xử lý nước thải công nghiệp
Cùng với sự phát triển của sản xuất công nghiệp, xử lý nước thải công nghiệp đang là vấn đề vô cùng quan trọng, bảo đảm cho sự trong sạch môi trường sống đồng thời góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế mọi quốc gia trên thế giới. Tại nhiều nước có nền công nghiệp phát triển cao như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp,… các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt các thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực tự động hoá cũng đã được áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế xã hội vô cùng to lớn.
Nhiều hãng đi đầu trong lĩnh vực này như USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water Corporation (HWC), Global Industries.Inc… đã đưa ra các giải pháp công nghệ xử lý nước thải hiện đại. Những công nghệ tự động hoá của các công ty hàng đầu trên thế giới như SIEMENS, AB, YOKOGAWA,… được sử dụng rộng rãi trong các công trình xử lý nước thải. Chúng tôi giới thiệu đến các bạn một số phương pháp xử lý nước thải đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay
I – PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG LÝ HỌC
Trong nước thải thường chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng. Để tách các chất này ra khỏi nước thải thường sử dụng các phương pháp cơ học như lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực ly tâm, và lọc. Tùy theo kích thước, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ cần làm sạch mà lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp.
1. SONG CHẮN RÁC
Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác. Tại đây, các thành phần có kích thước lớn (rác) như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, lá cây, bao nilon,… được giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dãn. Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải.
Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mịn. Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 đến 25 mm. Theo hình dạng có thể phân thành song chắn rác và lưới chắn rác. Song chắn rác cũng có thể đặt cố định hoặc di động. Các loại song chắn rác được trình bày tóm tắt như sau:
2. LẮNG CÁT
Bể lắng cát được thiết kế để tách các tạp chất vô cơ không tan có kích thước từ 0,2 mm đến 2 mm ra khỏi nước thải nhằm bảo đảm an toàn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mòn, tránh tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng đến các công trình sinh học phía sau. Bể lắng cát có thể được phân thành 2 loại: (1) bể lắng ngang và (2) bể lắng đứng. Ngoài ra, để tăng hiệu quả lắng cát, bể lắng cát thổi khí cũng được sử dụng rộng rãi.
Vận tốc dòng chảy trong bể lắng ngang không được vượt quá 0,3 m/s. Vận tốc này cho phép các hạt cát, hạt sỏi và các hạt vô cơ khác lắng xuống đáy, còn hầu hết các hạt hữu cơ khác không lắng và được xử lý ở những công trình tiếp theo.
3. LẮNG
Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải (bể lắng đợt 1) hoặc cặn được tạo ra từ quá trình keo tụ tạo bông hay quá trình xử lý sinh học (bể lắng đợt 2). Theo chiều dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang và bể lắng đứng.
Trong bể lắng ngang, dòng nước thải chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ 1,5-2,5 giờ. Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước thải lớn hơn 15000 m3/ngày. Đối với bể lắng đứng, nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách tràn với vận tốc 0,5-0,6 m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động trong khoảng 45 phút – 120 phút. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 đến 20%.
4. TUYỂN NỔI
Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp, quá trình này còn được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt. Trong xử lý nước thải công nghệp, quá trình tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn.
Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn. Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí và cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt khí nổi lên bề mặt.
Tùy theo phương thức cấp không khí vào nước, quá trình tuyển nổi được thực hiện theo các phương thức sau:
Tuyển nổi bằng khí phân tán (Dispersed Air Floation). Trong trường hợp này, thổi trực tiếp khí nén vào bể tuyển nổi để tạo thành bọt khí có kích thước từ 0,1 – 1 mm, gây xáo trộn hỗn hợp khí – nước chứa cặn. Cặn tiếp xúc với bọt khí, dính kết và nổi lên bề mặt.
Tuyển nổi chân không (Vacuum Flotation). Trong trường hợp này, bảo hòa không khí ở áp suất khí quyển, sau đó, thoát khí ra khỏi nước ở áp suất chân không. Hệ thống này thường ít sử dụng trong thực tế vì khó vận hành và chi phí cao.
