Đề tài Thiết kế trạm xử lý nước thải cho xưởng sản xuất gia công, đóng gói thuốc bảo vệ thực vật công suất 100m3/ngày đêm

MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Mơi trường và các vấn đề về mơi trường là đề tài được hầu hết các nước trên thế giới quan tâm bởi vì mơi trường và con người cĩ mối quan hệ tác động qua lại với nhau. Mơi trường ảnh hưởng và chi phối một cách trực tiếp đến đời sống con người và ngược lại. Trong những năm gần đây, vấn đề mơi trường lại càng được quan tâm sâu sắc bởi những ảnh hưởng của nĩ đến đời sống con người đang chuyển biến theo chiều hướng xấu đi mà một trong những nguyên nhân chính là do các hoạt động của con người. Ở nước ta, trong giai đoạn cơngnghiệp hĩa, ơ nhiễm mơi trường do sản xuất cơng nghiệp đang ở mức báo động. Phần lớn các nhà máy, xí nghiệp cĩ cơng nghệ sản xuất, trang thiết bị lạc hậu, khơng đồng đều dẫn đến sự lãng phí năng lượng và nguyên vật liệu, đồng thời thải ra nhiều phế liệu gây ơ nhiễm đất, nước, khơng khí, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng. Hiện nay việc giải quyết, khắc phục tình trạng ơ nhiễm mơi trường do các hoạt động sản xuất cơng nghiệp gây ra là nhiệm vụ cấp bách. Trong đĩ giải quyết vấn đề ơ nhiễm nước thải là rất quan trọng, cần phải được nghiên cứu đầu tư một cách nghiêm túc để đưa ra các biện pháp xử lý nước thải phù hợp với điều kiện kinh tế và cĩ hiệu quả cao. Một trong những ngành cơng nghiệp cần sự quan tâm, đầu tư để xử lý nước thải đĩ là cơng nghiệp sản xuất gia cơng đĩng gĩi thuốc bảo vệ thực vật. Đặc trưng của nước thải sản xuất gia cơng đĩng gĩi thuốc bảo vệ thực vật là mức độ ơ nhiễm lớn do cĩ chứa nhiều hợp chất hữu cơ mạch vịng khĩ phân hủy. Do tính chất trên nếu khơng xử lý triệt để thì về lâu về dài lượng nước thải này sẽ tích tụ, gây ơ nhiễm dến các nguồn nước xung quanh và ảnh hường đến sức khoẻ cuả cộng đồng xung quanh. Do đĩ việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải cho cơ sở sản xuất gia cơng đĩng gĩi thuốc bảo vệ thực vật là vơ cùng cần thiết và cấp bách. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI: Đề xuất phương án xử lý nước thải cho cơng ty TNHH TM SX Thơn Trang huyện Đức Hịa, tỉnh Long An, cơng suất 100m3/ngày đêm đạt tiêu chuẩn QCVN 24 – 2009 cột B. NỘI DUNG ĐỀ TÀI: Khảo sát điều tra thực tế tại cơng ty, thu thập số liệu liên quan Lựa chọn phương pháp xử lý tối ưu Tính tốn thiết hế các cơng trình đơn vị. Dự tĩan giá thành xây dựng hệ thống GIỚI HẠN ĐỀ TÀI : Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho xưởng sản xuất gia cơng, đĩng gĩi thuốc bảo vệ thực vật cơng ty TNHH Thương Mại Sản Xuất Thơn Trang (huyện Đức Hịa tỉnh Long An) cơng suất 100m3/ngày đêm Chỉ tính tốn tham khảo trên giấy, chưa xây dựng và vận hành. Giới hạn về thời gian: 12 tuần Chương 1: TỔNG QUAN CƠNG TY TNHH TM SX THƠN TRANG HUYỆN ĐỨC HỊA, TỈNH LONG AN 1.1. Giới thiệu về cơng ty TNHH TM SX Thơn Trang 1.1.1 Giới thiệu về cơng ty Vị trí địa lý: Vị trí nhà xưởng tọa lạc tại Lơ MB3-2, KCN Đức Hịa 1, xã Đức Hịa Đơng, huyện Đức Hịa, tỉnh Long An với tổng diện tích 12.270 m2 (đã trừ lộ giới). Phía Đơng : Giáp Cơng ty Kiên Nam; Phía Tây : Giáp Đường nội bộ số 5 và đất cơng nghiệp liền kề; Phía Nam : Giáp Cơng ty Đồng Xanh; Phía Bắc : Giáp Đường nội bộ số 4 và đất cơng nghiệp liền kề Cơ cấu tổ chức quản lý, sản xuất Tổ chức quản lý được hình thành dần dần từ khi thi cơng dự án cho đến khi dự án đi vào hoạt động. Trong suốt quá trình hoạt động vẫn cịn nhiều khả năng thay đổi tổ chức, nhân sự cho phù hợp với tình hình sản xuất kinh doanh trong từng thời kỳ. Hình 1.1:Sơ đồ cơ cấu tổ chức quản lý, sản xuất của dự án. Cơng suất: Cơng suất thiết kế của dự án phụ thuộc nhu cầu của thị trường, cơng suất dự kiến của nhà xưởng khoảng 2.000 tấn sản phẩm/năm. Trong năm đầu, dự kiến cơng ty chỉ đạt cơng suất 80%, tương đương 1.600 tấn sản phẩm. Những năm tiếp theo, tùy tình hình chung của thị trường và mức độ ổn định trong dây chuyền sản xuất, cơng ty sẽ nâng dần cơng suất cho đến khi đạt 100% theo thiết kế. Mức ổn định chỉ cĩ thể tính tốn khi cơng ty đạt 100% cơng suất theo thiết kế tương đương 2.000 tấn sản phẩm. Sản phẩm: Sản phẩm chính của thuốc bảo vệ thực vật bao gồm các dạng sản phẩm: thuốc trừ sâu (vibam 5g, vibasa 50 ec, visumit 5D, vifuran 3g, …), thuốc trừ cỏ (Vi 2,4-D, visofat 4801, …), thuốc trừ bệnh (viben 50 WP, vionyl 72 WP, …) ở các dạng phổ biến như lỏng và bột được định lượng và đĩng gĩi ở dạng chai, bao nhơm hoặc bao bì dạng khơ. Các loại thuốc này khơng nằm trong danh mục cấm của Nhà nước theo Thơng tư số 20/2009/TT-BNN ngày 17/4/2009 về việc sửa đổi bổ sung một số nội dung của Thơng tư số 09 ngày 03/3/2009 của Bộ Nơng nghiệp - PTNT về việc ban hành danh mục thuốc bảo vệ thực vật được phép sử dụng, hạn chế sử dụng, cấm sử dụng ở Việt Nam. 1.1.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất của cơng ty Cơng đoạn sản xuất của nhà máy bao gồm các bước sau: Cơng đoạn phân tích, pha chế tại phịng thí nghiệm: Phịng thí nghiệm cĩ chức năng chính như sau: đây là nơi phân tích, pha chế, định lượng để tạo ra các sản phẩm khác nhau theo yêu cầu của sản phẩm. Tại đây được trang bị các thiết bị như: dụng cụ khuấy trộn, dụng cụ nghiền, cân định lượng, … Sau thời gian nghiên cứu phân tích, yêu cầu đầu vào được chuyển cho bộ phận pha chế. Tại bộ phận pha chế, từ yêu cầu của sản phẩm, các kỹ sư sẽ thiết kế tỷ lệ phối trộn nguyên liệu tùy theo từng sản phẩm, từ đĩ sẽ hình thành yêu cầu về chủng loại cũng như số lượng nguyên vật liệu cấu thành sản phẩm. Phối trộn nguyên liệu theo tỷ lệ phối trộn tùy theo từng sản phẩm. Nguyên liệu chủ yếu là các nguyên liệu thuốc trừ sâu, trừ cỏ, thuốc trừ bệnh ở các dạng: lỏng, bột, các sản phẩm pha chế, dung mơi. Do sản phẩm của cơng ty sản xuất là một trong những cấu thành tạo nên sự thành cơng của nền nơng nghiệp nước nhà nên nguồn cung cấp nguyên liệu phải được kiểm sốt chặt chẽ trong quá trình sản xuất, nguyên liệu khơng cĩ lỗi, đồng nhất, uy tín và chất lượng. Định lượng, đĩng gĩi: các nguyên liệu theo tỷ lệ phối trộn tùy theo từng sản phẩm sẽ được định lượng theo danh mục thuốc. Tùy theo dạng thành phẩm, các loại sản phẩm sẽ được vơ chai nếu là dạng nước hoặc đĩng gĩi nếu là dạng bột. Bao bì dùng trong định lượng, đĩng gĩi được gia cơng hồn chỉnh bởi các nhà cung cấp chuyên nghiệp. KCS – nhập kho, lưu kho: các sản phẩm cấu thành phải được bộ phận KCS kiểm tra các yêu cầu về định lượng, bao gĩi, … Các sản phẩm đạt yêu cầu mới được lưu kho để cung cấp cho khách hàng. Bao bì hư, hĩa chất bay hơi chứa chất hữu cơ trong thuốc BVTV: photpho hữu cơ, carbamate, xylen, … Hình 1.2:Dây chuyền cơng nghệ sản xuất thuốc bảo vệ thực vật dạng lỏng Bao bì hư, hĩa chất bay hơi: photpho hữu cơ, carbamate, xylen, alcohol, … Máy khuấy trộn Máy sang chai Máy hàn miệng bao Bao bì, đĩng gĩi (lớn) KCS Lưu kho Ồn; bụi; hĩa chất bay hơi như: photpho hữu cơ, carbamate, xylen, alcohol, …; nước thải Hĩa chất bay hơi, bao bì hư, sản phẩm hư Bao bì hư, sản phẩm hư Nguyên liệu Bao bì chứa chất BVTV Ồn, hĩa chất bay hơi, chai lọ hư,nước thải Nguyên liệu dư (rắn) Bao bì, hố chất bay hơi Bao bì hư, hĩa chất bay hơi chứa chất hữu cơ trong thuốc BVTV Nguyên liệu Máy khuấy trộn Máy nghiền Máy định lượng, đĩng bao Bao bì, đĩng gĩi dạng lớn KCS Lưu kho Ồn, bụi, hĩa chất bay hơi chứa chất hữu cơ trong thuốc BVTV Ồn, hĩa chất bay hơi Hĩa chất bay hơi, bao bì hư, sản phẩm hư Bao bì hư, sản phẩm hư Bao bì chứa chất BVTV Hình 1.3Dây chuyền cơng nghệ sản xuất thuốc bảo vệ thực vật dạng bột Các trang thiết bị máy mĩc: Máy mĩc dùng trong sản xuất gia cơng, sang chai, đĩng gĩi thuốc bảo vệ thực vật được trang bị mới hồn tồn và được cung cấp bởi các nước Châu Á như Đài Loan và Việt Nam với lợi thế là giá thành rẻ, chi phí chuyển giao cơng nghệ thấp, phù hợp với trình độ chung của cơng nhân. Bảng 1.1: Danh mục máy mĩc thiết bị Loại thiết bị Đơn vị Số lượng Nước sản xuất Năm sản xuất Cơng suất Máy in phun Cái 02 Đài Loan 2009 3 KW Máy siêu cao tần Cái 02 Đài Loan 2009 3 KW Máy hàn miệng bao Cái 04 Trung Quốc 2009 1 KW Máy đĩng gĩi Cái 04 Việt Nam 2009 3 KW Hệ thống sang chai lớn Cái 05 Trung Quốc 2009 5 KW Hệ thống sang chai nhỏ Cái 05 Trung Quốc 2009 3 KW Máy khuấy trộn Cái 02 Đài Loan 2009 1 KW Máy vi tính Cái 20 Trung Quốc 2009 2 KW Máy phân tích Cái 02 Đài Loan 2009 5 KW Nguồn: Dự án đầu tư nhà xưởng sản xuất, gia cơng, sang chai, đĩng gĩi thuốc BVTV, 2009. 1.1.3 Nhu cầu sử dụng nguyên nhiên liệu Nhu cầu nguyên vật liệu và hĩa chất: Nguyên liệu chính cho quá trình sản xuất của Cơng ty là các loại thuốc bảo vệ thực vật đậm đặc, dạng lỏng, bột. Các nguyên liệu này khi đưa về nhà máy sẽ được pha chế cùng với dung mơi ra sản phẩm thương mại ở dạng lỏng. Riêng nguyên liệu dạng bột sẽ được phối trộn theo tỷ lệ thích hợp với các chất độn cho ra sản phẩm thương mại ở dạng rắn. Lượng nguyên liệu cần thiết cung cấp cho hoạt động sản xuất của Cơng ty được trình bày trong bảng 1.2 . Bảng 1.2: Nhu cầu nguyên liệu và hĩa chất phục vụ sản xuất. STT Nguyên liệu Tên thương phẩm Số lượng (tấn/năm) Năm thứ 1 Năm hoạt động ổn định I Thuốc trừ sâu 544 680 1 Quinalphos Ekalux 20 AF Ekalux 5G 142 187 2 Chlorpyrifos Pyrinex 20 EW 100 126 3 Silafluofen Silatop 20 EW 79 98 4 Cyromazine Trigard 57 BHN 157 196 5 Propargite Comite(R) 73 EC 66 73 II Thuốc trừ cỏ 616 770 1 Anilofos Ricozin 30 EC 49 62 2 Alachlor + Ametryn Lasso 48 EC 46 57 3 Acetochlor (min 93,3%) Antico 500 ND 120 150 4 Acetochlor + Bensulfuron Methyl 2,4% Acenidax 17 WP 136 170 5 Altrazine (min 96%) Gesaprim 80 WP, 500 FW 93 116 6 Bromacil Hyvar-X 80 WP 46 57 7 Butachlor 3,75% + 2,4 D 3,1% Century 6.85 G 80 98 8 Butachlor 40% + propanil 20% Vitanil 60 ND 46 60 III Thuốc trừ nấm, bệnh 264 330 1 Fthalide 20% (15%) + Kasugamycin Kasai 21,2 WP; 16,2 SC 26 33 2 Hexaconazole (min 85%) Anvin An nong 5 SC BrightCo 5 SC Forwavil 5 SC 44 45 3 Imibenconazole (min 98,3%) Manage 5 WP, 15 WP 26 33 4 Iminoctadine (93%) Bellkute 40 WP Cantazin 50 EC Kian 50 EC 30 37 5 Iprobenphos (min 94%) Kitatigi 50 ND, 5H, 10H Kitazin 50 EC, 17G Tipozin 50 EC 49 61 6 Iprodione (min 96%) Rovral 50 WP, 500 WG, 750 WG 25 32 7 Copper Hydrocide Hidrocop 77 WP 27 34 8 Streptomycin + Copper Oxychloride Batocide 12 WP 44 55 IV Các loại thuốc khác 176 220 1 α – Naphthyl Acetic Acid + β – Naphthoxy Acetic Acid + ZnSO4 + MgSO4 + CuSO4 + NPK Vipac 88 23 30 2 α – Naphthyl Acetic Acid + β – Naphthoxy Acetic Acid + ZnSO4 + CuSO4 + NPK viprom 47 55 3 α – Naphthyl Acetic Acid + β – Naphthoxy Acetic Acid + ZnSO4 + Borax + CuSO4 + NPK Vikipi 20 25 4 α – Naphthyl Acetic Acid + Ethanol + nước ViTĐQ 40 34 46 5 Acid Gibberellic + ZnSO4 + MnSO4 + CuSO4 + NPK + FeSO4 + Borax Vimogreen 52 64 Nguồn: Dự án đầu tư nhà xưởng sản xuất, gia cơng, sang chai, đĩng gĩi thuốc BVTV, 2009. Nhu cầu sử dụng nước cấp: Các hoạt động sản xuất hồn tồn sử dụng nước thủy cục do nhà máy cấp nước của KCN Đức Hịa 1 – Hạnh Phúc cung cấp. Nhu cầu sử dụng nước sạch phục vụ cho sản xuất ứng với năm hoạt động ổn định được ước tính như sau: Nước cấp cho hoạt động sản xuất: Lượng nước cung cấp cho hoạt động của Dự án bao gồm cả nước phục vụ sản xuất; vệ sinh nhà xưởng, thiết bị, máy mĩc, súc rửa chai lọ, ... ước tính khoảng 64 m3/ng.đ. Nước cấp cho sinh hoạt của cơng nhân: Đối với nước cấp cho sinh hoạt cho cơng nhân được lấy theo tiêu chuẩn TCVN (4513–1998) là 40 – 60 (lít/người.ngày) → chọn tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt là 60 lít/người.ngày. Lượng nước sinh hoạt cơng nhân sẽ được ước tính cho năm hoạt động ổn định với số lượng nhân cơng tương ứng là 85 người. Lượng nước sinh hoạt của nhân cơng: 85 người x 60 lít/người.ngày = 5.100 lít/ngày = 5,1 m3/ngày. Lượng nước sử dụng cho các hoạt động của dự án Nhà xưởng sản xuất gia cơng, sang chai, đĩng gĩi thuốc bảo vệ thực vật được trình bày trong bảng 1.5. Lượng nước dự kiến cho hoạt động phịng cháy chữa cháy (PCCC): Theo tiêu chuẩn cấp nước chữa cháy tính cho 2 cột nước, mỗi cột nước là 2,5l/s. Giả sử hệ thống hoạt động với 1 cột nước, vậy lưu lượng nước dùng cho PCCC chữa cháy trong thời gian 3 giờ với lưu lượng cho mỗi cột nước là 2,5 l/s được tính như sau: (1 x 2,5 l/s x 3 h x 3600 s/h)/1000 l/m3 = 27 m3. Bảng 1.3: Lượng nước sử dụng cho các hoạt động của Cơng ty. STT Mục đích sử dụng Lượng sử dụng (m3/ngày) 1 Nước phục vụ sản xuất 50 2 Nước vệ sinh thiết bị, nhà xưởng 14 3 Nước sinh hoạt cơng nhân 5,1 4 Nước phục vụ PCCC (dự kiến khi cĩ đám cháy xảy ra) 27 5 Nước phục vụ cho các mục đích tưới cây 3 Tổng cộng 99,1 Nhu cầu sử dụng điện: Điện là nguồn năng lượng chính cho mọi hoạt động của dự án bao gồm: cung cấp cho hoạt động sản xuất, chiếu sáng nhà xưởng, bảo vệ và sinh hoạt cơng nhân viên. Nguồn cung cấp điện phải liên tục và ổn định để đảm bảo cho mọi hoạt động của Cơng ty được liên tục. Dựa trên cơng nghệ, máy mĩc thiết bị lựa chọn ước tính tổng lượng điện sử dụng của Cơng ty trong một tháng (đối với năm sản xuất ổn định) khoảng 193.000 KW, cụ thể như sau: Điện cho sản xuất : 180.000 KW. Điện chiếu sáng nhà xưởng : 3.000 KW. Điện cho xử lý mơi trường : 9.000 KW. Các mục đích khác (bảo vệ, sinh hoạt cơng nhân,….): 1.000 KW. Nhu cầu sử dụng nhiên liệu: Trong quá trình hoạt động, để đảm bảo sản xuất khơng bị gián đoạn, dự án cĩ sử dụng máy phát điện dự phịng cơng suất 100 KVA sử dụng dầu DO cĩ 0,25% lưu huỳnh để tạo nguồn điện thay thế khi cĩ sự cố. Nhu cầu sử dụng dầu DO để chạy máy phát điện khoảng 250 lít/tháng. 