Phân loại nước thải và các phương pháp xử lý

Phân loại nước thải và các phương pháp xử lý

1/ Phân loại nước thải

1.1  Nước thải sinh hoạt

Là nước thải được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng động: tắm giặt giũ, tẫy rửa, vệ sinh ca nhân….chúng thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, các công trình công cộng khác.

Thành phần nước thải thải sinh hoạt gồm hai loại:

–         Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh.

–         Nước thải nhiễm bẩn từ các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà.

1.2  Nước thải công nghiệp

Là loại nước thải sau quá trình sản xuất, phụ thuộc vào loại hình công nghiệp. Đặc tính ô nhiễm của và nồng độ của nước thải công nghiệp rất khác nhau phụ thuộc vào loại vào loại hình công nghiệp và công nghệ lựa chọn.

Có hai loại nước thải công nghiệp:

–         Nước thải công nghiệp quy ước sạch: là loại nước thải sau khi sử dụng để làm nguội sản phẩm, làm mát thiết bị, làm vệ sinh sàn nhà.

–         Loại nước thải công nghiệp nhiễm bẩn đặc trưng của công nghiệp đó cần được xử lý trước khi xã vào mạng lưới thoát nước chung hoặc vào nguồn nước tùy theo mức độ tiếp nhận.

1.3  Nước mưa chảy tràn

Đây là loại nước thải sau khi mưa chảy tràn trên mặt đất và lôi kéo các chất cặn bã, dầu nhớt…khi đi vào hệ thống thoát nước mưa.

2/ Phương pháp xử lý nước thải

2.1  Phương pháp cơ học.

Phương pháp này thường là giai đoạn sơ bộ, ít khi là giai đoạn kết thúc quá trình xử lý nước thải sản xuất. Phương pháp này dùng để loại các tạp chất không tan (còn gọi là tạp chất cơ học) trong nước. Các tạp chất này có thể ở dạng vô cơ hay hữu cơ. Các phương pháp cơ học thường dùng là: lọc qua lưới, lắng, xyclon thủy lực, lọc qua lớp vật liệu cát và li tâm. Các tạp chất cơ học, các chất lơ lửng lắng có kích thước và trọng lượng lớn được tách khỏi nước thải bằng các công trình xử lý cơ học.

2.2 Phương pháp hóa học

2.2.1       phương pháp trung hòa

Dùng để đưa môi trường nước thải có chứa các axit vô cơ hoặc kiềm về trạng thái trung tính pH=6.5 – 8.5. Phương pháp này có thể thực hiện bằng nhiều cách: trộn lẫn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm với nhau, hoặc bổ sung thêm các tác nhân hóa học, lọc nước qua lớp vật liệu lọc có tác dụng trung hoà, hấp phụ khí chứa axit bằng nước thải chứa kiềm…

2.2.2       Phương pháp keo tụ tạo bông

Dùng để làm trong và khử màu nước thải bằng cách dùng các chất keo tụ (phèn, PAC..) và các chất trợ keo tụ để liên kết các chất rắn ở dạng lơ lửng và keo có trong nước thải thành những bông có kích thước lớn hơn dễ lắng trong bể lắng.

2.2.3       Phương pháp ozon hoá

Là phương pháp xử lý nước thải có chứa các chất hữu cơ dạng hoà tan và dạng keo bằng ozon. Ozon dễ dàng nhường oxy nguyên tử cho các tạp chất hữu cơ.

2.2.4       Phương pháp điện hóa học

Thực chất là phá hủy các tạp chất độc hại có trong nước thải bằng cách oxy hoá điện hoá trên cực anôt hoặc dùng để phục hồi các chất quý (đồng, chì, sắt…). Thông thường 2 nhiệm vụ phân hủy các chất độc hại và thu hồi chất quý được giải quyết đồng thời.

2.3 Phương pháp xử lý sinh học

Thực chất của phương pháp này là dựa vào khả năng sống và hoạt động của các vi sinh để phân hủy – oxy hóa các chất hữu cơ ở dạng keo và hoà tan có trong nước thải.

Những công trình xử lý sinh học được phân thành 2 nhóm:

–               Những công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện tự nhiên: cánh đồng tưới, bãi lọc, hồ sinh học… thường quá trình xử lý diễn ra chậm.

–               Những công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện nhân tạo: bể lọc sinh học (bể Biophin), bể làm thoáng sinh học (bể aerotank),… Do các điều kiện tạo nên bằng nhân tạo mà quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, cường độ mạnh hơn.

