1.1 Đặc điểm chung
Lượng nước thải thực sự từ mỗi người hàng ngày gần tương đương với lượng nước tiêu thụ, chỉ khoảng 4 l/ ngày, khi đó hàm lượng chất rắn trong nước thải sẽ đạt trên 10 %. Tuy nhiên, trong cuộc sống hàng ngày, lượng nước sử dụng trên đầu người cao hơn nhiều lần, mức độ càng cao khi khả năng cung cấp càng lớn và càng giàu có càng tiêu thụ nhiều nước. Đó là nước dùng vào các mục đích vệ sinh, chuẩn bị đồ ăn thức uống hàng ngày. Trong quá trình thu gom và vận chuyển nước thải về nguồn nhận nước, các thành phần có khả năng sinh hủy bị biến đổi theo thời gian, các thành phần dễ sinh hủy bị phân hủy với tốc độ cao hơn so với các thành phần khó phân hủy nên thành phần tạp chất trong nước thải biến động cả về số lượng và nồng độ tạp chất theo thời gian và mang tính cục bộ (đặc thù) khá cao.
Nhìn chung, tại các thành phố lớn của các nước phát triển, mức độ sử dụng nước nằm trong khảng 150 – 200 lít / ngày trên đầu người. Tại các vùng nông thôn, mức độ sử dụng nước thường thấp hơn so với thành phố.
Trong sinh hoạt gia đình, nước thải bao gồm ba nguồn chính với lưu lượng gần ngang nhau: từ nhà vệ sinh, từ các hoạt động vệ sinh nhà cửa, tắm gội, từ giặt giũ và chuẩn bị cho ăn uống.
Thành phần tạp chất trong nước thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp rất phong phú, chẳng những từ điểm phát thải ban đầu mà còn là các sản phẩm chuyển hóa tiếp theo của chúng trong môi trường. Các thành phần tạp chất cũng có thể phân loại theo hậu quả mà chúng gây ra:
· Thành phần tiêu thụ oxy trong nước.
· Thành phần dinh dưỡng.
· Hợp chất gây hại, gây cảm giác khó chịu.
· Hợp chất hóa học có độc tính.
Các hợp chất tiêu thụ tiêu thụ oxy (BOD) làm cạn kiệt oxy của nguồn nước, phá hoại môi trường sống của thủy động vật. Thành phần dinh dưỡng (N, P) gây cho nguồn nước giàu dinh dưỡng, thúc đẩy tảo và thủy thực vật phát triển, dẫn đến hiện tượng phú dưỡng của nguồn nước. Các hợp chất gây cảm giác khó chịu và hại như ăn mòn, mùi hôi, gây màu, giảm thiểu quá trình trao đổi chất giữa nước và không khí. Các hợp chất gây độc có thể mang tính cấp tính hay lâu dài, gây ra các bệnh nguy hiểm như ung thư, thần kinh, biến đổi gien.
Phù hợp với mục đích của kỹ thuật xử lý nước thải thì thành phần gây ô nhiễm được phân loại theo tính chất hóa học, vật lý và sinh hóa của chúng.
Phân loại theo đặc trưng vật lý.
Đặc trưng vật lý của tác nhân gây ô nhiễm bao gồm các tiêu chí: trạng thái tập hợp, khối lượng riêng và mức độ phân tán.
Trạng thái của vật chất trong nước thải gồm ba dạng là khí, lỏng và rắn. Khí và chất rắn có thể nổi trên mặt nước hay phân tán trong nước dưới dạng hạt keo (chất rắn mịn, khó lắng) hay dạng nhũ, bọt khí. Tính chất nổi, chìm hay phân tán của chất rắn và lỏng trong nước trước hết phụ thuộc vào khối lượng riêng của nó so với của nước và mức độ phân tán (kích thước càng nhỏ thì độ phân tán càng cao). Mức độ phân tán có thể chia thành ba cấp: tan (tồn tại ở mức phân tử độc lập trong nước), chỉ tan một phần (dạng keo, ví dụ keo gelatin, lòng trắng trứng) và dạng huyền phù. Kích thước của các chất rắn trong nước thải nằm trong khoảng rất rộng, từ vài mm đến mức phần triệu mm (virus). Kích thước của chất rắn liên quan mật thiết đến biện pháp kỹ thuật tách chúng ra khỏi nước (kích thước lưới lọc rác, loại màng lọc).
Phân loại theo đặc trưng hóa học.
Trong nước thải, hầu như tất cả các nguyên tố hóa học bền đều có thể có mặt, tuy vậy không nhất thiết và cũng không thể nhận biết chúng một cách chi tiết được. Trước hết chúng được phân loại theo tiêu chí hợp chất vô cơ, hữu cơ. Hợp chất vô cơ bao gồm các thành phần không thuộc kim loại (nitrat, phosphat, sunfat), thành phần bán kim loại (borat, silicat…) và kim loại (muối Na, Cu, Ca…).
Hợp chất hữu cơ có thể phân loại theo cấu trúc hóa học của chúng (ví dụ chất hữu cơ mạch thẳng, mạch vòng, đồng phân, nhân thơm..). Cách phân loại đó phức tạp và thiếu tính thực tế trong công nghệ xử lý nước thải do sự tồn tại của hàng triệu chất hữu cơ đã biết cho tới nay. Cách phân loại thực tế và có ích hơn là theo nguồn gốc của chúng: từ tự nhiên hay thuộc loại nhân tạo. Tuy vậy cách phân loại này cung gặp những khó khăn vì nhiều loại hợp chất hữu cơ có trong thiên nhiên cũng được con người chế tạo và còn biến tính thành các hợp chất mới hữu dụng hơn. Đại diện cho các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên như mỡ, protein, carbohydrat, axit humic, tanin, lignin. Hợp chất hóa học tổng hợp có thể là chất tẩy rửa, nước gội đầu, xà phòng, hóa mỹ phẩm, hóa chất bảo vệ thực vật, chất màu công nghiệp.
Phân loại theo đặc trưng sinh hóa
Phân loại tạp chất trong nước thải theo phương diện sinh hóa dựa trên đặc điểm về tốc độ phân hủy chúng bởi vi sinh vật gây ra trong các hệ thống xử lý nước thải, ví dụ phân hủy nhanh (đường, rượu etanol, metanol), chậm (mỡ, protein), không phân hủy, bền trong môi trường tự nhiên (hợp chất hữu cơ chứa clo, một số loại thuốc trừ sâu), độc (dioxin).
Một vài điểm cần chú ý khi đánh giá ô nhiễm
Về phương diện nghiên cứu khoa học thì mức độ phân tích, nhận biết từng cấu tử và nồng độ của từng chất càng chi tiết càng tốt nhưng cho mục tiêu nghiên cứu xử lý nước thải thì sẽ tốn quá nhiều thời gian và tiền của cho các công việc đó, vả lại cũng không cần đến mức độ như vậy. Bởi vậy, việc đánh giá đặc trưng và mức độ ô nhiễm chỉ hạn chế trong một số chỉ tiêu thiết yếu trực tiếp giúp ích cho các mục đích cụ thể sau:
- Lập kế hoạch xây dựng hệ thống xử lý nước thải.
- Phục vụ vận hành hệ thống.
- Kiểm soát chức năng xử lý của các đơn vị công nghệ.
- Quan trắc tiêu chuẩn thải.
- Phục vụ thu phí nước thải.
- Đánh giá tác động gây hại của hệ thống xử lý và các thành phần ô nhiễm.
