Đề tài Điều tra hiện trạng thu gom và xử lý nước thải của khu liên hợp xử lý chất thải rắn Nam Sơn. Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới phương pháp đông-Keo tụ xử lý nước rích

hướng giải quyết thích hợp đó là nước rò rỉ. Với nồng độ chất hữu cơ cao (COD=2000-30000 mg/l, BOD= 1200-25000 mg/l) và chứa nhiều chất độc hại, nước rò rỉ có khả năng gây ô nhiễm cả 3 môi trường đất, nước và không khí, đặc biệt là ô nhiễm đến nguồn nước ngầm. Tuy nhiên, khó khăn này về mặt kỹ thuật không phảt không có cách giải quyết, nguyên nhân chính là chưa được quan tâm đúng mức và chưa được nghiên cứu đầy đủ từ điều kiện phòng thí nghiệm đến các công trình thực tế. Sau khi thu gom, vận chuyển, chất thải rắn thường được xử lý hoặc tái sinh thành các nguyên vật liệu hoặc tái sinh thành năng lượng. Hiện nay, nhiều phương pháp và công nghệ xử lý rác hiện đại được nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới tại các bãi chôn lấp. Các phương pháp và công nghệ xử lý hiện đại này được ứng dụng cho phép tái sinh một lượng đáng kể chất thải rắn, đồng thời làm giảm thể tích thải rắn xuống còn rất thấp, nhưng sau các quá trình xử lý vẫn tồn tại một lượng rác không thể xử lý hoặc tái sinh cần được thải bỏ. Ví dụ đốt là phương pháp có hiệu quả cao nhất về mặt thể tích rác, nhưng sau quá trình này thể tích rác vẫn còn 10 đến 20% và thậm chí khi đốt đến nhiệt độ nóng chảy của các chất vô cơ thì vẫn còn 5% lưu lại dưới dạng xỉ. Phần còn lại này của chất thải rắn cần phải được quản lý thích hợp. Có hai phương án để quản lý lâu dài chất thải rắn, đó là: Một là đổ bỏ vào biển Hai là chôn lấp hợp vệ sinh trong đất. Do nhiều yếu tố, đổ chất thải rắn vào biển rất ít khi được sử dụng. Bãi chôn lấp hợp vệ sinh là sự vận hành trong đó chất thải đổ bỏ được nén và lấp đất vào cuối mỗi ngày. Kinh nghiệm đúc kết trên thế giới cho thấy bãi chôn lấp hợp vệ sinh là phương án thích hợp cho các nước đang phát triển kể cả về mặt kinh tế- kỹ thuật và môi trường. Như vậy có thể nói rằng bãi chôn lấp là khâu cuối cùng không có phương án thay thế của hệ thống quản lý rác và cũng là công đoạn cuối cùng của quá trình xử lý rác. Mặc dù vậy, thực tế quản lý các bãi rác cho thấy rất nhiều vấn đề môi trường nảy sinh trong quá trình vận hành các bãi rác này. Các vấn đề môi trường bao gồm : Nước rò rỉ gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và nước mặt Khí thải từ các quá trình phân hủy rác Bảng2.7 : Ước lượng % các khí sinh ra từ bãi chôn lấp Thành phần % thể tích Tính tải lượng theo mức thấp(m3/ngày) Tính tải lượng theo mức cao(m3/ngày) -Methane -CO2 -O2 -N2 -H2 -CO -Ethane -Ethene -Acetalhyde -Propane -Butane -Helium -Các Alkal cao -Các Hydrocacbon không no -Hợp chất Halogen -H2S -Các hợp chất sunfua hữu cơ -Alcohol -Khác 63,8 33,6 0,16 2,4 0,05 0,001 0,005 0,018 0,005 0,002 0,003 0,00005 0,05 0,009 0,00002 0,00002 0,00001 0,00001 0,00005 78665,4 41428,8 197,28 2959,2 61,65 1,233 6,165 22,194 6,165 2,466 3,699 0,06165 61,65 11,097 0,02466 0,02466 0,01233 0,01233 0,06165 141597,72 74571,84 355,104 3526,56 110,97 2,2194 11,097 39,9492 11,097 4,4388 6,6582 