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 <4 hoặc 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


Như vậy COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa toàn bộ các hợp chất hữu cơ có
trong nước, còn BOD chỉ là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hữu cơ dễ
phân hủy sinh học. Thông thường BOD5/COD = 0,5 – 0,7.
1.11. Các hợp chất của Nito, Photpho
Các hợp chất của Nito trong nước là kết quả của quá trình phân hủy các hợp chất
hữu cơ trong tự nhiên, trong chất thải và trong các nguồn phân bón mà con người trực
tiếp hoặc gián tiếp đưa vào nguồn nước. Các hợp chất này tồn tại dưới dạng amoniac,
nitrit, nitrat và cả dạng nguyên tố nito.
Các hợp chất Photpho có thể tồn tại trong nước bao gồm các hợp chất photphat khi
nguồn nước bị nhiễm bẩn phân rác và các hợp chất hữu cơ, quá trình phân hủy giải
phóng ion PO42-.
Khi ở trong nước hàm lượng nito, photpho cao sẽ thúc đẩy quá trình phì dưỡng (còn
gọi là phú dưỡng).
1.12. Chỉ tiêu vi sinh
Sinh vật có mặt trong nước ở nhiều dạng khác nhau. Bên cạnh các sinh vật có ích,
có nhiều nhóm sinh vật gây bệnh hoặc truyền bệnh cho người và động vật. Trong số
này đáng chú ý là các loại vi khuẩn, siêu vi khuẩn, ký sinh trùng gây bệnh như tả, lỵ,
thương hàn, sốt rét, viêm gan B, viêm não Nhật Bản, giun đỏ, trứng giun…
Nguồn gây ô nhiễm sinh học cho môi trường nước chủ yếu là phân, rác, nước thải
sinh hoạt, xác chết sinh vật, nước và rác thải bệnh viện… Để đánh giá mức độ ô nhiễm
sinh học, người ta dùng chỉ số Coliform. Đây là chỉ số phản ánh số lượng vi khuẩn
E.coli trong nước, thường không gây bệnh cho người và sinh vật. Để xác định chỉ số

coliform, người ta nuôi cấy mẫu trong dung dịch đặc biệt và đếm số lượng chúng sau
một thời gian nhất định.
Người ta phân biệt trị số E.coli và chỉ số E.coli. Trị số E.coli là đơn vị thể tích nước có
chứa 1 vi khuẩn E.coli, còn chỉ số E.coli là số lượng vi khuẩn E.coli có trong một lít nước.
Tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt ở các nước tiên tiến qui định trị số E.coli không
nhỏ hơn 100ml nước, nghĩa là cho phép có 1 vi khuẩn E. coli trong 100ml nước, chỉ số
E.coli tương ứng là 10. Tiêu chuẩn vệ sinh Việt Nam qui định chỉ số E.coli của nước
thải sinh hoạt phải nhỏ hơn 20.

6


2. Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải
2.1. Các phương pháp xử lý chất ô nhiễm trong nước
Để xây dựng hệ thống khép kín, nước thải phải được làm sạch bằng phương pháp
cơ học, hóa học, hóa lí, sinh học và nhiệt đến chất lượng cần thiết, tùy theo yêu cầu.
Phân loại phương pháp xử lí ô nhiễm nước được tổng hợp trong sơ đồ sau:
Bảng 2.1. Phân loại phương pháp xử lí nước thải công nghiệp
Nước thải