1.2 Các nguồn phát sinh chất thải tại cơng ty ơ nhiễm mơi trường phát sinh chính từ hoạt động sản xuất gia cơng, sang chai, đĩng gĩi thuốc bảo vệ thực vật. Ồn, bụi, hĩa chất bay hơi chứa chất hữu cơ trong thuốc BVTV: photpho hữu cơ, carbamate, xylen, alcohol; nước thải: Nguyên liệu dư (rắn, lỏng) Bao bì hư, hĩa chất bay hơi: photpho hữu cơ, carbamate, xylen, alcohol, … Bao bì hư, hĩa chất bay hơi: photpho hữu cơ, carbamate, xylen, alcohol,… Nguyên liệu Máy khuấy trộn Máy sang chai Máy hàn miệng bao Bao bì, đĩng gĩi (lớn) KCS Lưu kho Ồn, hĩa chất bay hơi, chai lọ hư, nước thải Hĩa chất bay hơi, bao bì hư, sản phẩm hư Bao bì hư, sản phẩm hư Bao bì chứa chất BVTV Hình 1.4:Dây chuyền cơng nghệ sản xuất thuốc bảo vệ thực vật dạng lỏng Nguyên liệu dư (rắn) Bao bì, hố chất bay hơi Bao bì hư, hĩa chất bay hơi chứa chất hữu cơ trong thuốc BVTV Nguyên liệu Máy khuấy trộn Máy nghiền Máy định lượng, đĩng bao Bao bì, đĩng gĩi dạng lớn KCS Lưu kho Ồn, bụi, hĩa chất bay hơi chứa chất hữu cơ trong thuốc BVTV Ồn, hĩa chất bay hơi Hĩa chất bay hơi, bao bì hư, sản phẩm hư Bao bì hư, sản phẩm hư Bao bì chứa chất BVTV Hình 1.5 Dây chuyền cơng nghệ sản xuất thuốc bảo vệ thực vật dạng bột 1.2.1Các nguồn gây ơ nhiễm mơi trường khơng khí Tiếng ồn, bụi và khí thải phát sinh từ các phương tiện vận chuyển tại cơng đoạn tiếp nhận nguyên liệu sản xuất cĩ chứa SO2, NO2, CO…; Ơ nhiễm khơng khí do hoạt động của máy phát điện dự phịng sẽ phát sinh bụi và các khi thải như SOx, NOx, CO, …; Hơi hố chất bay hơi từ quá trình pha chế, khuấy trộn, sang chiết chai, túi,….. Các loại khí thải loại này chủ yếu chứa các hợp chất Hidrocacbon dạng vịng, thơm (xylen, Validacin, gốc Clo hữu cơ, phospho hữu cơ, nhĩm Cacbamate, nhĩm Pyrethroid,…) Mùi phát sinh từ hệ thống xử lý nước thải của dự án. Bụi và khí thải phát sinh từ các phương tiện vận chuyển: Hoạt động của Nhà xưởng thuộc Chi nhánh Cơng ty TNHH Thương Mại Sản Xuất Thơn Trang luơn gắn liền với các hoạt động chuyên chở hàng hĩa nhập, xuất kho và nguyên liệu cung cấp cho quá trình sản xuất gia cơng của cơng ty. Đồng nghĩa với việc khi dự án đi vào hoạt động sẽ phát sinh ơ nhiễm khơng khí từ các phương tiện xe chuyên chở vận tải chạy bằng dầu DO. Mức độ ơ nhiễm này cịn tùy thuộc vào từng thời điểm cĩ số lượng xe tập trung ít hay nhiều, tức là cịn phụ thuộc vào khối lượng hàng hĩa nhập, xuất kho và cơng suất sản xuất mỗi ngày của Nhà xưởng. Với cơng suất của nhà máy khoảng 2000 tấn/năm, sử dụng xe vận tải tải trọng 10 tấn vận chuyển hàng hĩa và nguyên liệu sản xuất, trung bình một ngày sẽ cĩ 2 chuyến. Ơ nhiễm khơng khí từ phân xưởng sản xuất thuốc nước: Trong khâu phối trộn, hĩa chất chính, phụ gia và dung mơi được phối trơn theo tỷ lệ nhất định tùy thuộc vào từng loại thuốc. Các nguyên liệu này được bơm vào thùng chứa và được trộn đều nhờ hệ thống khuấy trộn. Trong quá trình phối trộn và tiếp liệu thì một lượng hơi hĩa chất (photpho hữu cơ, carbamate, …) và dung mơi (xylen, alcohol, …) sẽ bay hơi và phát tán vào khơng khí bên trong phân xưởng làm việc của cơng nhân. Mặt khác, nguyên liệu trong quá trình tiếp liệu sẽ cĩ một lượng bị rơi vãi ra ngồi, tuy nhiên lượng này khơng đáng kể (tỷ lệ thất thốt khoảng 3-5%). Khi nguyên liệu phối trộn xong sẽ được chuyển qua khâu vơ chai. Tùy thuộc vào từng loại sản phẩm và nhu cầu tiêu dùng mà các loại chai sẽ cĩ dung tích khác nhau. Trong quá trình vơ chai sẽ cĩ một lượng hĩa chất bay hơi ra ngồi và một lượng thuốc thất thốt trong quá trình rĩt vơ chai. Ngồi ra, khi dập nút chai cũng cĩ thể làm bể các chai cĩ chất lượng kém hoặc rạn nứt khi vận chuyển. Tuy nhiên, tỷ lệ chai vỡ trong quá trình vơ chai khơng nhiều (khoảng 5 – 10 chai/ngày). Ơ nhiễm khơng khí từ phân xưởng sản xuất thuốc dạng bột: Nguồn gây ơ nhiễm chủ yếu của phân xưởng này là bụi (cĩ chứa cả hoạt chất và chất phụ gia). Tùy theo sản phẩm mà chất ơ nhiễm chỉ thị sẽ khác nhau. Qua khảo sát thực tế cũng như trên quy trình sản xuất của phân xưởng thuốc bột cho thấy nguồn gây ơ nhiễm chính là bụi, hĩa chất thất thốt trong quá trình tiếp liệu, … và khâu đĩng gĩi sản phẩm. Khâu phối trộn các hĩa chất phát sinh nhiều bụi. Lượng bụi thu được trong ca sản xuất khoảng 1 – 2 kg và được thu hồi, tái sử dụng. Thơng thường loại bụi thu được là hoạt chất (thành phần chủ yếu tạo nên cơng dụng cho sản phẩm) và chất phụ gia (bao gồm; kaolin, chất tạo độ lơ lửng, chất tạo khả năng thấm ướt, chất phịng bệnh, …). Nhìn chung, mơi trường khơng khí ở đây rất ơ nhiễm, mùi rất nồng do hàm lượng hĩa chất bay hơi cao. Thuốc ở dạng bột được chứa trong các bao PE hoặc thùng phuy. Trong quá trình tiếp liệu, do thao tác của cơng nhân sẽ cĩ một lượng nguyên liệu bị rơi vãi ra ngồi làm phát sinh hơi hĩa chất, dung mơi và bụi. Ngồi ra, khí thải ở phân xưởng này cịn được sinh ra trong quá trình vệ sinh bồn, nhà xưởng sau mỗi ca làm việc hoặc sau mỗi đợt thay đổi sản phẩm. Nguyên liệu dùng để vệ sinh máy mĩc chủ yếu ở phân xưởng này là cát hoặc kaolin, nhưng lượng này khơng lớn và nĩ được sử dụng lại ở cơng đoạn tiếp theo của sản phẩm hoặc đem đi xử lý. Ơ nhiễm khơng khí từ phân xưởng sản xuất thuốc dạng hạt: Nguyên liệu sử dụng chủ yếu cho phân xưởng này là hoạt chất (thuốc trừ sâu, trừ cỏ, diệt nấm), chất độn (cao lanh, cát, …) và màu nhuộm. Do vậy, nguồn gây ơ nhiễm khơng khí của phân xưởng này chủ yếu là hơi hĩa chất và bụi. Đối với mơi trường khơng khí ở phân xưởng thuốc hạt, nhìn chung bụi và hơi hĩa chất phát tán đáng kể, rất cĩ hại cho sức khỏe của người lao động. Ơ nhiễm khơng khí từ quá trình vận chuyển, lưu trữ nguyên vật liệu và sản phẩm: Nguồn gây ơ nhiễm khơng khí trong khâu này chủ yếu là hơi hĩa chất, dung mơi bay hơi từ thùng đựng nguyên liệu, các chai thuốc thành phẩm đậy khơng kín hoặc cĩ thể do rị rỉ hoặc hĩa chất cịn dính lại từ các thùng chứa nguyên liệu bị bay hơi. Ngồi ra cịn phải lưu ý đến khả năng cháy nổ của Xylen. Vì Xylen là một chất rất dễ cháy nổ, khi cháy tạo thành các khí CO, CO2 cũng như các dẫn xuất cacbua huydro độc đối với người và động vật máu nĩng. Do vậy trong khâu vận chuyển lưu trữ nguyên liệu rất cần quan tâm đến khả năng cháy nổ. 1.2.2 Nguồn gây ơ nhiễm là chất thải rắn: Chất thải rắn sinh hoạt: Khi dự án đi vào hoạt động, nhu cầu lao động cần thiết sẽ là 85 người. Với lượng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh trung bình của mỗi người là 0,5 kg/người.ngày thì tổng lượng chất thải rắn sinh hoạt của cơng nhân và nhân viên ước tính khoảng 42,5 kg/ngày. Lượng chất thải rắn phát sinh mỗi ngày tuy khơng nhiều nhưng do đặc điểm về thành phần và các quá trình phân hủy sinh học - hĩa học, chất thải rắn sinh hoạt là nguồn phát sinh các khí H2S, CH4, Mercaptan,… gây mùi và thu hút các sinh vật gây bệnh như ruồi muỗi, kiến, gián, chuột, vi khuẩn,… Do đĩ, tồn bộ lượng chất thải rắn phát sinh mỗi ngày sẽ được lưu trữ hợp lý và thu gom thường xuyên theo đúng quy định. Chất thải rắn nguy hại: Trong quá trình sản xuất gia cơng của nhà máy, chất thải rắn nguy hại chủ yếu bao gồm: bao bì, thùng đựng nguyên liệu, võ chai vỡ, thùng phuy cĩ dính hĩa chất… Thành phần và khới lượng các loại chất thải này được trình bày trong bảng 1.4 Bảng 1.4: Danh mục và khối lượng chất thải nguy hại trong quá trình sản xuất Tên chất thải Mã số CTNH Đơn vị Số lượng Thùng phuy, can nhựa dính hĩa chất 18 01 01 Cái/tháng 150 Giẻ lau dính dầu, hĩa chất 18 02 01 Kg/tháng 150 Bao bì dính hĩa chất 18 01 01 Kg/tháng 100 Bùn thải từ hệ thống xử lý nước thải 12 06 05 Kg/tháng 50 Dầu nhớt thải 17 02 02 Lít/tháng 30 Bĩng đèn huỳnh quang thải 16 01 06 Kg/tháng 2 Chất thải rắn khơng nguy hại: Lượng chất thải rắn cơng nghiệp khơng nguy hại của cơng ty chủ yếu là các bao bì carton, thùng chứa khơng nhiễm hĩa chất,.. Thành phần và khối lượng các loại chất thải này được trình bày trong bảng 1.5 Bảng 1.5: Danh mục và khối lượng chất thải khơng nguy hại trong quá trình sản xuất Tên chất thải Đơn vị Số lượng Thùng chứa khơng nhiễm hĩa chất Kg/tháng 150 Thùng carton Kg/tháng 50 Tổng cộng Kg/tháng 200 Lượng chất thải cơng nghiệp khơng nguy hại này, cơng ty sẽ bán lại cho các cơ sở phế liệu cĩ chức năng thu mua. Riêng đối với chất thải rắn nguy hại, cơng ty sẽ ký hợp đồng chuyển giao với các đơn vị cĩ chức năng xử lý theo đúng quy định. 1.2.3 Nguồn gây ơ nhiễm mơi trường là nước thải Nước thải sản xuất: Tổng lưu lượng nước cấp cho hoạt động sản xuất của Nhà xưởng sản xuất gia cơng ước tính khoảng 64 m3/ngđ. Nước thải sản xuất phát sinh từ hoạt động của Nhà xưởng ước tính chiếm khoảng 80% lưu lượng nước cấp. Lưu lượng nước thải phát sinh khoảng 51,2 m3/ngđ, bao gồm các nguồn sau: Nước thải từ hệ thống xử lý bụi, khí cĩ chứa chất lơ lửng, hữu cơ; Nước rửa chai lọ, bao bì, thùng phuy, thùng chứa nguyên liệu cĩ chứa chất lơ lửng, chất hữu cơ; Nước vệ sinh máy mĩc, nhà xưởng, … cĩ chứa đất, cát, chất lơ lửng, chất hữu cơ. Nước thải sản xuất của ngành sản xuất gia cơng thuốc bảo vệ thực vật cĩ đặc tính chung là tan được trong nước nhưng cĩ những chất hữu cơ độc hại khĩ phân hủy. Tác động tiêu cực của sự ơ nhiễm thuốc bảo vệ thực vật là làm suy thối chất lượng mơi trường, gây nên hiện tượng phú dưỡng nước, ơ nhiễm nước, giảm tính đa dạng sinh học của khu vực. Hiện tại, dự án chưa đi vào hoạt động nên khơng cĩ thành phần nước thải đặc trưng. Do đĩ, thành phần nước thải từ quá trình sản xuất gia cơng của dự án được tham khảo tại một nhà máy cĩ loại hình và quy mơ sản xuất tương tự. Cụ thể như sau: Nước thải từ quá trình vệ sinh thiết bị, máy mĩc và nhà xưởng: thường chứa các hợp chất cĩ trong thành phần thuốc trừ sâu như một số cacbanat hữu cơ, phosphat hữu cơ,…các dung mơi như xylen và các chất phụ gia khác như keo, cát, … Thành phần chi tiết nước thải của cơng đoạn này được trình bày trong bảng 1.6. Bảng 1.6: Thành phần nước thải từ khâu vệ sinh thiết bị, máy mĩc và nhà xưởng Stt Thơng số ơ nhiễm Đơn vị tính Kết quả TCVN 5945 – 2005, cột B 1 COD mg/L 90 80 2 BOD mg/L 65 50 3 SS mg/L - 100 4 pH - 7,8 5,5 – 9,0 Nguồn: VITTEP-2002 Nước thải từ khâu vệ sinh thiết bị, máy mĩc và nhà xưởng của dự án cĩ các chỉ tiêu BOD (65 mg/l) và COD (90 mg/l) cao hơn tiêu chuẩn TCVN 5945-2005, cột B lần lượt là BOD gấp 1,3 lần và COD gấp 1,12 lần. Do đĩ, nước thải từ khâu này sẽ được đưa về trạm xử lý nước thải của dự án để xử lý cho đạt TCVN 5945-2005, cột B trước khi thải vào hệ thống cống chung của KCN. Nước thải từ quá trình rửa chai, bao bì và thùng chứa: Đối với các chai đã qua một lần sử dụng, chủ đầu tư sẽ mua lại từ các nguồn hàng để tái sử dụng. Các chai này phải được làm vệ sinh sạch trước khi sử dụng và sẽ làm phát sinh một lượng nước thải. Tuy nhiên, lượng nước thải này khơng mang tính chất liên tục mà chỉ mang tính chất thời vụ. Đối với các loại bao bì, thùng chứa nguyên liệu hĩa chất, chủ đầu tư sẽ đem bán cho các đơn vị thu mua khác sau khi đã được rửa sạch bằng dung dịch kiềm lỗng. Đây là nguồn nước thải phát sinh ra một lượng đáng kể của dự án. Thành phần chi tiết nước thải của cơng đoạn này được trình bày trong bảng 1.7 Bảng 1.7: Thành phần nước thải từ khâu rửa chai, bao bì và thùng chứa Stt Thơng số ơ nhiễm Đơn vị tính Kết quả TCVN 5945 – 2005, cột B 1 COD mg/L 664 80 2 BOD mg/L 320 50 3 SS mg/L 58 100 4 pH - 9,8 5,5 – 9,0 Nguồn: VITTEP-2002 Dựa theo các thành phần nước thải từ khâu rửa chai, bao bì và thùng chứa trong bảng 12 ta thấy các chỉ tiêu pH (9,8), COD (664 mg/l), BOD (320 mg/l) vượt gấp nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép QCVN 24-2009, cột B. Trong đĩ, pH vượt 1,08 lần so với giới hạn trên, COD vượt 8,3 lần và BOD vượt 6,4 lần. Do