Trong thực tế, việc kiểm soát hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt không dựa trên một thành phần hợp chất riêng lẻ mà theo từng nhóm tạp chất có cùng một đặc trưng nào đó. Các bảng 6.1, 6.2, 6.3 trình bày một số đặc trưng đánh giá theo nhóm, một số thành phần ô nhiễm căn bản trong nước thải sinh hoạt và một số thông số hóa lý thường được sử dụng để đánh giá đặc trưng ô nhiễm của một nguồn thải phục vụ công nghệ xử lý.
Để phân tích các chỉ tiêu trên có khoảng 150 tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế được thiết lập và áp dụng. Việc áp dụng các tiêu chuẩn đánh giá khác nhau gây nhiều phiền phức khi phải so sánh các kết quả thu được từ các tiêu chuẩn khác nhau. Tìm mối tương hợp giữa các kết quả từ các đánh giá khác nhau có thể thỏa mãn một phần nhờ các tiêu chuẩn ISO.
Bảng 6.1 Tổng quát về các thông số ô nhiễm
| Thông số Đặc trưng Ví dụ |
| Thông số tổng Bao gồm tất cả các hợp chất Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) có cùng tính chất và cấu trúc hóa học Nhu cầu oxy hóa sinh hóa (BOD) Thông số theo nhóm Xác đinh theo nhóm chức Axit béo dễ bay hơi; đặc trưng cho một họ chất Dầu mỡ. họ phenol, chất tẩy rửa. Thành phần riêng rẽ Đặc trưng riêng Cl-, NH4+, NO2-. |
Bảng 6.2 Các thông số tổng thông dụng đặc trưng cho ô nhiễm.
| Thông số Đơn vị đo |
| Cặn sau khi đốt (tro) mg/l Cặn sau bốc hơi mg/l Hàm lượng chất rắn qua lọc mg/l Hàm lượng chất có thể lắng ml/l Tổng carbon hữu cơ (TOC) mg/l C Chất hữu cơ tan (DOC) mg/l C Tổng carbon vô cơ (TIC) mg/l C Nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) mg/l O2. Nhu cầu oxy hóa sinh hóa (BOD) mg/l O2. Nitơ trong hợp chất hữu cơ mg/l N Hợp chất hữucơ chứa clo có thể hấp phụ được (AOX) mg/l Độ kiềm, độ axit |
Bảng 6.3 Các thông số hóa lý thông dụng
| Thông số Đơn vị đo |
| Độ màu Pt/Co. Độ đục NTU, FTU. pH Độ dẫn điện mS/cm Độ hấp thụ tại sóng 254 nm (nhóm nhân thơm) m-1 Thế oxy hóa khử (ORP) mV Khối lượng riêng g cm -3 |
Giải nồng độ của các tạp chất trong nước thải nằm trong một khoảng rất rộng, từ cỡ mg/l (phần triệu, part per million, ppm), mg/l ( phần tỉ, part per billion, ppb) tới mức rất thấp là phần ngàn tỉ (ng/l). Mức độ nồng độ khác nhau đòi hỏi phương pháp phân tích thích hợp để có thể thu nhận được các giá trị tin cậy. Bảng 6.4 thống kê một số phương pháp phân tích phù hợp với đối tượng và vùng nồng độ của các tạp chất cần đánh giá.
Bảng 6.4 Phương pháp phân tích thông dụng
| Phương pháp Đối tượng phân tích Vùng nồng độ |
| Khối lượng Tạp chất qua lọc, sunfat mg/l, g/l Chuẩn độ Axit hữu cơ, COD, Cl-, NH4+ mg/l Đo quang CN-, Fe, NO2-, NO3-, Mn2+ mg/l, mg/l Độ dẫn điện Tổng thành phần tạp chất tích điện mS/cm Hiệu điện thế COD, pH, oxy tan, ORP, F- mV, mV Cực phổ EDTA, kim loại nặng mg/l, mg/l Phổ hấp thụ nguyên tử Kim loại nặng, nguyên tố đặc thù mg/l, mg/l Phổ phát xạ nguyên tử Kim loại nặng, nguyên tố đặc thù mg/l, mg/l Phổ hồng ngoại Hydrocarbon mg/l Sắc kí khí Chất hữu cơ, EDTA, hữu cơ chứa clo chất bảo vệ thực vật mg/l, mg/l Sắc kí lỏng hiệu năng cao, Chất bảo vệ thực vật, Nối ghép với khối phổ hữu cơ đa vòng thơm ng/l, mg/l Sắc kí trao đổi ion Cation, anion mg/l Thử enzym Ức chế của acetylcholinesterase Thử sinh học Cá, tảo |
Trong kỹ thuật xử lý nước thải, nồng độ các chất gây ô nhiễm thường được đo theo đơn vị g/ m3 (mg/l) và lượng chất thải (thải lượng) hay mức độ chịu tải đo theo khối lượng tạp chất mà một nguồn phát thải phát ra hay một hệ thống xử lý đảm đương trong một đơn vị thời gian (ví dụ tải lượng hữu cơ của bể xử lý yếm khí là 3kg BOD.m3. ngày-1)
Trong thực tế đời sống thì đại lượng phát thải (thải lượng riêng) tính theo đầu người thường hay được sử dụng, ví dụ mỗi ngày thải 30 g ure. Lượng thải riêng chia cho thể tích nước sử dụng của mỗi người là nồng độ của chất đó trong nước thải.
1.2 Đặc trưng hóa lý
Các đặc trưng hóa lý liên quan đến nước thải bao gồm: thành phần chất rắn, sự phân bố kích thước hạt theo độ lớn, độ đục, màu, mùi và độ dẫn điện.
pH
Đại lượng pH thể hiện hàm lượng axit hoặc kiềm trong môi trường nước. Giá trị pH cao thể hiện nồng độ kiềm lớn, pH thấp thể hiện hàm lượng axit cao. Giá trị pH được định nghĩa:
pH = - log [H+] (6-1)
Nồng độ của ion H+ tính theo mol/l. Một dung dịch axit có nồng độ H+ là 1,0 mol/l sẽ có giá trị pH = 0; một dung dịch kiềm có nồng độ OH- là 1,0 mol/l có giá trị pH = 14. Mối tương quan giữa nồng độ axit và kiềm trong một dung dịch bị chi phối bởi khả năng phân li của phân tử nước thành ion H+ và OH-:
H2O → H+ + OH- (6-2)
Tích số nồng độ của hai ion trên có giá trị không đổi, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, có giá trị 10-14 tại 25 oC:
W = [H+] . [OH-] = 10-14 (6-3)
Tương tự như định nghĩa pH, ta có pOH và:
pH + pOH = 14 (6-4)
Công thức (6-4) giúp cho việc tính toán nồng độ kiềm từ giá trị pH đo được. Ví dụ khi giá trị pH = 12 thì pOH = 2 và nồng độ kiềm là 10-2 mol/l, còn nồng độ H+ thì bằng 10-12 mol/l.