Xử lí tạp huyền phù và nhũ tương

Xử lí tạp
chất thô

Xử lí tạp
chất mịn

Tiêu hủy tạp chất
tan và không tan


Xử lí tạp hòa tan

Xử lí tạp
chất vô cơ

Xử lí tạp
chất hữu cơ

Xử lí khí

Lắng

Keo tụ

Tiêu hủy

Cô đặc

Tái sinh

Phân hủy

Thổi khí

Lọc

Tạo bông

Bơm xuống

giếng

Trao đổi
ion

Trích li

Hóa sinh

Đun nóng

Tuyển nổi

Tuyển nổi
điện

Chôn

Lọc
ngược

Chưng cất

Oxi hóa
pha lỏng

Hóa học

Lắng trong
cặn lơ lửng


Bơm xuống
đáy biển

Điện thẩm
tách

Háp phụ

Oxi hóa
pha hơi

Lọc và li
tâm

Tiêu hủy
bằng nhiệt

Đóng
băng

Lọc ngược
và siêu lọc

Oxi hóa

2.2. Phân loại theo bản chất của phương pháp làm sạch nước
• Phương pháp vật lý (cơ học)
 Điều hòa
 Song chắn rác

 Quá trình lọc

7


 Quá trình lắng
 Quá trình tuyển nổi
 Ly tâm
 Ép tách nước
 Sử dụng bức xạ tử ngoại, sóng siêu âm
• Phương pháp hóa lý
 Keo tụ, tạo bông
 Hấp phụ
 Hấp thụ
 Kết tủa
 Trao đổi ion
 Các phương pháp điện
 Các phương pháp nhiệt
• Phương pháp hóa học
 Trung hòa

 Trao đổi ion
 Oxy hóa khử
 Khử trùng bằng hóa chất
 Oxy hóa nhiệt
• Phương pháp sinh học
 Phân hủy hiếu khí
 Bùn hoạt tính
 Lọc sinh học
 Mương oxi hóa


8


 Đĩa tiếp xúc quay
 Hồ sinh học hiếu khí
Phân hủy kị khí



 Lọc kị khí
 Mê tan hóa
 Phân hủy yếm khí ngược dòng

 Hồ sinh học kỵ khí
2.3. Các giai đoạn xử lý nước
 Tiền xử lý và xử lý bậc 1 (sơ cấp, sơ bộ): gồm công trình thu gom từ song chắn

rác đến sau công trình lắng bậc 1. Giai đoạn này khử các vật rắn nổi có kích
thước lớn và tạp chất có thể lắng để bảo vệ bơm và đường ống. Bao gồm:
 Tiếp nhận nước
 Ổn định lưu lượng và nồng độ
 Chắn rác
 Tách hạt lơ lửng: lắng, lọc, ly tâm, keo tụ tạo bông
 Tuyển nổi
 Trung hòa
 Xử lý bậc 2 (thứ cấp): nhằm xử lý chất hòa tan và chất keo bằng phương pháp

hóa lý, và hầu hết các chất hữu cơ hòa tan có thể phân hủy sinh học bằng
phương pháp sinh học.

 Xử lý chất hữu cơ phân hủy sinh học
 Xử lý bùn
 Xử lý bậc cao (bậc 3): nhằm mục đích xử lý các chất dinh dưỡng, chất hòa tan

còn lại
 Vi lọc, tủa hóa học, thẩm thấu, trao đổi ion…
 Xử lý N, P
 Khử mùi vị
9


 Khử trùng

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ CÁC PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ (CƠ HỌC) –
PHYSICAL TREATMENT (4 tiết)
Phương pháp vật lý được dùng chủ yếu để loại các tạp chất không tan trong nước.
2.1. Lọc qua – screening
Song chắn rác là công đoạn tách tạp chất thô trong nước
 Song chắn rác – bar rack
Công trình này có tác dụng thu vớt các tạp chất rắn kích thước lớn. Song chắn được
đặt trước các công trình làm sạch, hoặc có thể đặt ngay miệng xả ở các phân xưởng khi
nước thải sản xuất chứa tạp chất thô hoặc dạng sợi.
 Lưới lọc, rây – screen
Trước khi cho nước vào hệ thống xử lí, người ta dùng lưới hoặc rây để tách các tạp
chất thô, đặc biệt cần thiết khi thu hồi chất quý trong dòng nước thải.
Lưới được chế tạo từ các thanh kim loại và được đặt trên đường chảy của nước thải dưới
góc 60 – 750. Tạp chất lớn bị giữ lại trên lưới và được lấy ra bằng máy cào. Chiều rộng các
khe lưới bằng 16 – 19 mm vận tốc nước giữa các thanh kim loại bằng 0,8 – 1m/s.
Để tách các chất lơ lửng nhỏ hơn người ta ứng dụng rây. Rây có thể có hai dạng:
trống và đĩa. Rây dạng trống có lỗ 0,5-1mm. Khi trống quay, nước sẽ được lọc qua bề

