Tổng hợp các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp

   Hoạt động của khu công nghiệp là nguyên nhân gây ra những ảnh hưởng lâu dài tới hệ sinh thái trên cạn do việc phát quang cây cối, khí thải và bức xạ nhiệt từ các nhà máy có khả năng gây ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của hệ sinh thái trên cạn. Nước thải sẽ gây ảnh hưởng ít nhiều đến hệ sinh thái dưới nước như các chất dùng để diệt khuẩn có khả năng gây nhiễm độc cho các sinh vật, dầu mỡ gây rối loạn sinh lý và hành vi của sinh vật.

   Hầu hết các khu công nghiệp đều áp dụng phương pháp xử lý cơ học, hóa lý và sinh học, tuy nhiên với các đặc trưng mỗi khu công nghiệp khác nhau sẽ tính toán quy mô của mỗi phương án xử lý khác nhau. Sau đây Môi trường TNT xin gửi đến Quý khách hàng các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp:

A – PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

Phương pháp xử lý cơ học sử dụng nhằm mục đích tách các chất không hoà tan và một  phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Những công trình xử lý cơ học bao gồm :

A.1 Song chắn rác

Song chắn rác nhằm chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hay ở dạng sợi: giấy, rau cỏ, rác… được gọi chung là rác. Đối với các tạp chất < 5 mm thường dùng lưới chắn rác. Cấu tạo song chắn rác gồm các thanh chắn rác bằng thép không gỉ, sắp xếp cạnh nhau và hàn cố định trên khung thép, được đặt trên mương dẫn nước. Khoảng cách giữa các thanh thép gọi là khe hở. Thanh chắn rác có thể dùng tiết diện tròn d = 8 – 10 mm, chữ nhật s x b = 10 x 10 và 8 x 60 mm, bầu dục… và thường được đặt nghiên một góc 45 – 60⁰

Song chắn rác có thể phân thành các nhóm sau:

• Theo kích thước của khe hở, song chắn rác phân ra loại thô (20 – 200mm) và loại trung bình (5 – 25mm).
• Theo đặc điểm cấu tạo, song chắc rác phân biệt loại cố định hay di động.
• Theo phương pháp vớt rác, song chắc rác phân biệt loại thủ công và loại cơ giới.
• Lượng rác giữ lại trên song chắn rác phụ thuộc loại dòng nước chảy, chiều rộng khe hở, phương pháp vớt rác.

A.2.  Bể lắng cát

Bể lắng cát dùng để loại những cặn lớn vô cơ chứa trong nước thải mà chủ yếu là cát. Trên trạm xử lý nước thải nếu để cát lắng lại trong bể lắng sẽ gây khó khăn cho công tác lấy cặn. Trong cặn có cát có thể làm cho các ống dẫn bùn không hoạt động được, máy bơm chóng hỏng.

Dưới tác động của lực trọng trường, các phần tử rắn có tỉ trọng của nước sẽ được lắng xuống đáy trong quá trình nước thải chuyển động qua bể lắng cát. Bể lắng cát phải được tính toán với tốc độ dòng chảy đủ lớn (0,3m/s) để các phần tử hữu cơ nhỏ không lắng được và đủ nhỏ (0,15m/s) để cát và các tạp chất vô cơ giữ lại được trong bể.

A.3  Bể lắng

Bể lắng dùng để tách các chất lơ lửng có trọng lượng riêng lớn hơn trọng lượng riêng của nước. Chất lơ lửng nặng hơn sẽ từ từ lắng xuống đáy, còn chất lơ lửng nhẹ hơn sẽ nổi lên mặt nước hoặc tiếp tục theo dòng nước đến công trình xử lý tiếp theo. Dùng những thiết bị thu gom  và vận chuyển các chất bẩn lắng và nổi (ta gọi là cặn) tới công trình xử lý cặn.

• Dựa vào chức năng, vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: bể lắng đợt 1 trước công trình xử lý sinh học và bể lắng đợt 2 sau công trình xử lý sinh học.
• Dựa vào nguyên tắc hoạt động, người ta có thể chia ra các loại bể lắng như: bể lắng hoạt động gián đoạn hoặc bể lắng hoạt động liên tục.
• Dựa vào cấu tạo có thể chia bể lắng thành các loại như sau: bể lắng đứng, bể lắng ngang, bể lắng ly tâm và một số bể lắng khác.
• Bể lắng đứng

Bể lắng đứng thường mặt bằng hình tròn hoặc hình vuông, đáy dạng nón hay chóp cụt. Bể lắng đứng có cấu tạo đơn giản, đường kính không vượt quá ba lần chiều sâu công tác và có thể đến 10m. Bể lắng đứng thường dùng cho các trạm xử lý có công suất dưới 20.000 m³/ngàyđêm. Nước thải được dẫn vào ống trung tâm và chuyển động từ dưới lên theo phương thẳng đứng, sau khi ra khỏi ống trung tâm nước thải va vào tấm chắn và thay đổi hướng đứng sang hướng ngang rồi dâng lên theo thân bể. Nước đã lắng trong tràn qua máng thu đặt xung quanh thành bể và đi ra ngoài. Khi nước thải dâng lên theo thân bể thì cặn lắng thực hiện một chu trình ngược lại. Như vậy, cặn chỉ lắng được trong trường hợp tốc độ lắng lớn hơn tốc độ nước dâng. Thời gian lắng phụ thuộc vào mức độ xử lý theo yêu cầu.