Tuyển nổi bằng khí hòa tan (Dissolved Air Flotation). Sục không khí vào nước ở áp suất cao (2-4 atm), sau đó giảm áp giải phóng khí. Không khí thoát ra sẽ tạo thành bọt khí có kích thước 20-100 mm
5. LỌC
Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất có kích thước nhỏ khi không thể loại được bằng phương pháp lắng. Quá trình lọc ít khi dùng trong xử lý nước thải công nghiệp, thường chỉ sử dụng trong trường hợp nước sau khi xử lý đòi hỏi có chất lượng cao.
Để lọc nước thải, người ta có thể sử dụng nhiều loại bể lọc khác nhau. Thiết bị lọc có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau: theo đặc tính như lọc gián đoạn và lọc liên tục; theo dạng của quá trình như làm đặc và lọc trong; theo áp suất trong quá trình lọc như lọc chân không (áp suất 0,085 MPa), lọc áp lực (từ 0,3 đến 1,5 MPa) hay lọc dưới áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng;
Trong các hệ thống xử lý nước thải công suất lớn không cần sử dụng các thiết bị lọc áp suất cao mà dùng các bể lọc với vật liệu lọc dạng hạt. Vật liệu lọc có thể sử dụng là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi nghiền, thậm chí cả than nâu hoặc than gỗ. Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa phương. Quá trình lọc xảy ra theo những cơ chế sau:
Sàng lọc để tách các hạt rắn hoàn toàn bằng nguyên lý cơ học;
Lắng trọng lực;
Giữ hạt rắn theo quán tính;
Hấp phụ hóa học;
Hấp phụ vật lý;
Quá trình dính bám;
Quá trình lắng tạo bông.
Thiết bị lọc với lớp hạt có thể được phân loại thành thiết bị lọc chậm, thiết bị lọc nhanh, thiết bị lọc hở và thiết bị lọc kín. Chiều cao lớp vật liệu lọc trong thiết bị lọc hở dao động trong khoảng 1-2 m và trong thiết bị lọc kín từ 0,5 – 1 m.
II – PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ
1. TRUNG HÒA
Nước thải chứa các acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH về khoảng 6,5 đến 8,5 trước khi thải vào nguồn nhận hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo. Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:
Trộn lẫn nước thải acid với nước thải kiềm;
Bổ sung các tác nhân hóa học;
Lọc nước acid qua vật liệu có tác dụng trung hòa;
Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc hấp thụ ammoniac bằng nước acid.
Để trung hòa nước thải chứa acid có thể sử dụng các tác nhân hóa học như NaOH, KOH, Na2CO3, nước ammoniac NH4OH, CaCO3, MgCO3, đôlômít (CaCO3.MgCO3) và xi măng. Song tác nhân rẻ nhất là vôi sữa 5-10% Ca(OH)2, tiếp đó là sôđa và NaOH ở dạng phế thải.
Trong trường hợp trung hòa nước thải acid bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa, vật liệu lọc sử dụng có thể là manhêtit (MgCO3), đôlômít, đá vôi, đá phấn, đá hoa và các chất thải rắn như xỉ và xỉ tro. Khi lọc nước thải chứa HCl và HNO3 qua lớp đá vôi, thường chọn tốc độ lọc từ 0,5 – 1 m/h. Trong trường hợp lọc nước thải chứa tới 0,5% H2SO4 qua lớp đôlômít, tốc độ lọc lấy từ 0,6-0,9 m/h. Khi nồng độ H2SO4 lên đến 2% thì tốc độ lọc lấy bằng 0,35 m/h.
Để trung hòa nước thải kiềm có thể có thể dụng khí acid (chứa CO2, SO2, NO2, N2O3,…). Việc sử dụng khí acid không những cho phép trung hòa nước thải mà đồng thời tăng hiệu quả làm sạch chính khí thải khỏi các cấu tử độc hại.
Việc lựa chọn phương pháp trung hòa là tùy thuộc vào thể tích và nồng độ của nước thải, chế độ thải nước và chi phí hóa chất sử dụng.