mặt của nó. Tạp chất được giữ lại và được rửa bằng nước rồi chảy vào rãnh chứa.

10


Hình 2.1. Song chắn rác

2.2. Lắng – sedimentation
Lắng là quá trình tách cặn lơ lửng khỏi nước nhờ tác động của trọng lực, nó còn
được gọi là sa lắng.
Công cụ để thực hiện quá trình lắng là bể lắng. Một bể lắng cần có bốn vùng:
-

Vùng nhận và phân phối nước: có chức năng phân phối đều nước sao cho tận dụng
được tối đa không gian vùng lắng, ngoài ra phải giảm tốc nước vào vùng lắng tới
vận tốc thiết kế giới hạn cho vùng lắng vo được gọi là tốc độ giới hạn hay tải bề
mặt. Để thực hiện điều này vùng thu nước thường có vách hướng dòng.

-

Vùng lắng: vùng thực hiện quá trình sa lắng

-

Vùng chứa bùn lắng: phải thuận lợi cho việc thu gom bùn và vệ sinh bể thường
kì. Thường phải có hố thu gom bùn bố trí gần cửa nhận nước. Nếu bể gom bùn
thủ công thì đáy bể phải có độ dốc nhất định về phía hố gom.

-


Vùng thu nước lắng: có chức năng thu nước đã lắng bớt cặn, chuyển tải đi sang
công đoạn tiếp theo. Để thực hiện điều này cần bố trí các máng thu.
Vùng nhận và phân phối nước

Vùng thu nước lắng
Máng thu nước

Nước thô
Vùng lắng

Vùng chứa bùn
Xả bùn

11


Hình 2.2. Mô hình bể lắng và bốn vùng lắng cơ bản
2.2.1. Bể lắng đứng – vertical clarifier
Bể lắng đứng là bể chứa hình trụ (hoặc tiết diện vuông) có đáy chóp. Nước thải
được cho vào theo ống trung tâm. Sau đó, nước chảy từ dưới lên trên vào các rãnh chảy
tràn. Như vậy, quá trình lắng cặn diễn ra trong dòng đi lên, mỗi hạt chuyển động theo
Nước thô vào
Nước lắng ra
nước lên trên với
vận tốc vo và dưới
tác dụng của trọng
lực hạt chuyển
động xuống dưới
vP
vo

với vận tốc vp.
Nếu vP > vo, hạt sẽ
lắng nhanh; nếu vP
Xả bùn
< vo, hạt bị nước
cuốn lên trên.
Hiệu quả lắng của
bể lắng đứng thấp
hơn bể lắng ngang
khoảng 10-20%.

Hình 2.3. Sơ đồ bể lắng đứng
Nếu chiều cao cột nước là H, vậy thời gian để nước dâng từ đáy tới máng thu tính
theo phương trình : t = H/ vo
12