đĩ, lượng nước thải này sẽ được xử lý trước khi thải ra hệ thống cống chung của KCN. Nước thải sinh hoạt của cơng nhân và nước thải sau bể tự hoại: Bên cạnh nguồn nước thải sản xuất cịn cĩ nước thải sinh hoạt và nước thải sau bể tự hoại phát sinh từ căn tin, nước rửa tay, nước tắm giặt cũng cĩ hàm lượng SS, COD và BOD cao. Với số lượng cơng nhân viên của nhà xưởng là 85 người, lưu lượng nước cấp cho sinh hoạt của cơng nhân viên khi dự án đi vào hoạt động khoảng 5,1 m3/ngđ (trình bày trong Chương 1). Lượng nước thải sinh hoạt ước tính bằng 80% lượng nước sử dụng: 5,1 m3 x 80% ≈ 4,08 m3/ngđ. Thành phần nước thải sinh hoạt khi dự án đi vào hoạt động cĩ thể tham khảo ở bảng 1.8 Bảng 1.8:Thành phần nước thải sinh hoạt Chỉ tiêu Ký hiệu Đơn vị Kết quả pH pH - 6,5-7,1 Tổng hàm lượng chất rắn hịa tan TDS mg/l 60-100 Chất rắn lơ lửng SS mg/l 30-70 Nhu cầu oxy hĩa học COD mgO2/l 70-300 Nhu cầu oxy sinh hĩa BOD mg O2/l 40-220 Amonia N-NH3 mg/l 0,5-07 Nitơ tổng N-tổng mg/l 5,0-7,0 Photphat P-PO43- mg/l 2,0-3,2 Nguồn: Trung Tâm Cơng Nghệ Và Quản Lý Mơi Trường, 2006. Cĩ thể tính tốn tải lượng các chất ơ nhiễm trong thành phần nước thải căn cứ trên các thơng số về nồng độ và lưu lượng nước thải. Từ đĩ, xác định được khối lượng chất ơ nhiễm thải vào vùng nước khi nguồn thải này khơng được xử lý. Tải lượng các chất ơ nhiễm trong nước thải sinh hoạt được trình bày trong bảng 1.9. Bảng 1.9: Tải lượng các chất ơ nhiễm trong nước thải sinh hoạt Chất ơ nhiễm Tải lượng chất ơ nhiễm khơng qua xử lý(kg/ngày) BOD5 5,58 – 6,7 COD (dicromate) 8,93 – 12,65 Chất rắn lơ lửng (SS) 8,68 – 17,98 Dầu mỡ phi khống 1,24 – 3,72 Tổng Nitơ (N) 0,74 – 1,49 Amoni (N-NH4) 0,3 – 0,6 Tổng Phospho 0,1 – 0,5 Nguồn: VITTEP-2002 Nước thải sinh hoạt của Dự án sẽ cĩ hàm lượng chất ơ nhiễm tương đối cao, đặc biệt là các chất hữu cơ và vi sinh. Do đĩ, sau khi qua hệ thống bể tự hoại, nước thải cần được đưa về trạm xử lý nước thải của Dự án để xử lý cho đạt TCVN 5945:2005, cột B. Lượng nước thải từng cơng đoạn của nhà máy được tính tốn cụ thể trong bảng 1.10. Bảng 1.10: Lượng nước thải từ các hoạt động của Cơng ty. STT Mục đích sử dụng Lượng sử dụng (m3/ngày) Lượng nước thải (m3/ng.đ) 1 Nước phục vụ sản xuất 50 40 2 Nước vệ sinh thiết bị, nhà xưởng 14 11,20 3 Nước sinh hoạt cơng nhân 5,1 4,08 4 Nước phục vụ PCCC (dự kiến khi cĩ đám cháy xảy ra) 27 21,60 5 Nước phục vụ cho các mục đích tưới cây 3 2,40 Tổng cộng 99,1 79,28 Nước mưa: Nước mưa thu được từ 2 nguồn: nước mưa chảy trên mái được quy ước là nước sạch và nước mưa chảy tràn trong đường nội bộ nhà xưởng. Nước mưa chảy tràn cĩ khả năng nhiễm bụi bẩn, chất rắn lơ lửng và các tạp chất khác cĩ trong mơi trường xung quanh khu vực cơng ty. Ước tính nồng độ các chất ơ nhiễm trong nước mưa chảy tràn như sau: Tổng Nitơ : 0,5 – 1,5 mg/l Phospho : 0,004 – 0,03 mg/l Nhu cầu oxi hố học (COD) : 10 – 20 mg/l Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) : 10 – 20 mg/l Tuy nhiên, trong thực tế nước mưa chỉ bị nhiễm bẩn trong vịng 20 phút đầu trong tổng thời gian mưa. Do đĩ, tồn bộ lượng nước mưa thu được tại cơng ty được quy ước là nguồn nước sạch, khơng cần phải xử lý. Cơng ty sẽ cĩ biện pháp hạn chế việc gây nhiễm bẩn khu vực để chất lượng nước mưa được tốt nhất. Bên cạnh đĩ, do đặc thù ngành sản xuất gia cơng của dự án sẽ cĩ một số khu vực cịn rơi vãi nguyên liệu hĩa chất (số lượng ít), nên khi lượng nước mưa chảy tràn qua đây sẽ cuốn theo những nguyên liệu và hĩa chất độc hại này dẫn đến nồng độ các chất ơ nhiễm trong nước mưa sẽ vượt tiêu chuẩn cho phép. Do đĩ, lượng nước mưa này sẽ được thu gom riêng và đưa về hệ thống xử lý nước thải của dự án để xử lý cho đạt tiêu chuẩn trước khi thải vào hệ thống cống chung của KCN. Chương 2:TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2.1. Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải Các loại nước thải đều chứa các tạp chất gây nhiễm bẫn cĩ tính chất rất khác nhau: từ các loại chất rắn khơng tan đến các chất khĩ tan và những hợp chất tan trong nước. Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất đĩ, làm sạch lại và cĩ thể đưa nước đỗ vào nguồn tiếp nhận hoặc đưa tái sử dụng. Để đạt đựơc những mục đích đĩ, chúng ta thường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp chất để lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp. Thơng thường cĩ các phương pháp xử lý nước thải như sau: Xử lý bằng phương pháp cơ học Xử lý bằng phương pháp hĩa lý và hĩa học Xử lý bằng phương pháp sinh học Xử lý bằng phương pháp tổng hợp 2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học: Trong nước thải thường chứa các loại tạp chất rắn cỡ khác nhau bị cuốn theo như rơm cỏ, gỗ mẩu, bao bì chất dẻo, giấy, giẻ, dầu mỡ nổi, cát sỏi, các vụn gạch ngĩi… Ngồi ra, cịn cĩ các loại hạt lơ lửng ở dạng huyền phù rất khĩ lắng. Tùy theo kích cỡ, các hạt huyền phù được chia thành hạt chsất rắn lơ lửng cĩ thể lắng được, hạt chất rắn keo được khử bằng keo tụ. Các loại tạp chất trên dung các phương pháp xử lý cơ học là thích hợp (lọai trừ hạt dạng rắn keo). Trong xử lý nước thải đơ thị, việc đầu tin là đưa nước thải vào đường cống cĩ các song chắn rắc, nước thải ngành cơng nghiệp cũng qua song chắn rác và cĩ thể thêm lưới chắn rác (với kích thước lỗ khác nhau). 2.2.1 Song chắn rác: SCR l cơng trình xử lý sơ bộ nhằm loại bỏ một lượng rác bẩn thơ chuẩn bị cho xử lý nước thải sau đĩ. Song làm bằng sắt trịn hoặc vuơng (sắt trịn cĩ Þ = 8 – 10mm), thanh nọ cách thanh kia một khoảng bằng 60- 100 mm để chắn vật thơ và 10 -25 mm để chắn vật nhỏ hơn, đặt nghiên theo dịng chảy một gĩc 600 - 900. Vận tốc dịng chảy thường lấy 0,8 -1 m/s để tránh lắng cát. Hình 2.1 Song chắn rác 2.2.2 Lưới lọc: Sau chắn rác, để cĩ thể loại bỏ tạp chất rắn cĩ kích cỡ nhỏ hơn, mịn hơn ta cĩ thể đặt thêm lưới lọc. Các vật thải được giữ trên mặt lọc, phải cào lấy ra khỏi làm tắc dịng chảy. Người ta cĩ thể thiết kế lưới lọc hình tang trống cho nước chảy từ ngồi vào hoặc từ trong ra. Trước chắn rác cịn cĩ khi lắp thêm máy nghiền rác để nghiền nhỏ các tạp chất. 2.2.3 Lắng cát: Bể lắng cát thường dùng để lắng giữ những hạt cặn lớn cĩ chứa trong nước thải (chính là cát). Dựa vào nguyên lý trọng lực, dịng nước thải được cho chảy qua “ bẫy cát”. Bẫy cát là các loại bể, hố, giếng… cho nước thải chảy vào theo nhiều cách khác nhau : theo tiếp tuyến, theo dịng ngang, theo dịng từ trên xuống và toả ra xung quanh… nước qu bể lắng, dưới tác dụng của trọng lực, cát nặng sẽ lắng xuống đáy và kéo theo một phần chất đơng tụ. Cát lắng ở bẫy cát thường ít chất hữu cơ. Sau khi được lấy ra khỏi bể lắng cát, sỏi được loại bỏ. Các loại bể lắng cát thơng dụng là bể lắng ngang. Thường thiết kế 2 ngăn: một ngăn cho nước qua, một ngăn cào cát sỏi lắng. Hai ngăn này làm việc luân phiên. Ngồi ra cịn cĩ bể lắng cát đứng và bể lắng cát tiếp tuyến. Hình 2.2 Bể lắng ngang 2.2.4 Các loại bể lắng: Ngồi lắng cát, sỏi, trong quá trình xử lý cặn phải lắng các loại hạt lơ lửng, các loại bùn (kể cả bùn họat tính)… nhằm làm cho nước trong. Nguyên lý làm việc của các loại bể lắng là đều dựa trên cơ sở trọng lực. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng: lưu lượng nước thải, thời gian lắng (hay thời gian lưu nước), khối lượng riêng và tải trọng tính theo chất rắn lơ lửng, tải trọng thủy lực, sự keo tụ các chất rắn, vận tốc dịng chảy trong bể, sự nén bùn đặc, nhiệt độ nước thải và kích thước bể lắng. Bể lắng thường được bố trí theo dịng chảy, cĩ kiểu hình nằm ngang hoặc thẳng đứng. Bể lắng ngang trong xử lý nước thải cơng nghiệp cĩ thể là một bậc hoặc nhiều bậc. Tách dầu mỡ: Nước thải một số ngành cơng nghiệp ăn uống, chế biến bơ sữa, các lị mổ, xí nghiệp ép dầu… thường cĩ lẫn dầu mỡ. Các chất này thường nhẹ hơn nước và nổi lên trên mặt nước. Nước thải sau xử lý khơng cĩ lẫn dầu mỡ được được phép cho vào các thủy vực. Hơn nữa, nước thải cĩ lẫn dầu mỡ khi vào xử lý sinh học sẽ làm bít các lỗ hổng ở các vật liệu lọc, ở phin lọc sinh học và cịn làm hỏng các cấu trúc bùn hoạt tính trong earoten… Ngồi cách làm các gạt đơn giản, bằng các tấm sợi trên mặt nước, cịn cĩ thiết bị tách dầu, mỡ đặt trước dây chuyền cơng nghệ xử lý nước thải. Hình 2.3 2.2.6 Lọc cơ học: Lọc trong xử lý nước thải để tách các tạp chất phân tán nhỏ khỏi nước mà bể lắng khơng làm được. Trong các loại phin lọc thường cĩ loại phin lọc dạng tấm và loại hạt. Vật liệu lọc dạng tấm cĩ thể làm bằng tấm thép cĩ đục lỗ hoặc lưới bằng thép, khơng gỉ, nhơm, niken, đồng thau… và các loại vải khác nhau (thủy tinh, amiăng, bơng, len, sợi tổng hợp). Tấm lọc cần cĩ trở lực nhỏ, đủ bền và dẻo cơ học, khơng bị trương nở và bị phá hủy trong điều kiện lọc. Vật liệu lọc dạng hạt là cát thạch anh, than gây (anthacit), than cốc, sợi, đá nghiền, thậm chí cĩ than nâu, than bùn hay than gỗ. Đặc tính quan trọng của lớp vật liệu lọc là độ xốp và bề mặt riêng. Quá trình lọc cĩ thể xảy ra dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh của các chất lỏng hoặc áp suất cao trước vách vật liệu lọc hoặc chân khơng sau lớp lọc. Các phin lọc làm việc sẽ tách các phần tử tạp chất phân tán hoặc lơ lửng khĩ lắng nước. Các phin lọc làm việc khơng hồn tồn dựa vào nguyên lý cơ học. Do vậy, ngồi tác dụng tách các phần tử tạp chất phân tán ra khỏi nước, các màng sinh học cũng đã biến đổi các chất hịa tan trong nước thải nhờ quần thể vi sinh vật cĩ trong màng sinh học. Chất bẩn và màng sinh học sẽ bám vào bề mặt vật liệu lọc, dần dần bít các khe hở của lớp lọc làm cho dịng chảy bị chậm lại hoặc ngừng chảy. Trong quá trình làm việc, người ta phải rửa phin lọc, lấy bớt màng bẩn phía trên và cho nước rửa đi từ dưới lên trên để tách màng bẩn ra khỏi vật liệu lọc. Trong xử lý nước thải thường dùng thiết bị lọc chậm, lọc nhanh, lọc kín, lọc hở. Ngồi ra cịn dùng loại lọc ép khung bản, lọc quay chân khơng, các máy vi lọc hiện đại. Đặc biệt là đã cải tiến các thiết bị trước đây thuần túy là lọc cơ học thành lọc sinh học, trong đĩ vai trị của màng sinh học được phát huy nhiều hơn. Hình 2.4 Bể lọc chậm Xử lý nước thải bằng phương pháp hĩa học và hĩa lí: Cơ sở của phương pháp hĩa học là các phản ứng hĩa học, các quá trình hĩa lí diễn ra giữa các chất bẩn với hĩa chất cho thêm vào. Các phương pháp hĩa học là oxi hĩa, trung hịa, đơng keo tụ. Thơng thường các quá trình keo tụ thường đi kèm với quá trình trung hịa hoặc các hiện tượng vật lí khác. Những phản ứng xảy ra là thường phản ứng trung hịa, phản ứng oxi hĩa- khử, phản ứng tạo chất kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các chất độc hại. Trung hịa: Nước thải thường cĩ những giá trị pH khác nhau. Muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hịa và điều chỉnh pH về 6.6 -7.6 Trung hịa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hịa dịch nước thải. Một số hĩa chất dùng để trung hịa: CaCO3, CaO, Ca(OH)2, MgO, Mg(OH)2, CaO0.6MgO0.4,(Ca(OH)2)0.6(Mg(OH)2)0.4,NaOH, Na2CO3, H2SO4, HCl, HNO3,… Keo tụ: Trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất rắn huyền phù cĩ kích thước lớn ³10-2 mm, cịn cĩ hạt nhỏ hơn ở dạng keo khơng thể lắng được. Ta cĩ thể làm tăng kích thước các hạt nhờ tác dụngt ương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết vào các tập hợp hạt để cĩ thể lắng được. Muốn vậy, trước hết cần trung hịa điện tích của chúng, kế tiếp là liên kết chúng với nhau. Quá trình trung hịa điện tích các hạt được gọi là quá trình đơng tụ, cịn quá trình tạo thành các bơng lớn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ. Các hạt lơ lửng trong nước đều mang điện tích âm hoặc dương. Các hạt cĩ nguồn gốc silic và các hợp chất hữu cơ mag điện tích âm, các hạt hidroxit sắt và hidroxit nhơm mang điện tích dương. Khi thế điện động của nước bị phá vỡ, các hạt mang điện tích này sẽ liên kết lại với nhau thành các tổ hợp các phần tử, nguyên tử hay các ion tự do. Các tổ hợp này chính là các hạt bơng keo. Cĩ 2 loại bơng keo: loại ưa nuớc và loại kị nước. Loại ưa nước thường ngậm thêm các phân tử nước cùng vi khuẩn, virút,… loại kị nước đĩng vai trị chủ yếu trong cơng nghệ xử lý nước nĩi chung và xử lý nước thải nĩi riêng. Các chất đơng tụ thường dùng trong mục đích này là các muối sắt hoặc muối nhơm hoặc hỗn hợp của chúng. Các muối nhơm gồm cĩ: Al2(SO4)318H2O, NaAlO2 Al(OH)5Cl, KAl(SO)4.12H2O, NH4Al(SO)4.12H2O. Trong đĩ phổ biến nhất là Al2(SO4)318H2O vì chất này hịa tan tốt trong nước, giá rẽ và hiệu quả đơng tụ cao ở pH =5 – 7.5 Trong quá trình tạo thành bơng keo của hidroxit nhơm hoặc sắt người ta thường dùng thêm chất trợ đơng tụ. Các chất trợ đơng tụ này là tinh bột, dextrin, các ete, xenlulozơ, hidroxit silic họat tính… với liều lượng 1-5 mg/l. Ngồi ra người ta cịn dùng các chất trợ đơng tụ tổng hợp. Chất thường dùng nhất là polyacrylamit. Việc dùng các chất hỗ trợ này làm giảm liều lượng các chất đơng tụ, giảm thời gian quá trình đơng tụ và nâng cao được tốc độ lắng của các bơng keo. Hình2.5 Bể phản ứng tạo bơng kết tủa cơ khí Hấp phụ: Phương pháp hấp phụ dùng để loại hết các chất bẩn hịa tan vào nước mà phương pháp xử lý sinh học cùng các phương pháp khác khơng thể loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ. Thơng thường đây là các hợp chất hịa tan cĩ độc tính cao hoặc các chấr cĩ mùi, vị và màu rất khĩ chịu. Các chất hấp phụ thường dùng là: than họat tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhơm, một số chất tổng hợp khác và một số chất thải trong sản xuất như xi tro, xỉ mạ sắt… Trong số này, than họat tính được dùng phổ biến nhất. Các chất hữu cơ, kim loại nặng và các chất màu dễ bị than hấp phụ. Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khả năng của từng loại chất hấp phụ và hàm lượng chất bẩn cĩ trong nước. Phương pháp này cĩ thể hấp phụ 58-95% các chất hữu cơ và màu. Các chất hữu cơ cĩ thể bị hấp phụ được là phenol, alkylbenzen, sunfonic axit, thuốc nhuộm và các hợp chất thơm. Hình 2.6 Than hoạt tính Hình 2.7 Tuyển nổi: Phương pháp tuyển nổi này dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước cĩ khả năng tự lắng kém, nhưng cĩ khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nước. Sau đĩ người ta tách các bọt khí đĩ ra khỏi nước. Thực chất quá trình này là tách bọt hoặc làm đặc bọt. Trong mơt số trường hợp, quá trình này cũng được dùng để tách các chất hịa tan như các chất hoạt động bề mặt. Quá trình này được thực hiện nhờ thổi khơng khí thành bọt nhỏ vào trong nước thải. Các bọt khí dính các hạt lơ lửng và nổi lên trên mặt nước. Khi nổi lên các bọt khí tập hợp thành một lớp bọt chứa nhiều chất bẩn. Tuyển nổi cĩ thể đặt ở giai đọan xử lýsơ bộ (Bậc I) trước khi xử lý cơ bản (Bậc II). Bể tuyển nổi cĩ thể thay thế cho bể lắng, trong dây chuyền nĩ cĩ thể đứng trước hoặc đứng sau bể lắng, đồng thời cĩ thể ở giai đoạn xử lý bổ sung (hay triệt để – cấp III) sau xử lý cơ bản. Hình 2.8 Thiết bị tuyển nổi theo phương bán kính Trao đổi ion: Thực chất của phương pháp trao đổi ion là một quá trình trong đĩ các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi ion cĩ cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là ionit (chất trao đổi ion). Chúng hồn tồn khơng tan trong nước. Phương pháp này được dùng làm sạch nước nĩi chung trong đĩ cĩ nước thải, loại ra khỏi nước các ion kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Hg, Pb, Cd,, V, Mn… Cũng như các hợp chất cĩ chứa asen, phosphor, xianua và cả chất phĩng xạ. Phương pháp này được dùng phổ biến để làm mềm nước, loại ion Ca2+ và Mg3+ ra khỏi nước cứng. Các chất trao đổi ion cĩ thể là các chất vơ cơ hoặc hữu cơ hoặc hữu cơ cĩ nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp. Các chất thường được sử dụng như: zeolit, đất sét, nhơm silic, silicagen, pecmutit, các chất điện li cao phân tử, các loại nhựa tổng hợp. Hình 2.9 Hạt trao đổi ion Khử khuẩn: Dùng các hĩa chất cĩ tính độc đối với vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun sán… để làm sạch nước, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh để đổ vào nguồn hoặc tái sử dụng. Khử khuẩn hay sát khuẩn cĩ thể dùng hố chất hoặc các tác nhân vật lí như ozon, tia tử ngoại… Hĩa chất khử khuẩn phải đảm bảo cĩ tính độc đối với vi sinh vật trong một thời gian nhất định, sau đĩ phải được phân hủy hoặc bay hơi, khơng cịn dư lượng gây độc cho người sử dụng hoặc vào các mục đích sử dụng khác. Các chất khử khuẩn hay dùng nhất là khi hoặc nước Clo, nước Javel, vơi clorua…các hợp chất của Clo đảm bảo đảm bảo là những chất khử khuẩn đáp ứng được yêu cầu trên, đồngthời cũng là các chất oxi hĩa. Trong quá trình xử lý nước thải, cơng đoạn khử khuẩn thường được đặt ở cuối quá trình, trước khi làm sạch nước triệt để và chuẩn bị đổ vào nguồn. 2.3.7 Các phương pháp oxi hố tiên tiến (AOPs) 2.3.7.1 Giới thiệu chung Một trong những cơng nghệ cao nổi lên trong thời gian gần đây là cơng nghệ phân huỷ khống hố chất ơ nhiễm hữu cơ trong nước và nước thải dựa trên các quá trình oxi hố nâng cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs). Các quá trình oxi hố nâng cao được định nghĩa là những quá trình phân huỷ oxi hố dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl *OH được tạo ra in situ ngay trong quá trình xử lý. Gốc hydroxyl là một tác nhân oxi hố mạnh nhất trong số các tác nhân oxi hố được biết từ trước đến nay, cĩ khả năng phân huỷ oxi hố khơng lựa chọn mọi hợp chất hữu cơ , dù là loại khĩ phân huỷ nhất, biến chúng thành những hợp chất vơ cơ (cịn gọi là khống hố) khơng độc hại như CO2, H2O, các axit vơ cơ,… Từ những tác nhân oxi hố thơng thường như hydrogen peroxit, ozon, cĩ thể nâng cao khả năng oxi hố của chúng bằng các phản ứng hố học khác nhau để tạo ra gốc hydroxyl, thực hiện quá trình oxi hố gián tiếp thơng qua gốc hydroxyl, vì vậy các quá trình này được gọi là các quá trình oxi hố nâng cao hy gọi tắt là các quá trình oxi hố nâng cao (Advanced Oxidation Processes – AOPs). Các quá trình oxi hố nâng cao đã nổi lên những năm gần đây như là một loại cơng nghệ cao cĩ tầm quan trọng trong việc đẩy mạnh quá trình oxi hố, giúp phân huỷ nhiều lọi chất hữu cơ ơ nhiễm khác nhau trong nước và khơng khí. Các quá trình oxi hố nâng cao rất thích hợp và đạt hiệu quả cao để phân huỷ các chất ơ nhiễm hữu cơ khĩ phân huỷ (POPs) như hydrocacbon halogen hố (trihalometan – THM, tricloroetan, tricloroetylen,…), các hydrocacbon aromatic (benzen, toluen, etylbenzen, xylen – BTEX), polyclorbiphenyl (PCB), nitrophenol, các hố chất bảo vệ thực vật, dioxin và furan, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt… Ngồi ra, do tac dụng oxi hố cực mạnh của chúng so với các tác nhân diệt khuẩn truyền thống (các hợp chất của clo) nên các gốc hydroxyl ngồi khả năng tiêu diệt triệt để các vi khuẩn thơng thường như Escherichia coli, Coliform cịn diệt được các loại tế bào vi khuẩn và virus gây bệnh mà clo khơng thể diệt nổi như Campylobacter, Yersina, Mycobacteria, Nigionella, Cryptosporidium,… Mặt khác, khử trùng bằng các gốc hydroxyl *OH lại rất an tồn so với khử trùng bằng clo vì khơng tạo ra các sản phẩm phụ gây ung thư như các chất hữu cơ chứa clor trihalometan (THM). 2.3.7.2 Những ưu việt của quá trình phân huỷ oxi hố bằng gốc tự do hydroxyl *OH: 2.3.7.2.1 Những hạn chế của quá trình oxi hố hố học bằng các tác nhân oxi hố thơng thường: Trong cơng nghệ xử lý nước và nước thải truyền thống, thường sử dụng các chất oxi hố thơng dụng sau đây: Clo (Cl2) Clo là chất oxi hố hố học tốt được sử dụng để khử Fe2+ trong nước ngầm hoặc nước mặt, trong khử trùng nước sau xử lý. Vì clo là chất oxi hố tương đối mạnh, rẻ tiền và dễ sử dụng nên được dùng rất phổ biến trong ngành xử lý nước và nước thải cho đến ngày nay. Tuy vậy, nhược điểm chính của clo là trong quá trình khử sắt và khử trùng bằng clo đã tác dụng với các chất hữu cơ thiên nhiên (NOM), tạo ra những phụ phẩm là các chất hữu cơ chứa clo (THM) gây nguy cơ ung thư cho người sử dụng . Ngồi ra, clo chỉ cĩ khả năng khử trùng một số rất hạn chế loại vi khuẩn như E. coli, khơng cĩ khả năng diệt các vi khuẩn hoặc virus truyền bệnh nguy hiểm như Giardia và Cryptosporidium. Kali pecmanganat (KMnO4) Kali pecmanganat là chất oxi hố được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước. Đĩ là chất oxi hố mạng hơn clo, cĩ thể làm việc trong khoảng pH rộng, nhưng đắt tiền. Ngồi ra, nhược điểm đáng kể của kali pecmanganat khi sử dụng trong xử lý nước là tạo ra mangan dioxit trong quá trình oxi hố, chất này kết tủa và do vậy phải tách ra bằng cách lọc hoặc lắng, gây tăng thêm chi phí. Hydrogen peroxit (H2O2) Hydrogen peroxit là chất oxi hố mạnh hơn clo và kali pecmanganat và được sử dụng rất phổ biến trong xử lý nước thải để phân huỷ các chất hữu cơ và khử màu của nước thải ngành giấy hoặc dệt nhuộm. Ngồi ra, ưu điểm của hydrogen peroxit là khơng ra chất độc hoặc chất cĩ màu trong quá trình sử dụng. Tuy vậy, khả năng oxi hố của hydrogen peroxit khơng đủ mạnh để khống hố hồn tồn chất ơ nhiễm hữu cơ như yêu cầu địi hỏi. Ozon (O3) Ozon là chất oxi hố mạnh nhất trong số các chất oxi hố thơng dụng kể trên, được sử dụng để khử trùng, phân huỷ các chất hữu cơ hoặc để khử màu nước thải ngành giấy hoặc dệt nhuộm, khử mùi hơi, khử sắt hoặc mangan trong nước sinh hoạt. Ưu điểm của ozon là tự phân huỷ, khơng để lại các phụ phẩm lạ và nguy hiểm trong nước sau khi phản ứng. Tuy vậy, ozon hồ tan kém trong nước và là hợp chất khơng bền, thời gian sống chỉ vài phút. Vì vậy, để cĩ thể đạt được số lượng ozon hồ tan đủ lớn cho quá trình oxi hố, phải đưa vào một lượng ozon lớn. Ngồi nhược điểm nĩi trên, khi sử dụng ozon làm chất oxi hố trong xử lý nước và nước thải là phải sản xuất ozon tại chỗ, ngay trong dây chuyền xử lý. 2.3.7.2.2 Những ưu điểm của quá trình phân huỷ oxi hố bằng gốc tự do hydroxyl *OH Gốc hydroxyl *OH và khả năng oxi hố của nĩ. Oxi hố là quá trình trong đĩ eletron được chuyển từ một chất này sang một chất khác. Điều này tạo ra một hiệu thế được biểu thị bằng volt (V) dựa trên hiệu thế điện cực hydro bằng 0. Mỗi chất (tác nhân) oxi hố đều cĩ một thế oxi hố khác nhau và đại lượng này được dùng để so sánh khả năng oxi hố mạnh hay yếu của chúng. Khả năng oxi hố của các tác nhân oxi hố được thể hiện qua thế oxi hố và được sắp xếp theo thứ tự trình bày trên bảng 2.1 Bảng 2.1: Khả năng oxi hố của một số tác nhân oxi hố. Tác nhân oxi hố Thế oxi hố, V Gốc hydroxyl Ozon Hydrogen peroxit Permanganat Hydrobromic axit Clo dioxit Hypocloric axit Hypoiodic axit Clo Brom Iod 2,80 2,07 1,78 1,68 1,59 1,57 1,49 1,45 1,36 1,09 0,54 Nhiều tác nhân oxi hố mạnh đều là các gốc tự do, trong số đĩ, gốc hydroxyl *OH là tác nhân oxi hố mạnh nhất. Thế oxi hố của gốc hydroxyl *OH là 2,80 V, cao nhất trong số các tác nhân oxi hố thường gặp. Nếu so với clo, thế oxi hố của gốc hydroxyl *OH cao gấp 2,05 lần và so với ozon, thế oxi hố của gốc hydroxyl *OH cao gấp 1,52 lần. Đặc tính của gốc tự do là trung hồ về điện trong khi các ion đều mang điện tích dương hoặc âm. Gốc tự do được tạo thành từ sự tách ra hai phần bằng nhau của liên kết 2 electron, ví dụ như khi quang phân H2O2 sẽ thu được 2 gốc *OH như sau: HO : OH + hv à HO* + *OH Mỗi gốc *OH đều khơng mang điện, hai gốc HO* cĩ thể kết hợp trở lại thành HOOH cũng khơng mang điện. Ký hiệu * cho biết là gốc tự do và biểu thị một electron lẻ đơi. Gốc tự do này khơng tồn tại sẵn như những tác nhân oxi hố thơng thường mà chỉ được sản sinh in situ ngay trong quá trình phản ứng, cĩ thời gian sống rất ngắn, khoảng vài phần nghìn giây (micro second) nhưng liên tục được sinh ra trong suốt quá trình phản ứng. Cơ chế phản ứng và phương thức phản ứng của gốc hydroxyl *OH Một khi gốc tự do được hình thành, lập tức xảy ra hàng loạt các phản ứng kế tiếp theo kiểu dây chuỗi với những gốc hoạt động mới. Vì vậy, sự hình thành gốc hydroxyl được xem như khơi mào cho hàng loạt các phản ứng xảy ra kế tiếp trong dung dịch. Vì phản ứng của gốc hydroxyl xảy ra khơng chọn lựa, nên trong quá trình đĩ tạo ra nhiều sản phẩm trung gian khác nhau, khĩ tiên đốn tất cả những sản phẩm oxi hố trung gian cĩ thể tạo ra trong quá trình. Gốc hydroxyl *OH cĩ thể tác kích với các chất ơ nhiễm theo các kiểu sau đây: Phản ứng cộng với các hợp chất khơng no mạch thẳng hoặc vịng thơm, tạo ra gốc mới hydroxylat hoạt động: *OH + CH2 = CH2 à *CH2 – CH2(OH) Phản ứng tách hydrogen từ các hợp chất no hoặc khơng no, tạo thành nước và gốc mới hoạt động: *OH + CH3 – CO – CH3 à *CH2COCH3 + H2O Phản ứng trao điện tử tạo ra gốc ion mới hoạt động: *OH + CH3 – S – C6H5 à [CH3 – S – C6H5]+* + OH Quá trình phản ứng tiếp tục phát triển nhờ các gốc tự do mới sinh ra theo kiểu phản ứng dây chuỗi cho đến khi vơ cơ hố (khống hố) hồn tồn hoặc dây chuỗi bị đứt. Mục đích mong muốn cuối cùng của quá trình oxi hố các chất ơ nhiễm trong nước và nước thải là để vơ cơ hố (khống hố), tức chuyển hố các chất ơ nhiễm hữu cơ thành các chất vơ cơ đơn giản và khơng độc hại. Cụ thể là chuyển: -Cacbon trong phân tử chất ơ nhiễm thành CO2 -Hydrogen trong phân tử chất ơ nhiễm thành H2O -Photpho trong phân tử chất ơ nhiễm thành photphat hoặc photphoric axit. -Sunfua trong phân tử chất ơ nhiễm thành sunfat -Nitơ trong phân tử chất ơ nhiễm thành nitrat -Halogen