Giá trị pH là một đại lượng “rất mịn” dùng để thể hiện nồng độ axit và kiềm. Thông thường, các máy đo pH cho phép đọc giá trị pH sau đơn vị hai hoặc ba chữ số, trong khi pH = 5,0 và 6,0 thì nồng độ của ion H+ trong hai dung dịch trên là 10-5 và 10-6 mol/l. Nếu tính theo nồng độ thông dụng thì hai dung dịch trên có giá trị là 0,01 và 0,001 mg H+/l. Nước tự nhiên thường có pH nằm trong khoảng 6 – 9 đơn vị, ngoài khoảng giá trị đó rất có thể là do tính bất thường của nguồn nước (phèn, nước tại các vùng khai thác khoáng sản, nước suối nóng, ô nhiễm). pH ảnh hưởng đến nhiều đặc trưng khác của nước như khả năng bay hơi (chất bazơ yếu bay hơi ở pH cao, axit yếu bay hơi ở vùng pH thấp), kết tủa của kim loại nặng (kim loại nặng tan trong vùng pH thấp, kết tủa trong vùng cao, tan lại trong vùng pH cao hơn). pH cũng làm thay đổi bản chất hóa học của nhiều hợp chất hóa học trong môi trường nước.
Vi sinh vật hoạt động tối ưu trong một khoảng pH xác định, ví dụ loại oxy hóa amoni hoạt động có hiệu quả trong vùng pH 7,6 – 8,6.
Chất rắn
Nước thải chứa nhiều loại chất rắn có kích thước khá lớn cho đến kích thước của hạt keo (nhỏ hơn mm). Phân loại và nhận dạng chất rắn trong nước thải được trình bày trong bảng 6.5.
Bảng 6.5 Phân loại và nhận dạng chất rắn trong nước thải.
| Dạng chất rắn Mô tả |
| Tổng chất rắn Khối lượng chất rắn trong nước thải nằm lại khi cô cạn (total solids, TS) và sấy khô ở nhiệt độ 103 – 105 oC. Tổng chất rắn bay hơi Là lượng chất rắn hao hụt khi đốt cháy thành phần chất (total volatile solids, TVS) rắn tổng tại 500 ±50 oC. Tổng chất rắn cố định Là phần không cháy nằm lại khi xác định tổng chất rắn (total fixed solids, TFS) bay hơi (tro). Tổng chất rắn lơ lửng Một phần của tổng chất rắn thu được trên giấy lọc (kích (total suspended solids,TSS) thước 1,58 mm) và sấy khô ở nhiệt độ 103 – 105 oC. Chất rắn lơ lửng bay hơi Là lượng chất rắn hao hụt khi đốt cháy thành phần chất (volatile suspended solids,VSS) rắn lơ lửng tại 500 ±50 oC. Chất rắn lơ lửng cố định Là phần không cháy nằm lại khi xác định thành phần (fixed suspended solids, FSS) chất tổng chất rắn lơ lửng tại 500 ±50 oC. Tổng chất rắn hòa tan Là thành phần chất rắn trượt qua giấy lọc được cô cạn (total disolved solids, TDS) và sấy ở nhiệt độ xác định, là hiệu số của TS – TSS. TDS bao gồm cả thành phần tan và thành phần keo ; thành phần keo có kích thước nằm trong khoảng 0,001 đến 1 mm. Chất rắn tan bay hơi Là lượng chất rắn hao hụt khi đốt cháy thành phần (volatile dissolved solids,VDS) tổng chất rắn hòa tan tại 500 ±50 oC. Nó chính là hiệu số của TVS – TSS. Chất rắn tan cố định Là thành phần không cháy khi đốt tổng chất rắn hòa (fixed dissolved solids, FDS) tan tại 500 ±50 oC. Chất rắn có thể lắng Là thành phần chất rắn lơ lửng có thể lắng (tính (settleable solids) theo ml) sau một thời gian ấn định. |
Trong bảng 6.5 có một số chỉ tiêu được gọi là dạng bay hơi, là thành phần đặc trưng cho chất hữu cơ bị cháy khi đốt. Tuy vậy, khi đốt cháy thành phần cặn ở nhiệt độ 500 ±50 oC thì cũng có loại hữu cơ không cháy hết và một số chất vô cơ cũng bị phân hủy, ví dụ nhôm hydroxit Al (OH)3) khi nung ở nhiệt độ 450 oC thì tạo thành nhôm oxit (Al2O3) và nước (bay đi). Chất rắn tan cố định chính là thành phần vô cơ trong chất rắn, nó nằm lại khi bị đốt, đó là thành phần tro, chủ yếu là các dạng oxit của kim loại. Thành phần chất rắn có thể lắng thường xác định bằng cách sử dụng ống đong hình côn ở phía đáy (bình Imhoff) có thể tích 1000ml và thời gian để lắng là 60 phút. Đối với nước thải sinh hoạt thì khoảng 60 % lượng chất rắn dạng huyền phù có thể lắng trong thời gian đó.
Mặc dù là thông số hay được sử dụng để đặc trưng ô nhiễm cho nước thải nhưng thông số về chất rắn mang tính chủ quan khá cao vì trước hết nó phụ thuộc vào giai đoạn lọc (kích thước của lỗ xốp), thể tích mẫu nước lọc hay lọc tự động.
Độ đục
Độ đục của nước là đại lượng thể hiện khả năng tán xạ ánh sáng của nguồn nước do sự có mặt của các chất huyền phù và dạng keo trong đó như hạt đất sét, bùn mịn, mảnh vụn hữu cơ. Khi một chùm ánh sáng chiếu qua một môi trường nước chứa chất huyền phù thì đường truyền (thẳng) của tia sáng bị lệch hướng do “vấp ” phải các chất lơ lửng trong nước. Do bị tán xạ nên cường độ ánh sáng của chùm tia vào sẽ bị giảm (so với đường truyền), mức độ giảm càng cao khi thành phần bị tán xạ càng lớn, tức là khi độ đục càng cao.
Mức độ tán xạ ánh sáng không chỉ phụ thuộc vào mật độ hạt huyền phù (keo) trong nước mà còn phụ thuộc vào kích thước của hạt keo. Nhìn chung thì kích thước hạt keo nhỏ hơn 3 mm có mối liên quan với độ đục, thành phần đóng góp lớn nhất vào độ đục có kích thước nằm trong khoảng 0,1 – 1,03 mm. Nhìn chung, giữa nồng độ chất gây đục trong nước thải chưa xử lý và độ đục do chúng gây ra không có mối tương quan rõ ràng, tuy vậy đối với nước thải sau khi đã xử lý thì mối tương quan trên tốt hơn, có thể tính (tạm chấp nhận) mối quan hệ: nồng độ chất huyền phù (mg/l) = độ đục (NTU)x H; H là hệ số có giá trị nằm trong khoảng 2,0 – 2,7.
Máy đo độ đục theo phương pháp tán xạ ánh sáng (nephelometry) sử dụng chất polymer formazin làm chất chuẩn, do vậy đơn vị đo độ đục là NTU ( Nephelometry Turbidity Unit, NTU) hoặc theo chất chuẩn (Formazin Turbidity Unit, FTU).
Độ màu
Độ màu của nước hình thành là do sự có mặt của các chất huyền phù, chất keo và chất tan trong nước. Chất huyền phù (kích thước lớn hơn chất keo) gây nên màu giả, chất keo và chất tan mang màu gây ra màu thực. Khi đo màu thực của nước vì vậy cần phải lọc qua giấy có lỗ xốp qui định và phải điều chỉnh pH của nước trước khi đo. Tách các chất huyền phù trước khi đo màu có thể thực hiện bằng biện pháp ly tâm hoặc lọc. Đối với mẫu nước không lọc thì khi đo chỉ nhận được giá trị giả.