* Các quá trình xử lý sinh học chủ yếu được ứng dụng để xử lý nước thải:

1/ Quá trình hiếu khí:

     Tăng trưởng lơ lửng: quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, phân hủy hiếu khí…

     Tăng trưởng bám dính: lọc nhỏ giọt, tiếp xúc sinh học quay, bể phản ứng tầng vật liệu cố định…

     Quá trình kết hợp tăng trưởng lơ lửng và tăng trưởng bám dính: lọc nhỏ giọt kết hợp với bùn hoạt tính.

2/ Quá trình thiếu khí:

     Tăng trưởng lơ lửng: tăng trưởng lơ lửng khử nitrat.

     Tăng trưởng bám dính: tăngtrưởng bám dính khử nitrat.

3/ Quá trình kị khí:

     Tăng trưởng lơ lửng: quá trình kỵ khí tiếp xúc, phân hủy kỵ khí.

     Tăng trưởng bám dính: kỵ khí tầng vật liệu cố định và lơ lửng.

     Bể kỵ khí dòng chảy ngược: xử lý kỵ khí dòng chảy ngược qua lớp bùn (UASB).

     Kết hợp: lớp bùn lơ lửng dòng hướng lên/ tăng trưởng bám dính dòng hướng lên.

4/ Quá trình kết hợp hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí:

     Tăng trưởng lơ lửng: quá trình một hay nhiều bậc, mỗi quá trình có đặc trưng khác nhau.

     Kết hợp: quá trình một hay nhiều bậc với tầng giá thể cố định cho tăng trưởng bám dính.

     Quá trình xử lý sinh học có thể đạt được hiệu suất khử trùng 99,9% (trong các công trình trong điều kiện tự nhiên), theo BOD tới 90 – 95%.

     Thông thường giai đoạn xử lý sinh học tiến hành sau giai đoạn xử lý cơ học. Bể lắng đặt sau giai đoạn xử lý cơ học gọi là bể lắng I. Bể lắng dùng để tách bùn hoạt tính (đặt sau bể aerotank) gọi là bể lắng II.

     Trong trường hợp xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính thường đưa 1 phần bùn hoạt tính quay trở lại ( bùn tuần hoàn) để tạo điều kiện cho quá trình sinh học hiệu quả. Phần bùn còn lại gọi là bùn dư, thường đưa tới bể nén bùn để làm giảm thể tích trước khi đưa tới các công trình xử lý cặn bã bằng phương pháp sinh học.

     Quá trình xử lý trong điều kiện nhân tạo không loại trừ triệt để các loại vi khuẩn, nhất là vi trùng gây bệnh và truyền nhiễm. Bởi vậy, sau giai đoạn xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo cần thực hiện khử trùng nước thải trước khi xả vào môi trường.

     Trong quá trình xử lý nước thải bằng bất ký phương pháp nào cũng tạo nên 1 lương cặn bã đáng kể (=0.5 – 1% tổng lượng nước thải). Nói chung các loại cặn giữ lại ở trên các công trình xử lý nước thải đều có mùi hôi thối rất khó chịu (nhất là cặn tươi từ bể lắng I) và nguy hiểm về mặt vệ sinh. Do vậy, nhất thiết phải xử lý cặn bã thích đáng.

     Để giảm hàm lượng chất hữu cơ trong cặn bã và để đạt các chỉ tiêu vệ sinh thường sử dụng phương pháp xử lý sinh học kỵ khí trong các hố bùn ( đối với các trạm xử lý nhỏ), sân phơi bùn, thiết bị sấy khô bằng cơ học, lọc chân không, lọc ép…( đối với trạm xử lý công suất vừa và lớn). Khi lượng cặn khá lớn có thể sử dụng thiết bị sấy nhiệt.

Bốn phương pháp xử lý nước thải

Dưới đây là 4 công nghệ xử lý nước thải: bằng công nghệ keo tụ tạo bông; công nghệ kết tủa; công nghệ thẩm thấu, và công nghệ siêu lọc (Ultra filtration, Micro filtration).

Xử lý nước thải bằng công nghệ keo tụ tạo bông

Các hạt cặn không tan hoặc hòa tan trong nước thải thường đa dạng về chủng loại và kích thước, có thể bao gồm các hạt cát, sét, mùn, vi sinh vật, sản phẩm hữu cơ phân hủy….. Kích thước hạt có thể dao động từ vài micromet đến vài mm. Bằng các phương pháp xử lý cơ học (lý học) chỉ có thể loại bỏ được những hạt kích thước lớn hơn 1mm.