• Bể lắng ngang

Bể lắng ngang có hình dạng chữ nhật trên mặt bằng, tỷ lệ giữa chiều rộng và chiều dài không nhỏ hơn 1/4  và chiều sâu đến 4m. Bể lắng ngang dùng cho các trạm xử lý có công suất lớn hơn 15.000 m³/ ngàyđêm. Trong bể lắng nước thải chuyển động theo phương ngang từ đầu bể đến cuối bể và được dẫn tới các công trình xử lý tiếp theo, vận tốc dòng chảy trong vùng công tác của bể không được vượt quá 40 mm/s. Nước thải theo máng phân phối vào bể qua đập tràn thành mỏng hoặc tường đục lỗ xây dựng ở đầu bể dọc suốt chiều rộng. Đối diện ở cuối bể cũng xây dựng máng tương tự để thu nước và đặt tấm chắn nửa chìm nửa nổi cao hơn mực nước 0,15 – 0,2m và không quá sâu 1,25 – 1,5m. Để thu và xả chất nổi, người ta đặt một máng tràn đặt biệt ngay sát kề tấm chắn. Đáy bể làm dốc để thuận tiện khi cào gom cặn, độ dốc của hố thu cặn không nhỏ hơn 45⁰. Xả cặn ra khỏi bể thường bằng áp lực thuỷ tĩnh với cột nước không nhỏ hơn 1,5m đối với bể lắng đợt I và 0,9m (sau bể aeroten) hoặc 1,2m (sau bể biophin) đối với bể lắng đợt II. Bể lắng ngang có thể làm một hố thu cặn ở đầu bể và cũng có thể làm nhiều hố thu cặn dọc theo chiều dài của bể. Tuy nhiên bể lắng ngang có nhiều hố thu cặn thường tạo thành những vùng xoáy làm giảm khả năng lắng của các hạt cặn, đồng thời không kinh tế vì tăng thêm khối tích không cần thiết của công trình.

• Bể lắng ly tâm

            Bể lắng ly tâm có dạng hình tròn trên mặt bằng, đường kính bể từ 16 đến 40 m (có trường hợp tới 60m), chiều cao làm việc bằng 1/6 – 1/10 đường kính bể. Bể lắng ly tâm được dùng cho các trạm xử lý có công suất lớn hơn 20.000 m³/ngđ. Trong bể lắng nước chảy từ trung tâm ra quanh thành bể. Nước chảy theo ống trung tâm từ dưới lên trên rồi qua múi phân phối vào bể. Chất nổi nhờ tấm chắn treo lơ lửng ở dưới dàn quay dồn góp lại và chảy luồn qua ống xiphông xả vào giếng cặn.

Dàn quay quay với tốc độ 2 – 3 vòng trong một giờ, công suất của rôtô 0,5 – 2 kW, lấy phụ thuộc vào đường kính bể. Khi dàn quay quay, cặn lắng được dồn vào hố thu cặn được xây dựng ở trung tâm đáy bể bằng hệ thống cào gom cặn ở phần dưới dàn quay hợp với trục 1 góc 45⁰. Đáy bể thường được thiết kế với độ dốc i = 0,02 – 0,05. Cặn xả ra khỏi bể có thể sử dụng máy bơm hoặc áp lực thủy tỉnh không nhỏ hơn 1,5m.

Để điều hoà tốc độ nước, thành tràn có thể sử dụng kiểu răng cưa. Tải trọng trên 1m dài thành tràn không quá 10 l/s.

A.4.  Bể vớt dầu mỡ

Bể vớt dầu mỡ thường được áp dụng khi xử lý nước thải có chứa dầu mỡ (nước thải công nghiệp), nhằm tách các tạp chất nhẹ. Đối với nước thải sinh hoạt khi hàm lượng dầu mỡ không cao thì việc vớt dầu mỡ thực hiện ngay ở bể lắng nhờ thiết bị gạt chất nổi.

A.5. Bể lọc

Bể lọc nhằm tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích thước nhỏ bằng cách cho nước thải đi qua lớp lọc đặc biệt hoặc qua lớp vật liệu lọc. Bể này được sử dụng chủ yếu cho một số loại nước thải công nghiệp. Quá trình phân riêng được thực hiện nhờ vách ngăn xốp, nó cho nước đi qua và giữ pha phân tán lại. Quá trình diễn ra dưới tác dụng của áp suất cột nước.