0,11097 110,97 19,9746 0,044388 0,04388 0,022194 0,022194 0,11097 II.3.2. Hiện trạng môi trường nước Nước thải Nước rác hay nước rò rỉ trong bãi thải là loại chất lỏng thấm qua các lớp rác của các ô chôn lấp và kéo theo các chất bẩn dạng lơ lửng, keo và tan từ chất thải rắn vào tầng đất ở dưới bãi chôn lấp. Nước rác hình thành từ nhiều nguồn gốc khác nhau và bao gồm : nước có sẵn trong rác; nước ngầm dâng lên nước thải từ dưới đáy, nước từ ngoài thấm qua thành vách các ô chôn lấp ; nước từ khu vực khác chảy tới; nước mưa từ bản thân khu vực chôn lấp và từ khu vực khác chảy tới . Trong đa số trường hợp nước rác bao gồm phần dịch lỏng tạo thành từ quá trình phân huỷ chất thải rắn và phần nước từ bên ngoài thấm vào như nước mặt, nước mưa và nước ngầm. Phần dịch lỏng qua lớp chất thải rắn đang bị phân huỷ bao gồm tất cả những sản phẩm phân huỷ sinh học và hoá học. Những sản phẩm này bị lôi cuốn bởi dòng nước thấm từ bên ngoài vào. Tác động tới môi trường đất Tác động tới môi trường nước Trong điều kiện bình thường, nước rò rỉ thường tích đọng lại ở đáy của bãi rác. Nước rò rỉ sinh ra do độ ẩm cao (60-70%) của rác và do quá trình phân hủy các chất hữu cơ tạo thành nước và khí cacbonic. Trong quá trình thấm qua các tầng đất đá, nước rò rỉ với hàm lượng các chất hữu cơ cao và có thể chứa các chất độc hại (kim loại nặng) sẽ làm ô nhiễm nguồn nước ngầm. Nước rò rỉ là lượng nước thấm qua chất thải rắn và đem theo các chất bẩn hoặc lơ lửng. Tại hầu hết các bãi rác, lượng nước rò rỉ là lượng nước sinh ra trong quá trình phân hủy các chất thải rắn và lượng nước ngấm qua rác từ nhiều nguồn như nước mưa, nước ngầm. Do ngấm qua rác, nước rò rỉ chứa rất nhiều các hợp chất hữu cơ hòa tan. Do quá trình sinh hóa xảy ra trong các đống rác là quá trình phân hủy kị khí, nên các khí sinh ra từ bãi rác bao gồm amôniac NH3, CO2, CO, H2S, CH4, các hợp chất chứa nitơ. Sau khoảng 18 tháng khí sinh ra ổn định và thành phần khí chủ yếu là khí mêtan, vì khí CO2 thấm xuống các tầng phía dưới. Lượng khí sinh ra có thể được tính theo thành phần nói trên. Tình trạng ô nhiễm này có thể kéo dài hàng chục năm. Bãi rác quản lý không hợp vệ sinh có mối liên hệ đến 22 loại bệnh tật của con người. Do hàm lượng chất hữu cơ cao, quá trình kị khí thường xảy ra trong các bãi rác gây mùi hôi thối nặng nề và là nơi nhiều loại vi sinh vật gây bệnh cũng như các loại động vật mang bệnh phát triển như chuột bọ, gián , ruồi muỗi, Bên cạnh đó các bãi rác quản lý không hợp lý sẽ làm mất mỹ quan của khu vực. Để nâng cao năng lực xử lý rác thải cho khu vực Hà Nội, khu liên hợp xử lý chất thải Nam Sơn- Sóc Sơn-Hà Nội được xây dựng trên khu vực xã Nam Sơn, huyện Sóc Sơn cách trung tâm Hà Nội 45 km về phía Bắc, cách sân bay Nội Bài 15 km về phía Đông Bắc, cách đường 35 khoảng 3 km về phía Tây Bắc. Phía Bắc là cụm dân cư và trồng trọt. Sông Công cách 2 km chảy qua phía Đông, giữa khu vực có hồ Phú Thịnh với diện tích gần 4 ha. Diện tích quy hoạch cho khu liên hợp là 130 ha trong đó 60 ha dành cho khu chôn lấp rác thải (giai đoạn I là 13,5 ha), 6 ha cho trạm xử lý và đốt rác thải với công