Mặt khác t chính là thời gian lưu nước tính bằng : t = V/Q
Trong đó: V : thể tích nước trong vùng lắng
Q : lưu lượng
Vì thể tích vùng lắng V = H.A, trong đó A là thiết diện đáy, suy ra
H/vo = H.A/Q
Từ đây rút ra biểu thức xác định vo: vo = Q/A, từ biểu thức này cho thấy vo không
phụ thuộc vào H, đây gọi là phương trình Hazen.
2.2.2. Bể lắng ngang – horisonal clarifier
Bể lắng ngang là hồ chứa hình chữ nhật, có hai hay nhiều ngăn hoạt động đồng
thời. Nước chuyển động từ đầu này đến đầu kia của bể.
Trong bể lắng một hạt rắn chuyển động theo dòng nước có vận tốc v o và dưới tác
dụng của trọng lực chuyển động xuống dưới với vận tốc v P. Như vậy, trong bể lắng chỉ
kịp lắng những hạt nào mà quĩ đạo của chúng cắt ngang đáy bể trong phạm vi chiều dài

của nó.

Hình 2.4. Cấu tạo bể lắng ngang
2.2.3. Bể lắng li tâm – radical clarifier
Theo mặt chiếu, bể lắng hướng tâm là bể chứa tròn. Nước trong đó chuyển động từ
tâm ra vành đai. Vận tốc nước nhỏ nhất là ở vành đai. Loại bể lắng này được ứng dụng
cho lưu lượng nước có hàm lượng SS cao. Để thu gom bùn bể được trang bị cần gạt
bùn cơ giới sát đáy dốc dồn bùn về hố thu ở tâm bể.
13


Hình 2.5. Bể lắng li tâm
2.2.4. Bể lắng lamen
Ở bên trong bể lắng lamen có các bảng đặt nghiêng và song song với nhau. Nước
chuyển động giữa các bảng, còn cặn trượt xuống dưới vào bình chứa.
Chế độ chảy trong bể lắng có thể cùng chiều (hướng chuyển động của nước và cặn
cùng nhau), ngược chiều (nước và cặn chuyển động ngược nhau) và giao nhau ( nước
chuyển động thẳng góc với hướng chuyển động của cặn). Phổ biến nhất là thiết bị lắng
ngược chiều.
Nguyên lý: Đối với lắng ngang cũng như lắng li tâm ta dùng phương trình Hazen để
tính kích thước cơ bản: vo = Q/A. Theo đó điều kiện lắng là: nếu vận tốc rơi của hạt lớn
hơn vận tốc Hazen vo thì sẽ lắng. Như vậy nếu Q và chất lượng nước vào không đổi (v P
lắng hạt là các giá trị không đổi) vo chỉ có thể giảm nếu tăng diện tích lắng A (đáy bể)
mà không cần thay đổi độ sâu H của bể. Khi đó, với cùng một bể lắng ta có thể nâng
hiệu suất lắng
Q
lên hơn n lần
nếu bố trí thêm
n đáy bể.


Q/n
Q/n
Q/n
Q/n

14


Hình 2.6. Mô hình bể lắng với đáy phụ
2.3. Tuyển nổi – flotation
- Quá trình tuyển nổi là quá trình phân tách các hatjrawns hoặc lỏng khỏi pha lỏng
được thực hiện bằng cách cung cấp các bọt khí mịn vào pha lỏng.
- Cơ sở tuyển nổi như sau: khi đến gần các bọt khí đang nổi lên trong nước, các hạt
lơ lửng sẽ kết dính với các bọt khí này và cùng nó nổi lên trên mặt nước, tạo thành lớp
bọt có nồng độ tạp chất cao hơn trong nước ban đầu.

Hình 2.7. Cơ chế tuyển nổi
- Ứng dụng
Tuyển nổi được ứng dụng để loại ra khỏi nước các tạp chất phân tán không tan và
khó lắng. Trong nhiều trường hợp tuyển nổi còn được sử dụng để tách chất tan như
chất hoạt động bề mặt. Tuyển nổi ứng dụng để xử lí nước thải của nhiều ngành sản

