaCO3 (mg/l)<br /> <br /> Nước mềm<br /> <br /> 0 - 50<br /> <br /> Nước hơi cứng<br /> <br /> 50 - 150<br /> <br /> Nước cứng<br /> <br /> 150 - 300<br /> <br /> Nước rất cứng<br /> <br /> > 300<br /> <br /> 3<br /> <br /> 1.5. Độ pH<br /> Độ pH của nước được xác định dựa theo công thức: pH = - lg [H+]<br /> Nước tinh khiết ở điều kiện thường bị phân ly theo phương trình: H2O = H+ + OH –<br /> Và trung hòa về điện tích, tức là [H+] = [ OH-]<br /> Đối với nước tinh khiết thì pH = 7, khi chứa nhiều ion H+ hơn OH- nước có tính axit<br /> pH < 7, khi chứa nhiều ion OH- hơn H+ nước có tính kiềm pH > 7.<br /> Ảnh hưởng của độ pH:<br /> - Cá thường không sống được khi nước có pH 10.<br /> - Sự thay đổi độ pH của nước liên quan đến sự hiện diện các hóa chất axit hoặc<br /> kiềm, sự phân hủy chất hữu cơ, sự hòa tan của một số anion SO4 2-, NO3-...<br /> Độ pH của nước có thể xác định bằng máy pH – meter hoặc bằng giấy đo pH.<br /> Tiêu chuẩn pH cho nước sinh hoạt là 6 – 8,5, cho nước uống là 6,5 – 8,5.<br /> 1.6. Độ dẫn điện (electric conductivity)<br /> Độ dẫn điện của nước liên quan đến sự hiện diện của các ion của các kim loại muối<br /> như NaCl, KCl, Na2SO4, KNO3, … trong nước. Tác động ô nhiễm của nước có độ dẫn<br /> điện cao thường liên quan đến độc tính độc hại của các ion tan trong nước.<br /> Để xác định độ dẫn điện, người ta dùng các máy đo điện trở hoặc cường độ dòng điện.<br /> 1.7. Chất rắn lơ lửng (Suspended solids – SS)<br /> - TSS (total suspended solids): là tổng hàm lượng cặn lơ lửng (mg/l)<br /> Để xác định TSS, người ta làm bay hơi mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở<br /> 103oC tới trọng lượng không đổi.<br /> - SS (Suspended solids): chất rắn lơ lửng. (mg/l)<br /> Để xác định chất rắn lơ lửng, người ta thường để lắng sau đó lọc qua giấy lọc chuẩn<br /> tách ra phần chất lắng: sấy khô ở 103oC – 105oC.<br /> - DS ( Dissolved Solid): chất rắn hòa tan (mg/l)<br /> Sấy khô một thể tích nước đã biết đã được lọc sach cặn lơ lửng ở nhiệt độ 100 –<br /> 105 oC và cân lượng cặn còn lại sau khi nước bốc hơi hết gọi là chất rắn hòa tan. Đây<br /> chủ yếu là các khoáng chất và một lượng nhỏ các chất hữu cơ hòa tan<br /> 4<br /> <br /> Để xác định riêng phần muối khoáng hòa tan, cần nung lượng cặn này ở 500 -800 oC<br /> để phần hữu cơ cháy hết, lượng cặn còn lại tính bằng mg/l chính là tổng lượng muối<br /> khoáng hòa tan (TKHT).<br /> Bảng 2.2. Phân loại tự nhiên theo TKHT<br /> Loại nước<br /> <br /> TKHT, mg/L<br /> <br /> Ngọt<br /> <br /> < 1000<br /> <br /> Lợ<br /> <br /> 1000 – 2500<br /> <br /> Mặn<br /> <br /> 25000 – 50000<br /> <br /> Nước muối<br /> <br /> >50000<br /> <br /> 1.8. Hàm lượng oxy hòa tan DO (dissolved Oxygen)<br /> Oxy tự do hòa tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật nước (cá,<br /> lưỡng cư, thủy sinh, côn trùng…) thường được tạo ra do sự hòa tan oxy từ khí quyển<br /> hoặc do quang hợp của tảo. Nồng độ oxy tự do hòa tan trong nước khoảng 8-10 ppm<br /> (ppm = mg/l hoặc mg/1kg), và sự dao động mạnh phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phân hủy<br /> các chất, sự quang hợp của tảo. Khi nồng độ DO thấp, các loài sinh vật nước thiếu oxy<br /> sẽ giảm hoạt động hoặc chết. Do vậy DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô<br /> nhiễm thủy vực. Có nhiều phương pháp xác định giá trị DO của mẫu nước như phương<br /> pháp ion của Winkler và phương pháp điện cực.<br /> 1.9. Nhu cầu oxy sinh hóa BOD (biochemical oxygen demand – BOD)<br /> Nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy mà vi sinh vật dùng để oxy hóa các chất hữu cơ<br /> có trong nước theo phản ứng:<br /> Chất hữu cơ + O2<br /> <br /> CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian<br /> <br /> Để xác định giá trị BOD của mẫu nước người ta tìm giá trị oxy hòa tan DO của mẫu<br /> nước trước và sau khi ủ mẫu một thời gian ở nhiệt độ 20oC. Thông thường thời gian ủ<br /> là 5 ngày khi đó khoảng 70 – 80% các chất hữu cơ bị oxy hóa (BOD 5). Theo lý thuyết<br /> để oxy hóa gần hết hoàn toàn các chất hữu cơ (98-99%) đòi hỏi sau 20 ngày.<br /> 1.10. Nhu cầu oxy hóa học (chemical oxygen demand – COD)<br /> Nhu cầu oxy hóa học (COD) là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa các chất<br /> hữu cơ có trong mẫu nước thành CO2 và nước.<br /> 5<br /> <br />