suất dự kiến là 200.000 tấn/ năm, 7,5 ha dành cho nhà máy chế biến phân compost với công suất dự kiến đạt 250000 tấn/năm, diện tích còn lại dành cho việc xây dựng đường sá và các công trình phụ trợ khác như trạm xử lý nước rác, trạm bơm , cấp nước. Để khắc phục các hậu quả do quản lý và vận hành không hợp lý việc chôn lấp rác do lịch sử để lại, thành phố Hà Nội là một trong những thành phố đầu tiên ở Việt Nam đưa việc bảo vệ môi trường ở các khu chôn lấp rác. Xây dựng khu liên hợp xử lý chất thải Nam Sơn, trong đó sẽ có bãi chôn lấp hợp vệ sinh là một giải pháp kỹ thuật lớn về việc giải quyết chất thảt đô thị. Công tác thiết kế hợp lý và đúng kỹ thuật bãi chôn lấp, việc xây dựng trạm xử lý nước rò rỉ sẽ làm giảm tối thiểu mức độ gây ô nhiễm, phục vụ cho hoạt động ổn định của bãi chôn lấp. Tuy nhiên công việc này không đơn giản do thành phần thay đổi từ bãi rác này sang bãi rác khác, theo các mùa trong năm , theo sự phát triển kinh tế và phong tục tập quán. II.4. Công nghệ xử lý và quá trình vận hành của hệ thống xử lý . II.4.1. Công nghệ xử lý nước rác Các số liệu nghiên cứu cho thấy nước rò rỉ chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau. Mỗi thành phần đòi hỏi phải có một hoặc vài phương pháp xử lý khác nhau và theo tính chất các phương pháp xử lý được chia ra làm các loại sau: phương pháp xử lý lý học phương pháp xử lý hóa học phương pháp xử lý sinh học II.4.1.1. Phương pháp xử lý lý học Trong phương pháp này, các lực vật lý như trọng trường, ly tâm được áp dụng để tách các chất không hòa tan ra khỏi nước thải. Phương pháp xử lý lý học thường đơn giản, rẻ tiền, có hiệu quả xử lý chất lơ lửng cao. Nhiều khi để tách các chất lơ lửng không tan và dầu mỡ người ta còn dùng bể tuyển nổi. Các công trình được áp dụng rộng rãi trong xử lý nước thải là: Thiết bị đo lưu lượng Lưới chắn rác Thiết bị nghiền rác Bể điều hòa Khuấy trộn Lắng Lắng cao tốc Tuyển nổi Lọc Hòa tan khí Bay hơi và tách khí. Việc ứng dụng các công trình xử lý lý học được tóm tắt trong bảng sau: [2] Bảng2.8 : Việc áp dụng các công trình cơ học trong xử lý nước thải. Công trình áp dụng Đo lưu lượng Lưới chắn rác Nghiền rác Bể điều hòa Khuấy trộn Tạo bông Lắng Tuyển nổi Lọc Vi lọc Vận chuyển khí Bay hơi và bay khí Kiểm soát quá trình, giám sát quá trình và báo cáo Tách các chất thô và có thể lắng Nghiền các chất rắn thô đến kích thước nhỏ hơn, đồng nhất Điều hòa lưu lượng và tải trọng BOD, SS Khuấy trộn hóa chất và chất khí với nước thải, giữ cặn ở trạng thái lơ Lửng Giúp cho việc tập hợp của các hạt cặn nhỏ thành các hạt cặn lớn hơn để có thể tách ra bằng lắng trọng lực Tách các cặn lắng và nén bùn Tách các cặn lắng lơ lửng nhỏ và các hạt cặn có tỷ trọng gần với tỷ trọng của nước. Cũng sử dụng để nén bùn sinh học Tách các hạt cặn lơ lửng còn lại sau xử lý sinh học hoặc hóa học Tương tự như quá trình lọc. Tách tảo từ nước thải sau hồ ổn định Bổ sung và tách khí Bay hơi các hợp chất hữu cơ bay hơi từ nước thải. Trong đó quá trình lắng được quan tâm và nghiên cứu cụ thể cho từng loại nước thải do tính chất của các hạt cặn lắng thay đổi từ nơi này đến nơi