Đo độ màu thông dụng hiện nay dựa trên sự so sánh của mẫu nước cần đo với một dung dịch có độ màu biết sẵn, phương pháp so sánh với độ màu của hỗn hợp platin/ cobalt được xem là phương pháp tiêu chuẩn. Một đơn vị màu là độ màu tạo thành của 1,0 mg Pt/l nằm trong hợp chất chloroplatinat (K2PtCl6). Tỉ lệ giữa cobalt/ platin thay đổi để phù hợp với từng đối tượng đo. Phần lớn trong các máy đo quang đều có thể đo độ màu trực tiếp.
Thành phần màu ở trong nước có nguồn gốc đa dạng như từ nguồn thải, thấm từ đất và các sản phẩm phân hủy trong nước thải. Phụ thuộc vào thời gian tồn tại, các thành phần màu có bản chất khác nhau, đối với thời gian dài thì thành phần màu chủ yếu là các hợp chất axit humic, tanin phân hủy từ thực vật, ví dụ axit humic có màu vàng nhạt. Nước thải công nghiệp có thể chứa các thuốc nhuộm màu và các hợp chất của kim loại. Có thể sử dụng độ màu của nước để đánh giá tình trạng chung của một nguồn nước thải. Ví dụ , nước có màu nâu nhạt thì nước thải còn khá mới (tuổi thấp); nước có màu xám thì chứng tỏ trong đó đã xảy ra một số các quá trình phân hủy trong hệ thống thu gom nước thải trước đó; nước có màu xám đậm hoặc đen là nước đã qua giai đoạn yếm khí; nước rất đen có khả năng chứa thành phần sunfua.
Mùi
Mùi là thành phần dễ nhận biết và gây nhiều sự chú ý của cộng đồng. Nước thải mới ít gây mùi hôi, nhưng trở nên nặng mùi nếu tồn tại trong điều kiện yếm khí. Trong môi trường yếm khí sẽ hình thành một loạt các hợp chất hóa học có tính khử cao như axit béo dễ bay hơi, hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh và đặc biệt có mùi hôi khó chịu là sunfua hydro (mùi trứng thối). Do bản chất của các chất gây mùi hôi chủ yếu là các chất khử dạng axit yếu nên mùi hôi trở nên nặng nề hơn trong môi trường pH thấp do tỉ lệ cao của thành phần trung hòa.
Mùi hôi thường được xác định bằng phương pháp cảm quan, chỉ một số hợp chất gây mùi xác định có thể đo được bằng phương tiện máy móc. Một trong những biện pháp xác định mùi tổng thể là đo giá trị thế oxy hóa khử của nước chứa mùi hôi, nếu thế oxy hóa khử lớn hơn 150 mV thì không có mùi hôi, nhỏ hơn – 50 mV thì có mùi.
Độ dẫn điện
Độ dẫn điện của nước là đại lượng đặc trưng cho các thành phần tan, tích điện (dương và âm, cation, anion) trong nước. Chất hữu cơ tan trung hòa không đóng góp vào độ dẫn điện của nước. Do có mối liên quan trực tiếp giữa độ dẫn điện và nồng độ của các ion và các ion là thành phần chủ yếu của các chất tan trong nước nên trong các máy đo độ dẫn thường có thể đọc được cả nồng độ chất tan trong nước theo một tỉ lệ cố định nào đó giữa hai đại lượng trên. Đơn vị đo độ dẫn điện của Mỹ là micromhos trên cm (mmho/cm), theo hệ thống SI là milisiemens trên mét (mS/m). Mối tương quan giữa hai đại lượng trên là: 10 mmho/cm tương ứng với 1 mS/m.
Mối tương quan giữa nồng độ chất hòa tan với độ dẫn có thể tính gần đúng theo công thức:
TDS(mg/l) = 550 x độ dẫn điện (mmho/cm hay 1 mS/m) – 700 (6-5)
Mối tương quan trên không sử dụng được cho nước thải có nồng độ ion cao.
Độ dẫn điện là đại lượng rất cần thiết đối với mục đích tái sử dụng nước thải để tưới tiêu.
1.3 Tạp chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt được hiểu là các nguồn thải từ sinh hoạt trong gia đình, bệnh viện, trường học, công sở, khu vực vui chơi, giải trí và được tách khỏi nguồn nước mưa. Tại các thành phố lớn và đô thị nói chung, nước thải sinh hoạt có thể đã trộn lẫn với một số nguồn thải công nghiệp như nước thải sản xuất đồ uống, thực phẩm, giặt là của các cơ sở sản xuất nhỏ. Nước thải từ các khu vực dân cư tập trung, về nguyên tắc phải được thu gom thành dòng chung, dẫn ra khỏi khu vực qua hệ thống cống rãnh ngầm. Trong quá trình vận chuyển nước thải trong cống ngầm, một loạt các tạp chất bị phân hủy với mức độ phụ thuộc vào thời gian lưu thủy lực trong hệ thống cống và điều kiện thời tiết của vùng đó. Khi sử dụng các tài liệu về mức độ ô nhiễm từ các nguồn khác nhau cần chú ý đến đặc điểm trên, và chỉ nên xem đó là giá trị tham khảo. Ví dụ, các số liệu đánh giá của Mỹ và các nước châu Âu cho thấy mức độ sử dụng nước trung bình ở các nơi đó là 200 lít/ ngày cho một người, hàm lượng BOD nằm trong khoảng 200 – 300 mg/l, COD 350 – 450 mg/l, tổng nitơ 30 – 80 mg/l [3]. Tại thành phố Hà Nội, hàm lượng BOD rất ít khi vượt quá 120 mg/l, COD phần lớn nhỏ hơn 200 mg/l, tổng nitơ nằm trong khoảng 20 – 40 mg/l (trong nguồn nước thải trước khi xử lý của hai trạm xử lý tập trung Trúc Bạch, Kim Liên, Hà Nội, số liệu riêng). Sự khác biệt trên bắt nguồn từ rất nhiều nguyên nhân, từ thói quen sinh hoạt đến cơ sở hạ tầng, mức độ sử dụng nước và điều kiện khí hậu. Sự khác biệt về mức độ ô nhiễm của dòng nước thải sinh hoạt không chỉ xuất hiện khi so sánh giữa các nước với nhau mà còn giữa các vùng, miền khác nhau trong cùng một quốc gia. Ở vùng phía nam, nhiệt độ khá ổn định ở mức cao (30 oC) là điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật yếm khí (trong cống thải) phát triển, chúng có khả năng phân hủy khá sâu BOD, trong khi thành phần tổng nitơ và phospho hầu như không thay đổi, thậm chí còn tăng hơn do quá trình phân hủy của bản thân vi sinh vật tích lũy trong cống thải [1]. Trong điều kiện đó giá trị BOD, COD giảm mạnh và kéo theo là sự thây đổi tỉ lệ giữa BOD: N : P.
Đối với việc thiết kế hệ thống xử lý, thành phần và mức độ ô nhiễm của các chất gây ô nhiễm càng chi tiết càng tốt nhưng trong thực tế chỉ hạn chế ở các chỉ tiêu BOD, COD, amoni, tổng nitơ, tổng phospho và hàm lượng chất rắn không tan. Các chỉ tiêu trong bảng 6.6 nhìn chung là thỏa mãn cho việc thiết kế một hệ thống xử lý nước thải.