Hiệu quả của Phương pháp xử lý cơ học :

Phương pháp xử lý nước thải bằng cơ lọc có thể loại bỏ khỏi nước thải được 60% tạp chất không hoà tan và 20% BOD.

Hiệu quả xử lý có thể đạt tới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 30 – 35 % theo BOD bằng các biện pháp làm thoáng sơ bộ hoặc đông tụ sinh học.

Trong một số trường hợp các công trình xử lý cơ học có thể kể đến bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể lắng trong có ngăn phân huỷ, bể UASB,… là những công trình vừa để lắng vừa để phân huỷ cặn lắng trong môi trường kị khí.

Nếu điều kiện vệ sinh cho phép, thì sau khi xử lý cơ học nước thải được khử trùng và xả vào nguồn, nhưng thường xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi cho qua bể xử lý sinh học.

B – PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý là áp dụng các quá trình vật lý và hoá học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hoà tan nhưng không độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường. Giai đoạn xử lý hoá lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơ học, hoá học, sinh học trong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh.

Những phương pháp hoá lý thường được áp dụng để xử lý nước thải là: keo tụ, đông tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, thấm lọc ngược và siêu lọc …

B.1 Phương pháp keo tụ và đông tụ

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 hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ. Để tách các hạt rắn đó một cách có hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hổ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm 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 tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ (flocculation).

• Phương pháp keo tụ

Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các chất cao phân tử vào nước. Khác với quá trình đông tụ, khi keo tụ thì sự kết hợp diễn ra không chỉ do tiếp xúc trực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụ trên các hạt lơ lửng.

Sự keo tụ được tiến hành nhằm thúc đẩy quá trình tạo bông hydroxyt nhôm và sắt với mục đích tăng vận tốc lắng của chúng. Việc sử dụng chất keo tụ cho phép giảm chất đông tụ, giảm thời gian đông tụ và tăng vận tốc lắng.

Cơ chế làm việc của chất keo tụ dựa trên các hiện tượng sau: hấp phụ phân tử chất keo trên bề mặt hạt keo, tạo thành mạng lưới phân tử chất keo tụ. Sự dính lại các hạt keo do lực đẩy Vanderwalls. Dưới tác động của chất keo tụ giữa các hạt keo tạo thành cấu trúc 3 chiều, có khả năng tách nhanh và hoàn toàn ra khỏi nước.

Chất keo tụ thường dùng có thể là hợp chất tự nhiên và tổng hợp chất keo tự nhiên là tinh bột, ete, xenlulozơ, dectrin (C₆H₁₀O₅)_n và dioxyt silic hoạt tính (xSiO₂.yH₂O).

• Phương pháp đông tụ

Chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc hoặc hỗn hợp của chúng. Việc chọn chất đông tụ phụ thuộc vào thành phần, tính chất hoá lý, giá thành, nồng độ tạp chất trong nước, pH.

Các muối nhôm được dùng làm chất đông tụ: Al₂(SO₄)₃.18H₂O, NaAlO₂, Al(OH)₂Cl, Kal(SO₄)₂.12H₂O, NH₄Al(SO₄)₂.12H₂O. Thường sunfat nhôm làm chất đông tụ vì hoạt động hiệu quả pH = 5 – 7.5, tan tốt trong nước, sử dụng dạng khô hoặc dạng dung dịch 50% và giá thành tương đối rẻ.

Các muối sắt được dùng làm chất đông tụ: Fe(SO₃).2H₂O, Fe(SO₄)₃.3H₂O, FeSO₄.7H₂O và FeCl₃ . Hiệu quả lắng  cao khi sử dụng dạng khô hay dung dịch 10 -15%.

B.2 Tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất rắn tan hoặc không tan hoặc lỏng có tỉ trọng nhỏ hơn tỉ trọng của chất lỏng làm nền. Nếu sự khác nhau về tỉ trọng đủ để tách, gọi là tuyển nổi tự nhiên. Còn nếu có sử dụng các phương tiện ngoài để cải thiện việc tách các hạt có khả năng tuyển nổi gọi là tuyển nổi trợ giúp

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là không khí) vào trong pha lỏng. Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu, chúng được thu gom bằng cách vớt bọt.

Trong tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt khí có ý nghĩa quan trọng. Để đạt được mục đích này đôi khi người ta bổ sung thêm vào nước các chất tạo bọt có tác dụng làm giảm năng lượng bề mặt phân chia pha.

B.3 Hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi nước thải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó. Những chất này không phân huỷ bằng con đường sinh học và thường có độc tính cao. Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và chi phí riêng cho lượng chất hấp phụ không lớn thì việc ứng dụng phương pháp này là hợp lý hơn cả.