2. OXY HÓA KHỬ
Để làm sạch nước thải, có thể sử dụng các tác nhân oxy hóa như clo ở dạng khí và hóa lỏng, dioxyt clo, clorat canxi, hypoclorit canxi và natri, permanganat kali, bicromat kali, peroxy hydro (H2O2), oxy của không khí, ozone, pyroluzit (MnO2). Quá trình oxy hóa sẽ chuyển các chất độc hại trong nước thải thành các chất ít độc hại hơn và tách khỏi nước. Quá trình này tiêu tốn nhiều hóa chất nên thường chỉ sử dụng khi không thể xử lý bằng những phương pháp khác.
3. KEO TỤ – TẠO BÔNG
Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước của hạt thường dao động trong khoảng 0,1 đến 10 ?m. Các hạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại. Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng. Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự dính kết giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra do chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn. Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông. Quá trình thủy phân các chất keo tụ và tạo thành bông cặn xảy ra theo các giai đoạn sau:
Những chất keo tụ thường dùng nhất là các muối sắt và muối nhôm như:
- Al2(SO4)3, Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl, Kal(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O
- FeCl3, Fe2(SO4)3.2H2O, Fe2(SO4)3.3H2O, Fe2(SO4)3.7H2O
Chất Trợ Keo Tụ
Để tăng hiệu quả quá trình keo tụ tạo bông, người ta thường sử dụng các chất trợ keo tụ (flucculant). Việc sử dụng chất trợ keo tụ cho phép giảm liều lượng chất keo tụ, giảm thời gian quá trình keo tụ và tăng tốc độ lắng của các bông keo. Các chất trợ keo tụ nguồn gốc thiên nhiên thường dùng là tinh bột, dextrin (C6H10O5)n, các ete, cellulose, dioxit silic hoạt tính
(xSiO2.yH2O).
Các chất trợ keo tụ tổng hợp thường dùng là polyacrylamit (CH2CHCONH2)n. Tùy thuộc vào các nhóm ion khi phân ly mà các chất trợ đông tụ có điện tích âm hoặc dương như polyacrylic acid (CH2CHCOO)n hoặc polydiallyldimetyl-amon.
Liều lượng chất keo tụ tối ưu sử dụng trong thực tế được xác định bằng thí nghiệm Jartest (Hình dưới).
4. HẤP PHỤ
Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan không xử lý được bằng các phương pháp khác. Tùy theo bản chất, quá trình hấp phụ được phân loại thành: hấp phụ lý học và hấp phụ hóa học.
- Hấp phụ lý học là quá trình hấp phụ xảy ra nhờ cac lực liên kết vật lý giữa chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ như lực liên kết VanderWaals. Các hạt bị hấp phụ vật lý chuyển động tự do trên bề mặt chất hấp phụ và đây là quá trình hấp phụ đa lớp (hình thành nhiều lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ).
- Hấp phụ hóa học là quá trình hấp phụ trong đó có xảy ra phản ứng hóa học giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ. Trong xử lý nước thải công nghiệp, quá trình hấp phụ thường là sự kết hợp của cả hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ phụ thuộc vào:
Diện tích bề mặt chất hấp phụ (m2/g);
Nồng độ của chất bị hấp phụ;
Vận tốc tương đối giữa hai pha;
Cơ chế hình thành liên kết: hóa học hoặc lý học.
5. TRAO ĐỔI ION
Phương pháp trao đổi ion được dùng để tách các kim loại như Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd, V, Mn,… cũng như các hợp chất Arsen, Phospho, cyanua, chất phóng xạ, … khỏi nước và nước thải.
Phương pháp này cho phép thu hồi những chất có giá trị và đạt mức độ làm sạch cao. Đây còn là phương pháp được ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước và nước thải.
Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Trao đổi ion cũng là một quá trình hấp thụ, trong đó, các ion có trong dung dịch thay thế những ion của chất trao đổi không hòa tan (còn gọi mạng trao đổi ion). Chất trao đổi ion dùng trong công nghiệp hầu hết là những polyme không tan, được gọi là nhựa trao đổi ion. Mạng polyme chứa những nhóm có khả năng kết hợp với các ion dương (chất trao đổi cation – cationit) hoặc kết hợp với các ion âm (chất trao đổi anion – anionit). Chất trao đổi ion có khả năng trao đổi với cả cation và anion được gọi là chất trao đổi lưỡng tính.
III – PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG SINH HỌC
Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như một số chất vô cơ như H2S, sunfit, ammonia, nitơ,… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển. Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể phân chia thành 2 loại:
Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy;
Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục.