15


xuất như: chế biến dầu mỏ, tơ sợi nhân tạo, giấy xenlulo, da, hóa chất, thực phẩm, chế
tạo máy.
- Các phương pháp tuyển nổi
+ Tuyển nổi bằng khí phân tán (dispersed air flotation): phương pháp này được
thực hiện bằng cách thổi trực tiếp vào dung dịch cần tuyển nổi, gây xáo trộn dung dịch,

cặn tiếp xúc với bọt khí và tiếp xúc với nhau, dính kết và nổi lên trên bề mặt.
+ Tuyển nổi chân không (vacuum flotation): dưới áp suất thường, dung dịch cần
tuyển nổi được bão hòa không khí. Khi tạo chân không trong thiết bị kín, khí thoát ra
dưới dạng bọt khí nhỏ kết dính với cặn và nổi lên bề mặt. Hệ thống này ít được sử
dụng vì khó vận hành trong thực tế.
+ Tuyển nổi bằng khí hòa tan (dissolved air flotation – DAF): trong các hệ thống
DAF không khí được hòa tan vào nước ở áp suất từ 2 – 4 atm cho đến khi đạt trạng thái
bão hòa, sau đó nhờ sự giãn áp đột ngột đến áp suất khí quyển tạo thành bọt khí.
Hiệu quả của quá trình tuyển nổi phụ thuộc kích thước và số lượng bong bóng khí,
kích thước tối ưu của bong bóng khí là 15 – 30 µm. Để có kích thước bọt ổn định trong
quá trình tuyển nổi người ta dùng các chất tạo bọt. Chất tạo bọt có thể là dầu thông,
phenol, ankyl, sunfat natri, cresol.
- Cơ sở của quá trình tuyển nổi
+ Lượng không khí nén vào dung dịch cần tuyển nổi tuân theo định luật Henry –
Dalton:
Pi = K. Ci
Trong đó: Ci là nông độ của khí i trong nước
K là hằng số Henry
Pi là áp suất riêng phần của khí i
Ở nhiệt độ không đổi, lượng khí hòa tan vào nước tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần
của khí.
+ Khi thiết kế hệ thống DAF, cần bảo đảm tỷ lệ giữa lượng khí cung cấp và lượng
chất rắn có trong dung dịch cần xử lý:
A/S = air/solid (lượng không khí cần cung cấp/lượng chất rắn trong nước thải)
2.4. Lọc – filtration

16


Lọc là quá trình được thực hiện bằng cách cho chất cần lọc (chất lỏng, chất khí) đi

qua một cơ cấu lọc cho phép tách loại những yếu tố không mong muốn.
 Mục đích
Quá trình lọc được sử dụng để tách các hạt hữu cơ và vô cơ có kích thước nhỏ có
trong nước và nước thải.
 Cơ chế lọc
 Cơ chế lưu giữ: cơ chế lưu giữ có thể hiểu là cơ chế “lọc” thuần túy vật lí được
ghi nhận trong trường hợp lọc qua lưới lọc, màng lọc có kích thước lỗ đã định:
hạt cặn nhỏ đi qua, hạt lớn bị giữ lại. Trong thực tế hạt nhỏ hơn đường kính lỗ
trống cũng có thể bị giữ lại nếu đồng thời nhiều hạt nhỏ cùng qua một lỗ trống,
hoặc hạt cần lọc bị tăng kích thước.
 Cơ chế bám dính: khi tốc độ dòng chảy không lớn, các lực bề mặt có thể gây ra
sự bám dính các hạt cặn trên bề mặt vật liệu lọc. Bản chất các lực bề mặt khá
phức tạp, phổ biến là lực hút tĩnh điện và lực Vandec Val.

 Về môi trường vật liệu lọc có hai nhóm chính
-

Nhóm vật liệu lọc dạng hạt, môi trường lọc là lớp vật liệu lọc dày.

-

Nhóm vật liệu dạng màng, môi trường lọc có độ dày không đáng kể.