Với những hạt kích thước nhỏ hơn 1mm, nếu dùng quá trình lắng tĩnh thì phải tốn thời gian rất dài và khó đạt hiệu quả xử lý cao, do đó cần phải áp dụng phương pháp xử lý hóa lý.

Mục đích quá trình keo tụ hóa bông để tách các hạt cặn có kích thước 0.001mm < 1mm không thể tách loại bằng các quá trình lý học thông thường như lắng, lọc hoặc tuyển nổi. Cơ chế của quá trình keo tạo tụ bông gồm:

Quá trình nén lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta nhờ ion trái dấu: khi bổ sung các ion trái dấu vào nước thải với nồng độ cao, các ion sẽ chuyển dịch đến lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép và tăng điện tích trong lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta và giảm lực tĩnh điện.

Quá trình keo tụ do hấp thụ ion trái dấu trên bề mặt, trung hòa điện tích tạo ra điểm đẳng điện zeta bằng 0. Trong trường hợp này, quá trình hấp thụ chiếm ưu thế.

 

Cơ chế hấp thụ - tạo cầu nối: các polymer vô cơ hoặc hữu cơ có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối giữa các hạt keo qua các bước sau:

-       Phân tán polymer.

-       Vận chuyển polymer đến bề mặt hạt.

-       Hấp thụ polymer lên bề mặt hạt. – Liên kết giữa các hạt đã hấp phụ polymer với nhau hoặc với các hạt khác.

Xử lý nước thải bằng công nghệ kết tủa

Quá trình kết tủa thường gặp trong xử lý nước thải là kết tủa carbonate canxi và hydroxit kim loại. Ví dụ ứng dụng quá trình kết tủa làm mềm nước theo phương pháp sau:

Sử dụng vôi: Ca(OH)2 + Ca(HCO)3 = 2CaCO3 + 2H2O

Sử dụng carbonate natri: Na2CO3 + CaCl2 = 2NaCl + CaCO3

Sử dụng xút: 2NaOH + Ca(HCO)2 = Na2CO3 + CaCO3 + H2O

Kim loại chứa trong nước thải có thể tách loại đơn giản bằng cách tạo kết tủa kim loại dưới dạng hydroxit. Giá trị pH tối ưu để quá trình kết tủa xảy ra hiệu quả nhất của các kim loại khác nhau không trùng nhau. Do đó, cần xác định giá trị pH thích hợp đối với từng kim loại nước thải cụ thể cần xử lý. Bên cạnh đó, quá trình kết tủa còn được ứng dụng trong quá trình khử SO42-, F, PO43-.

Xử lý nước thải bằng công nghệ thẩm thấu

Các kỹ thuật như điện thẩm tích, thẩm thấu ngược, siêu lọc và các quá trình tương tự khác ngày càng đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải.

Màng được định nghĩa là lớp đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau. Đó có thể là chất rắn, hoặc 1 gel (chất keo) trương nở do dung môi hoặc thậm chí cả một chất lỏng. Việc ứng dụng màng để tách các chất, phụ thuộc vào độ thấm của các hợp chất qua màng.

Thẩm thấu ngược – Reverse Osmosis (RO)

Thẩm thấu được định nghĩa là sự di chuyển tự phát của dung môi từ một dung dịch loãng vào một dung dịch đậm đặc qua màng bán thấm. Khi áp suất tăng lên áp suất thẩm thấu ở phía dung dịch của màng thì có dòng dịch chuyển ngược, nghĩa là dung môi sẽ di chuyển từ dung dịch qua màng vào phía nước sạch. Đây là khái niệm cơ bản của thẩm thấu ngược. Vì vậy có thể định nghĩa thẩm thấu ngược là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thấm dưới một áp suất cao hơn áp suất thẩm thấu.

Công nghệ siêu lọc (Ultra filtration, Micro filtration)

Cả siêu lọc và thẩm thấu ngược đều phụ thuộc vào áp suất, động lực của quá trình và đòi hỏi màng cho phép một số cấu tử thấm qua và giữ lại một số cấu tử khác.

Sự khác biệt giữa hai quá trình là ở chỗ siêu lọc thường được sử dụng để tách dung dịch có khối lượng phân tử trên 500 và có áp suất thẩm thấu nhỏ (ví dụ các vi khuẩn, tinh bột, protein, đất sét….). Còn thẩm thấu ngược thường được sử dụng để sử dụng để khử các vật liệu có khối lượng phân tử thấp và có áp suất thẩm thấu cao.