trong phân tử chất ơ nhiễm thành halogen axit -Các hợp chất vơ cơ tạo thành trạng thái oxi hố cao hơn như Fe2+ thành Fe3+. Đặc điểm chung của việc oxi hố các chất bằng các tác nhân oxi hố thường dùng là khơng thể xảy ra với mọi chất và khơng thể xảy ra triệt để, trong khi đĩ, đặc trưng quan trong của gốc *OH là hầu như khơng chọn lựa khi phản ứng với các chất khác nhau để oxi hố và phân huỷ chúng. Cĩ thể kể ra một số hợp chất hữu cơ dưới đây đều bị oxi hố dễ dàng bởi gốc *OH (bảng 2.2): Bảng 2.2: Những hợp chất hữu cơ bị oxi hố bởi gốc *OH đã được nghiên cứu Nhĩm Hợp chất Axit Focmic, gluconic, lactic, malic, propionic, tactaric Alcohol Benzyl, tert-butyl, etanol, etylen glycol, glyxerol, iso-propanol, metanol, propenediol Aldehyd Axetaldehyd, benzaldehyd, focmaldehyd, glyoxal, iso-butyraldehyd, tricloroaxetaldehyd Aromatic Benzen, clorobenzen, clorophenol, creozot, diclorophenol, hydroquinon, p-nitrophenol, phenol, toluen, triclorophenol, xylen, trinitrotoluen Amin Anilin, amin vịng, dietylamin, dimetylfocmamid, EDTA, propandiamin, n-propylamin Thuốc nhuộm Antraquinon, diazo, monoazo Eter Tetrahydrofuran Keton Dihydroxyaxeton, metyl-etyl-keton Hằng số động học phản ứng giữa gốc *OH và các chất hữu cơ. Mặt khác, về tốc độ phản ứng, hầu như tất cả các chất hữu cơ đều bị gốc *OH oxi hố với tốc độ nhanh hơn so với ozon – một chất oxi hố mạnh nhất trong số các chất oxi hố thơng dụng – từ hàng nghìn đến hàng tỷ lần. (Bảng 2.3) Bảng 2.3: Hằng số tốc độ phản ứng (M-1 s-1) của gốc *OH so với ozon Hợp chất O3 *OH Các alcohol Các aldehyd Các alkan Các aromatic Các cacboxylic axit Các alken clo hố Các keton Các chất hữu cơ chứa N Các olefin Các phenol Các chất hữu cơ chứa S 10-2 đến 1 10 10-2 1 đến 102 10-3 đến 10-2 10-1 đến 103 1 10 đến 102 1 đến 450x103 103 10 đến 1,6x103 108 đến 109 109 106 đến 109 108 đến 1010 107 đến 109 109 đến 1011 109 đến 1010 108 đến 1010 109 đến 1011 109 đến 1010 109 đến 1010 2.3.7.3 Các quá trình tạo ra gốc *OH Do gốc tự do *OH cĩ khả năng oxi hố rất mạnh, tốc độ phản ứng oxi hố rất nhanh và khơng chọn lựa khi phản ứng với các hợp chất khác nhau, nhiều cơng trình nghiên cứu trong mấy thập kỷ qua là tìm kiếm các quá trình tạo ra gốc *OH trên cơ sở các tác nhân oxi hố thơng thường như ozon, hydrogen peroxit thơng qua phản ứng hố học (H2O2/Fe2+, O3/H2O2, O3/xúc tác), hoặc nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV (O3/UV, H2O2/UV, O3 + H2O2/UV, H2O2/VUV, TiO2/UV) và các nguồn năng lượng cao (siêu âm, tia Gamma, tia X, chùm electron). Các quá trình oxi hố nâng cao trên cơ sở gốc hydroxyl đã được nghiên cứu áp dụng vào xử lý nước va nước thải cho đến nay cĩ thể thống kê như sau (bảng 2.4): Bảng 2.4: Các quá trình oxi hố nâng cao dựa vào gốc *OH TT Tác nhân phản ứng Phản ứng đặc trưng Tên quá trình 1 H2O2 và Fe2+ H2O2 + Fe2+ à Fe3+ + OH- + *OH Fenton 2 H2O2/Fe3+ (ion) và năng lương photon UV Fe3+ (ion) + H2O hv *OH + Fe2+ + H+ (l > 300 nm) H2O2 + Fe2+ à Fe3+ + OH- + *OH Quang Fenton 3 H2O2/Fe3+ (phức) và năng lương photon UV Fe3+ (phức) hv Fe2+ + gốc (phức) H2O2 + Fe2+ hv Fe3+(phức) + OH- + *OH (l = 300 – 500 nm) Quang Fenton biến thể 4 H2O với anot Fe và năng lượng điện hố ½ O2 + H2O năng lượng điện hố 2*OH Fenton điện hố 5 H2O2 và O3 H2O2 + 2O3 à 2*OH + 3O2 Peroxon 6 O3 và chất xúc tác 3O3 + H2O chất xúc tác 2*OH + 4O2 (chất xúc tác đồng thể và dị thể) Catazon 7 H2O và năng lượng điện hố H2O năng lượng điện hố *OH + *H Oxi hố điện hố 8 H2O và năng lượng siêu âm H2O năng lượng siêu âm *OH + *H (20 – 40 kHz) Quá trình siêu âm 9 H2O và năng lượng cao (tia g, tia X , chùm electron) H2O năng lượng cao *OH + *H (1 – 10 MeV) Qúa trình bức xạ năng lượng cao (tia g, tia X , chùm electron) 10 H2O2 và năng lượng photpn UV H2O2 hv 2*OH (l = 220 nm) UV/oxi hố 11 O3 và năng lượng photon UV O3 + H2O hv 2*OH + O2 (l = 253,7 nm) UV/oxi hố 12 H2O2 / O3 và năng lượng photon UV H2O2 + O3 + H2O hv 4*OH + O2 (l = 253,7 nm) UV/oxi hố 13 H2O và năng lượng photon UV chân khơng (VUV) H2O năng lượng VUV *OH + *H (l < 190 nm) VUV/oxi hố 14 TiO2 và năng lượng photon UV TiO2 hv e- + h+ (l > 387,5 nm) h+ + H2O à *OH + H+ h+ + OH- à *OH + H+ Quang xúc tác bán dẫn 2.3.7.4 Phân loại các quá trình oxi hố nâng cao Theo Cơ quan bảo vệ mơi trường Mỹ (US Environmental Protet Agency – USEPA), dựa theo đặc tính của quá trình cĩ hay khơng cĩ sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV cĩ thể phân loại các quá trình oxi hố nâng cao thành hai nhĩm như sau (bảng 2.5): -Nhĩm các quá trình oxi hố nâng cao khơng nhờ tác nhân ánh sáng (Advances Non – Photochemical Oxidation Process – ANPO) -Nhĩm các quá trình oxi hố nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng (Advances Photochemical Oxidation Process – APO) Bảng 2.5: Phân loại các quá trình oxi hố nâng cao Nhĩm quá trình Tên quá trình Các quá trình oxi hố nâng cao khơng nhờ tác nhân ánh sáng (Advances Non – Photochemical Oxidation Process – ANPO) Quá trình Fenton Quá trình Peroxon Quá trình Catazon Quá trình oxi hố điện hố Quá trình Fenton điện hố Quá trình siêu âm Quá trình bức xạ năng lượng cao Các quá trình oxi hố nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng (Advances Photochemical Oxidation Process – APO) Quá trình UV/H2O2 Quá trình UV/O3 Quá trình UV/H2O2 + O3 Quá trình VUV/H2O Quá trình quang Fenton Quá trình quang Fenton biến thể Quá trình quang xúc tác bán dẫn UV/TiO2 2.3.7.5 Tình hình nghiên cứu và áp dụng các quá trình oxi hố nâng cao hiện nay : Nhờ những ưu thế nổi bật trong việc loại bỏ chất ơ nhiễm hữu cơ, đặc biệt những vi chất ơ nhiễm hữu cơ khĩ phân huỷ (POP), trong việc khử trùng an tồn và triệt để, cơng nghệ cao dựa trên các quá trình oxi hố nâng cao dựa trên gốc tự do *OH được xem như chìa khố vàng để giải bài tốn đầy thách thức của thế kỷ cho ngành xử lý nước và nước thải hiện nay. Đĩ là lý do tại sao các quá trình AOP cịn được gọi là các quá trình xử lý nước của thế kỷ 21. Ngày nay, phương pháp oxi hố tiên tiến được ứng dụng rộng rãi tại các nước phát triển. Trong các nhà máy sản xuất nước sinh hoạt từ nước mặt hoặc nước ngầm, phương pháp oxi hố tiên tiến được dùng để phân huỷ các hợp chất hữ u cơ vi ơ nhiễm như PAH, các hợp chất của phenol, PCB’s, thuốc trừ sâu,…để đạt đến giới hạn cho phép. Trong các ngành cơng nghiệp dệt nhuộm, thực phẩm, hố chất, … Các phương pháp này được dùng để xử lý chất thải độc hại, khĩ phân huỷ. Kết quả đạt được từ những ứng dụng này cĩ thể nĩi là những thành tựu đáng ngạc nhiên của ngành khoa học mơi trường. Dưới đây là một vài ví dụ dẫn chứng: Tại các quốc gia Châu Au, các cơng nghệ xử lý nước nhiễm độc chất, thuốc trừ sâu,…theo phương pháp O3/H2O2 được đưa vào sử dụng trong hơn 90 nhà máy. Ở Tây Ban Nha, hai hệ thống xử lý nước thải chứa các hố chất độc hại như phenol, polyclorophenol, thuốc diệt cỏ 2,4 – D, dicloroaxetic axit, benzofuran,…đã được lắp đặt, Hai hệ thống này hoạt động theo phương pháp xúc tác quang hố, sử dụng TiO2 và năng lượng mặt trời. Mỗi hệ thống gồm nhiều modul lắp nối thành serie cĩ gắn các collector hình parabol, mỗi modul cĩ diện tích 32 m2, cơng suất xử lý đạt 0.5 – 3 m3/h. Nhà máy xử lý nước theo phương pháp oxi hố tiên tiến cĩ quy mơ lớn nhất hiện nay (30 MGD) đã được xây dựng ở Pháp để loại các hp chất bảo vệ thực vật khỏi nước sơng Seine nhằm đạt mục tiêu chuẩn nước uống. Theo thống kê, đến năm1994, tại Mỹ đã cĩ hơn 200 nhà máy lắp đạt cơng nghệ xử lý nước theo phương pháp oxi hố tiên tiến. Chẳng hạn, quy trình Peroxoe với quy mơ 3 MGD dùng để loại trừ tricloroetylen (TCE) và tetracloroetylen (PCE) đã được lắp đặt tại thành phố Los Angeles. Hoặc quy trình O3/UV đã được triển khai ở thành phố South Gate, bang California. Nhiều cơng nghệ xử lý nước theo phương pháp oxi hố tiên tiến cũng được lắp đặt ở Đài Loan, Nhật Bản. Tuy nhiên, cũng như nhiều phương phap khác, phương pháp oxi hố tiên tiến chưa phải là hồn hảo. Nhược điểm lớn nhất của chúng là đắt tiền và địi hỏi kỹ thuật cao. Ngồi ra, phản ứng giữa gốc HO* và các chất hữu cơ khơng cĩ tính chọn lọc nên sản phẩm phụ được sinh ra trong quá trình xử lý khĩ kiểm sốt. Do đĩ, cần phải cĩ sự nghiên cứu cụ thể trên từng đối tượng trước khi đưa vào ứng dụng thực tế. Bảng 2.6: Một số chất ơ nhiễm trong nước và nước thải cĩ thể xử lý bằng các quá trình oxi hố nâng cao Tên chất ơ nhiễm Tên chất ơ nhiễm Các amino axit Các thuốc kháng sinh Asen Crom Coliform Các sản phẩm phụ khi khử trùng bằng clo Nước thải chưng cất cồn, rượu Nước thải sản xuất sợi thuỷ tinh Nước thải bệnh viện Hố chất bảo vệ thực vật Nước thải sản xuất giấy Craft Các chất hữu cơ thiên nhiên Nước thải khai thác dầu thơ Nước thải sản xuất dầu oliu Nước thải chứa phenol Nước thải ngành in Trinitrotoluen (TNT) MTBE Nước thải thuộc da Bùn cống rãnh đơ thị Nước thải sản xuất thuốc bảo vệ thực vật Các chất hữu cơ bay hơi (VOC) Nước thải sản xuất bột giấy Cryptosporidium Các cĩ màu vàng vàa mùi vị khĩ chịu Nước thải chế biến cao su Nước thải sản xuất hố chất đặc biệt Các chất mùn và humic Nước thải mạ niken Xyanua Escherichia coli Nhựa phenolic Nước thải ngành nhuộm Các chất hữu cơ bền vững (POP) 2.3.7.6 Quá trình Fenton 2.3.7.6.1 Giới thiệu chung về quá trình Fenton Năm 1984 trong tạp chí Hội hố học Mỹ đã cơng bố cơng trình nghiên cứu của tác giả J. H. Fenton, trong đĩ ơng quan sát thấy phản ứng oxi hố axit malic bằng hydrogen peroxit đã được gia tăng mạnh khi cĩ mặt các ion sắt. Sau đĩ, tổ hợp H2O2 và muối Fe2+ được sử dụng lam tác nhân oxi hố rất hiệu quả cho nhiều đối tượng rộng rãi các chất hữu cơ và được mang tên là “tác nhân Fenton” (Fenton Reagent). Khoảng bốn mươi năm sau, Haber và Weiss cho rằng gốc hydroxyl chính là chất oxi hố trong những hệ như vậy. Vào những năm 1940, Merz và Waters cơng bố hàng loạt cơng trình trong đĩ đã sử dụng sơ đồ phản ứng của Haber-Weiss cho thấy các quan hệ tỷ thức cĩ thể sử dụng để xác định khả năng chấp nhận tương đối của các hợp chất khác nhau với gốc hydroxyl và sự biến đổi của các gốc trung gian tạo ra sau đĩ. Những năm về sau, hệ xúc tác Fenton được nghiên cứu rất mạnh và được phát triển rộng hơn bằng những cơng trình của Walling, C. (1975), Barb, W.G.et al. (1951.b) và De Laat, J. et al (1999) khơng những ở dạng tác nhân Fenton cổ điển (H2O2/Fe2+) mà cịn sử dụng những kim loại chuyển tiếp và phức chất của chúng như Fe(II), Fe(III), Cu(I), Cu(II) và Ti(III) tác dụng với H2O2 để tạo ra gốc *OH, được gọi chung là các tác nhân kiểu như Fenton (Fenton-like Reagent) Mặc dù tác nhân Fenton đãđược biết hàng thế kỷ nay và thực tế đã chứng minh là một tác nhân oxi hố rất mạnh do sự hình thành gốc hydroxyl *OH trong quá trình phản ứng, những cơ chế của phản ứng Fenton cho đến nay vẫn cịn đang tranh cãi, thậm chí cĩ ý kiến trái ngược phản bác. Chẳng hạn, trong khi tuyệ đại đa số nhà nghiên cứu thừa nhận sự hình thành gốc hydroxyl *OH là nguyên nhân của khả năng oxi hố cao của tác nhân Fenton, nhưng vẫn cĩ ý kiến nghi ngờ về sự hình thành gốc hydroxyl đĩ [Bossmann, S.H. et al, 1998; Kremer, M.L. 1999] Quá trình Fenton dạng cổ điển nĩi chung cĩ hiệu quả cao trong khoảng pH 2 – 4, cao nhất ở pH khoảng 2,8. Do đĩ, trong điều kiện xử lý nước thường gặp (pH 5 – 9), quá trình xảy ra khơng cĩ hiệu quả. Nguyên nhân vì bấy giờ ion Fe2+ cĩ xu hướng tạo thành kết tủa feric oxyhydroxit hoạt tính rất thấp. Tuy nhiên, nếu thêm vào hệ một số phối tử (ligand) hữu cơ nào đĩ cĩ thể tạo thành phức chất Fe(III) hữu cơ thì quá trình cĩ thể xảy ra ở pH cao hơn. Lý do vì phức Fe(III) với các phối tử hữu cơ cĩ thể tao được trong nước nên hạn chế sự mất mát ion Fe bị kết tủa dưới dạng oxyhydroxit. Hơn nữa, phức Fe(III) hữu cơ rất hoạt động khi cĩ ánh sáng và rất dễ tạo thành Fe(II) nên giúp cho quá trình Fenton đạt hiệu quả cao. Đĩ chính là bản chất của quá trình photo Fenton. Điều này cĩ ý nghĩa quan trọng khi áp dụng quá trình Fenton vào thực tế do tránh được mơi trường pH thấp. Tuy nhiên vẫn khơng tránh khõi vấn đề phải tách các ion sắt ra sau khi xử lý. Những nghiên cứu vế quá trình Fenton dị thể xảy ra trên các chất xúc tác sắt rắn như Goethite (a-FeOOH) đã giải quyết vấn đề này, đồng thời cĩ thể tiến hành quá trình Fenton ngay ở pH trung tính. Quá trình Fenton cĩ ưu việt ở chỗ các tác nhân H2O2 và muối sắt tương đối rẻ và cĩ sẵn, đồng thời khơng độc hại, dễ vận chuyển, dễ sử dụng trong khi đĩ hiệu quả oxi hố được nâng cao hơn rất nhiều so với H2O2 sử dụng một mình. Ap dụng quá trình Fenton để xử lý nước và nước thải cĩ thể dẫn đến khống hố hồn tồn các chất hữu cơ thành CO2, H2O và các ion vơ cơ. Tuy nhiên, trong điều kiện đĩ phải sử dụng rất nhiều hố chất làm cho chi phí xử lý cao. Do vậy, trong nhiều trường hợp chỉ nên áp dụng quá trình Fenton để phân huỷ từng phần, chuyển các chất hữu cơ khơng thể hoặc khĩ phân huỷ sinh học thành các chất mới cĩ khả năng phân huỷ sinh học nhằm cĩ thể áp dụng thuận lợi quá trình xử lý sinh học tiếp sau. 2.3.7.6.2 Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl *OH và động học các phản ứng Fenton. Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác ion Fe2+ Hệ tác nhân Fenton cổ điển là một hỗn hợp gồm các ion sắt hố trị 2 (thơng thường dùng muối FeSO4) và hydrogen peroxit H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra các gốc tự do hydroxyl *OH, cịn ion Fe2+ bị oxi hố thành ion Fe3+ Fe2+ + H2O2 à Fe3+ + *OH + OH- (1) Phản ứng này được gọi là phản ứng Fenton vì Fenton là người đầu tiên đã mơ tả quá trình này năm 1984. Ngày nay phản ứng Haber-Weiss được biết đến chính là một thí dụ đặc biệt của phản ứng Fenton Những phản ứng cĩ thể xảy ra trong quá trình Fenton và hằng số tốc độ các phản ứng đã được nhiều tác giả xác định như sau (bảng 2.7): Bảng 2.7: Các phản ứng chủ yếu trong quá trình Fenton Phản ứng Phương trình phản ứng Hằng số tốc độ phản ứng, k l.mol-1.s-1 Theo tác giả 1 Fe2+ + H2O2 à Fe3++ *OH + OH- 63 Gallard, 1998 2 Fe3+ + H2O2 à Fe2+ + H+ + *HO2 £ 3x10-3 Pignatello, 1992 3 *HO + Fe2+ à OH- + Fe3+ 3x108 Dorfman, 1973 4 *HO + H2O2 à H2O + *HO2 1,2x107 Butxon, 1988 5 Fe2+ + *HO2 à Fe3+ + HO2- 1,2x106 Rush, 1985 6 Fe3+ + *HO2- à Fe2+ + O2 + H+ 2,0x103 Rush, 1985 Những phản ứng trên chứng tỏ tác dụng của sắt đĩng vai trị là chất xúc tác. Quá trình khử Fe3+ thành Fe2+ như mơ tả trong phản ứng (2) xảy ra rất chậm, hằng số tốc độ k rất nhỏ so với phản ứng (1), vì vậy sắt tồn tại sau phản ứng chỉ ở dạng Fe3+ Theo Walling, C. (1975) gốc tự do hydroxyl *OH sinh ra cĩ khả năng phản ứng với Fe2+ và H2O2, nhưng quan trọng nhất là cĩ khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ (RH) tạo thành các gốc hữu cơ cĩ khả năng phản ứng cao, từ đĩ sẽ phát triển tiếp tục kiểu dây chuỗi: *HO + Fe2+ à OH- + Fe3+ (3) *HO + H2O2 à H2O + *HO2 (4) *HO + RH à *R + H2O (7) Các gốc *R cĩ thể oxi hố Fe2+ theo phương trình (8), khử Fe3+ theo phương trình (9) hoặc dimer hố theo phương trình (10) *R + Fe2+ à Fe3+ + RH (8) *R + Fe3+ à Fe2+ + “sản phẩm” (9) *R + *R à “sản phẩm” (dimer) (10) Gốc *HO2 cĩ thể tác dụng trở lại với Fe2+ và Fe3+ theo kiểu như sau *HO2 + Fe2+ à HO2- + Fe3+ (5) *HO2 + Fe3+ à H+ + O2 + Fe2+ (6) Tuy nhiên, như đã nĩi ở trên, cơ chế các phản ứng Fenton, đặc biệt sự tạo thành các sản phẩm trung gian cũng như sự hình thành gốc hydroxyl *OH vẫn cịn nhiều tranh cãi. Theo Bossman et al. (1998), kremer (1999), các sản phẩm trung gian cĩ thể là phức chất Fe(II). H2O2 hydrat hố và ion feryl Fe(IV)O2+ vì thuận lợi hơn về mặt nhiệt động. Theo Kremer (1999), cơ chế phản ứng Fenton được đề nghị như sau: Fe2+ + O2 + H2O + H2O2 Fe2+ + H2O2 [Fe2+ - H2O2] FeO2+ +Fe2+ - Fe3+ + Fe3+ 2Fe3+ + 2OH- {FeOFe]5+ Fe2++ Fe3+ + O2 + H2O2 + H2O2 Cơ chế phản ứng theo đề nghị của Kremer (1999) Theo Kremer (1999), ion FeO2+ đĩng vai trị như tác nhân oxi hố (chứ khơng phải gốc hydroxyl) và cĩ thể phản ứng (theo cơ chế khơng do gốc tự do) với các tác nhân khử loại HA hoặc H2A theo cách sau: FeO2+ + HA à A + Fe3+ + OH- (11) FeO2+ + H2A à A + Fe2+ + H2O (12) Kremer (1999) cũng cho rằng chất trung gian [FeII.H2O2] cĩ thể tham gia trực tiếp vào quá trình oxi hố. Ý kiến trên đây cho thấy cơ chế chính xác của quá trình Fenton vẫn đang hồ nghi, chưa được thuyết phục đối với một số nhà khoa học. Tuy vậy, tuyệt đại đa số đều nhất trí cao với cơ chế phản ứng Fenton xảy ra theo các phưong trình nêu ra trong bảng 15 và thừa nhận vai trị của gốc hygroxyl tạo ra trong phản ứng Fenton. Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác ion Fe3+ Phản ứng (2) xảy ra xem như phản ứng phân huỷ H2O2 bằng chất xúc tác Fe3+ và tạo ra Fe2+ để sau đĩ tiếp tục xảy ra theo phản ứng (1) hình thành gốc tự do hydroxyl *OH theo phản ứng Fenton. Tuy nhiên, tốc độ ban đầu của phản ứng oxi hố bằng tác nhân H2O2/Fe3+ chậm hơn rất nhiều so với tác nhân Fenton H2O2/Fe2+. Nguyên nhân vì trong trường hợp này Fe3+ phải được khử thành Fe2+ trước khi gốc hydroxyl hình thành. Phản ứng Fenton với chất xúc tác Fe3+ cịn cĩ thể xảy ra theo kiểu như sau: Fe3+ + H2O2 - H+ Fe-O2H2+ ßà Fe2+ + *HO2 (13) Fe3+ + *HO2 à Fe2+ + H+ + O2 (6) Với nguồn Fe2+ sinh ra này, quá trình sẽ xảy ra tiếp tục với H2O2 theo phản ứng Fenton (1) và tạo ra gốc hydroxyl *OH. Khi nghiên cứu cơ chế phản ứng của hệ H2O2/Fe3+ trong mơi trường pH axit, Gallard, H et al. (1998) và De Laat J.et al (1999) cho rằng các sản phẩm trung gian ủa hệ này là hai phức chất Fe(III) hydroperoxit cĩ dạng (i) FeIII(HO2)2+ và dạng (ii) FeIII(OH)(HO2)2+, cĩ thể xảy ra theo sơ đồ phản ứng sau: Fe3+ + H2O2 à FeIII(HO2)2+ + H+ (k = 3,1x10-3) (13) FeOH2+ + H2O2 à FeIII(OH)(HO2)2+ + H+ (k = 2x10-4) (14) Sự tạo thành các phức chất Fe(III) hydroperoxit xảy ra rất nhanh và cân bằng đạt được chỉ sau vài giây sau khi trộn Fe(III) và dung dịch H2O2. Một khi các phức chất trên hình thành sẽ xảy ra quá trình phân huỷ để tạo ra Fe2+ và HO2-: FeIII(HO2)2+ à Fe2+ + HO2- (15) FeIII(OH)(HO2)2+ à Fe2+ + HO2- + OH- (16) Trên cơ sở Fe2+ vừa sinh ra, phản ứng được tiếp tục xảy ra với H2O2 theo cơ chế Fenton cổ điển nĩi trên. Do đĩ về tổng thể, quá trình Fenton được xem như khơng phụ thuộc gì vào trạng thái hố trị hai hay ba của ion sắt 2.3.7.6.3 Những nhân tố ảnh hưởng Anh hưởng độ pH Trong phản ứng Fenton, độ pH ảnh hưởng rất lớn đến độ phân huỷ và nồng độ Fe2+, từ đĩ ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phản ứng và hiệu quả phân huỷ các chất hữu cơ. Khi các ion Fe(II) và Fe(III) ở trạng thái hồ tan nhưng khơng tạo phức với các phối tử hữu cơ, chúng cĩ thể tồn tại dưới dạng các phần tử bị thuỷ phân hoặc tạo phức với các phối tử vơ cơ khác tuỳ theo độ pH của dung dịch., nồng độ các ion sắt và các phối tử vơ cơ. Đối với dung dịch cĩ pH từ 2 –7 và trong dung dịch khơng cĩ các phối tử vơ cơ mạnh, các phần tử Fe(II) sẽ là Fe2+(aq) . Ở pH thấp hơn 3, đối với trường hợp ion Fe(III), chúng sẽ nằm dưới dạng Fe3+(aq) , khi pH đến sát 3, sẽ nằm dưới dạng Fe(OH)2+(aq) và khi nằm giữa 3 và 7, chúng sẽ nằm dưới dạng Fe(OH)+2(aq) . Vì vậy, trong mơi trường axit sẽ rất thuận lợi cho quá trình tạo gốc hydroxyl tự do *OH theo phản ứng (1), trong khi mơi trường ở pH cao, quá trình kết tủa Fe3+ sẽ xảy ra nhanh hơn quá trình khử của phản ứng (2), làm giảm nguồn tạo ra Fe2+, trở thành yếu tố hạn chế tốc độ phản ứng. Nĩi chung, phản ứng Fenton xảy ra thuận lợi khi pH từ 3 – 5, đạt được tốc độ cao nhất khi pH nằm trong khoảng hẹp trên dưới 3. Anh hưởng của tỷ lệ Fe2+ : H2O2 và loại ion Fe (Fe2+ hay Fe3+) Tốc độ phản ứng tăng khi tăng nồng độ H2O2, đồng thời nồng độ H2O2 lại phụ thuộc vào nồng độ chất ơ nhiễm cần xử lý, đặc trưng bằng tải lượng COD. Theo kinh nghiệm, tỷ lệ mol/mol H2O2 : COD thường 0,5-1 : 1 Mặt khác, thep phương trình (1) cho thấy tỷ thức phân tử của ion Fe2+ và H2O2 bằng 1, tức tỷ lệ mol/mol của Fe2+ : H2O2 là 1:1. Tuy vậy, trong thực tế khơng theo đúng tỷ thức trên. Ion Fe2+ và H2O2 khơng chỉ tác dụng để tạo ra gốc hydroxyl theo phản ứng (1) mà cịn xảy ra các phản ứng (3) và (4), kết quả làm tiêu hao gốc hydroxyl vừa tạo ra. Do vậy, nồng độ H2O2 và tỷ lệ Fe2+ : H2O2 cĩ ảnh hưởng đến sự tạo thành và sự mất mát gốc hydroxyl theo các phương trình nĩi trên, vì thế cĩ tồn tại một tỷ lệ Fe2+ : H2O2 tối ưu khi sử dụng. Tỷ lệ tối ưu này nằm trong khoảng rộng 0,3-1 : 10 mol/mol tuỳ theo đối tượng chất cần xử lý và do đĩ cần phải xác định bằng thực nghiệm khi áp dụng vào từng đối tượng cụ thể. Như đã phân tích ở trên, việc sử dụng ion Fe2+ hay Fe3+ khơng ảnh hưởng gì đến tác dụng xúc tác cho phản ứng Fenton. Tuy nhiên, khi sử dụng H2O2 với liều lượng thấp (< 10-15 mg/l H2O2), nên sử dụng Fe2+ sẽ tốt hơn. Anh hưởng các anion vơ cơ Một số anion vơ cơ thường cĩ trong nước ngầm và nước thải cũng cĩ thể làm giảm hiệu quả của quá trình Fenton, đặc biệt trong nưới thải dệt nhuộm vì trong quá trình nhuộm sử dụng rất nhiều hố chất trợ (auxiliary chemicals) cĩ nguồn gốc vơ cơ. Những anion vơ cơ thường gặp nhất là những ion cacbonat (CO32-), bicacbonat (HCO3-), ion clo (Cl-), những ion on này sẽ tĩm bắt các gốc hydroxyl *OH làm hao tồn số lượng gốc hydroxyl, giảm mất khả năng tiến hành phản ứng oxi hố hoặc cũng cĩ thể tạo thành những phức chất khơng hoạt động với Fe(III) như các gốc sunfat (SO42-), nitrat (NO3-), photphat (H2PO4-) cũng làm cho hiệu quả của quá trình Fenton giảm đi. Những chất tĩm bắt các gốc hydroxyl *OH được gọi chung là những chất tìm diệt gốc hydroxyl (hydroxyl scavengers). Những phản ứng săn lùng gốc hydroxyl của một số anion đặc trưng như sau: *OH + CO32- à *CO3 + HO- (k = 4,2x108 M-1s-1) (17) *OH + HCO3- à *HCO3 + HO- (k = 1,5x107 M-1s-1) (18) *OH + Cl- à *ClOH- (k = 4,3x109 M-1s-1) (19) Qua số liệu trên cho thấy, hằng số tốc độ phản ứng giữa *OH và ion cacbonat lớn hơn nhiều so với ion bicacbonat, vì vậy khi tăng pH, cân bằng của bicacbonat-cacbonat sẽ chuyển dịch theo hướng tạo thành cacbonat sẽ gây bất lợi cho phản ứng oxi hố nâng cao. Trong khi đĩ, cacbonic axit lại khơng cĩ tác dụng tĩm bắt các gốc hydroxyl, vì vậy trong trường hợp nếu độ kiềm cao, bằng cách chỉnh pH sang mơi trường axit để chuyển cân bằng cacbonat-bicacbonat từ cacbonat (chất tìm diệt gốc hydroxyl) dang cacbonic axit (khơng phải chất tìm diệt gốc hydroxyl), sẽ cĩ thể loại bỏ tác dụng kìm hãm tốc độ phản ứng của các ion cacbonat và bicacbonat. Nĩi chung, các ion clorua, cacnonat và bicacbonat thường cĩ ảnh hưởng kìm hãm tốc độ phản ứng nhiều nhất, trong khi đĩ các ion sulfat, phosphat hay nitrat cĩ ảnh hưởng ở mức độ thấp hơn. XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC: Phương pháp xử lý sinh học dựa trên nguyên tắc hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẫn nước. Do vậy, điều kiện đầu tiên và vơ cùng quan trọng là nước thải phải là mơi trường sống của xi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ cĩ trong nước thải. Các phương pháp sinh học xử lý nước thải Kị khí (anaerobic) Thiếu khí (anoxic) Hiếu khí (aerobic) Bùn họat tính Khử nitrat Đĩa quay sinh học Màng lọc sinh học Ao, hồ ổn định nước thải Bể lọc kị khí UASB Bể kị khí Hình 2.9 Các phương pháp sinh học xử lý nước thải Ao hồ sinh học: Xử lý nước thải trong các ao hồ ổn định là phương pháp xử lí nước đơn giản nhất. Phương pháp này khơng yêu cầu kĩ thuật cao, vốn đầu tư ít, chi phí hoạt động rẽ tiền, quản lý đơn giản và hiệu quả cũng khá cao. Quá trình xử lí theo phương pháp ao hồ sinh học khá đơn giản và được tĩm tắt như sau: Nước thải Loại bỏ cát, sỏi Các ao, hồ ổn định Nước đã xử lý Cơ sở khoa học của phương pháp là dựa vào khả năng tự làm sạch của nước, chủ yếu là vi sinh vật và các thủy sinh vật, các chất nhiễm bẩn bị phân hủy thành các chất khí và nước. Như vậy, quá trình tự làm sạch khơng phải đơn thuần nhất là quá trình hiếu khí, mà cịn cĩ quá trình tùy tiện và kị khí. Hình 2.10 Ao hồ sinh học Ao hồ hiếu khí. Ao hồ hiếu khí là loại ao nơng 0,3 – 0,5 m cĩ quá trình oxi hĩa các chất bẩn hữu cơ chủ yếu nhờ vào các vi sinh vật hiếu khí. Loại ao hồ này cĩ hồ làm thống tự nhiên và hồ làm thống nhân tạo. Hồ hiếu khí tự nhiên: oxi từ khơng khí dễ dàng khuếch tán vào lớp nước phía trên và ánh sáng Mặt Trời chiếu rọi, làm cho tảo phát triển, tiến hành quang hợp thải oxi. Để đảm bảo ánh sáng qua nước, chiều sâu của hồ phải nhỏ, thường là 30 – 40 cm. Do vậy diện tích của hồ càng lớn càng tốt. Tải trọng của hồ (BOD) khỏang 250 – 300 kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước từ 3- 12 ngày. Do ao nơng, diện tích lớn đảm bảo điều kiện hiếu khí cho tồn bộ nước trong ao. Nước lưu trong ao tương đối dài, hiệu quả làm sạch cĩ thể tới 80- 95% BOD, màu nước cĩ thể chuyển dần sang màu xanh của tảo. Hồ sục khuấy: nguồn cung cấp oxi cho vi sinh vật hiếu khí trong nước hoạt động là các thiết bị khuấy cơ học hoặc khí nén. Nhờ vậy, mức độ hiếu khí trong hồ sẽ mạnh hơn, điều độ và độ sâu của hồ cũng lớn hơn. Tải trọng BOD của hồ khoảng 400kg/ha.ngày. Thời gian lưu nước trong hồ khoảng 1- 3 ngày cĩ khi dài hơn. Hình 2.11 Hồ hiếu khí tùy tiện Ao hồ kị khí. Ao hồ kị khí là loại ao sâu, ít cĩ hoặc khơng cĩ điều kiện hiếu khí. Các vi sinh vật hoạt động sống khơng cần oxi khơng khí. Chúng sử dụng oxi ở dạng các hợp chất như nitrat, sulfat… để