Những chất hấp phụ có thể là: than hoạt tính, silicagel, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi ion, cacbon sunfua, than nâu, than bùn, than cốc, đôlômi, cao lanh, tro và các dung dịch hấp phụ lỏng. Bông cặn của những chất keo tụ (hyđroxit của kim loại) và bùn hoạt tính từ bể aeroten cũng có khả năng hấp phụ. Chất hấp phụ vô cơ như đất sét, silicagen, keo nhôm và các chất hydroxit kim loại ít được sử dụng vì năng lượng tương tác của chúng với các phân tử nước lớn

B.4 Phương pháp trao đổi ion

            Phương pháp trao đổi ion thường được ứng dụng để loại ra khỏi nước các kim loại như : Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Mn,…,các hợp chất của Asen, photpho, Cyanua và các chất phóng xạ.

        Các chất có khả năng hút các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là cationit, những chất này mang tính axit. Các chất có khả năng hút các ion âm gọi là anionit và chúng mang tính kiềm. Nếu như các ionit nào đó trao đổi cả cation và anion gọi là các ionit lưỡng tính.

Các chất trao đổi ion là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo. Các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên gồm có các zeolit, kim loại khoáng chất, đất sét, fenspat, chất mica khác nhau… vô cơ tổng hợp gồm silicagen, pecmutit (chất làm mềm nước ), các oxyt khó tan và hydroxyt của một số kim loại như nhôm, crôm, ziriconi… Các chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên gồm axit humic và than đá chúng mang tính axit, các chất có nguồn gốc tổng hợp là các nhựa có bề mặt riêng lớn là những hợp chất cao phân tử.

B.5 Phương pháp điện hoá

Mục đích của phương pháp này là xử lý các tạp chất tan và phân tán trong nước thải, có thể áp dụng trong quá trình oxy hóa dương cực, khử âm cực, đông tụ điện và điện thẩm tích. Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên các điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải.

Các phương pháp điện hoá giúp thu hồi các sản phẩm có giá trị từ nước thải với sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản, dễ tự động hoá và không sử dụng tác chất hoá học.Nhược điểm lớn của phương pháp này là tiêu hao điện năng lớn.

Việc làm sạch nước thải bằng phương pháp điện hoá có thể tiến hành gián đoạn hoặc liên tục.Hiệu suất của phương pháp điện hoá được đánh giá bằng một loạt các yếu tố như mật độ dòng điện, điện áp, hệ số sử dụng hữu ích điện áp, hiệu suất theo dòng, hiệu suất theo năng lượng.

B.6  Phương pháp trích ly

Trong hỗn hợp hai chất lỏng không hoà tan lẫn nhau, bất kỳ một chất thứ ba nào khác sẽ hoà tan trong hai chất lỏng trên (theo nồng độ hoà tan của bản thân) theo quy luật phân bố. Như vậy trong nước thải chứa các chất bẩn, nếu chúng ta đưa vào dung môi và khấy đều với các chất bẩn đó sẽ hoà tan vào dung môi theo đúng quy luật phân bố đã nói và nồng độ chất bẩn trong nước sẽ giảm đi. Tiếp tục tách dung môi ra khỏi nước thì nước thải coi như được làm sạch. Hiệu suất sử lý nước thải tuỳ thuộc vào khả năng phân bố của các chất bẩn trong dung môi, giá trị của hệ số phân bố hay khả năng trích ly của dung môi.

Trích ly pha lỏng được ứng dụng để làm sạch nước thải chứa phenol, dầu, axit hữu cơ, các ion kim loại…

B.7  Phương pháp làm thoáng và chưng bay hơi

Phương pháp làm thoáng dùng để xử lý nước thải của nhiều lĩnh vực công nghiệp hoá chất, sản xuất sợi nhân tạo, sản xuất giấy… có thể làm thoáng nước thải bằng phương pháp tự nhiên được thực hiện ở các hồ lắng lộ thiên và chất bẩn dễ bay hơi sẽ theo mặt thoáng của nước, vì hiệu suất khử thấp và chiếm nhiều diện tích nên phương pháp làm thoáng tự nhiên ít được sử dụng. Và phương pháp nhân tạo khử khí bằng phương pháp cưỡng bức gồm ba loại chính: tháp với vật liệu tiếp xúc, thổi không khí nén vào lớp nước và tháp chân không.

C – PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP

Các phương pháp hoá học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trung hoà, oxy hoá và khử. Tất cả các phương pháp này đều dùng các tác nhân hoá học nên là phương pháp đắt tiền. Người ta sử dụng các phương pháp hoá học để khử các chất hoà tan và trong các hệ thống cấp nước khép kín. Đôi khi các phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là một phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn.

C.1 Phương pháp trung hoà

Nước thải chứa các axit vô cơ hoặc kiềm như nước thải của nhiều lĩnh vực công nghiệp cần được trung hoà để đưa độ pH về khoảng 6,5 đến 8,5 trước khi thải vào nguồn nước hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo.

Việc lựa chọn phương pháp trung hoà là tùy thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải, chế độ thải nước thải, khả năng sẳn có và giá thành của các tác nhân hoá học. Trong quá trình trung hoà, một lượng bùn cặn được tạo thành. Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng các tác nhân sử dụng cho quá trình.