khác. II.4.1.2. Phương pháp xử lý hoá học: Sử dụng các phản ứng hoá học để xử lý nước thải. Các công trình xử lý hoá học thường kết hợp với công trình xử lý hoá học. Mặc dù có hiệu quả cao, nhưng phương pháp xử lý hoá học thường đắt tiền và đặc biệt thường tạo ra các sản phẩm phụ độc hại. Việc ứng dụng các công trình xử lý hoá học được tóm tắt trong bảng sau:[2] Bảng 2.9 : Việc áp dụng các công trình hoá học trong xử lý nước thải. Quá trìng áp dụng Kết tủa Hấp phụ Khử trùng Khử trùng bằng chlorine Khử chlorine Khử trùng bằng ClO2 Khử trùng bằng BrCl Khử trùng bằng tia UV Tách photspho và nâng cao hiệu quả của việc tách cặn lơ lửng ở bể lắng bậc 1 Tách các chất hữu cơ không được xử lý bằng phương pháp hóa học thông thường hoặc bằng phương pháp sinh học. Nó cũng được sử dụng để khử chlorine của nước thải trước khi xả vào nguồn. Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh. Chlorine là loại hóa chất được sử dụng rộng rãi nhất Tách lượng clo dư còn lại sau quá trình clo hóa Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh II.4.1.3 Phương pháp xử lý sinh học : Với việc phân tích và kiểm soát môi trường thích hợp, hầu hết các loại nước thải đều có thể được xử lý bằng phương pháp sinh học. Mục đích của phương pháp này là keo tụ và tách các hạt keo không lắng và ổn định (phân huỷ) các chất hữu cơ nhờ sự hoạt động của vi sinh vật hiếu khí hoặc kỵ khí nhằm giảm nồng độ các chất hữu cơ, giảm chất dinh dưỡng như nitơ và phốt pho. Có 5 nhóm chính : Quá trình hiếu khí , quá trình anoxic, quá trình kỵ khí, quá trình hiếu khí –anoxic-kỵ khí kết hợp, quá trình hồ sinh vật. Mỗi quá trình riêng biệt còn có thể phân chia thành chi tiết hơn, phụ thuộc vào việc xử lý được thực hiện trong hệ tang trưởng lơ lửng(suspended growth system) hệ thống tăng trưởng dính bám(attached growth system), hoặc hệ thống kết hợp. Ưu điểm của phương pháp này là rẻ tiền và có khả năng tận dụng các sản phẩm phụ làm phân bón (bùn hoạt hoá) hoặc tái sinh năng lượng (khí metan). Bảng 2.10 : Các qúa trình sinh học chính xử lý nước thải Loại Tên Sử dụng Quá trình hiếu khí Dạng lơ lửng Dạng dính bám Quá trình sinh trưởng lơ lửng kết hợp với tiếp xúc Quá trình thiếu khí Dạng lơ lửng Dạng dính bám Quá trình kỵ khí Dạng lơ lửng Dạng dính bám Quá trình kết hợp cả hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí Dạng lơ lửng Kết hợp dạng lơ lửng và dạng dính bám Bể xử lý Quá trình bùn hoạt tính - Dòng chảy tầng - Xáo trộn hoàn toàn - Khuấy trộn từng phần - Thiết bị gián đoạn - Tiếp xúc ổn định - Mương oxy hoá Quá trình nitrat hoá -Bể thổi khí -Thiết bị thuỷ phân hiếu khí không khí ôxy nguyên chất Bể lọc nhỏ giọt Tốc độ thấp Tốc độ cao Thiết bị sinh học tiếp xúc xoay tròn Quá trình lọc sinh học hoạt tính Khử nitrat trong bể bùn lơ lửng Khử nitrat trong lớp phim cố định Thiết bị thuỷ phân kỵ khí Tốc độ chuẩn, một giai doạn Tốc độ cao, một giai doạn Tốcđộ cao, hai giai đoạn Quá trình tiếp xúc kỵ khí Kỵ khí dòng chảy ngược Lớp bùn Quá trình lọc kỵ khí Tầng mở rộng Quá trình một giai đoạn hoặc nhiều giai đoạn, các quá trình độc lập Quá trình một giai đoạn hoặc nhiều giai đoạn