Bảng 6.6 So sánh mức độ ô nhiễm đặc trưng của nước thải chưa xử lý tại Mỹ và Anh [2]
| Thông số Mỹ (mg/l) Anh (mg/l) |
| pH 7,0 7,2 BOD 250 326 COD 500 650 TOC 250 173 Tổng chất rắn 700 - Chất rắn lơ lửng 220 127 Tổng nitơ 40 66 Nitơ trong hợp chất hữu cơ 25 19 Amoni +amoniac 25 47 Nitrit 0 0 Tổng phospho 12 15 Phospho hữu cơ 2 3 Phospho vô cơ 10 12 |
Giá trị trong bảng 6.6 cho thấy mối tương quan trực tiếp giữa BOD và tổng nitơ, trong tổng nitơ thì amoni chiếm khoảng 40 %. Amoni tạo thành do quá trình thủy phân protein và ure trong thời gian tồn tại trong hệ thống thu gom nước, thời gian càng dài thì tỷ lệ amoni càng cao. Lượng nitơ trung bình thải ra theo đầu người ở Anh và Mỹ là 5,9 g. ngày (chủ yếu trong nước tiểu), còn lượng phospho (chủ yếu trong phân) thì bằng khoảng 1/3 so với lượng nitơ với mức 1,4 kg/ năm cho một người.
Nồng độ hợp chất nitơ, photpho, chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt biến động theo lưu lượng nguồn nước thải: mức độ sử dụng nước của cư dân, mức độ tập trung các dịch vụ công cộng, thời tiết, khí hậu trong vùng, tập quán ăn uống sinh hoạt (thức ăn nguội, tự nấu nướng), thay đổi mạnh theo chu kỳ thời gian ngày tháng cũng như mức sống và tiện nghi của cộng đồng. Lượng chất thải vì vậy thường được tính theo đầu người (khối lượng khô) hoặc nồng độ sau khi đã được pha loãng với mức nước sử dụng trên đầu người (ở các nước công nghiệp khoảng 190 lít/người/ngày) hoặc trong các cống rãnh thải (450 lít/người/ngày). Nồng độ pha loãng được gọi là nồng độ tại điểm xả hoặc trong cống thải.
Rất đáng tiếc là ở Việt Nam
Bảng 6.7 Mức độ ô nhiễm nước thải sinh hoạt, tính theo khối lượng khô (m) trên đầu người trong ngày; tại điểm xả C(x) và tại cống rãnh C(R).
| Thông số | m (g/người/ngày) | C(x) (mg/l) | C(R) (mg/l) |
| BOD | 85 | 450 | 187 |
| COD | 198 | 1050 | 436 |
| Cặn không tan | 95 | 503 | 209 |
| NH3-N | 7,8 | 41,2 | 17,2 |
| TKN-N (tổng nitơ Kjeldahl) | 13,3 | 70,4 | 29,3 |
| P-Hữu cơ | 1,23 | 6,5 | 2,7 |
| P-Vô cơ | 2,05 | 10,8 | 4,5 |
| P-tổng | 3,28 | 17,3 | 7,2 |
Mức độ ô nhiễm nitơ và photpho trong nước thải từ bếp nấu ăn và từ các bể phốt cao hơn so với các giá trị đưa ra trong bảng 6.7 vì hình thái sinh hoạt ở các vùng, các địa điểm khác nhau sẽ ảnh hưởng đến đặc điểm ô nhiễm của nguồn thải, ví dụ khách sạn không có nhà ăn, trường học, các công sở, bệnh viện, khu du lịch, nghỉ mát có hình thức sinh hoạt khác nhau nên nước thải từ các nguồn có độ ô nhiễm cũng khác nhau. Giá trị ô nhiễm đặc trưng vì vậy chỉ có thể có được bằng cách đánh giá trực tiếp mang tính hệ thống. Nước thải sinh hoạt có nguồn gốc từ nhiều loại hình hoạt động, chúng thường được thu gom về các cống dẫn thải. Thành phần ô nhiễm và mức độ ô nhiễm đặc trưng của nước thải sinh hoạt từ cống dẫn thải được ghi trong bảng 6.8.
Bảng 6.8 Đặc trưng ô nhiễm nước thải sinh hoạt [3].
| Thành phần | Đơn vị | Nồng độ | |
| khoảng | đặc trưng | ||
| Chất rắn tan | mg/l | 350 - 1200 | 700 |
| Cặn không tan | mg/l | 100 - 350 | 210 |
| BOD | mg/l | 110 - 400 | 210 |
| TOC | mg/l | 80 - 240 | 160 |
| COD | mg/l | 250 - 1000 | 500 |
| Nitơ tổng (N) | mg/l | 20 - 85 | 35 |
| NH3-N | mg/l | 12 - 50 | 22 |
| P-tổng (P) | mg/l | 4 - 15 | 7 |
| P-hữu cơ | mg/l | 1 - 5 | 2 |
| P-vô cơ | mg/l | 3 - 10 | 5 |
Thành phần hữu cơ do người thải ra cũng có thể tính theo BOD tương đương với một người (person equivalent, population equivalent, PE). Giá trị tương đương tính theo kg BOD/ ngày trên đầu người. Giá trị tương đương có thể sử dụng để thiết kế hệ thống xử lý nước thải và cũng được sử dụng để đánh giá thải lượng ô nhiễm của các cơ sở sản xuất (ví dụ một trại chăn nuôi có thải lượng tương đương với 1000 người). Tại Anh, giá trị BOD tương đương trong nước thải là 0,055kg/(ngày. người), giá trị trên dao động trong khoảng 0,045 đến 0,077 phụ thuộc vào mật độ dân cư của vùng. Ở Mỹ giá trị trên là 0,052 trong các cống nước thải riêng lẻ và 0,063 trong các cống chung.
Để vi khuẩn phát triển bình thường trong một hệ thống xử lý hiếu khí cần có một tỷ lệ giữa BOD (C), nitơ và phospho tương ứng với các thành phần đó trong tế bào (bảng 3.6) và hiệu suất sinh khối. Đối với một hệ thống xử lý nước thải theo kỹ thuật bùn hoạt tính thì tỉ lệ thích hợp là BOD : N : P = 100 : 5 :1 (100 mg BOD/l, 5 mg N/l, 1 mg P/l). Giá trị đặc trưng của tỉ lệ trên trong nước thải chưa lắng vào khoảng 100 : 17 : 5 và cho nước thải sau lắng sơ cấp là 100 : 19 : 6, cả hai loại trên đều chứa dinh dưỡng (N, P) ở mức dư thừa đối với vi khuẩn hiếu khí. Nhu cầu nitơ đối với vi khuẩn hoàn toàn thỏa mãn nếu tỉ lệ BOD : N bằng hoặc nhỏ hơn 18 : 1, với tỉ lệ cao hơn 22 : 1 quá trình xử lý vẫn xảy ra nhưng với hiệu quả thấp.
Các chỉ tiêu mang tính tổng số thường sử dụng trong công nghệ xử lý nước thải gồm có COD, BOD và tổng carbon (TOC). Các chỉ tiêu trên đều thể hiện hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải.
Nhu cầu oxy hóa học.
Nhu cầu oxy hóa học thể hiện nồng độ chất hữu cơ trong nước thải, nó được xác định thông qua phản ứng oxy hóa khử. Thành phần carbon trong chất hữu cơ có tính khử hóa học, nó có khả năng cho điện tử trong một phản ứng với một chất oxy hóa. Lượng chất oxy hóa tiêu hao trong phản ứng với chất hữu cơ trong nước thải tính theo oxy phân tử tương ứng với nồng độ của nó và được gọi là nhu cầu oxy hóa học (chemical oxygen demand, COD).