(http://moitruong.com.vn/ và nguồn khác)

TƯ VẤN HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Cùng với sự phát triển của dân số và kinh tế, lượng chất thải nhựa phát sinh ngày càng tăng. Một phần chất thải nhựa được chôn lấp cùng với chất thải rắn sinh hoạt, một phần khác được tái chế nhưng chủ yếu với công nghệ thô sơ, lạc hậu do đó phát sinh nhiều vấn đề về môi trường và chất lượng sản phẩm tái chế không cao. 

Công ty CP-DV Công Nghệ Sài Gòn (SGC) cung cấp dịch vụ tư vấn thiết kế hệ thống xử lý nước thải áp dụng nhiều công nghệ xử lý nước thải phù hợp với từng loại nước thải như: nước thải sinh hoat, nước thải sản xuất, nước thải chăn nuôi heo, nước thải công nghiệp, nước thải thủy sản, nước thải bệnh viện, nước thải phòng khám đa khoa, nước thải y tế, xử lý nước thải xi mạ, nước thải dệt nhuộm...

Ngoài ra, SGC còn hướng dẫn bảo trì hệ thống xử lý nước thải và tư vấn cải tạo hệ thống xử lý nước thải với các công nghệ hiện đại tiết kiệm chi phí tối đa.

Một số hệ thống và sơ đồ xử lý nước thải:

Các hệ thống và sơ đồ xử lý nước thải

Việc xử lý nước thải nhìn chung bao gồm 3 giai đoạn được xử lý sơ cấp, thứ cấp và hoàn thiện, để loại bỏ một cách tối đa tác dụng các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải. Bao gồm các quá trình vật lý, hóa học và sinh học để loại bỏ các chất ô nhiễm có nguồn gốc vật lý, hóa học và sinh học. Mục tiêu là để tạo ra một dòng chất thải an toàn với môi trường, điều này góp phần bảo vệ môi trường và chính yếu là bảo vệ chính sự sống của con người chúng ta.

HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI VỚI CÔNG NGHỆ AAO

AAO là viết tắt của các cụm từ Anaerobic (kỵ khí) – Anoxic (thiếu khí) – Oxic (hiếu khí). Công nghệ AAO là quy trình xử lý sinh học liên tục ứng dụng nhiều hệ vi sinh vật khác nhau như hệ vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí để xử lý nước thải. Dưới tác dụng phân hủy chất ô nhiễm của hệ vi sinh vật mà nước thải được xử lý trước khi xả thải ra môi trường.

Chức năng của mỗi bể

• Kỵ khí: để khử hydrocacbon, kết tủa kim loại nặng, kết tủa photpho, khử Clo hoạt động…
• Thiếu khí: để khử NO3 thành N2 và tiếp tục giảm BOD, COD.
• Hiếu khí: để chuyển hóa NH4 thành NO3, khử BOD, COD, sunfua…
• Tiệt trùng: bằng lọc vi lọc hoặc bằng hóa chất – chủ yếu dung hypocloride canxi (Ca(OCl)2) để khử các vi trùng gây bệnh…

Ưu điểm của công nghệ AAO

• Chi phí vận hành thấp.
• Có thể di dời hệ thống xử lý khi nhà máy chuyển địa điểm.
• Khi mở rộng quy mô, tăng công suất, có thể nối lắp thêm các môđun hợp khối mà không phải dỡ bỏ để thay thế.

Công trình sử dụng công nghệ xử lý nước thải AAO của Nhật Bản, kết hợp nhiều quá trình xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ bằng vi sinh, đảm bảo xử lý được triệt để theo tiêu chuẩn cao nhất, chi phí vận hành thấp và ổn định, trình độ tự động hóa cao…

Nhược điểm của việc áp dụng công nghệ AAO

• Yêu cầu diện tích xây dựng.
• Sử dụng kết hợp nhiều hệ vi sinh, hệ thống vi sinh nhạy cảm
• Đòi hỏi khả năng vận hành của công nhân vận hành.

Quá trình xử lý nước thải bệnh viện trong bể Anaerobic ( bể sinh học kỵ khí )

Trong các bể kỵ khí xảy ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ hòa tan và các chất dạng keo trong nước thải với sự tham gia của hệ vi sinh vật kỵ khí. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển, vi sinh vật kỵ khí sẽ hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành các hợp chất ở dạng khí. Bọt khí sinh ra bám vào các hạt bùn cặn. Các hạt bùn cặn này nổi lên trên làm xáo trộn, gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng.