1. PHƯƠNG PHÁP KỴ KHÍ
Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:
- Quá Trình Tiếp Xúc Kỵ Khí (Anaerobic Contact Process)
Một số loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao có thể xử lý rất hiệu quả bằng quá trình tiếp xúc kỵ khí. Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn. Hỗn hợp bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn. Sau khi phân hủy, hỗn hợp được đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nước. Bùn được tuần hoàn trở lại bể kỵ khí. Lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm.
- UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
Sơ đồ bể UASB được trình bày ở hình dưới. Nước thải được nạp liệu từ phía đáy bể, đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt. Khí sinh ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là methane và CO2) sẽ tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho quá trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt. Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên phía mặt bể. Tại đây, quá trình tách pha khí lỏng-rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha. Khí theo ống dẫn qua bồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5-10%. Bùn sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống. Nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến công trình xử lý tiếp theo.
Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong khoảng 0,6-0,9 m/h. pH thích hợp cho quá trình phân hủy kỵ khí dao động trong khoảng 6,6-7,6. Do đó cần cung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/L) để bảo đảm pH của nước thải luôn luôn > 6,2 vì ở pH < 6,2, vi sinh vật chuyển hóa methane không hoạt động được. Cần lưu ý rằng chu trình sinh trưởng của vi sinh vật acid hóa ngắn hơn rất nhiều so với vi sinh vật acetate hóa (2-3 giờ ở 350C so với 2-3 ngày, ở điều kiện tối ưu). Do đó, trong quá trình vận hành ban đầu, tải trọng chất hữu cơ không được quá cao vì vi sinh vật acid hóa sẽ tạo ra acid béo dễ bay hơi với tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần so với tốc độ chuyển hóa các acid này thành acetate dưới tác dụng của vi sinh vật acetate hóa.
Do tại Việt Nam chưa có loại bùn hạt nên quá trình vận hành được thực hiện với tải trọng ban đầu khoảng 3 kg COD/m3.ngđ. Mỗi khi đạt đến trạng thái ổn định, tải trọng này sẽ được tăng lên gấp đôi cho đến khi đạt tải trọng 15 – 20 kg COD/m3.ngđ. Thời gian này kéo dài khoảng 3 -4 tháng. Sau đó, bể sẽ hoạt động ổn định và có khả năng chịu quá tải, cũng như nồng độ chất thải khá cao. Khí mêtan thu được có thể sử dụng cho việc đun nấu và cung cấp nhiệt. Lượng bùn sinh ra rất nhỏ nên không cần thiết phải đặt vấn đề xử lý bùn. Quá trình xử lý này chỉ tiêu tốn một lượng nhỏ năng lượng dùng để bơm nước.
- Quá Trình Lọc Kỵ Khí (Anaerobic Filter Process)
Bể lọc kỵ khí là một cột chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa carbon trong nước thải. Nước thải được dẫn vào cột từ dưới lên, tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó có vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển. Vì vi sinh vật được giữ trên bề mặt vật liệu tiếp xúc và không bị rửa trôi theo nước sau xử lý nên thời gian lưu của tế bào vi sinh vật (thời gian lưu bùn) rất cao (khoảng 100 ngày).
2. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ
Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:
- Xử lý nước thải công nghiệp bằng sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân hủy hiếu khí. Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến nhất.
- Xử lý nước thải công nghiệp bằng sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bámnhư quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate hóa với màng cố định.
Bể Bùn Hoạt Tính Với Vi Sinh Vật Sinh Trưởng Lơ Lửng
Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với vi 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 cần yêu cầu cung cấp lượng Oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lủng.
Hình 1.8 – Hình minh họa cơ chế xử lý của ao sục khí
Bể Hoạt Động Gián Đoạn (Sequencing Batch Reactor – SBR)
Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cạn. Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục chỉ có điều tất cả xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước: (1) -Làm đầy; (2)Phản ứng; (3)-Lắng; (4)-Xả cạn; (5)-Ngưng. Sơ đồ hệ thống SBR được trình bày trong hình dưới
Hình 1.9 – Sơ đồ hoạt động của hệ thống SBR.