Hai chất oxy hóa thường sử dụng để xác định hàm lượng chất hữu cơ trong nước là kali permanganat (KMnO4) và kali bicromat (K2Cr2O7). Hóa chất ban đầu thường được sử dụng để đánh giá hàm lượng chất hữu cơ trong nước sinh hoạt và đôi khi trong nước thải; khi đó giá trị được chú thích COD (Mn). Kali bicromat được sử dụng để đánh giá hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải.
Phản ứng của kali permanganat với chất hữu cơ xảy ra trong môi trường axit với thời gian phản ứng 10 phút ở nhiệt độ sôi của dung dịch (khoảng 100 oC). Trong môi trường đó, mangan hóa trị +7 giảm về hóa trị +2, tức là mỗi ion nhận 5 điện tử. Nguyên tử lượng của Mn là 54,9 g/ mol nên cứ 10,98 g (54,9/5) mangan trong KMnO4 sẽ nhận 1 mol điện tử từ chất hữu cơ. Một phân tử oxy có khối lượng là 32, bao gồm hai nguyên tử, mỗi nguyên tử oxy nhận hai điện tử trong phản ứng với một chất khử nào đó, vì vậy 8 g oxy cũng nhận 1mol điện tử, tương đương với 10,98g mangan trong kali permanganat. Cũng tương tự như vậy, crom trong bicromat có hóa trị +6 khi phản ứng với chất hữu cơ trong môi trường axit, nhiệt độ 150 oC, trong thời gian 2 giờ với sự tham gia của xúc tác bạc thì hóa trị của nó giảm về +3, tức là mỗi ion nhận 3 điện tử. Nguyên tử lượng của crom là 52 nên 17,33 (52/3) gam crom trong bỉcomat sẽ nhận 1mol điện tử, tương đương với 8 g oxy.
So sánh giá trị thu được khi sử dụng hai chất oxy hóa trên cho một nguồn nước thải thì giá trị đo được khi dùng kali permanganat sẽ thấp hơn do điều kiện thực hiện phản ứng nhẹ nhàng hơn rất nhiều so với khi sử dụng bicromat, nói cách khác là mức độ oxy hóa của chất hữu cơ trong nước thải với bicromat đạt mức sâu hơn, triệt để hơn, vì vậy thu được giá trị cao hơn. Cả hai phương pháp trên đều chứa sai số (dương) khi trong nước thải chứa các thành phần vô vơ có tính khử (Fe2+, Mn2+, H2S, Cl-…).
Ion Cl- là thành phần luôn có mặt trong nước tự nhiên và nước thải, khi đó nó bị oxy hóa thành dạng ion clo hoạt động (hóa trị +1), ví dụ trong HOCl. Trong môi trường có nồng độ Cl- cao có thể xác định COD(Mn) trong môi trường kiềm, khi đó mangan chỉ giảm xuống đến hóa trị +4 và không bị ảnh hưởng bởi Cl- vì thế oxy hóa khử của hệ không đủ cao. Quá trình phân tích thực hiện tiếp theo không bị tác động bởi sự xuất hiện của Mn(IV) với tư cách là chất trung gian, về nguyên tắc tương đương với giá trị khi thực hiện trong môi trường axit [ 5]
Nhu cầu oxy sinh hóa
Trong môi trường nước thải nếu oxy được cung cấp đầy đủ thì vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển hóa toàn bộ lượng hữu cơ trong đó. Trong hệ đó xuất hiện ít nhất là ba quá trình có thể phân biệt được. Một phần chất hữu cơ được vi sinh vật sử dụng thông qua quá trình oxy hóa với oxy để sản xuất năng lượng cho các hoạt động của tế bào và tổng hợp tế bào mới. Một lượng chất hữu cơ khác được sử dụng để tổng hợp tế bào cùng với nguồn năng lượng từ quá trình oxy hóa trên. Cuối cùng khi lượng chất hữu cơ bị cạn kiệt thì các tế bào mới tiêu thụ chính chúng để có năng lượng duy trì sự sống tiếp theo.Quá trình thứ ba gọi là hô hấp (phân hủy) nội sinh. Sử dụng công thức hóa học COHSN đặc trưng cho thành phần hữu cơ trong nước thải và C5H7NO2 cho tế bào thì ba quá trình trên có thể mô tả qua các phản ứng hóa học [3]:
Oxy hóa:
COHNS + O2 + vi khuẩn → CO2 + H2O + NH3
+ Sản phẩm khác + năng lượng (6-6)
Tổng hợp tế bào:
COHNS + O2 + vi khuẩn + Năng lượng → C5H7NO2 (6-7)
Hô hấp nội sinh:
C5H7NO2 + 5O2 → 5CO2 + H2O + NH3 (6-8)
Cả ba phản ứng trên đều tiêu hao oxy và tổng lượng oxy đó được gọi là nhu cầu oxy sinh hóa cuối cùng. Trong thực tế khi xác định oxy tiêu hao do các phản ứng sinh hóa thì chỉ xác định trong thời gian 5 ngày ở nhiệt độ 20 oC, khi đó lượng oxy tiêu hao được gọi là BOD520. Điều kiện thời gian 5 ngày tại 20 oC chỉ mang tính quy ước, tương ứng với thời gian lưu thủy lực của nước ở hầu hết các dòng sông của nước Anh và nhiệt độ của nước vào mùa hè tại đó.
Mặc dù là thông số khá thông dụng đặc trưng cho hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải, đại lượng BOD chứa rất nhiều khiếm khuyết, trước hết là nó không mang tính chất tương quan về tỉ lệ định lượng, một số độc tố trong nước thải có khả năng ức chế vi khuẩn, vi khuẩn không có khả năng hoặc rất chậm khi phân hủy nhiều hợp chất hóa học có cấu trúc phức tạp, thời gian và nhiệt độ thực hiện mang tính chủ quan, tính lặp lại của kết quả không cao đặc biệt trong vùng nồng độ thấp. Nó chỉ thích hợp để đặc trưng cho khả năng giảm oxy trong nguồn nước nhận.
Mặt khác, khi trong nước thải có mặt amoni thì quá trình nitrat hóa cũng xảy ra, tuy với mức độ hạn chế trong thời gian ngắn, nhưng cũng ảnh hưởng đến kết quả đánh giá. Để khắc phục yếu tố về thời gian, một vài nơi ở vùng có khí hậu nóng ấm, BOD được xác định trong thời gian 3 ngày tại 27 oC.
Tổng carbon hữu cơ
Tổng carbon hữu cơ (total organic carbon, TOC) là đại lượng đặc trưng cho hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải tính theo nguyên tố carbon. TOC được xác định trên thiết bị đặc thù, theo nguyên tắc là oxy hóa chất hữu cơ với sự có mặt của xúc tác thành khí carbonic và xác định lượng carbon thông qua khí carbonic.
Ba đại lượng đặc trưng cho chất hữu cơ trong nước thải COD, BOD và TOC có mối tương quan với nhau, tất nhiên do hạn chế cố hữu của từng phương pháp xác định nên tỉ lệ giữa chúng không chặt chẽ, tỉ lệ thường thấy trong nước thải sinh hoạt là COD : BOD : TOC = 1,0 : 0,7 :0,3 [4].