Quá trình phân hủy chất hữu cơ của hệ vi sinh vật kỵ khí rất phức tạp (chỉ có thể hiểu rõ trong phòng thí nghiệm), tuy nhiên chúng ta cũng có thể đơn giản hóa quá trình phân hủy kỵ khí bằng các phương trình hóa học như sau:

• Chất hữu cơ + VK kỵ khí → CO2 + H2S + CH4 + các chất khác + năng lượng
• Chất hữu cơ + VK kỵ khí + năng lượng → C5H7O2N (Tế bào vi khuẩn mới)
• [C5H7O2N là công thức hóa học thông dụng để đại diện cho tế bào vi khuẩn]

Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas, có thành phần như sau:

Methane (CH4): 55 ÷ 65%; Carbon dioxyde (CO2): 35 ÷ 45%; Nitrogen (N2): 0 –÷ 3%; Hydrogen (H2): 0 ÷ 1% và Hydrogen Sulphide (H2S): 0 ÷ 1%.

Methane có nhiệt trị cao (gần 9000 Kcal/m3). Do đó, nhiệt trị của khí Biogas khoảng 4500 ÷ 6000 Kcal/m3(tùy thuộc vào % lượng khí methane). Nên trong quá trình kỵ khí ở các công trình lớn người ra có thể tận thu khí Biogas làm chất đốt.

Quá trình phân hủy kỵ khí được chia thành 3 giai đoạn chính: phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử, tạo các axit, tạo methane.

Quá trình xử lý trong bể Anoxic ( bể sinh học thiếu khí )

Trong nước thải, có chứ hợp chất nitơ và photpho, những hợp chất này cần phải được loại bỏ ra khỏi nước thải. Tại bể Anoxic, trong điều kiện thiếu khí hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển xử lý N và P thông qua quá trình Nitrat hóa và Photphoril.

Quá trình Nitrat hóa xảy ra như sau:

Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosonas và Nitrobacter. Trong môi trường thiếu oxy, các loại vi khuẩn này sẻ khử Nitrat (NO3–) và Nitrit (NO2–) theo chuỗi chuyển hóa:

NO3– → NO2– → N2O → N2↑

Khí nitơ phân tử N2 tạo thành sẽ thoát khỏi nước và ra ngoài. Như vậy là nitơ đã được xử lý.

Quá trình Photphorit hóa:

Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu cơ chứa photpho sẽ được hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất mới không chứa photpho và các hợp chất có chứa photpho nhưng dễ phân hủy đối với chủng loại vi khuẩn hiếu khí.

Để quá trình Nitrat hóa và Photphoril hóa diễn ra thuận lợi, tại bể Anoxic bố trí máy khuấy chìm với tốc độ khuấy phù hợp. Máy khuấy có chức năng khuấy trộn dòng nước tạo ra môi trường thiếu oxy cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển.

Ngoài ra, để tăng hiệu quả xử lý và làm nơi trú ngụ cho hệ vi sinh vật thiếu khí, tại bể Anoxic lắp đặt thêm hệ thống đệm sinh học được chế tạo từ nhựa PVC, với bề mặt hoạt động 230 ÷ 250 m2/m3. Hệ vi sinh vật thiếu khí bám dính vào bề mặt vật liệu đệm sinh học để sinh trưởng và phát triển.

Quá trình xử lý nước thải bệnh viện trong bể Oxic ( bể sinh học hiếu khí )

Đây là bể xử lý sử dụng chủng vi sinh vật hiếu khí để phân hủy chất thải. Trong bể này, các vi sinh vật (còn gọi là bùn hoạt tính) tồn tại ở dạng lơ lửng sẽ hấp thụ oxy và chất hữu cơ (chất ô nhiễm) và sử dụng chất dinh dưỡng là Nitơ & Photpho để tổng hợp tế bào mới, CO2, H2O và giải phóng năng lượng.

Ngoài quá trình tổng hợp tế bào mới, tồn tại phản ứng phân hủy nội sinh (các tế bào vi sinh vật già sẽ tự phân hủy) làm giảm số lượng bùn hoạt tính. Tuy nhiên quá trình tổng hợp tế bào mới vẫn chiếm ưu thế do trong bể duy trì các điều kiện tối ưu vì vậy số lượng tế bào mới tạo thành nhiều hơn tế bào bị phân hủy và tạo thành bùn dư cần phải được thải bỏ định kỳ.