Trung hoà nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:

• Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm
• Trung hoà bằng cách cho thêm hoá chất vào nước thải
• Trung hoà nước thải chứa axit bằng cách lọc qua lớp vật liệu lọc trung hoà
• Trung hoà nước thải chứa kiềm bằng cách dùng khí thải – khói từ lò đốt

C.2 Phương pháp oxy hoá khử

Mục đích của phương pháp này là chuyển các chất ô nhiễm độc hại trong nước thải thành các chất ít độc hơn và được loại ra khỏi nước thải. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hóa học, do đó quá trình oxy hóa hóa học chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây ô nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng những phương pháp khác. Thường oxy hoá bằng các chất sau:

• Oxy hoá bằng clo

Clo và các chất có chứa clo hoạt tính  là những chất oxy hoá có thể lợi dụng để tách H₂S, hyđrosunfit, phenol, xyanua ra khỏi nước thải.

• Oxy hoá bằng hyđro peroxit

H₂O₂  là một chất lỏng không màu và có thể trộn lẫn với nước ở bất kỳ tỉ lệ nào. H₂O₂ là dùng để oxy hoá các nitrit, các anđehit, phenol, xyanua, các chất thải chứa lưu huỳnh và chất nhuộm mạnh.

Trong môi trường axit, H₂O₂  thể hiện rõ chức năng oxy hoá còn trong môi trường kiềm là chức năng khử. Trong môi trường axit, H₂O₂  chuyển muối Fe²⁺ thành muối Fe³⁺, HNO₂ thành HNO₃ và SO₃^2- thành SO₄^2- .

• Oxy hoá bằng oxy trong không khí

Được sử dụng để tách sắt ra khỏi nước cấp, còn được sử dụng để oxy hoá sunfua trong nước thải của các nhà máy giấy, chế biến dầu mỏ. Quá trình oxy hoá hyđrosunfua thành sunfua lưu huỳnh diễn ra các giai đoạn thay đổi hoá trị của lưu huỳnh từ -2 đến +6. Khi tăng nhiệt độ, tốc độ phản ứng và mức độ oxy hoá sunfua và hđrosunfua tăng. Theo lý thuyết để oxy hoá 1g sunfua lưu huỳnh tiêu tốn 1g oxy

• Ozon hoá

Oxy hoá bằng ozon cho phép đồng thời khử tạp chất nhiễm bẩn, khử màu, khử các vị lạ và mùi đối với nước.

Trong xử lý bằng ozon, các hợp chất hữu cơ bị phân huỷ và xảy ra sự khử trùng đối với nước. Các vi khuẩn chết nhanh hơn so với xử lý bằng clo vài nghìn lần.

Độ tan của ozon trong nước phụ thuộc vào pH và hàm lượng của chất hoà tan. Một hàm lượng không lớn axit và muối sẽ làm tăng độ hoà tan của ozon và ngược lại sự có mặt của kiềm sẽ làm giảm độ hoà tan của ozon.

C.3 Khử trùng nước thải

Sau khi xử lý sinh học, phần lớn các vi khuẩn trong nước thải bị tiêu diệt. Khi xử lý trong các công trình sinh học nhân tạo (Aerophin hay Aerotank ) số lượng vi khuẩn giảm xuống còn 5%, trong hồ sinh vật hoặc cánh đồng lọc còn 1-2%. Nhưng để tiêu diệt toàn bộ vi khuẩn gây bệnh, nước thải cần phải khử trùng  Chlor hoá, Ozon hoá, điện phân, tia cực tím …

Khử trùng nước thải nhằm mục đích phá hủy, triệt bỏ các vi khuẩn gây bệnh nguy hiểm hoặc chưa được hoặc không thể khử bỏ trong quá trình xử lý nước thải.

• Phương pháp Chlor hoá nước thải bằng Clorua vôi

Với Clorua vôi được hoà trộn sơ bộ tại thùng hoà trộn cho đến dung dịch 10 -15% sau đó chuyển qua thùng dung dịch. Bơm định lượng sẽ đưa dung dịch Clorua vôi với liều lượng nhất định đi hoà trộn vào nước thải. Trong các thùng trộn dung dịch, Clorua vôi được khuấy trộn với nước cấp bằng các cánh khuấy gắn với trục động cơ điện. Áp dụng cho trạm nước thải có công suất dưới 1000 m³/ng.đ

• Phương pháp Ozon hoá

Ozon hoá tác động mạnh mẽ với các chất khoáng và chất hữu cơ, oxy hoá bằng Ozon cho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng nước. Phương pháp Ozon hoá có thể xử lý phenol, sản phẩm dầu mỏ, H₂S, các hợp chất Asen, thuốc nhuộm… Sau quá trình Ozon hoá số lượng vi khuẩn bị tiêu diệt đến hơn 99%. Ngoài ra, Ozon còn oxy hoá các hợp chất Nitơ, Photpho …

Nhược điểm chính của phương pháp này là giá thành cao và thường được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước cấp .

D- PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

Phương pháp xử lí sinh học là sử dụng khả năng sống, hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải. Các vi sinh vật  sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng  để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản vì thế sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân hũy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Phương pháp xử lý sinh  học có thể thực hiện trong điều kiện hiếu khí (với sự có mặt của oxy) hoặc trong điều kiện kỵ khí (không có oxy).

Quá trình xử lý sinh học gồm các bước:

• Chuyển hoá các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hoà tan thành thể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh.
• Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ trong nước thải.
• Loại các bông cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng.

D.1  Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên

            Để tách các chất bẩn hữu cơ dạng keo và hoà tan trong điều kiện tự nhiên người ta xử lí nước thải trong ao, hồ (hồ sinh vật) hay trên đất (cánh đồng tưới, cánh đồng lọc…).

1. Hồ sinh vật

Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxy hoá, hồ ổn định nước thải, … xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.

Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hoá sinh hoá các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác, tương tự như quá trình làm sạch nguồn nước mặt. Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy từ không khí để oxy hoá các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO₂, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hoá các chất hữu cơ bởi vi sinh vật.

Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ không được thấp hơn 6⁰C. Theo bản chất quá trình sinh hoá, người ta chia hồ sinh vật ra các loại hồ hiếu khí, hồ sinh vật tuỳ tiện (Faculative) và hồ sinh vật yếm khí.

• Hồ sinh vật hiếu khí

Xử lý nước thải ở hồ sinh vật hiếu khí là lợi dụng quá trình làm sạch của nguồn tiếp nhận nước thải. Lượng oxy cho quá trình sinh hoá chủ yếu là do không khí xâm nhập qua mặt thoáng hồ và do quá trình quang hợp của thực vật nước.

Hồ sinh vật là hồ chứa không lớn lắm dùng để xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá trình tự làm sạch của hồ. Quá trình xử lí nước thải xảy ra trong điều kiện đầy đủ oxy, oxy được cung cấp qua mặt thoáng và nhờ quang hợp của tảo hoặc hồ được làm thoáng cưỡng bức nhờ các hệ thống thiết bị cấp khí. Độ sâu của hồ sinh vật hiếu khí không lớn từ  0,5-1,5m.

Ngoài nhiệm vụ xử lý nước thải, hồ sinh vật hiếu khí còn có thể đem lại những lợi ích sau:

• Nuôi trồng thủy sản.
• Nguồn nước để tưới cho cây trồng.
• Điều hoà dòng chảy nước mưa trong hệ thống thoát nước đô thị
• Hồ sinh vật tuỳ tiện

Có độ sâu từ  1.5 – 2.5m, trong hồ sinh vật tùy tiện, theo chiều sâu lớp nước có thể diễn ra hai quá trình: oxy hoá hiếu khí và lên men yếm khí các chất bẩn hữu cơ. Trong hồ sinh vật tuỳ tiện vi khuẩn và tảo có quan hệ tương hổ đóng vai trò cơ bản đối với sự chuyển hoá các chất.

Theo chiều sâu của hồ có thể phân chia thành ba vùng: lớp nước phía trên có nhiều oxy hoà tan, quá trình oxy hoá xảy ra ở môi trường hiếu khí – là vùng hiếu khí; lớp nước ở giữa là vùng trung gian; lớp nước dưới cùng có ít oxy hoà tan hoặc không có oxy hoà tan, quá trình phân huỷ chất hữu cơ xảy ra ở môi trường thiếu oxy – vùng kị khí.

Nguồn oxy cần thiết cho quá trình oxy hoá các chất hữu cơ trong nước hồ chủ yếu nhờ quang hợp của rong tảo dưới tác dụng của bức xạ mặt trời và oxy khuếch tán qua mặt nước dưới tác dụng của sóng gió.

• Hồ sinh vật yếm khí

Có độ sâu trên 3m, với sự tham gia của hàng trăm chủng loại vi khuẩn kỵ khí bắt buộc và kỵ khí không bắt buộc. Các vi sinh vật này tiến hành hàng chục phản ứng hoá sinh học để phân huỷ và biến đổi các hợp chất hữu cơ phức tạp thành những chất đơn giản, dễ xử lý. Hiệu suất giảm BOD trong hồ có thể lên đến 70%. Tuy nhiên nước thải sau khi ra khỏi hồ vẫn có BOD cao nên loại hồ này chỉ chủ yếu áp dụng cho xử lý nước thải công nghiệp rất đậm đặc và dùng làm hồ bậc 1 trong tổ hợp nhiều bậc.