2.4.1. Lọc qua lớp vật liệu dạng hạt
Vật liệu lọc phổ biến là cát thạch anh, antraxit. Phương pháp lọc bằng môi trường
vật liệu dạng hạt chủ yếu để loại cặn lơ lửng, tuy nhiên nếu kết hợp với các kỹ thuật
keo tụ tạo bông thích hợp nó có thể lọc tốt các hạt keo và giảm một phần chất hữu cơ
hòa tan.
Kĩ thuật lọc cát thường được phân loại theo tốc độ lọc, theo động lực của quá trình
lọc, theo chiều dòng chảy, theo số loại vật liệu lọc.

 Theo tốc độ lọc ta có:
-

Lọc nhanh: khi tốc độ lọc khoảng lớn hơn 5 m/h.

-

Lọc chậm: khi tốc độ lọc bằng 0,1 – 0,3 m/h.

17


 Theo động lực của quá trình lọc:
-

Lọc tự chảy hay lọc trọng lực: nước chảy nhờ trọng lực

-

Lọc áp lực: nước chảy nhờ bơm nước tạo áp
 Theo số vật liệu lọc:

-

Lọc một lớp: chỉ dùng một loại vật liệu lọc.

-

Lọc đa lớp: dùng hai loại vật liệu lọc khác nhau về chất trở nên.
 Theo chiều dòng chảy:


-

Lọc xuôi: nước chảy từ trên xuống, thu nước lọc ở đáy.

-

Lọc ngược: nước chảy từ dưới lên, thu nước lọc trên miệng bể.

Khi bể lọc bị tắc hoặc bị đánh thủng phải rửa lọc. Rửa lọc bằng kĩ thuật rửa ngược
(backwashing) được thực hiện theo chiều ngược lại: bơm nước sạch hoặc hỗn hợp khí
– nước với cường độ rất cao vào đáy bể qua hệ phân phối đều, nước rửa cường độ cao
sẽ làm nâng các hạt vật liệu lọc lên, lớp hạt sôi lên, cọ xát vào nhau để rửa sạch bùn
bám trên bề mặt.

Hình 2.8. Kĩ thuật lọc và rửa ngược
2.4.2. Lọc qua lớp vật liệu dạng màng
Có thể chia ra thành 5 loại màng
 Màng lọc thô (particale filtration or gravel filtration)
 Màng vi lọc (micro filtration)
18


 Màng siêu vi lọc (ultra filtration)
 Màng nano (nano filtration)
 Màng thẩm thấu ngược (reverse osmosis)
Kĩ thuật thẩm thấu ngược:
Thẩm thấu là một hiện tượng tự nhiên. Nước bao giờ cũng dịch chuyển từ nơi có
nồng độ muối/khoáng thấp đến nơi có nồng độ cao hơn. Quá trình diễn ra cho đến khi
nồng độ muối khoáng từ 2 nơi này cân bằng. Để làm điều ngược lại (thẩm thấu ngược),

người ta dùng một áp lực đủ dể đẩy ngược nước từ nơi có hàm lượng muối khoáng cao
thấm qua một loại màng đặc biệt để đến nơi không có hoặc ít có muối khoáng hơn.

Hình 2.9. Kĩ thuật thẩm thấu ngược
Bảng 2.1. Đặc tính và cấu tạo của các loại màng