Các phản ứng chính xảy ra trong bể Aerotank (bể xử lý sinh học hiếu khí) như:

Quá trình Oxy hóa và phân hủy chất hữu cơ:

Chất hữu cơ + O2 → CO2 + H2O + năng lượng

Quá trình tổng hợp tế bào mới:

Chất hữu cơ + O2 + NH3 → Tế bào vi sinh vật + CO2 + H2O + năng lượng

Quá trình phân hủy nội sinh:

C5H7O2N + O2 → CO2 + H2O + NH3 + năng lượng

Nồng độ bùn hoạt tính duy trì trong bể Aeroten: 3500 mg/l, tỷ lệ tuần hoàn bùn 100%. Hệ vi sinh vật trong bể Oxic được nuôi cấy bằng chế phẩm men vi sinh hoặc từ bùn hoạt tính. Thời gian nuôi cấy một hệ vi sinh vật hiếu khí từ 45 đến 60 ngày. Oxy cấp vào bể bằng máy thổi khí đặt cạn hoặc máy sục khí đặt chìm.

XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CÔNG NGHỆ UASB

Ngày nay công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước có rất nhiều ngành công nghiệp chiếm vị thế quan trọng trong nền kinh tế một nước. Trong tất cả các ngành công nghiệp quan trọng không thể không kể đến ngành công nghiệp sản xuất giấy. Đó là ngành mang lại nhiều lợi nhuận và cũng là ngành sử dụng nhiều tài nguyên nhất. Đồng thời công nghiệp sản xuất giấy đã gây ra rất nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường đặc biệt là ô nhiễm môi trường nước. Để sản xuất ra giấy cần rất nhiều công đoạn mỗi công đoạn lại làm tăng nồng độ các chất ô nhiễm đặc biệt là công đoạn nấu nguyên liệu và một phần lớn được sinh ra trong giai đoạn chưng bốc. Hiện nay hầu hết các doanh nghiệp đều sử dụng công nghệ UASB để xử lý nước thải.

UASB (Upflow anearobic sludge blanket), là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí. UASB được thiết kế cho nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp. Nồng độ COD đầu vào được giới hạn ở mức min là 100mg/l, nếu SS>3000mg/l không thích hợp để xử lý bằng UASB.

Bể uasb

    Phương pháp này dựa trên cơ chế hoạt động của các vi sinh vật phát triển trong môi trường không có oxy để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng, xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng tăng lên, từ đó làm giảm COD, BOD trong nước thải.

    Cơ chế phương pháp này là nước thải sẽ được phân phối từ dưới lên và được khống chế vận tốc phù hợp qua lớp bùn kỵ khí , tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật. Hệ thống tách pha phía trên bê làm nhiệm vụ tách các pha rắn – lỏng và khí, qua đó thì các chất khí sẽ bay lên và được thu hồi, bùn sẽ rơi xuống đáy bể và nước sau xử lý sẽ theo máng lắng chảy qua công trình xử lý tiếp theo.

    Quá trình xử lý nước thải của công đoạn nấu nguyên liệu. Đây được coi là công đoạn chứa nhiều chất ô nhiễm đặc biệt là chất hữu cơ, hợp chất cao phân tử, ...vv.

    Quá trình xử lý bằng công nghệ này thì nước thải thô (dịch đen) được bơm trực tiếp từ phía dưới của thiết bị qua lớp đệm bùn (gồm các sinh khối dạng hạt). Xử lý xảy ra khi nước thải đến và tiếp xúc với các hạt  sinh khối tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật, hiệu quả xử lý của bể được quyết định bởi tầng vi sinh này và sau đó đi ra khỏi thiết bị từ phía trên của thiết bị. Trong suốt quá trình này thì sinh khối với đặc tính lắng cao sẽ được duy trì trong thiết bị.

Sơ đồ bể uasb dạng hộp

    Hệ thống tách pha phía trên bể làm nhiệm vụ tách các pha lỏng - rắn và khí.
    Trong quá trình xử lý này lượng khí tạo ra chủ yếu là CH4 và CO 2 tạo nên sự lưu thông bên trong giúp cho việc duy trì và tạo ra hạt sinh học. Các bọt khí tự do và các hạt khi thoát lên tới đỉnh của bể tách khỏi các hạt rắn và đi vào thiết bị thu khí. Dịch lỏng chứa một số chất còn lại và hạt sinh học chuyển vào ngăn lắng, ở đó chất rắn đượctách khỏi chất lỏng và quay trở lại lớp đệm bùn, nước thải sau đó được thải ra ngoài ở phía trên của thiết bị.