oxi hĩa các chất hữu cơ thành các axit hữu cơ, các loại rượu và khí CH4, H2S, CO2 … và nước. Ao hồ kị khí thường dùng để lắng và phân hủy cặn lắng ở vùng đáy. Loại ao hồ này cĩ thể tiếp nhận loại nước thải cĩ độ nhiễm bẩn lớn, tải trọng BOD cao và khơng cần vai trị quang hợp của tảo. Nước thải lưu ở hồ kị khí thường sinh ra mùi hơi thối khĩ chịu. Ao hồ hiếu- kị khí. Loại ao hồ này rất phổ biến trong thực tế. Đĩ là loại kết hợp hai quá trình song song: phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hịa tan cĩ ở trong nước và phân hủy kị khí cặn lắng ở vùng đáy. Đặc điểm của ao hồ này gồm cĩ 3 vùng xét theo chiều sâu: lớp trên là vùng hiếu khí, vùng giữa là vùng kị kí tùy tiện và vùng phía đáy sâu là vùng kị khí. Cánh đồng tưới và bãi lọc. Việc xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới và bãi lọc dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nhờ cĩ oxi trong các lỗ hổng và mao quản của lớp đất mặt, các vi sinh vật hiếu khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Càng sâu xuống lượng oxi càng ít và quá trình oxi hĩa các chất hữu cơ càng giảm xuống dần. Cuối cùng đến độ sâu ở đĩ chỉ diễn ra quá trình khử nitrat. Đã xác định được quá trình oxi hĩa nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu tới 1,5m.Vì vậy các cánh đồng tưới và bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi cĩ mực nước nguồn thấp hợn 1,5m so với mặt đất. Quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính với vật liệu tiếp xúc (Attached growth processes). Quá trình xử lý sinh học hiếu khí Attached Growth (AG) được sử dụng để loại bỏ chất hữu cơ trong nước thải. Quá trình AG bao gồm: lọc sinh học, lọc thơ, RBC (Rotating biological contactor), AGWSP (Attached growth Waste Stabilization Pond), bể phản ứng nitrate hố fixed-bed,… Đây là một dạng hồ sinh học kết hợp với bể lọc sinh học. Những vật liệu tiếp xúc được bố trí dọc theo chiều dài hồ tạo điều kiện cho vi khuẩn sinh trưởng trên bề mặt. Ơ tải trọng cao, sục khí cĩ thể được tiến hành một phần hoặc trên tồn bộ thể tích bể. Thời gian lưu nước thay đổi 4 giờ -3 ngày. Giá thể sinh vật dính bám là các sợi nhựa tổng hợp khá cứng được quấn xung quanh một lõi thép tráng kẽm. Kích thước loại nhựa tổng hợp tính từ lõi kẽm dài khoảng 50-70mm. Mỗi lõi kẽm được quấn trịn cĩ đường kính 80-100 mm. Hệ thống phân phối khí là các đá bọt hoặc các đường ống nhựa dẫn khí. Cột sinh học chứa đầy vật liệu bám dính là giá thể cho vi sinh vật sống bám. Nước thải được phân bố đều trên bề mặt lớp vật liệu bằng hệ thống khuấy hoặc vịi phun. Quần thể sinh vật sống bám trên giá thể tạo nên màng nhầy sinh học cĩ khả năng hấp phụ và phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Quần thể vi sinh vật này cĩ thể là vi sinh vật hiếu khí, nấm, tảo và động vật nguyên sinh. Ngồi ra cịn cĩ giun, ấu trùng, cơn trùng. Phần bên ngồi lớp màng nhầy (khoảng 0.1- 0.2mm) là lồi vi sinh hiếu khí. Khi vi sinh vật phát triển, chiều dày ngày càng tăng. Vi sinh vật lớp ngồi tiêu thụ hết lượng oxy khuếch tán trước khi oxy thẩm thấu vào bên trong. Vì vậy gần sát bề mặt giá thể, mơi trường kỵ khí hình thành. Khi lớp màng dày, chất hữu cơ bị phân hủy ở lớp ngồi, vi sinh sống gần bề mặt giá thể thiếu nguồn thức ăn và mất đi khả năng dính bám. Màng vi sinh tách khỏi giá thể nhiều hay ít tuỳ thuộc vào tải trọng hữu cơ và tải trọng thuỷ lực. Tải trọng hữu cơ ảnh hưởng đến tốc độ trao đổi chất trong màng nhầy. Tải trọng thuỷ lực ảnh hưởng đến rửa trơi màng. Phương pháp này cĩ thể sử dụng trong điều kiện hiếu khí hoặc trong điều kiện yếm khí. Bùn hoạt tính: Nguyên lý chung của quá trình bùn hoạt tính là oxy hố sinh hố hiếu khí với sự tham gia của bùn hoạt tính. Trong bể Aeroten diễn ra quá trình oxy hố sinh hố các chất hữu cơ trong nước thải. Vai trị ở đây là những vi sinh vật hiếu khí, chúng tạo thành bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính và nước thải tiếp xúc với nhau được tốt và liên tục, người ta khuấy trộn bằng máy khí nén hoặc các thiết bị cơ giới khác. Để các vi sinh vật khống hố sống và hoạt động bình thường phải thuờng xuyên cung cấp oxy vào bể. Oxy sẽ được sử dụng trong các quá trình sinh hố. Sự khuếch tán tự nhiên qua mặt thống của nước trong bể khơng bảo đảm đủ lượng oxy cần thiết, vì vậy phải bổ sung lượng khơng khí thiếu hụt bằng phương pháp nhân tạo: thổi khí nén vào hoặc tăng diện tích mặt thống. Trong thực tế người ta thường thổi khơng khí nén vào bể vì như vậy sẽ đồng thời giải quyết tốt hai nhiệm vụ; vừa khuấy trộn bùn hoạt tính với nước thải vừa bảo đảm chế độ oxy cần thiết trong bể. Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật khống hố cĩ khả năng hấp thụ và oxy hố các chất hữu cơ cĩ trong nước thải với sự cĩ mặt của oxy. Để bùn hoạt tính và nước thải tiếp xúc với nhau được tốt và liên tục, chúng cĩ thể được khuấy trộn bằng khí nén hoặc các thiết bị cơ giới khác. Các chất hữu cơ hồ tan, các chất keo phân tán nhỏ sẽ được chuyển hố và hấp phụ vào keo tụ sinh học trên bề mặt các tế bào vi sinh vật. Tiếp đĩ trong quá trình trao đổi chất, dưới tác dụng của nnhững men nội bào, các chất hữu cơ sẽ bị phân huỷ. Quá trình xử lý này gồm 3 giai đoạn: Giai đoạn khuếch tán và chuyển chất từ dịch thể tới bề mặt các tế bào vi sinh vật. Hấp phụ: khuếch tán và hấp thụ các chất bẩn từ bề mặt ngồi các tế bào qua màng bán thấm. Quá trình chuyển hố các chất đã được khuếch tán và hấp phụ ở trong tế bào sinh vật sinh ra năng lượng và tổng hợp các chất mới của tế bào. Hình 2.12 Bể Arotank Bể lọc sinh học (biofilter): Bể lọc sinh học là cơng trình trong đĩ nước thải được lọc qua lớp vật liệu cĩ kích thước hạt lớn. Bề mặt các hạt vật liệu đĩ được bao bọc bởi một màng sinh vật do loại vi sinh vật hiếu khí tạo thành. Sau khi lắng trong các bể lắng đợt 1 nước thải được cho qua bể lọc sinh vật. Ơ đĩ màng sinh học sẽ hấp phụ các chất phân tán nhỏ, chưa kịp lắng, cả các chất ở dạng keo và hồ tan. Các chất hữu cơ bị màng sinh vật giữ lại sẽ bị oxy hố bởi các vi sinh vật hiếu khí. Chúng sử dụng các chất hữu cơ, một phần để sinh ra năng lượng cần thiết cho sự sống và hoạt động, một phần để xây dựng tế bào ( nguyên sinh chất) và tăng kối lượng cơ thể. Như vậy một phần các chất bẩn hữu cơ bị loại khỏi nước thải, mặt khác khối lượng màng sinh vật hoạt tính trong vật liệu lọc đồng thời cũng tăng lên. Màng đĩ sau một thời gian già cỗi, chết đi và bị dịng nước mới và xĩi cuốn đi khỏi bể lọc. Thực chất quá trình oxy hố diễn ra trong bể lọc sinh vật cũng tương tự như các quá trình diễn ra ở cánh đồng tưới, cánh đồng lọc. Song nhờ những điều kiện nhân tạo thuận lợi đối với sự sống hoạt động của vi sinh vật hiếu khí nên các quá trình oxy hố sinh hố trong các bể sinh vật diễn ra mạnh hơn nhiều do đĩ kích thước cơng trình cũng nhỏ hơn nhiều. Theo chế độ làm việc các bể lọc chia ra làm 2 loại: bể lọc hoạt động theo chu kỳ và bể lọc hoạt động liên tục. Bể lọc hoạt động theo chu kỳ do cơng suất nhỏ, giá thành lại cao nên hiện nay hầu như được sử dụng. Theo cơng suất và cấu tạo, những bể lọc hoạt động liên tục được chia ra làm các loại: bể lọc sinh vật nhỏ giọt, bể lọc sinh vật cao tải (hay Aerophin); bể lọc sinh vật cĩ chiều cao lớn (tháp lọc sinh vật). Theo phương thức cung cấp khơng người ta chia ra các bể lọc với thơng giĩ tự nhiên và nhân tạo. Bể lọc sinh học hiện đại gồm những lớp vật liệu tiếp xúc cĩ khả năng thấm cao cho phép vi sinh vật bám dính và nước thải cĩ thể đi qua. Mơi trường lọc cĩ thể là đá, kích thước thay đổi từ 25 – 100 mm đường kính, chiều sâu lớp đá tuỳ theo thiết kế nhưng thơng thường từ 0,9 – 2,0 m trung bình là 1,8 m. Lọc sinh học cĩ thể dùng vật liệu lọc cải tiến là plastic, cĩ thể hình vuơng hoặc hình khác với chiều sâu thay đổi từ 9 –12 m. Bể lọc hình trịn nước được phân phối trên bằng thiết bị phân phối quay. Chất hữu cơ trong nước thải được phân hủy bởi quần thể sinh vật bám dính và chất liệu lọc. Chất hữu cơ trong nước thải được hấp phụ lên màng sinh học hoặc lớp nhầy. Ở lớp ngồi của lớp màng nhầy sinh học (0,1 –0,2 mm), chất hữu cơ sẽ được phân huỷ hiếu khí. Khi sinh vật tăng trưởng thì lớp màng nhầy tăng lên, và oxy khuếch tán được tiêu thụ trước khi nĩ cĩ thể thấm và chiều sau lớp màng nhầy. Do đĩ mơi trường kị khí sẽ nằm gần bề mặt lớp vật liệu lọc. Khi độ dày màng nhầy tăng, các chất hữu cơ hấp phụ được chuyển hố trước khi nĩ tiếp xúc với vi sinh vật gần bề mặt vật liệu. Kết quả vi sinh vật gần bề mặt vật liệu phải hơ hấp nội bào do khơng cĩ nguồn chất dinh dưỡng thích hợp của chất hữu cơ nước thải, và do đĩ mất khả năng bám dính. Sau đĩ màng nhầy này bị rửa trơi, màng nhầy mới được hình thành. Một số hình ảnh về hệ thống xử lý nước thải bằng bể lọc sinh học nhỏ giọt Hình 2.13 Bể lọc cĩ một lớp vật liệu lọc với nước chảy từ trên xuống Hình 2.14 Bể lọc cĩ hai lớp vật liệu lọc CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ XLNT 3.1 Thành phần và tính chất nước thải  Lưu lượng: 100 m3/ngày đêm Tính chất nước thải thể hiện ở bảng sau STT THƠNG SỐ Ơ NHIỄM Nồng độ đầu vào Nồng độ đầu ra QCVN 24-2009 Cột B 1 pH 9,8 5,5-9 2 BOD5 320 mg/l 50 3 COD 664 mg/l 100 4 SS 58 mg/l 100 Lượng nước thải trên thường chứa các thành phần thuốc trừ sâu, rất độc hại, đa phần là chất mạch vịng khĩ phân hủy sinh học. Vì vậy, chủ đầu tư dự kiến sẽ đầu tư một hệ thống xử lý nước thải tập trung cho dự án với cơng suất dự kiến khoảng 100 m3/ngđ nhằm xử lý nước thải đạt QCVN 24-2009 cột B trước khi dẫn về trạm xử lý tập trung của Khu cơng nghiệp Đức Hồ 1 3.2 Phân tích lựa chọn phương pháp xử lý nước thải cho xưởng sản xuất gia cơng đĩng gĩi thuốc bảo vệ thực vật: Mục tiêu lựa chọn cơng nghệ Đảm bảo nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn nguồn xả QCVN 24-2009 cột B Cơng suất xử lý theo yêu cầu thiết kế. Sản phẩm thứ cấp (khí thải mùi hơi) sinh ra từ các cơng đoạn được kiểm tra chặt chẽ và xử lý triệt để khơng gây ảnh hưởng đến mơi trường xung quanh. Tiết kiệm chi phí đầu tư xây dựng hệ thống. Chi phí vận hành hệ thống xử lý nước thải thấp nhất. Vận hành đơn giản. Kiến trúc xây dựng, lắp đặt phù hợp với cảnh quan mơi trường cơng ty. Thuận tiện cho viện nâng cơng suất xử lý khi cần thiết sau này. PHƯƠNG ÁN 1 SONG CHẮN RÁC BỂ NÉN BÙN KHỬ TRÙNG BỂ LẮNG TRUNG HỊA BỂ ĐIỀU HÒA AEROTANK NGĂN TIẾP NHẬN BỂ OXY HÓA NGUỒN TIẾP NHẬN (TCVN-5945-2005) MÁY ÉP BÙN Dd NaOH FeSO4.7H2O H2O2 + MnSO4 DD H2SO4 Máy thổi khí Máy thổi khí BỂ LẮNG II THUYẾT MINH CƠNG NGHỆ PHƯƠNG ÁN 1 Nước thải từ các cơng đoạn trong nhà máy được dẫn qua song chắn rác để loại bỏ các tạp chất thơ (nhãn mác, bao bì, …) rồi dẫn vào hố thu gom. Tại đây, nước thải được bơm tiếp tục sang bể điều hồ để điều hồ lưu lượng và nồng độ các chất ơ nhiễm đảm bảo cho các cơng trình xử lý phía sau. Trước khi qua bể oxy hĩa nước thải tiếp tục được châm axit H2SO4 để làm giảm pH xuống cịn 3 nhằm tạo điều kiện thích hợp để đi vào bể oxi hĩa bằng hệ chất Fenton nhằm oxi hĩa các hợp chất vơ cơ, các hợp chất khĩ phân hủy thành dễ phân hủy tạo điều kiện cho quá trình xử lý sinh học tiếp theo. Lúc này, ta bổ sung thêm chất oxi hĩa H2O2 và xúc tác KMnO4 và FeSO4.7H2O để phản ứng oxi hĩa diễn ra. Sau đĩ, nước được dẫn vào bể lắng trung hịa nhằm vừa lắng bùn từ bể oxi hĩa vừa đưa pH về trung tính . Sau đĩ nước thải đi vào bể Aerotank xử lý các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học.Tại đây, các chất hữu cơ cĩ trong nước thải được phân hủy bằng các vi sinh vật hiếu khí tồn tại ở dạng lơ lửng với mật độ cao ( bùn hoạt tính) trong điều kiện sục khí. Sự phân hủy chất hữu cơ diễn ra theo phương trình phản ứng sau: Chất hữu cơ + Vi sinh vật hiếu khí => H2O+ CO2 + sinh khối mới Hiệu xuất xử lý sau khi qua Bể sinh học hiếu khí bùn hoạt tính COD, BOD đạt khoảng 85-90%. Nước thải ra được đi qua bể lắng II để lắng bùn trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Bùn thải từ bể lắng II một phần được tuần hồn trở lại bể Aerotank, phần cịn lại sẽ cùng với bùn thải từ các bể lắng trung hịa được đưa sang bể nén bùn, lọc ép bùn. Tại đây, nước tách bùn được tuần hồn lại cho vào hố thu gom . Bùn từ nước thải sơn cĩ tính độc cao sẽ được mang đi chơn lấp hoặc xử lý bằng phương pháp đốt. Nước thải sau khi qua bể lắng II nước thải được đưa qua bể khử trùng để diệt các vi khuẩn gây bệnh. Nước thải sau bể khử trùng đảm bảo đạt tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải cơng nghiệp – QCVN 24 -2009, cột B. Nước sau xử lý sẽ theo hệ thống thốt nước của Cơng ty thốt vào hệ thống thốt nước chung của Khu cơng nghiệp Đức Hồ 1. Ưu điểm Đây là