Hồ nên có 2 ngăn làm việc và dự phòng để đảm bảo các hoạt động bình thường khi cần thiết xả bùn đáy hồ. Cửa xả nước vào hồ phải đặt chìm, phải đảm bảo việc phân bố cặn lắng đồng đều trong hồ. Cửa tháo nước ra khỏi hồ thiết kế theo kiểu thu nước bề mặt và có tấm ngăn để bùn không thoát ra cùng với nước.

b.      Cánh Đồng Tưới  – Bãi Lọc

            Việc xử lý nước thải trên cánh đồng tưới, bãi lọc được thực hiện do kết quả tổ hợp của các quá trình hoá lý và sinh hóa phức tạp xảy ra ở trong lớp đất bề mặt. Thực chất là khi cho nước thải thấm qua lớp đất bề mặt thì cặn được giữ lại trong các mao quản đất đá, nhờ có oxy và các vi khuẩn hiếu khí có sẵn mà các quá trình oxy hoá được diễn ra. Như vậy sự có mặt của oxy không khí trong các mao quản đất đá là điều kiện cần thiết cho quá trình xử lý nước thải. Càng sâu xuống lớp đất phía dưới, lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa giảm dần. Cuối cùng đến độ sâu mà ở đó chỉ diễn ra quá trình khử nitrat. Thực tế cho thấy quá trình xử lý nước thải qua lớp đất bề mặt chỉ diễn ra ở độ sâu tới 1,5m trở lại. Cho nên cánh đồng tưới, bãi lọc thường xây dựng ở những nơi đất xốp, mực nước ngầm thấp hơn 1,5m tính từ mặt đất.

Để tránh cho đất đai không bị dầu mỡ và các chất lơ lửng bịt kín các mao quản, thì nước thải trước khi đưa lên cánh đồng tưới, bãi lọc cần phải được xử lý sơ bộ.

D.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo

a.  Bể lọc sinh học

Bể lọc sinh học là công trình nhân tạo, trong đó nước thải được lọc qua vật liệu rắn có bao bọc một lớp màng vi sinh vật. Bể lọc sinh học gồm các phần chính như sau: phần chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước đảm bảo tưới đều lên toàn bộ bề mặt bể, hệ thống thu và dẩn nước sau khi lọc, hệ thống phân phối khí cho bể lọc.

Quá trinh oxy hoá chất thải trong bể lọc sinh học diển ra giống như trên cánh đồng lọc nhưng với cường độ lớn hơn nhiều. Màng vi sinh vật đã sử dụng và xác vi sinh vật chết theo nước trôi khỏi bể được tách khỏi nước thải ở bể lắng đợt 2. Để đảm bảo quá trình oxy hoá sinh hoá diễn ra ổn định, oxy được cấp cho bể lọc bằng các biện pháp thông gió tự nhiên hoặc thông gió nhân tạo .Vật liệu lọc của bể lọc sinh học có thể là nhựa Plastic, xỉ vòng gốm, đá Grani…

• Bể lọc sinh học nhỏ giọt

Bể lọc sinh học nhỏ giọt dùng để xử lý sinh học nước thải hoàn toàn với hàm lượng nước sau xử lý đạt tới 15 mg/l. Bể có dạng hình vuông, hình chữ nhật hoặc hình tròn trên mặt bằng, có tường đặc và đáy kép. Bể lọc sinh học nhỏ giọt làm việc theo nguyên tắc sau:

• Nước thải sau bể lắng đợt một được đưa về thiết bị phân phối, theo chu kỳ tưới đều nước trên toàn bộ bề mặt bể lọc. Nước thải sau khi lọc chảy vào hệ thống thu nước và được dẫn ra khỏi bể. Oxy cấp cho bể chủ yếu qua hệ thống lổ xung quanh thành bể.
• Vật liệu lọc của bể sinh học nhỏ giọt thường là các hạt cuội, đá,… đường kính trung bình 20 – 30 mm. Tải trọng nước thải của bể thấp (0,5 – 1,5 m³/m³ vật liệu lọc /ngày.đêm). Chiều cao lớp vật liệu lọc là 1,5 – 2m. Hiệu quả xử lý BOD trong nước thải theo tiêu chuẩn có thể đạt 90%.
• Bể lọc sinh học cao tải

Bể lọc sinh học cao tải có cấu tạo và quản lý khác với bể lọc sinh học nhỏ giọt ở chổ có chiều cao công tác và tải trọng thủy lực cao hơn, nước thải tưới lên mặt bể nhờ hệ thống phân phối phản lực. Làm thoáng cho bể sinh học cao tải thường bằng nhân tạo. Vì khe hở giữa các hạt vật liệu lọc của bể sinh học cao tải lớn (kích thước VLL 40 – 60 mm), do đó việc trao đổi không khí xảy ra trong thân bể với cường độ cao. Nhờ tốc độ lớn và sự trao đổi không khí nhanh mà quá trình oxy hoá chất hữu cơ xảy ra ở đây với tốc độ cao Bể có tải trọng 10 – 20 m³ nước thải/1m² bề mặt bể/ngày.đêm. Nếu trường hợp BOD của nước thải quá lớn người ta tiến hành pha loãng chúng bằng nước thải đã làm sạch. Bể được thiết kế cho các trạm xử lý dưới 5000 m³/ngày.đêm.