Bể Bùn Hoạt Tính Với Vi Sinh Vật Sinh Trưởng Dạng Dính Bám (Attached Growth Activated Sludge Reactor)
Nguyên lý hoạt động của bể này tương tự như trường hợp vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, chỉ khác là vi sinh vật phát triển dính bám trên vật liệu tiếp xúc đặt trong bể. Sơ đồ cấu tạo bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám được trình bày ở hình dưới
Hình 1.10 – Bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám.
(Attacted Growth Activated Sludge Reactor – AASR).
Bể Lọc Sinh Học Nhỏ Giọt (Trickling Filter)
Bể lọc sinh học là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp vật liệu lọc. Bể lọc hiện đại bao gồm một lớp vật liệu dễ thấm nước với vi sinh vật dính kết trên đó. Nước thải đi qua lớp vật liệu này sẽ thấm hoặc nhỏ giọt trên đó. Vật liệu lọc thường là đá dăm hoặc các khối vật liệu dẻo có hình thù khác nhau. Nếu vật liệu lọc là đá hoặc sỏi thì kích thước hạt dao động trong khoảng 25-100 mm, chiều sâu lớp vật liệu dao động trong khoảng 0,92,5 m, trung bình là 1,8 m. Bể lọc với vật liệu là đá dăm thường có dạng tròn. Nước thải được phân phối tên lớp vật liệu lọc nhờ bộ phận phân phối. Bể lọc với vật liệu lọc là chất dẻo có thể có dạng tròn, vuông, hoặc nhiều dạng khác với chiều cao biến đổi từ 4-12 m. Ba loại vật liệu bằng chất dẻo thường dùng là (1) vật liệu với dòng chảy thẳng đứng, (2) vật liệu với dòng chảy ngang, (3) vật liệu đa dạng.
Chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi quần thể vi sinh vật dính kết trên lớp vật liệu lọc. Các chất hữu cơ có trong nước thải sẽ bị hấp phụ vào màng vi sinh vật dày 0,1 – 0,2 mm và bị phân hủy bởi vi sinh vật hiếu khí. Khi vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, bề dày lớp màng tăng lên, do đó, oxy đã bị tiêu thụ trước khi khuếch tán hết chiều dày lớp màng sinh vật. Như vậy, môi trường kỵ khí được hình thành ngay sát bề mặt vật liệu lọc.
Khi chiều dày lớp màng tăng lên, quá trình đồng hóa chất hữu cơ xảy ra trước khi chúng tiếp xúc với vi sinh vật gần bề mặt vật liệu lọc. Kết quả là vi sinh vật ở đây bị phân hủy nội bào, không còn khả năng đính bám lên bề mặt vật liệu lọc, và bị rửa trôi.
Hình 1.11 – Cấu tạo bể lọc sinh học nhỏ giọt
Đĩa sinh học (Rotating Biological Contactor)
Đĩa sinh học gồm hàng loạt đĩa tròn, phẳng, bằng polystyren hoặc polyvinylclorua (PVC) lắp trên một trục. Các đĩa được đặt ngập trong nước một phần và quay chậm. Trong quá trình vận hành, vi sinh vật sinh trưởng, phát triển trên bề mặt đĩa hình thành một lớp màng mỏng bám trên bề mặt đĩa. Khi đĩa quay, lớp màng sinh học sẽ tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và với khí quyển để hấp thụ oxy. Đĩa quay sẽ ảnh hưởng đến sự vận chuyển oxy và đảm bảo cho vi sinh vật tồn tại trong điều kiện hiếu khí
3. HỒ SINH VẬT
Tùy theo nồng độ oxy hòa tan có trong hồ, hệ thống hồ sinh vật được phân loại thành: (1) hồ hiếu khí, (2) hồ hiếu khí tùy tiện, và (3) hồ kỵ khí.
Hồ hiếu khí
Hồ sinh vật hiếu khí đơn giản nhất là các hồ bằng đất dùng để xử lý nước thải bằng các quá trình tự nhiên dưới tác dụng của cả vi sinh vật và tảo. Hồ hiếu khí chứa vi sinh vật và tảo ở dạng lơ lửng, và điều kiện hiếu khí chiếm ưu thế suốt độ sâu hồ. Có hai loại hồ hiếu khí cơ bản: (1) hồ nuôi tảo nhằm tạo điều kiện để tảo phát triển mạnh nhất, có độ sâu từ 150 – 450 mm; (2) hồ hiếu khí nhằm đạt được lượng oxy hòa tan trong hồ lớn nhất, có độ sâu 1,5 m.