Bể hiếu khí Bể tuỳ tiện Bể kỵ khí Khử BOD(Nitrat hoá) Nitrat hoá Khử BOD(Nitrat hoá) Khử BOD Khử BOD(Nitrat hoá) Khử BOD(Nitrat hoá) Khử BOD(Nitrat hoá) Khử nitrat Khử nitrat Khử BOD Khử BOD Khử BOD Khử BOD Khử BOD Khử BOD Khử BOD Khử BOD Khử BOD, nitrat hoá, khử nitrat và khử phospho Khử BOD, nitrat hoá, khử nitrat và khử phospho Khử BOD Khử BOD Khử BOD II.5. Công nghệ xử lý đã được áp dụng: II.4.1.Nguyên tắc lựa chọn công nghệ xử lý nước rò rỉ Trong điều kiện thực tế của Hà Nội, việc lựa chọn công nghệ xử lý nước rò rỉ phải theo các nguyên tắc sau: Công nghệ xử lý phải đảm bảo chất lượng nước rò rỉ sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả vào nguồn loại B. Nước sau khi xử lý có thể xả vào hồ Phú Thịnh hoặc sử dụng cho trồng trọt. Công nghệ xử lý phải đảm bảo mức độ an toàn cao trong trường hợp có sự thay đổi lớn về lưu lượng và nồng độ nước rò rỉ giữa mùa khô và mùa mưa. Công nghệ xử lý phải đơn giản, dễ vận hành, có tính ổn định cao, vốn đầu tư và chi phí quản lý phải là thấp nhất. Công nghệ xử lý phải phù hợpvới điều kiện của Việt Nam, đặc biệt là điều kiện của Hà Nội, nhưng phải mang tính hiện đại à có khả năng sử dụng trong một thời gian dài. Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước rò rỉ dựa trên các yếu tố sau: Lưu lượng và thành phần nước rò rỉ. Tiêu chuẩn thải nước rò rỉ sau khi xử lý vào nguồn. Điều kiện thực tế về quy hoạch, xây dựng và vận hành của bãi chôn lấp. Điều kiện về địa chất công trình và địa chất thuỷ văn. Điều kiện về kỹ thuật (xây dựng, lắp ráp và vận hành). Khả năng về vốn đầu tư. Công nghêk xử lý phải có khả năng thay đổi dễ dàng khi áp dụng các quá trình xử lý mới có hiệu quả cao. Công nghệ xử lý phải có khả năng tái sử dụng các nguồn chất thải (năng lượng, phân bón,). Nước rác Bể điều hoà Keo tụ, lắng UASB AS Hố thu Hệ xử lý RO Hồ sinh học Suối Lai Sơn Dinh dưỡng Bể điều hoà: Thu gom nước rác để cung cấp lưu lượng ổn định cho trạm xử lý. Keo tụ, lắng: Tách các hợp chất lơ lửng có trong nước rác. Bể UASB: Xử lý các hợp chất hưu cơ. thời gian lưu nước trong thiết bị không dài, cho phép giảm thể tích thiêt bị nhỏ gọn và xử lý được một khối lượng chất gây ô nhiễm. AS: Xử lý nốt BOD và các hợp chất nitơ. RO: Dùng để xử lý các hợp chất có màu trong nước thải và một phần chất hữu cơ khó xử lý bằng vi sinh. Hồ sinh học: Nhằm xử lý các hợp chất amôni và nitrat còn lại trong nước thải sau hệ xử lý sinh học. II.5.2 Hiện trạng của hệ thống xử lý nước rác Dây chuyền xử lý nước rác bằng phương pháp sinh học hiện tại đang ngừng hoạt động do quá trình vận hành cho kết quả không như mong muốn Những nguyên nhân gây ra việc xử lý không hiệu quả: - Nguyên nhân khách quan + Đây là một công nghệ mới và khó lần đầu tiên được áp dụng tại Việt Nam nên còn nhiều vướng mắc. + Các nước trên thế giới hiện đang vận hành bãi chôn lấp chất thải hợp vệ sinh phần lớn chỉ xử lý sơ bộ nước rác bằng công nghệ sinh học như trên rồi trộn và pha loãng với nước thải sinh hoạt để xử lý tiếp trong các nhà máy xử lý nước thải đô thị, do vậy thông tin từ các nước phát triển về vấn đề này thường giới hạn ở các kết