SƠ LƯỢC CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Nước thải nói chung có chứa
nhiều chất ô nhiễm khác nhau, đòi hỏi phải xử lý bằng những phương pháp thích
hợp khác nhau. Sau đây là tổng quan các phương pháp xử lý nước thải.
Các phương pháp xử lý nước thải được chia thành các loại sau:
- Phương pháp xử lý lý học;
- Phương pháp xử lý hóa học và
hóa lý;
- Phương pháp xử lý sinh học.
1.
PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ LÝ HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Trong nước thải sinh hoạt 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 li 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.
1.1.
SONG CHẮN RÁC TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Nước thải dẫn vào hệ thống
xử xử lý nước thải trước hết phải qua song chắn rác. Tại đây các thành
phần có kích thước lớn (rác) như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, rác cây, bao nilon… được
giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn. 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 – 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.
Song chắn rác được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn, nghiêng một
góc 45 – 600 nếu làm sạch thủ công hoặc nghiêng một góc 75 – 850 nếu làm
sạch bằng máy. Tiết diện của song chắn có thể tròn, vuông hoặc hỗn hợp. Song
chắn tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhất nhưng nhanh bị tắc bởi các vật giữ lại.
Do đó, thông dụng hơn cả là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau
và cạnh tròn phía trước hướng đối diện với dòng chảy. Vận tốc nước chảy qua
song chắn giới hạn trong khoảng từ 0,6 -1m/s. Vận tốc cực đại giao động trong
khoảng 0,75 -1m/s nhằm tránh đẩy rác qua khe của song. Vận tốc cực tiểu là 0,4m/s
nhằm tránh phân hủy các chất thải rắn.
1.2.
LẮNG CÁT TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Bể lắng cát được thiết kế để
tách các tạp chất vô cơ không tan có kích thước từ 0,2mm đến 2mm ra khỏi nước
thải nhằm đảm bảo 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
phân thành 2 loại: bể lắng ngang và 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 qua 0,3 m/s. Vận tốc này
cho phép các hạt cát, các hạt sỏ và các hạt vô cơ khác lắng xuống đáy, còn hầu
hết các hạt hữu cơ khác không lắng và được xử lý ở các công trình tiếp
theo.
1.3. BỂ
LẮNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
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
dòng chảy, bể lắng được phân thành: bể lắng ngang và bể lắng đứng.
Trong bể lắng ngang, dòng nước chảy theo phương ngang qua bể với vận tốc không
lớn hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước thừ 1,5 – 2,5 h. Các bể lắng ngang
thường được sử dụng khi lưu lượng nước thải lớn hơn 15000 m3/ngày. Đối với bể
lắng đứng, nóc thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên đến vách
tràn với vận tốc từ 0,5 – 0,6 m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động
khoảng 45 – 120 phút. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng
ngang từ 10 – 20 %.
1.4.
TUYỂN NỔI TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Phương pháp tuyển nổi thường
được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng 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, 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 nổi lên bề
mặt.
Hiệu suất quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào số lượng, kích thước bọt khí, hàm
lượng chất rắn. Kích thước tối ưu của bọt khí nằm trong khoảng 15 – 30 micromet
(bình thường từ 50 – 120 micromet). Khi hàm lượng hạt rắn cao, xác xuất va chạm
và kết dính giữa các hạt sẽ tăng lên, do đó, lượng khí tiêu tốn sẽ giảm. Trong
quá trình tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt khí có ý nghĩa quan trọng.
2.
PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HÓA HỌC VÀ HÓA LÝ TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2.1.
TRUNG HÒA
Nước thải chứa acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH về khoảng 6,5 – 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 ( xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý ) :
- Trộn lẫn nước thải acid và
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.
2.2.
KEO TỤ – TẠO BÔNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Trong nguồn nước, một phần các
hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước các hạt thường
dao động từ 0,1 – 10 micromet. 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
Vander Waals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự kết dính giữa các hạt ngay
khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra nhờ chuyển
động Brown và do tác động của sự xáo trộn. Tuy nhiên trong trường hợp phân tán
cao, 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 các 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.
3.PHƯƠNG
PHÁP SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
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, Nito… 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 để làm thức ăn. Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh
học có thể phân thành 2 loại:
- Phương pháp kị khí sử dụng
nhóm vi sinh vật kị 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.
Quá trình phân hủy các chất hữu
cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa trong hệ thống xử lý nước
thải. Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và chất
phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật
theo 3 giai đoạn chính như sau:
– Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng đến bề mặt tế bào vi sinh vật.
– Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên
trong và bên ngoài tế bào.
– Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp
tế bào mới.
Tốc độ quá trình oxy hóa sinh
hóa phụ thộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định
của lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định,
các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hoá là chế độ thủy động,
hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và các yếu tố vi lượng.
3.1.
PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỴ KHÍ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
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:
Vi sinh vật
Chất hữu cơ ——————> CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế
bào mới
Một cách tổng quát quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: thủy phân, cắt
mạch các hợp chất cao phân tử;
- Giai đoạn 2: acid hóa;
- Giai đoạn 3: acetate hóa;
- Giai doạn 4 trong quá trình kị khí xử lý nước thải: methan hóa.
Các chất thải hữu cơ chứa nhiều
chất hữu cơ cao phân tử như proteins, chất béo, carbohydrates, celluloses,
lignin,…trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo những phân tử đơn giản
hơn, dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino
acids, carbohydrate thành đường đơn, và chất béo thành các acid béo. Trong giai
đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hóa thành
acetic acid, H2 và CO2. Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid,
propionic acid và lactic acid. Bên cạnh đó, CO2 và H2, methanol, các rượu đơn
giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrate. Vi sinh
vật chuyển hóa methan chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như CO2
+ H2, formate, acetate, methanol, methylamines, và CO.
Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí trong xử lý
nước thải thành:
- Quá trình xử lý kỵ khí với vi
sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic
Contact Process), quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới
lên (UASB);
- Qúa trình xử lý nước thải kỵ khí với vi
sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc kỵ khí (Anaerobic Filter
Process).
3.2.
PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Quá trình xử lý sinh học hiếu
khí nước thải gồm ba giai đoạn:
- Oxy hóa các chất hữu cơ;
- Tổng hợp tế bào mới;
- Phân hủy nội bào.
Các quá trình xử lý sinh học
bằng phương pháp hiếu khí trong bể xử lý nước thải 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 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 các quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến
nhất.
- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá
trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể
phản ứng nitrate với màng cố định.
Nhận xét
Đăng nhận xét