    Kết quả thu được qua quá trình xử lý trong nước thải dịch ngưng hàm lượng COD và BOD5 rất cao và chỉ số BOD5 /COD < 0,55, các chất hữu cơ ở ngưỡng cao.
Tuy nhiên để thực hiện được quá trình xử lý này ta luôn phải chú ý tới điều kiện thích hợp cho hoạt động của vi sinh vật như:
+ Duy trì độ pH ổn định PH=7
+ Chất dinh dưỡng: nồng độ nguyên tố N, P, S ở mức phù hợp.
+ Bùn nuôi cấy ở mức vừa phải không nên quá cao tầm 40% thể tích bể.
+ Các chất độc hại như amoni phải có nồng độ thấp.
=> Sử dụng UASB có thể xử lý được các loại nước thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ rất cao, COD=15000mg/l.
• Hiệu suất xử lý COD có thể đến 80%.
• Có thể thu hồi nguồn khí sinh học sinh ra từ hệ thống.

XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG MÀNG LỌC SINH HỌC MBR

Công nghệ màng lọc sinh học MBR là công nghệ triển vọng trong thập kỷ qua ứng dụng cho cả nước cấp và xử lý nước thải. ngày nay, màng lọc sinh học MBR cũng được dùng trong xử lý nước cấp để loại bỏ chất rắn lơ lửng và màu đục của nước. Sự kết hợp giữa màng lọc sinh học MBR với quá trình bùn hoạt tính đã được đánh giá trên các công trình xử lý nước thải, tối ưu quá trình xử lý vi sinh và nước sau xử lý có thể dùng để tái sử dụng. Ba ưu điểm quan trọng và dẫn đầu của công nghệ MBR trong xử lý nước thải:

    - Nước sau xử lý bằng màng lọc sinh học MBR chất lượng và được diệt khuẩn và có hiệu quả cao trong việc loại bỏ các chất hữu cơ và vô cơ.

    - Kích thước mặt bằng được giảm thiểu tối đa so với công nghệ truyền thống.

    - Quá trình xử lý vi sinh hiệu quả và ổn định luôn được duy trì.

Màng lọc sinh học MBR là gì? MBR là viết tắt cụm từ Membrane Bio Reactor (màng lọc sinh học) có thể định nghĩa là xử lý nước thải vi sinh bằng công nghệ lọc màng.

    - Công nghệ màng lọc sinh học MBR đạt hiệu quả rất cao trong việc khử cả thành phần vô cơ lẫn hữu cơ cũng như các vi sinh vật có hại trong nước thải.

    - Hệ thống màng lọc sinh học MBR có thể sử dụng trong môi trường phản ứng vi sinh kỵ khí hoặc hiếu khí từ sinh khối.

    - Việc ứng dụng MBR kết hợp giữa công nghệ lọc màng và bể lọc sinh học như là một công đoạn trong quy trình xử lý nước thải có thể thay thế cho vai trò tách cặn của bể lắng bậc 2 và lọc nước đầu ra. Kết quả là có thể loại bỏ bể lắng bậc 2 và vận hành với nồng độ MLSS (chất rắn lơ lửng trong dung dịch bùn) cao hơn.

    - Màng lọc sinh học MBR có thể là loại chìm trong bể hoặc loại đặt bên ngoài bể. Loại đặt trong bể là loại đặt trong bể Aerotank (bể làm thoáng) hoạt động bằng cách hút nước ra khỏi bể bằng bơm hút. Loại đặt ngoài bể vận hành bằng áp lực bơm đẩy ra khỏi bể MBR. 

ƯU ĐIỂM CỦA MÀNG LỌC MBR:

    - Điều chỉnh hoạt động sinh học tốt hơn

    - Chất lượng đầu ra không còn vi sinh khuẩn và mầm bệnh, Loại bỏ tất cả vi khuẩn, vi sinh vật có kích thước cực nhỏ, các Coliform, E-Coli

    - Kích thước bể xử lý nhỏ hơn công nghệ truyền thống.

    - Tăng hiệu quả sinh học 10-30%

    - Thời gian lưu nước ngắn (HRT: Hydraulic Residence Times)

    - Thời gian lưu bùn dài (SRT: Sludge Residence Times)

    - Bùn hoạt tính tăng 2-3 lần

    - Không cần bể lắng thứ cấp và bể khử trùng, tiết kiệm được diện tích xây dựng.

    - Dễ dàng kiểm soát quy trình điều khiển tự động

    - Tỷ lệ tải trọng chất hữu cơ cao

    - Nhờ kích thước lỗ rỗng cực kỳ nhỏ: 0.01-0.2 μm nên ngăn cách được giữa pha rắn và pha lỏng.

    Ngoài ra còn các ưu điểm khác sẽ được trình bày trong các phần sau. Không chỉ thành công hàng loạt trong các nghiên cứu, công trình thí điểm mà còn thành công trong thực tế ứng dụng ở các nước khác nhau trên thế giới, các ứng dụng cho màng lọc MBR gồm:

    - Xử lý nước thải các ngành công nghiệp

    - Xử lý nước thải đô thị và tái sử dụng.