19


Loại màng

Màng vi lọc

Màng siêu

Màng nano

Màng thẩm
thấu ngược

vi lọc
Kích thước lỗ
màng

0.01-1.0 μm

0.001-0.01 μm

0.00010.001μm


< 0.0001μm

Khối lượng
phân tử bị giữ
lại
Áp suất chất
lỏng lên màng

>100.000

1.000-300.000

300-1000

100-300

daltons

daltons

daltons

daltons

<30 psi

20-100 psi

50-300 psi


225-1000 psi

Vật liệu màng

Gốm,các
polime

Gốm, các
polime,
composite, gỗ

Composite,
gỗ

Composite,
gỗ và các
polime

Thiết kế màng

ống, sợi rỗng

ống, sợi rỗng,
bản và khung

ống, bản và
khung

ống, bản và
khung


Các chất bị

Tàn thuốc lá ,
nhựa cây , các
khoáng chất,
sét, một số loại

Protein, tinh
bột silic cát,
thuốc nhuộm,
chất béo và các

Tinh bột,
đường,
thuốc trừ
sâu, thuốc

Acid, đường,
muối, các
amino acid,
BOD, COD

giữ lại

2.5. Ly tâm – centrifuge
Lưu chất chuyển động theo vòng xoáy tạo ra lực ly tâm làm pha rắn tách ra khỏi
dòng nước hay pha lỏng tách khỏi chất rắn. Xyclon thủy lực là dạng thiết bị tiêu biểu
ứng dụng nguyên tắc tách tạp chất cơ học bằng lực ly tâm. Nguyên tắc này còn ứng
dụng trong thiết bị tách nước trong xử lý bùn.

Lắng các hạt lơ lửng dưới tác dụng của
lực li tâm được tiến hành trong xiclon
nước và máy li tâm.
2.5.1. Xiclon nước

20


Xiclon nước có kết cấu đơn giản, gọn, vận hành dễ dàng, năng suất cao và giá
không cao
Khi nước chuyển động quay trong xiclon nước, các hạt trong nước chịu tác dụng
của lực li tâm, làm chúng văng ra thành, lực trọng trường, lực quán tính và lực cản của
dòng chuyển động.
Hình 2.10. Xiclon nước
Vận tốc chuyển động của hạt trong chất lỏng dưới tác dụng của lực li tâm phụ thuộc
đường kính của nó, hiệu khối lượng riêng giữa nước và hạt, độ nhớt và khối lượng riêng
của nước thải và gia tốc của trường li tâm. Hiệu quả của xiclon nước vào khoảng 70%.
2.5.2. Máy li tâm
Để loại cặn ra khỏi nước thải có thể ứng dụng máy li tâm lắng và thiết bị tâm lọc.
Lọc li tâm được thực hiện bởi sự quay huyền phù trong trống vành khăn, được bọc
dưới lớp vải lọc. Cặn ở lại bên thành trống và được lấy ra bằng tay hoặc dao. Loại này
hiệu quả nhất khi cần thu sản phẩm với độ ẩm thấp nhất và yêu cầu rửa cặn.
2.6. Ép cặn – compression
So với máy li tâm, thiết bị ép cặn có các ưu điểm sau: không có phần chuyển động
nhanh, độ ẩm của cặn thấp, chế tạo đơn giản và làm việc liên tục. Nhược điểm là pha
rắn bị cuốn theo nước nhiều khi nồng độ của nó nhỏ và hạt phân tán cao và không thể
rửa cặn trong thiết bị.

Hình 2. Hình 2.11. Sơ đồ ép cặn
2.7. Sử dụng bức xạ tử ngoại, sóng siêu âm

Phương pháp khử trùng ứng dụng các dạng năng lượng vật lý gồm ánh sáng mặt
trời, tia tử ngoại (UV), sóng siêu âm.

21


Hình 2.12. Khử trùng nước bằng tia tử ngoại UV

CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ (3 tiết)
3.1. Keo tụ, trợ keo tụ - coagulation, flocculation
 Mục đích của quá trình keo tụ tạo bông:
Quá trình keo tụ tạo bông được áp dụng để tách loại các hạt cặn có kích thước
0,001 – 0,1 µm, không thể tách loại được bằng các quá trình lý học thông thường như
lắng, lọc và tuyển nổi.
Mối liên hệ giữa kích thước hạt và thời gian lắng

22


Kích thước hạt (mm)

