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