Đối với nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý, tỉ lệ BOD/COD nằm trong khoảng giá trị 0,3 – 0,8. Nếu giá trị trên lớn hơn 0,5 thì nguồn nước thải đó được xem là loại dễ xử lý theo phương pháp vi sinh. Nếu tỉ lệ trên thấp hơn 0,3 thì rất có thể trong nguồn thải có tồn tại một số hợp chất ức chế vi khuẩn hoặc khi xác định cần bổ sung thêm giống vi khuẩn đã được thuần dưỡng trong môi trường tương tự.
1.4 Tạp chất vô cơ
Trong nước thải sinh hoạt tồn tại nhiều hợp chất vô cơ, đó là các hợp chất hay ion của natri, canxi, kali, magie, clo, lưu huỳnh, bicarbonat, cùng một số kim loại có nồng độ rất thấp (dạng vết). Thành phần vô cơ trong nước thải còn bao gồm cả chất dinh dưỡng (N,P) như phosphat, amoni, nitrat, nitrit và một số khí tan trong nước, kể cả khí gây mùi hôi. Thành phần vô cơ trong nước thải có nguồn gốc từ chính nguồn thải và còn bị chi phối bởi đặc điểm địa chất của vùng thu nước. Thành phần vô cơ cũng là những nhân tố thiết yếu cho vi khuẩn sinh trưởng và phát triển.
Hợp chất nitơ
Nitơ là thành phần dinh dưỡng căn bản đối với vi khuẩn, nó chiếm 12 – 14 % khối lượng trong tế bào khô. Thành phần nitơ trong nước thải có nguồn gốc từ ure trong nước tiểu và protein trong các chất bài tiết.
Ure là hợp chất hóa học không bền, dễ bị thủy phân thành amoniac và khí carbonic:
CO(NH2) + H2O → CO2 +2NH3 (6-9)
Protein cũng bị thủy phân thành axit amin và tiếp tục thành amoniac. Amoniac là một bazơ yếu, tồn tại trong nước dưới dạng axit (NH4+) và dạng bazơ trung hòa NH3, dạng bazơ có khả năng bay hơi còn dạng axit không có khả năng đó. Tỉ lệ giữa hai dạng trên trong nước phụ thuộc chủ yếu vào pH của môi trường, vào nhiệt độ và cả độ dẫn điện của nước. Tỉ lệ giữa dạng trung hòa và dạng tích điện dương tăng khi pH tăng, cứ tăng pH hai đơn vị thì tỉ lệ trên tăng 100 lần.Với giá trị hằng số bazơ là 9,25 (tại đó tỉ lệ trên là 0,5 tính theo nồng độ mol) và pH của môi trường nước nằm trong khoảng 6 – 9 thì thành phần chủ yếu trong nước thải là amoni.
Trong nước thải chưa qua xử lý thì nitrat và nitrit có nồng độ rất thấp vì loại vi khuẩn Nitrifier có tốc độ phát triển chậm và tiêu thụ nhiều oxy, điều kiện để chúng phát triển vì vậy rất bị hạn chế. Thành phần nitơ trong nước thải chưa qua xử lý vì thế chủ yếu nằm ở hai dạng: amoni và nằm trong hợp chất hữu cơ.
Phụ thuộc vào phương pháp phân tích, thành phần amoni trong nước thải có thể xác định theo nhiều phương pháp như chuẩn độ, đo quang, sắc ký trao đổi ion, nhưng thành phần nitơ trong chất hữu cơ thì thông dụng là đánh giá thông qua việc phá hủy hợp chất hữu cơ chứa nitơ là giai đoạn đầu tiên để tạo thành amoni (phương pháp Kjehdahl) rồi đánh giá thông qua amoni. Đối với một mẫu nước thải, khi phân tích theo phương pháp Kjehdahl sẽ cho kết quả của nitơ trong thành phần amoni và trong chất hữu cơ; kết quả đó trừ đi phần của amoni (đánh giá theo phương pháp độc lập khác) là thành phần trong chất hữu cơ. Giá trị nitơ Kjehdahl vì vậy được coi là thành phần nitơ trong nước thải chưa qua xử lý. Nước thải sau xử lý còn chứa nitrat và có thể cả nitrit.
Hợp chất phospho
Hợp chất phospho trong nước thải gồm ba dạng phân biệt là phosphat đơn (orthophossphat), polyphosphat và hợp chất hữu cơ chứa phosphat. Hai thành phần đầu thuộc hợp chất vô cơ. Hợp chất phospho hữu cơ chiếm tỷ lệ thấp trong thành phần phospho của nước thải sinh hoạt. Cả phospho hữu cơ và polyphosphat đều là dạng chất mà vi khuẩn không thể đồng hóa được, vi khuẩn chỉ có thể hấp thu dạng phosphat đơn. Phân hủy hai dạng trên thành dạng đơn xảy ra với tốc độ khá chậm. Chỉ khoảng 25 % của tổng phospho trong nước thải sau lắng sơ cấp tồn tại dưới dạng đơn là dạng vi khuẩn có khả năng sử dụng ngay cho quá trình trao đổi chất của chúng. Vì vậy, để phục vụ mục đích xử lý nước thải và đánh giá tác động của phospho trong vực nhận nước thì chỉ cần quan tâm đến thành phần phospho vô cơ trong nước thải hơn là phospho tổng. Sau quá trình xử lý thứ cấp khoảng 80 % của phospho tổng trong nước nằm ở dạng phosphat đơn.
Giá trị trung bình của tổng phospho trong nước thải chưa xử lý nằm trong khoảng 5 – 20 mg P/l; phần nằm trong chất hữu cơ 1 – 5 mg P/l; phần còn lại là dạng vô cơ.
Điểm phát thải phospho trong nước thải sinh hoạt chủ yếu từ khu vực vệ sinh và nhà bếp (phân, nước tiểu, thức ăn thừa) và trong các chất tẩy rửa sử dụng trước đây. Chất tẩy rửa trước đây được sử dụng đại trà là ạlkyl – benzen – sulphonat (ABS), là hợp chất hóa học tổng hợp rất khó phân hủy trong môi trường tự nhiên.Từ sau 1965 chất tẩy rửa linear – alkyl – sulphonat (LAS) được thay thế cho ABS do khả năng dễ sinh hủy của chúng trong môi trường. Chất tẩy rửa được pha trộn từ một số thành phần khác nhau, tùy theo tính năng đặt ra của nhà sản xuất, nhưng có nét chung là: chất hoạt động bề mặt (ví dụ ABS) 3 – 15 %, tạo hình (natri tripolyphosphat) 0 – 30 %, chất trao đổi ion (zeolit A) 0 – 25 %, chất chống lắng (axit polycarbocylic) 0 – 4 %, chất tẩy trắng (natri perborat) 15 – 35 %, ổn định chất tẩy trắng (phosphonat) 0,2 – 1%, tăng cường tạo bọt (ethanolamid) 1 – 5 %, enzym (protease) 0,3 – 1 %, chất chống ăn mòn (natri silicat) 2 – 7%.
Để tăng cường khả năng tẩy rửa của chất hoạt động bề mặt LAS cần phải sử dụng chất định hình natri tripolyphosphat với hàm lượng cao. Nó có tác dụng làm giảm độ cứng của nước (thành phần Ca, Mg trong nước, độ cứng của nước làm mất tác dụng tạo bọt), điều chỉnh độ kiềm tối ưu cho quá trình tẩy rửa, tạo nhũ và chống lắng. Hợp chất phospho trên rất dễ phân hủy, gây ra nhiều hậu quả xấu cho môi trường, vì vậy nhiều quốc gia đã có luật cấm hay hạn chế sử dụng chất tẩy rửa chứa dạng phospho trên.