cơng nghệ xử lý nước thải cổ điển và đã được ứng dụng trong rất nhiều cơng trình xử lý nước thải cĩ quy mơ từ nhỏ đến lớn. Hiệu suất của hệ thống xử lý tương đối cao , khả năng khử BOD của hệ thống loại này cĩ thể đạt đến 90-95%, đảm bảo chất lượng nước sau xử lý luơn đạt yêu cầu. Cĩ thể xây dựng, lắp đặt theo từng đơn nguyên, dễ dàng nâng cơng suất PHƯƠNG ÁN 2 SONG CHẮN RÁC Nướ sau tách bùn BỂ NÉN BÙN KHỬ TRÙNG BỂ LẮNG TRUNG HỊA BỂ ĐIỀU HÒA BỂ BIOFOR NGĂN TIẾP NHẬN BỂ OXY HÓA NGUỒN TIẾP NHẬN (TCVN-5945-2005) Máy thổi khí Dd NaOH FeSO4.7H2O H2O2 + MnSO4 DD H2SO4 Máy thổi khí BỂ LẮNG II MÁY ÉP BÙN THUYẾT MINH CƠNG NGHỆ  BỂ BIOFOR : Quá trình xử lý hiếu khí cĩ sử dụng bùn hoạt tính với sự tham gia của các vi khuẩn hiếu khí sống lơ lửng. Các chất hữu cơ cĩ hại cho mơi trường sẽ được các vi khuẩn hiếu khí chuyển hĩa thành các chất vơ cơ (CO2, H2O) vơ hại. Trong quá trình xử lý một lượng lớn bùn hoạt tính (biomass) dư sinh ra sẽ được sử dụng như một nguồn phân bĩn cho cây trồng. Quá trình xử lý sinh học hiếu khí diễn ra tại bể BIOFOR. Tại bể BIOFOR một lượng oxy thích hợp được đưa vào bằng máy thổi khí thơng qua các đầu phân phối khí đặt ở đáy bể giúp cho quá trình sinh hĩa diễn ra nhanh hơn. Vi sinh vật hiếu khí sẽ tiêu thụ các chất hữu cơ dạng keo và dạng hồ tan để sinh trưởng. Vi sinh vật phát triển thành quần thể dạng màng VSV bám trên lớp vật liệu là những ống nhựa hình ruột gà. Quá trình chuyển hĩa vật chất cĩ thể xảy ra ở ngồi tế bào VSV cũng cĩ thể xảy ra trong tế bào VSV. Cả hai quá trình chuyển hĩa đều phụ thuộc rất lớn vào sự tiếp xúc các chất với tế bào VSV. Khả năng tiếp xúc càng lớn thì phản ứng xảy càng mạnh. Do đĩ trong hệ thống cơng nghệ này lắp đặt thêm hệ thống thổi khí. Khi khơng khí vào trong thiết bị gây ra những tác động chủ yếu sau: + Cung cấp oxy cho tế bào VSV + Làm xáo trộn dung dịch, tăng khả năng tiếp xúc giữa vật chất và tế bào + Phá vỡ thế bao vây của sản phẩm trao đổi chất xung quanh tế bào VSV, giúp cho quá trình thẩm thấu vật chất từ ngồi tế bào vào trong tế bào và quá trình chuyển vận ngược lại. + Tăng nhanh qúa trình sinh sản vi khuẩn + Tăng nhanh sự thốt khỏi dung dịch của các chất khí được tạo ra trong quá trình lên men. Khi lên men, VSV thường tạo ra một số sản phẩm ở dạng khí. Các loại khí này khơng cĩ ý nghĩa đối với hoạt động sống của VSV. Khi vi sinh vật phát triển mạnh sinh khối tăng, vi sinh vật già chết tạo thành các mảng chĩc ra khỏi giá thể (bơng bùn) trơi theo nước ra ngồi và được lắng ở bể lắng ly tâm. Cơ sở để lựa chọn phương án xử lý Hệ thống xử lý nước thải được thiết kế dựa trên cơ sở: Thành phần và tính chất của nước thải đầu vào Lưu lượng nước thải đầu vào Tính chất nguồn tiếp nhận Chi phí đầu tư Chi phí quản lý vận hành Diện tích mặt bằng Yêu cầu mức độ xử lý Nhận xét 2 phương án trên : Nhìn vào cơng nghệ xử lý của 2 phương án trên điều đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN 24-2009, loại B . Nhưng ở đây phương án 1 chọn phương pháp xử lý đĩ là phương pháp kết hợp xử lý sinh học theo nguyên tắc bùn hoạt tính. Phương án 2 là phương pháp xử lý sinh học theo nguyên tắc bùn màng sinh học So sánh 2 phương pháp: Phương pháp Ưu điểm Nhược điểm Phương pháp 1: Bể arotank Hiệu suất xử lý cao Tính ổn định và phục hồi sốc cao hơn cơng nghệ kỵ khí. Phục hồi và cung cấp oxy cho sinh vật nước. Cho phép đạt được những tiêu chuẩn khắc nghiệt về BOD Điều kiện vận hành địi hỏi tương đối nghiêm ngặt nên vận hành hệ thống phức tạp. Nước thải chứa các chất hữu cơ tương đối dễ phân huỷ, cĩ tải lượng hữu cơ khơng cao, nhạy cảm với sự thay đổi về tải lượng. Sinh ra nhiều bùn cặn, tốn kinh phí cho việc xử lý bùn Tiêu tốn nhiều năng lượng cho việc cấp khí Phương pháp 2: Bể Biofor Vận hành đơn giản Ít tốn thời gian Ít tốn năng lượng Nhờ lớp vật liệu nên thể tích bề mặt tăng, bể cĩ thể làm việc với tải trọng COD cao (5-15Kg COD/ngày) -Tiu tốn nhiều hố chất -Tốn km về bảo trì bảo dưỡng -Khả năng xử lý ơ nhiễm khơng cao bằng arotank -Hay bị cc sự cố tắc nghẽn -Thời gian đưa cơng trình vào hoạt động dài -Tốn kinh phí cho vật liệu bám dính Trên cơ sở phân tích các ưu nhược điểm của 2 phương án trên, ta chọn lựa phương án 1 vì nĩ hiệu quả và cĩ tính kinh tế hơn. CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN CÁC CƠNG TRÌNH ĐƠN VỊ Các thơng số đầu vào: Q=100m3 /ngày đêm =4,167 m3 /h =1,1574x10-3 m3/s = 1,157 l/s Qhmax = Qhtb x Kh = 4,167 x 2,5 = 10,42 (m3/h) = 2,89x10-3 (m3/s) Với Kh là hệ số vượt tải theo giờ lớn nhất. Chọn Kh = 2,5 . (TLTK [2]) 4.1 Tính tốn các cơng trình đơn vị trong phương án đã chọn 4.1.1. Song chắn rác: Sử dụng song chắn rác thơ và làm sạch bằng thủ cơng. Chọn tốc độ dịng chảy trong mương: vs = 0,3 m/s ((vs = 0,3 0,6 m/s) (TLTK [2]) • Giả sử độ sâu đáy ống cuối cùng của mạng lưới thốt nước bẩn: H = 0,7m • Chọn kích thước mương: rộng x sâu = B x H = 0,35m x 0,7m • Chiều cao lớp nước trong mương là: Lấy độ sâu lớp nước ở SCR bằng độ đầy tính tốn của mương: h1 = 0,03 (m) Số khe hở SCR được tính theo cơng thức: n = (TLTK [1]) Trong đĩ: n: Số lượng khe song h1: Độ sâu nước ở SCR (h1 = 0,03m) Qsmax: Lưu lượng nước thải ở giây lớn nhất vs: Vận tốc nước chảy qua SCR (vs = 0,3 m/s) b: Khoảng cánh giữa các khe hở (chọn b = 25 mm = 0,025m) k: Hệ số tính đến mật độ cản trở dịng chảy do hệ thống cào rác (chọn k =1,05) n = = = 14,5. Chọn n = 15 Chiều rộng SCR: Bs = S x (n – 1) + b x n Trong đĩ: S: Bề rộng song chắn (Chọn S = 10mm = 0,01m) (Bảng 9.3[2]) b: Khoảng cách giữa các khe song (b = 25mm = 0,025m) n: Số khe (n = 15) Bs = 0,01 x (15 – 1) + 0,025 x 15 = 0,515 (m) 0,5m Chiều dài đoạn kênh mở rộng trước SCR l1 = (TLTK [1]) Trong đĩ: : Gĩc nghiêng chỗ mở rộng của buồng đặt SCR (chọn = 20o) Bs: Chiều rộng SCR (Bs = 0,5m) Bk: Chiều rộng mương (Bk = 0,35m) l1 = Chiều dài đoạn kênh mở rộng sau SCR: l2 = 0,5 x l1 = 0,5 x 0,2 = 0,1 (m) (TLTK [1]) Tổn thất áp lực khi nước qua SCR: hs = (TLTK [1]) Trong đĩ: v2max: Vận tốc dịng nước thải trước SCR g: Gia tốc trọng trường (g = 9,8 m/s2) k1: Hệ số tính đến sự tăng tổn thất do vương mắc rác ở SCR, k1 = 2 3, chọn k1 = 3 [2] : Hệ số sức cản cục bộ của SCR Xác định theo cơng thức: = 4/3 x sin [1] Trong đĩ: : Hệ số phụ thuộc vào tiết diện ngang của thanh Các tiết diện của thanh đan: b = 2,42 1,83 1,67 1,97 0,92 Chọn thanh cĩ = 1,83 : Gĩc nghiêng của song chắn so với hướng dịng chảy (chọn = 60o) [1] = x sin = 1,83 x= 0,467 hs = = 0,467 x x 3 0,03m = 30mm Chiều dài xây dựng của mương để lắp đặt SCR L = l1 + l2 + ls Trong đĩ: ls: Chiều dài phần buồng đặt SCR (ls = 1m) L = l1 + l2 + ls = 0,2 + 0,1 + 1 = 1,3m Chiều sâu xây dựng mương đặt SCR H = h + hs + hbv Trong đĩ: h: Chiều cao lớp nước trong mương hbv: Chiều cao bảo vệ (hbv = 0,5m) H = h + hs + hbv = 0,03+ 0,03 + 0,5 = 0,56m Chiều cao SCR Hs = = = 0,663m 0,7m Kết quả tính tốn song chắn rác Thơng số Ký hiệu Số liệu Đơn vị Mương dẫn Kích thước mương dẫn Bk x Hk 0,35 x 0,7 m Vận tốc chảy trong mương vs 0,3 m/s Song chắn rác Số thanh Chiều rộng Độ dầy n s 15 10 10 mm mm Khoảng cách giữa các thanh SCR b 25 mm Kích thước SCR (rộng x cao) Bs x Hs 0,5 x 0,7 m Gĩc nghiêng đặt SCR 60 độ Tổn thất áp lực hs 30 mm 4.1.2 Hố thu gom Thể tích hố thu nước V= Qmaxh × t = 10,42 x 30/60 = 5,21m3 Trong đĩ: Qmaxh: Lưu lượng giờ lớn nhất của dịng thải qua SCR , m3/h. t: Thời gian lưu nước, t = 10- 30 phút, chọn t = 30 phút. (TLTK [7]) Chọn chiều sâu hữu ích h = 1,5m, chiều cao an tồn lấy bằng chiều sâu đáy ống cuối cùng hf = 0,7m. Vậy chiều sâu tổng cộng : Htc = h + hf = 1,5m + 0,7m =2,2m • Chọn hố thu gom hình vuơng, chiều dài cạnh hố thu gom là : Vậy thể tích hố thu gom là : V = 1,61m x 1,61x 2,2m = 5,7m3 Chọn bơm chìm cĩ lưu lượng Qb = Qhtb = 4,167 m3/h=1,1574x10-3 m3/s. Cột áp của bơm Hb=5m. Trong đĩ H: Chiều cao cột áp, H =5 m ρ: Khối lượng riêng của nước (kg/m3) η: Hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93 , chọn = 0,8 Cơng suất bơm thực: (lấy bằng 120% cơng suất tính tốn) Nthực = 1,2 x N=0,071 x 1,2 =0,0852 KW Thơng số thiết kế Ký hiệu Đơn vị Giá trị Chiều cao xây dựng bể Htc m 2,2 Chiều dài bể L m 1,61 Chiều rộng bể B m 1,61 Thể tích bể V m3 5,21 Cơng suất bơm Nthực kW 0,852 4.1.3 Bể điều hịa Thể tích bể điều hồ V= Qh max x t = 10,42 x 4 = 40,68m3 t: Thời gian lưu nước trong bể điều hồ (4-8 giờ), Chọn t =4giờ (TLTK [7]) Kích thước xây dựng của bể điều hồ • Chọn chiều cao làm việc là : h = 3,5(m), chiều cao bảo vệ hbv = 0,3(m) • Diện tích ngang của bể điều hồ Chọn kích thước bể: L x B = 4 x 2,9 Thể tích bể điều hịa sau khi chọn lại kích thước: V= B x L x H = 2,9 x 4x 3,5 = 40,6 m3 Tốc độ khuấy trộn bể điều hồ Chọn khuấy trộn bể điều hồ bằng hệ thống thổi khí. Lượng khí nén cần cho thiết bị khuấy trộn: qkhí = R x Vdh(tt) = 0,9 x 40,6 = 36,54 m3/h Trong đĩ: R: Tốc độ khí nén, R = 10 – 15 l/m3.phút, chọn R = 15 l/m3.phút = 0,015 m3/m3.phút = 0,9 (m3 khí/m3 bể.h) Bảng 4.1:Các thơng số cho thiết bị khuếch tán khí Loại khuếch tán khí Cách bố trí Lưu lượng khí (1/phút.cái) Hiệu suất chuyển hố oxy Tiêu chuẩn ở độ sâu 4.6m,% Đĩa sứ - lưới Chụp sứ - lưới Bản sứ - lưới Ống plastic xốp cúng bố trí: Dạng lưới Hai phía theo chiều dài( dịng chảy xoắn hai bên) Một phía theo chiều dài( dịng chảy xoắn một bên) Ống plastic xốp mềm bố trí: Dạng lưới Một phía theo chiều dài Ống khoan lỗ bố trí: Dạng lưới Một phía theo chiều dài 11 – 96 14 – 71 57 – 142 68 – 113 85 – 311 57 – 340 28 – 198 57 – 198 28 – 113 57 - 170 25 – 40 27 – 39 26 – 33 28 – 32 17 – 28 13 – 25 25 – 36 19 – 37 22 - 29 15 - 19 (TLTK [2]) Chọn khuếch tán khí bằng đĩa sứ bố trí dạng lưới. Vậy số đĩa khuếch tán là: Chọn n = 10 đĩa Trong đĩ r : Lưu lượng khí, chọn r = 60 l/phút. đĩa = 3,6 m3/h Chọn đường ống dẫn và cách bố trí Lưu lượng khí cung cấp cho bể là: Qk = n x r = 10 x 3,6 = 36 ( m3/h) = 0,01 (m3/s) > qk Vậy: Lưu lượng khí cần cung cấp cho bể điều hịa = 0,01 (m3/s). Chọn 1 ống chính và 2 ống nhánh .Vận tốc khí trong ống vkk= 10 – 15 m/s ,cĩ thể chọn vkk = 10 m/s Đường kính ống chính : Chọn D = 35mm Đường kính ống nhánh Chọn d = 25mm Áp lực và cơng suất của hệ thống nén khí: Áp lực cần thiết cho hệ thống nén khí xác định theo cơng thức: Htc = (hd + hc) + hf + H Trong đĩ: hd: Tổn thất áp lực do ma sát dọc theo chiều dài trên đường ống dẫn hc: Tổn thất áp lực cục bộ, m hf: Tổn thất qua thiết bị phân phối, m H: Chiều cao hữu ích của bể điều hồ, H = 3 m Tổng tổn thất hd và hc thường khơng vượt quá 0.4m, tổn thất hf khơng vượt quá 0.5m, do đĩ áp lực cần thiết là: Htc = 0,4 + 0,5 + 3,5 = 4,4 m Áp lực khơng khí sẽ là: Cơng suất máy thổi khí tính theo cơng thức sau: Trong đĩ: qkk: Lưu lượng khơng khí, chọn qkk = 0,02m3/s n: Hiệu suất máy thổi khí, n = 0,7 – 0,9, chọn n = 0,8 (TLTK [7]) k: Hệ số an tồn khi sử dụng trong thiết kế thực tế, chọn n = 2. Chọn 2 máy thổi khí hiệu ShowFou - Series RLC – Taiwan, ký hiệu RLC – 40 cĩ cơng suất 2,2 kW, cột áp H = 5 m, 1 làm việc, 1 dự phịng. Tính tốn đường ống dẫn nước thải vào và ra khỏi bể. Lưu lượng nước thải: Qtbh= 4,167 m3/h Vận tốc nước thải trong ống: v = 0,3 – 0,7 m/s. Chọn loại ống dẫn nước thải là ống PVC,vận tốc nước thải trong ống vống = 0,7 m/s Đường kính của ống: Chọn ống PVC=50mm(nhựa Tiền Phong) Tính lại vận tốc nước chảy trong ống Bơm nước thải: Chọn hai máy bơm để bơm nước thải từ bể điều hịa sang bể lắng I. Một hoạt động một dự phịng. Trong đĩ H: Chiều cao cột áp, H =10 m ρ: Khối lượng riêng của nước (kg/m3) η: Hiệu suất chung của bơm từ 0,72 – 0,93 , chọn = 0,8 Cơng suất bơm thực: (lấy bằng 120% cơng suất tính tốn) Nthực = 1,2 x N=0,142 x 1,2 =0,1704 KW Chọn 2 bơm EBARA, ký hiệu DW VOX 75 cĩ cơng suất 0,2 KW hoạt động luân phiên. Tổng hợp tính tốn bể điều hịa Thơng số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Thời gian lưu nước của bể điều hồ t h 4 Chiều dài bể điều hồ L m 4 Chiều rộng bể điều hồ B m 2,9 Chiều cao bể điều hồ H m 3,5 Số đĩa khuyếch tán khí n đĩa 10 Đường kính ống dẫn khí chính D mm 35 Đường kính ống nhánh dẫn khí d mm 25 Đường kính ống dẫn nước vào , ra khỏi bể Dống mm 50 Cơng suất máy nén khí N kW 1,6 Cơng suất bơm nước thải Nthực kW 0,2 Giá trị đầu vào và đầu ra của các thơng số sau khi qua bể điều hịa Thơng số BOD5 (mg/l) COD (mg/l) SS (mg/l) Giá trị đầu vào 320 664 58 Hiệu suất xử lý (%) 15 15 0 Giá trị đầu ra (mg/l) 272 564,4 58 4.1.4 Bể Oxi hĩa Fenton Tính lượng axit H2SO4 cho vào bể Tại pH = 3 là điều kiện tối ưu cho keo tụ đối với nước thải sản xuất thuốc trừ sâu (TLTK[6]) Nước thải sản xuất thuốc trừ sâu cĩ pH = 9,8 khi đi đến bể oxi hĩa. Nồng độ ion [H+] trong nước thải ba