Loại hạt

Thời gian lắng với độ
sâu lắng là 1m

10

Sỏi


1s

1

Cát

10 s

0,1

Cát mịn

2 phút

0,01

Sét

2 giờ

0,001

Vi khuẩn

8 ngày

0,0001

Hạt keo


2 năm

0,00001

Hạt keo

20 năm

 Hạt keo
Các hạt keo có kích thước 0,001 – 0,1 µm có khả lắng rất chậm. Các hạt keo
thường mang điện tích tương ứng với môi trường xung quanh và có thể phân loại thành
2 dạng chính: keo kỵ nước và keo ưa nước. Keo ưa nước là các dung dịch cao phân tử
với các phân tử chất hữu cơ hòa tan có kích thước lớn và chứa nhiều nhóm chức phan
cực, có ái lực cao với các phân tử nước. Keo kỵ nước là những hạt keo có gốc oxithoặc
hidroxit kim loại.
Các hạt keo luôn tồn tại một điện thế zeta do sự tích điện trái dấu giữa lớp điện tích
trái dấu và lớp ion quyết định dấu. Vì vậy để các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo
23


thành những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống thì
cần triệt tiêu điệnt thế zeta đây gọi là hiện tượng keo tụ. Hoặc làm các hạt keo co cụm
thành bông cặn lớn dễ lắng bằng cách dùng một tác nhân thích hợp “khâu” chúng lại thành
các hạt lớn hơn đủ lớn, nặng để lắng đây gọi là hiện tượng tạo bông hay trợ keo tụ.

Cấu tạo của hạt keo
 Cơ chế của quá trình keo tụ, tạo bông:
-

Phá tính bền của hệ keo (do lực đẩy tĩnh điện) bằng cách thu hẹp lớp điện kép

tới mức thế zeta bằng 0. Cách này có thể thực hiện khi cho hạt keo hấp phụ đủ
điện tích trái dấu để trung hòa điện tích hạt keo.

-

Tạo điều kiện cho các hạt keo va chạm với các bông kết tủa của chính chất keo
tụ nhờ hiện tượng hấp phụ - bám dính (hiệu ứng quét).

-

Dùng những chất cao phân tử - trợ keo tụ để hấp phụ “khâu” các hạt nhỏ lại với
nhau tạo hạt kích thước lớn (gọi là bông hay bông cặn) dễ lắng.

24


Hình 4.1. Cơ chế keo tụ
 Các chất keo tụ
Các chất keo tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng. Việc chọn
chất keo tụ phụ thành phần, tính chất hóa lí và giá thành của nó, nồng độ tạp chất trong
nước, pH và giá thành phần muối của nước. Các muối nhôm được làm chất keo tụ là
Al2(SO4)3.18H2O; NaAlO2, Al2(OH)5Cl, KAl(SO4)2.12H2O và NH4Al(SO4)2.12H2O.
Trong đó, phổ biến nhất là sunfat nhôm. Các muối sắt thường dùng làm chất keo tụ là
Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O và FeCl3.
Các chất trợ keo tụ có thể là hợp chất tự nhiên và tổng hợp. Chất trợ keo tụ tự nhiên
là tinh bột, este, xenlulo, dectrin (C6H10O5)n. Chất trợ keo tụ vô cơ là dioxit silic đã hoạt
hóa (xSiO2.yH2O). Chất trợ keo tụ hữu cơ tổng hợp là PAA (policarilamit).
3.2. Hấp phụ - adsortion
 Một số khái niệm
Hấp phụ là hiện tượng tích tụ một chất trên bề mặt một chất rắn hoặc một chất lỏng

khác. Trong một hệ hấp phụ, chất rắn được gọi là chất hấp phụ, chất có khả năng tích
lũy trên bề mặt chất rắn là chất bị hấp phụ.
Hiện tượng hấp phụ xảy ra được do lực tương tác giữa chất hấp phụ và bị hấp phụ.
Lực tương tác yếu, không hoặc ít thay đổi cấu trúc điện tử của chất hấp phụ, năng
lượng tỏa ra thấp gây ra hiện tượng hấp phụ
vật lý.
Lực tương tác của hệ đủ mạnh, tạo ra
được các liên kết hóa học, làm thay đổi cấu

25