quả nghiên cứu. + Tính đồng bộ trong hoạt động chôn lấp rác: Trạm xử lý nước rác phải coi là một công đoạn trong toàn bộ hệ thống hoạt động chôn lấp rác để đảm baỏ nước rác đầu vào có tỷ lệ BOD/COD thích hợp cho công nghệ vi sinh. + Chất lượng nước rác đầu vào là nước rác cũ có tỷ lệ BOD/COD thấp không phù hợp với hệ thống được thiết kế cho nước rác mới. + Rác thải của Hà Nội chưa được phân loại nên thành phần nước rác rất phức tạp và điều kiện thời tiết thay đổi nên khó tiên lượng cả về mặt chất lượngvà lưu lượng. - Nguyên nhân chủ quan từ Viện Cơ Học Thiết kế hệ thống chưa tính đến : + Khả năng của hệ thống phải vận hành với chế độ nước rác cũ, nghèo BOD (tỷ lệ BOD5/COD = 0,1- 0,2) vì vậy lượng bùn hoạt tính bị “đói” phát triển kém, dẫn đến khó tạo bông và khó lắng, lượng bùn giảm dần trong quá trình vận hành. + Khả năng xử lý nitơ - amoni của hệ thấp dẫn đến tăng tải cho hệ hồ sinh học tiếp theo. + Khả năng Ca+ kết tủa mạnh trong hệ thống UASB và hệ thống hiếu khí. Trong quá trình vận hành thử lượng canxi đã đóng thành mảng trong bể UASB và thành lớp trong bể Aerotank . + Nồng độ chất rắn hoà tan cao sẽ làm ức chế hoạt động của hệ xử lý sinh học và hệ ao hồ sinh học. + Khả năng xử lý COD dư và màu của nước rác, thiết kế từng đơn vị xử lý còn thiếu. + Hệ UASB thiếu các van lấy mẫu để có thể kiểm soát được chất lượng và diễn biến chất lượng bùn hoạt tính hàng ngày để có các giải pháp hiệu chỉnh công nghệ thích hợp. + Hệ UASB còn thiếu cơ cấu tách pha khí-lỏng-rắn thích hợp chống nổi bùn và mất sinh khối. + Hệ UASB còn thiếu cơ cấu vận hành ở chế độ chống tắc cho hệ phân phối đáy. + Hệ aerotank đã có các cơ cấu bám vi sinh vật, cơ cấu này không đủ hiệu quả đối với các hệ có thời gian lưu nước thấp như ở đây. + Hệ bùn lắng bố trí ở cao trình không thích hợp cho chế độ tuần hoàn bùn. + Thiếu kết qủa phân tích kiểm soát công nghệ đầy đủ hàng ngày nên khó điều chỉnh các thông số công nghệ để đạt được chế độ vận hành tối ưu. Chương III: Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình đông-keo tụ trong xử lý nước rích bãi rác. III.1.Cơ sở lựa chọn của phương pháp Thường có ba cách để lọa bỏ các chất rắn lơ lửng là lắng, lọc và tuyển nổi. Phương pháp lắng bằng trọng lực thông thường không cho kết quả cao vì không thể lắng được các phân tử nhỏ bé lơ lửng như các hạt keo trong nước. Phương pháp tuyển nổi đối với nước rác không cho hiệu quả cao vì không tạo được bọt (qua thực tế đã diển ra tại dây chuyền xử lý nước rác tại bãi chôn lấp Nam Sơn), không có khả năng loại bỏ các hợp chất hưu cơ hòa tan, không loại bỏ được các tạp chất khác nặng và lắng ở dưới đáy. Với tính chất của nước rác ta lựa chọn phương pháp đông keo tụ để xử lý vì nó có một số ưu điểm sau: - Keo tụ có khả năng loại bỏ các tạp chất lơ lửng có kích thước nhỏ nhờ phá vỡ tính bền của các hạt keo. Công nghệ đơn giản, không yêu cầu cao về trình độ vận hành. Chi phi hóa chất và chi phĩây lắp không cao. Không đòi hỏi nhiều diện tích xây dựng. Ngoài ra xử lý bằng keo tụ có thể giảm được các hợp chất hữu cơ hòa tan nhờ khả năng hấp phụ của các hiđroxit nhổm trong quá trình keo tụ. III.2. Phương pháp đông keo tụ [8] III.2.