b.      Bể hiếu khí bùn hoạt tính – Bể Aerotank

Là bể chứa hổn hợp nước thải và bùn hoạt tính, khí được cấp liên tục vào bể để trộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cấp đủ oxy cho vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải. Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho các vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ không hoà tan và thành các tế bào mới. Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aerotank của lượng nước thải ban đầu đi vào trong bể không đủ làm giảm nhanh các chất hữu cơ do đó phải sử dụng lại một phần bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy ở bể lắng đợt 2, bằng cách tuần hoàn bùn về bể Aerotank để đảm bảo nồng độ vi sinh vật trong bể. Phần bùn hoạt tính dư được đưa về bể nén bùn hoặc các công trình xử lý bùn cặn khác để xử lý. Bể Aerotank hoạt động phải có hệ thống cung cấp khí đầy đủ và liên tục.

c.      Quá trình xử lý sinh học kỵ khí – Bể UASB

Nước thải được đưa trực tiếp vào dưới đáy bể và được phân phối đồng đều ở đó, sau đó chảy ngược lên xuyên qua lớp bùn sinh học hạt nhỏ (bông bùn) và các chất bẩn hữu cơ được tiêu thụ ở đó .

Các bọt khí mêtan và cacbonic nổi lên trên được thu bằng các chụp khí để dẫn ra khỏi bể.

Nước thải tiếp theo đó sẽ diễn ra sự phân tách 2 pha lỏng và rắn. Pha lỏng được dẩn ra khỏi bể, còn pha rắn thì hoàn lưu lại lớp bông bùn .

Sự tạo thành và duy trì các hạt bùn là vô cùng quan trọng khi vận hành bể UASB.

d.      Bể Sinh Học Theo Mẻ SBR  (Sequence Batch Reactor)

• Bản chất quá trình xử lý sinh học từng mẻ

Hệ thống xử lý sinh học từng mẻ SBR bao gồm đưa nước thải vào bể phản ứng và tạo các điều kiện cần thiết như môi trường thiếu khí (không có oxy, chỉ có NO^3-), kị khí (không có oxy), hiếu khí (có oxi, NO^3-) để cho vi sinh tăng sinh khối, hấp thụ và tiêu hóa các chất thải hữu cơ trong nước thải.

            Chất thải hữu cơ (C, N, P) từ dạng hòa tan sẽ chuyển hóa vào sinh khối vi sinh và khi lớp sinh khối vi sinh này lắng kết xuống sẽ còn lại nước trong đã tách chất ô nhiễm, chu kỳ xử lý trên lại tiếp tục cho một mẻ nước thải mới.

Quá trình hoạt động của bể được chia làm 4 giai đoạn chính tạo nên một chu kỳ của bể sinh học từng mẻ.

1. Giai đoạn làm đầy.
2. Giai đoạn phản ứng oxy hóa sinh hóa.
3. Giai đoạn lắng.
4. Dẫn nước sau xử lý ra, lấy bớt bùn và để lại 25%.

Các giai đoạn được minh họa với hình:

• Các quá trình hoạt động chính trong bể sinh học từng mẻ gồm:

Quá trình sinh học hiếu khí dùng để khử BOD: bởi sự tăng sinh khối của quần thể vi sinh vật hiếu khí được tăng cường bởi khuấy trộn và cung cấp oxy, tạo điều kiện phản ứng ở giai đoạn (b).

Quá trình sinh học hiếu khí, kị khí dùng để khử BOD_cacbon, kết hợp khử nitơ, photpho: bởi sự tăng sinh khối của quần thể vi sinh vật hiếu khí, kị khí. Tăng cường khuấy trộn cho quá trình kị khí, khuấy trộn và cung cấp oxy cho quá trình hiếu khí, khuấy trộn cho quá trình hiếu khí, tạo điều kiện phản ứng cho giai đoạn (b).

Trong các giai đoạn 3 sẽ xảy ra quá trình nitrat hóa và oxy hóa chất hữu cơ, giai đoạn 4 xảy ra quá trình khử nitrat.

Đây là quá trình tổng hợp có hiệu quả kết hợp khử BOD cacbon và các chất hữu cơ hòa tan N, P. Trong quá trình khử N có thể tăng cường nguồn cacbon bên ngoài bằng Metanol ở giai đoạn 4. Tuy nhiên với thành phần và tính chất nước thải chế biến thủy sản giàu cacbon hữu cơ và chất dinh dưỡng trong quá trình oxy hóa nên không cần sử dụng thêm hóa chất phụ trợ.

Các quá trình sinh học trên diễn ra trong bể với sự tham gia của các vi sinh vật trong quá trình oxy hóa chất hữu cơ, đặc biệt là có sự tham gia của hai chủng vi sinh vật Nitrosomonas và Nitrobacter trong quá trình nitrat hóa và khử nitrat kết hợp.

 

Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn rõ hơn!