Độ kiềm
Độ kiềm trong nước bao gồm các hợp chất hóa học có khả năng tiếp nhận proton như OH-, phosphat, carbonat, bicarbonat, silicat, trong đó thành phần chiếm ưu thế nhất là bicarbonat. Sự có mặt của độ kiềm sẽ giảm mức độ dao động của pH khi nguồn nước gặp phải axit mạnh (H+), hay kiềm (OH-), tức là nó đóng vai trò của chất đệm. Ngoài chức năng là chất đệm cho nước, bicarbonat còn được vi khuẩn oxy hóa amoni sử dụng làm cơ chất để xây dựng tế bào và trung hòa lượng H+ sinh ra trong quá trình nitrat hóa. Khi oxy hóa 1 g nitơ trong amoni thì tiêu thụ hết 7,14 g bicarbonat tính theo CaCO3.
Độ kiềm và độ cứng có thể tính theo nhiều kiểu đơn vị khác nhau tùy ở từng quốc gia. Cách tính tiêu chuẩn là theo đương lượng gam (phân tử lượng chia cho hóa trị), ví dụ phân tử lượng của HCO3- là 61, hóa trị là 1 nên đương lượng của nó là 61g. Cách tính theo CaCO3 như sau: CaCO3 có phân tử lượng là 100, hóa trị là 2 nên một đương lượng của nó là 50; vậy 61 g bicarbonat (1 đương lượng ) khi tính theo CaCO3 thì chỉ là 50 g.
Clorua
Clorua là thành phần thường có sẵn trong nước sinh hoạt, từ thức ăn hàng ngày. Nó là thành phần đáng quan tâm khi tái sử dụng nước thải.
Một người hàng ngày thải ra khoảng 6 g clorua qua chất bài tiết, hàm lượng clorua trong nước tiểu khoảng 1 %. Trong nước thải sinh hoạt, nếu không có sự bổ sung từ một nguồn nào đó thì nồng độ clorua nằm trong khoảng 30 – 100 mg/l.
Lưu huỳnh
Lưu huỳnh cũng là thành phần vật chất cơ bản trong quá trình trao đổi chất của tế bào, lưu huỳnh có mặt trong một số axit amin (cystein, methionin) của protein. Phần lớn nhu cầu về lưu huỳnh của vi khuẩn trong xử lý nước thải là từ nguồn sunfat trong nước. Sunfat là hợp chất hóa học bền, không gây độc với liều lượng bình thường. Trong điều kiện yếm khí (trong cống, dưới lớp bùn) sunfat có thể bị vi sinh vật khử về dạng sunfua (S2-) và kết hợp với proton thành sunfua hydro (H2S) theo sơ đồ tổng quát sau:
Chất hữu cơ + SO42- + vi sinh → S2- + H2O + CO2 (6-10)
S2- + 2H+ → H2S (6-11)
Khí sunfua hydro hình thành là một axit yếu, phân ly theo hai bậc với pK1 = 7, pK2 = 14. Tại pH = 7 thì một nửa tồn tại dưới dạng khí có thể bay hơi (khi nồng độ trong nước lớn hơn giá trị cân bằng), một nửa tồn tại dưới dạng HS- không bay hơi. Tỉ lệ của dạng không bay hơi càng cao khi pH càng tăng. Khí sunfua hydro khi khuyếch tán ra không khí từ nước thải trong cống thải sẽ bám vào thành cống và tích tụ ở đó. Vi sinh vật lại tiếp tục oxy hóa nó thành axit sunfuric, gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại.
Hợp chất sunfua rất dễ tạo thành muối với các ion kim loại nặng thành hợp chất khó tan lắng xuống dưới đáy các vực nhận nước. Trong các quá trình xử lý yếm khí nước thải và bùn thải hữu cơ có nguy cơ hình thành khí sunfua hydro, khí trên ức chế hoạt tính của vi sinh vật.
Kim loại
Kim loại có ý nghĩa quan trọng trong công nghệ xử lý nước thải, tái sử dụng nước thải và quá trình thải loại các chất thải rắn. Các kim loại đáng quan tâm trong nước thải bao gồm: arsen, cadmi, canxi, crom, cobalt, đồng, sắt, chì, kẽm, magie, mangan, thủy ngân, molipden, nickel, kali, selen, natri, vonfram, vanadi. Tất cả các cơ thể sống đều cần nhiều hay ít các kim loại như sắt, crom, đồng, kẽm, cobalt cho hoạt động trao đổi chất của tế bào. Tuy cần thiết nhưng kim loại có thể trở thành độc tố nếu vượt quá một ngưỡng nồng độ nào đó, vì vậy nồng độ của từng kim loại được ấn định cho nước thải sau xử lý sử dụng vào mục đích tưới tiêu trong canh tác nông nghiệp. Canxi, magie, natri là các chỉ tiêu cần đánh giá khi sử dụng nước thải cho sản xuất nông nghiệp. Khi sử dụng bùn thải làm nguồn phân bón thì bắt buộc phải đánh giá các nguyên tố arsen. Cadmi, thủy ngân, đồng, chì, molipden, nickel, cobalt, selen và kẽm.
1.5 Các nhóm chất hữu cơ điển hình
Trong nước thải sinh hoạt có tới mười nhóm chất hữu cơ, các chất trong cùng nhóm có những đặc trưng chung về một số tính chất nào đó. Các nhóm chất đó có nguồn gốc tự nhiên hay thuộc loại tổng hợp. Nhóm chất tự nhiên thường là thức ăn hàng ngày như dầu mỡ, đường (carbohydrat), protein. Ba thành phần trên có thể tồn tại ở dạng tan (đường), dạng nhũ hay phân tán và chúng là thành phần căn bản đóng vai trò dinh dưỡng cho vi khuẩn xử lý nước thải. Nồng độ của ba thành phần trên trong nước thải sinh hoạt biến động không lớn, nằm trong vùng 100 – 120 mg/l cho mỗi thành phần.
Nhóm chất hữu cơ tổng hợp có mặt thường xuyên trong nước thải sinh hoạt là nhóm chất hoạt động bề mặt, thành phần có mặt trong tất cả các chất tẩy giặt. Không những là thành phần trong chất tẩy giặt, chất hoạt động bề mặt còn có mặt trong các chế phẩm tuyển nổi, dính ướt, phân tán. Các chất hoạt động bề mặt được phân loại trên cơ sở cấu trúc hóa học của chúng: loại tích điện âm, loại dương, lưỡng tính và loại trung hòa. Đặc tính quan trọng nhất của nhóm chất trên là có khả năng hấp phụ trên bề mặt phân cách pha lỏng / rắn /khí nhờ phân tử của chúng chừa hai nhóm ưa và kỵ nước nằm ở hai đầu. Nồng độ của các chất hoạt động bề mặt nằm trong khoảng 20 mg/l.
Một số chất hữu cơ có độc tính cao như họ phenol, họ hữu cơ chứa clo, một số kháng sinh, hormon. Các hợp chất trên thuộc dạng khó phân hủy, tích lũy trong cơ thể và gây ra những bệnh hiểm nghèo như ung thư, thần kinh, đột biến gien. Tuy nồng độ của các tạo chất đó không lớn nhưng tác hại dó chúng gây ra rất cao.
tài liệu tham khảo là gì thế bạn. Đánh dấu [1], [2], [3] mà không thấy tài liệu tham khảo ở đâu hết bạn ơi.
Trả lờiXóa