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp 1. Trước hết ta cần xem các khái niệm về huyền phù và chất keo Chất huyền phù lơ lửng (MES) Các chất này có nguồn gốc vô cơ (cát, đất sét, bùn phù sa) hay hữu cơ (các sản phẩm của sự phân huỷcác chất của động vật hay thực vật, axit humic hoặc fulvic). ơ các hợp chất này có thêm các vi sinh như vi khuẩn, thực vật nổi, tảo và virus. Cácchất này tạo nên độ đục và màu cho nước. Hạt keo: Các hạt keo trong nước là các phần tử có kích thước nằm trong khoảng từ 0,1á1nm. Những phần tử này không tự lắng được và do đó không thể được loại bỏ bằng lắng tự nhiên hay lắng trọng lực. Trong tự nhiên, theo nguồn gốc xuất xứ cũng như bản chất hóa học, các hạt cặn lơ lửng đều mang điện tích âm hoặc dương. Các hạt rắn có nguồn gốc Silic, các hợp chất hữu cơ đều có điện tích âm, ngược lại, các hiđroxit sắt và nhôm mang điện tích dương. Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ,các thành phần mang điện tích sẽ kết hợp hoặc dính kết với nhau bằng lực liên kết phân tử và điệ từ, tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc các ing tự do. Các tổ hợp trên được gọi là các hạt “bông keo” (flocs). Theo thành phần cấu tạo, người ta chia các hạt keo thành hai loại: keo kỵ nước (hydrôpholic) là loại chống lại các phân tử nước và keo háo nước (hydrophilic) là loại hấp thụ các phân tử nước như vi khuẩn, vi rút, trong đó keo kỵ nước đóng vai tròchủ yếu trong công nghệ xử lý nước và nước thải. Chất hoà tan (kích thước nhỏ hơn vài nanomet) Nói chung chúng là các cation hoặc là anion. Một bộ phận các chât hưũ cơ cũng có dạng hoà tan, người ta cũng thấy cả khí như O2, CO2, H2S 2.Vai trò của đông tụ và kết bông Phương pháp đông tụ và kết bông dễ dàng loại bỏ huyền phù và chất keo. Quá trình nàythực hiện trước khi tách pha rắn – lỏng : lắng gạn, tuyển nổi hay lọc. Loại bỏ các chất hoà tan đối với mỗi chất cần có cách xử lý riêng, cần hoặc không cần đông tụ kết bông, thậm chí cả việc tách pha rắn – lỏng. 3. Tính ổn định của huyền phù dạng keo – Tính cần thiết của đông tụ trong bảng sau đưa ra danh mục một số chất với kích thước và thời gian cần thiết để cho các hạt rưi thẳng đứng dưới tác dụng của trọng lực ở 200C và áp suất 1m cột nước. Bảng3.1 : Thời gian lắng của các hạt khác nhau Đuờng kính hạt Loại hạt Thời gian lắng cho 1m nước Diện tích riêng (m2/m3) mm mm ồ 10 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 104 103 102 101 1 10-1 10-2 10-3 108 107 106 105 104 103 102 101 Sỏi Cát Cát mịn Đất sét Vi khuẩn Chất keo Chất keo Chất keo 1 s 10 s 2 phút 2 h 8 ngày 2 năm 20 năm 200 năm 6.102 6.103 6.104 6.105 6.106 6.107 6.108 6.109 Từ bảng này cho ta thấy chất keo là các hạt không có khả năng lắng tự nhiên, đối với chúng hiệu ứng bề mặt chiếm ưu thế. Hiệu ứng này ghi nhận tính ổn định của chất huyền phùdạng keo. Thực vậy, chất keo chịu tác dụng của hai lực lớn : Lực hấp dẫn Van der waal liên kết cấu trúc và dạng keo cũng như bản chất môi trường EA Lực đẩy tĩnh điện liên kết các điện tích riêng của chất keo EB. Độ ổn định của chất huyền phù dạng