    - Nước hoàn lưu cho các tòa nhà cao cấp.

    - Xử lý nước thải bệnh viện. 

Làm thế nào màng lọc sinh học MBR trở thành giải pháp xử lý nước thải của mọi công trình?

    - Hiệu suất và hiệu quả của hệ thống xử lý theo công nghệ phản ứng vi sinh truyền thống phụ thuộc vào các bể lắng như hình bên dưới.

    - Khi xảy ra sự cố, lượng bùn hoạt tính có thể bị mất đi. Để duy trì các thông số lắng đầy đủ, bể bùn hoạt tính phải giới hạn lượng chất rắn hòa tan lơ lửng có trong bù (MLSS) có tỷ trọng thấp hơn 3,500mg/L. 

    - Tuy nhiên với công nghệ màng lọc sinh học MBR, quá trình tạo lắng bình thường được loại bỏ và thay thế bằng một hàng rào đơn giản, tin cậy và tích cực đối với các chất rắn lơ lửng và các vi sinh vật gây hại.

Công nghệ tiên tiến (sử dụng màng lọc sinh học MBR) 

XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CÔNG NGHỆ AEROTANK

Ngày nay do nhu cầu sử dụng nước để phục vụ cho công nghiệp, nông nghiệp và các ngành nghề khác nhau dẫn đến hàng loạt các vấn đề ô nhiễm nguồn nước ra tăng làm cho nguồn nước chúng ta ngày càng cạn kiệt yêu cầu mà xã hội đặt ra làm thế nào để giảm thiểu ô nhiễm. Trên thế giới có rất nhiều các phương pháp công nghệ tiên tiến khác nhau phục vụ cho quá trình xử lý như: BBR, AAO,UASB...trong đó có áp dụng một loại công nghệ truyền thống Aerotank.

    Aerotank truyền thống là quy trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo, ở đây các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học bởi vi sinh vật sau đó được vi sinh vật hiếu khí sử dụng như một chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển. Qua đó thì sinh khối vi sinh ngày càng gia tăng và nồng độ chất ô nhiễm của nước thải giảm xuống. Không khí trong bể Aerotank được tăng cường bằng cách dùng máy sục khí bề mặt, máy thổi khí…để cung cấp không khí một cách liên tục.

Hình 1: Cơ chế bể Aerotank

  Cơ chế Aerotank:

    + Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng.
    + Vi sinh vật phát triển bằng cách phân đôi. Thời gian cần để phân đôi tế bào thường gọi là thời gian sinh sản, có thể dao động từ dưới 20 phút đến hằng ngày.
    + Quá trình chuyển hóa cơ chất. Oxi hóa và tổng hợp tế bào:
    - Chất hữu cơ + O2 => CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian
    
    Trong môi trường nước, khi quá trình oxy hóa sinh học xảy ra thì các vi sinh vật sử dụng oxy hòa tan COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hóa học trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. Toàn bộ lượng oxy sử dụng cho các phản ứng trên được lấy từ oxy hòa tan trong nước DO. Tiếp theo diễn ra quá trình khử nito và nitrat hóa.
    
    Hợp chất hữu cơ chứa nito NH4+, sinh khối tế bào vi sinh vật, tế bào sống và tế bào chết theo bùn ra ngoài. Do quá trình thủy phân bởi enzyme của vi khuẩn và quá trình đồng hóa khử nito tạo ra các khí NO3, NO2, O2 chúng sẽ thoát vào không khí. Để  các quá trình trong Aerotank diễn ra thuận lợi thì phải tiến hành khuấy trộn hoàn toàn để nén sục oxi tinh khiết.

Hình 2: Bể Aerotank

    Bản chất của phương pháp là phân hủy sinh học hiếu khí với cung cấp ôxy cưỡng bức và mật độ vi sinh vật được duy trì cao (2.000mg/L – 5.000mg/L) do vậy tải trọng phân hủy hữu cơ cao và cần ít mặt bằng cho hệ thống xử lý đồng thời cũng tiêu hao lượng lớn năng lượng. Nồng độ oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2 không được nhỏ hơn 2 mg/l để đảm bảo duy trì độ ổn định cung cấp oxi cho suốt quá trình.
  
  Trong quá trình xử lý vi sinh vật có vai trò quan trọng chúng sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3-, SO42-...
    Để sử dụng tốt phương pháp này cần tuân thủ yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải được đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 150 mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25mg/l, pH = 6,5 – 8,5, nhiệt độ 6oC< toC< 37oC.