Trong bể quang hợp hiếu khí, oxy được cung cấp bằng quá trình khuếch tán khí bề mặt tự nhiên và quá trình quang hợp của tảo. Ngoại trừ tảo, quần thể vi sinh vật tồn tại trong hồ tương tự quần thể vi sinh vật trong hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí. Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ quá trình quang hợp của tảo để phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ. Các chất dinh dưỡng và CO2 thải ra từ quá trình phân hủy này lại là nguồn thức ăn cho tảo. Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi sinh vật trong hồ hiếu khí được trình bày hình dưới.
Hình 1.12 – Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi sinh vật trong hồ hiếu khí.
Hồ hiếu khí tùy tiện
Hồ ổn định chất lượng nước thải trong đó tồn tại cả ba loại vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí và hiếu khí tùy tiện được gọi là hồ hiếu khí tùy tiện.
Trong hồ hiếu khí tùy tiện tồn tại 3 vùng: (1) vùng bề mặt nơi tảo và vi sinh vật tồn tại trong mối quan hệ cộng sinh như trình bày trên; (2) vùng đáy kỵ khí, ở đó chất rắn tích lũy được phân hủy dưới tác dụng của vi sinh vật kỵ khí; và (3) vùng trung gian, một phần hiếu khí và một phần kỵ khí, ở đó chất hữu cơ được phân hủy đưới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí tùy tiện. Sơ đồ hồ hiếu khí tùy tiện được trình bày trong hình dưới
Hồ kỵ khí
Hồ kỵ khí được sử dụng để xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ và hàm lượng cặn cao. Độ sâu hồ kỵ khí phải lớn hơn 2,4 m (8 ft) và có thể đạt đến 9,1 m với thời gian lưu nước dao động trong khoảng 20-50 ngày. Quá trình ổn định nước thải trong hồ xảy ra dưới tác dụng kết hợp của quá trình kết tủa và quá trình chuyển hóa chất hữu cơ thành CO2, CH4, các khí khác, các acid hữu cơ và tế bào mới. Hiệu suất chuyển hóa BOD5 có thể đạt đến 70% – 85%.
IV – KẾT LUẬN
Vấn đề môi trường nói chung và xử lý nước thải công nghiệp nói riêng đã trở thành mối quan tâm của toàn xã hội trong mấy năm gần đây. Công nghiệp hoá luôn đi đôi với nguy cơ ô nhiễm nguồn nước, mà trong trường hợp của nước ta nguy cơ đó đã hiển hiện rõ trong cuộc sống hàng ngày của người dân, làm suy giảm nghiêm trọng chất lượng sống của người dân ở một số khu vực, đặc biệt là ở những khu vực tập trung nhiều KCN, KCX. Kinh nghiệm của các nước đã trải qua quá trình CNH là chi phí để bảo vệ môi trường bao giờ cũng nhỏ hơn nhiều chi phí để làm sạch môi trường sau khi đã bị ô nhiễm. Nhà nước cần phải có những công cụ hiệu quả để kiểm soát ô nhiễm nước như công cụ phí xả thải và sử dụng khoản tiền thu được phục vụ cho việc xử lý nước thải, áp dụng nguyên tắc người gây ô nhiễm phải trả tiền. Tuy nhiên, mức phí quy định là bao nhiêu thì cần phải nghiên cứu cụ thể , để đưa ra những mức phí hợp lý, tránh trường hợp đánh phí quá khả năng tài chính của nhà máy, gây cản trở cho hoạt động sản xuất kinh doanh của nhà máy.
Chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý nước thải, cũng như chi phí vận hành hàng năm gồm chi phí cho hóa chất, điện, nước, lương công nhân đối với nhà máy thì không phải là nhỏ nhưng đem so với những lợi ích môi trường mà nó đem lại thì ta thấy việc đầu tư lắp đặt hệ thống xử lý nước thải này là một việc làm cần thiết, cần phải khuuyến khích.