keo phụ thuộc vào tổng của lực hấp dẫn và lực đẩy mà mức năng lượng được xác định bằng : E = EA + EB. Quan hệ này được biểu diễn trên hình sau: ES E Khoảng cách EA EB EA: Năng lượng Van der Waal EB: Năng lượng tĩnh điện E: Năng lượng tổng ES: Hàng rào năng lượng Hình 3.1 : Tính ổn định của hạt keo lơ lửng Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hoà tan vì chúng là các hạt rắn có kích thước quá nhỏ. Để tách các hạt răn đó một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hỗ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm làm tăng vận tốc lắng của chúng. Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hoà điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau. Quá trình trung hoà điện tích thường được gọi là quá trình đông tụ (coagulation) còn quá trình tào thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ (flocculation). 4.Bản chất các hạt keo- thuyết lớp điện tích kép: [1] Các hạt rắn lơ lửng trong tự nhiên thường mang điện tích âm. Để trung hòa điiện tích bề mặt của mình, chúng sẽ hút các ion trái dấu sẵn có ở trong nước tạo thành một lớp ion bao bọc xung quanh hạt keo. Đã có nhiều thuyết được đưa ra để miêu tả về lớp ion này: Thuyết Helzholtz : Hạt keo được bao phủ toàn bộ bề mặt của mình bởi một lớp ion trái dấu (mang điện tích dương) đảm bảo trung hòa toàn bộ điện tích hạt keo (lớp biên giới). Thuyết Goy- Châpman: Lớp ion trái dấu bao quanh hạt keo một cách không đều, sự trung hòa đạt được ở một khoảng cách xa hạt keo (lớp klhuếch tán). Thuyết Stern : Là sự kết hợp của hai thuyết trên, đưa ra một ý tưởng về mô hình lớp điện tích kép. Theo đó, một số ion trái dấu bị hút chặt vào các hạt rắn đến mức chúng chuyển động cùng hạt rắn, tạo nên lớp thứ nhất, làm giảm mạnh thế của hạt keo. Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này cũng là hầu hết các ion trái dấu nhưng chúng bị hút vào một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra,tạo nên lớp thứ hai, lớp này làm thế của hạt keo giảm đi chậm hơn. Biên giới giửa hai lớp tạo nên một mặt trượt. Cơ chế của quá trình đông tụ hoàn toàn có thể giải thích đơn giản bằng mô hình hai lớp, như hình sau: Hình3.2 : Điện tích trên hạt lơ lửng khi giải thích bằng lý thuyết hai lớp Những hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu. Một số các ion trái dấu đó bị hút chặt vào hạt rắn đến mức chúng chuyển động cùng hạt rắn, do đó tạo thành một mặt trượt. Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong này là lớp ion bên ngoài mà hầu hết là các ion trái dấu, nhưng chúng bị hút bám vào một cách lỏng lẻo và có thể dễ dàng bị trượt ra. Khi các hạt rắn mang diện tích âm chuyển động qua chất lỏng thì điện tích âm đó bị giảm bởi các ddiện tích dương ở lớp bên trong. Hiệu số điện năng giữa các lớp cố định và lớp chuyển động gọi là thế zeta (z) hay thế điện động. Khác với thế điện động E (là hiệu số điện thế giữa bề mặt và chất lỏng). Thế zeta phụ thuộc vào E và chiều dày hai lớp, giá trị của nó sẽ xác định lực tĩnh điện đẩy của các hạt là lực cản trở việc dính kết giữa các hạt rắn với nhau. Nếu như điện tích âm thực là điện tích đ