Sơ Lược Các Phương Pháp Xử Lý Nước Thải

SƠ LƯỢC CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

I. Đôi điều về xử lý nước thải

Xử lý nước thải là nhu cầu bức thiết ở nước ta hiện nay. Theo một vài thống kê thì hiện nay trên cả nước thì hầu hết các doanh nghiệp và nhà máy đều có hệ thống phương pháp xử lý nước thải.

Vấn đề mấu chốt ở đây chính là đa số các hệ thống xử lý nước thải của các nhà máy đều không xử lý đạt được. Chúng ta phải chú ý nhìn nhận vấn đề này ở nhiều khía cạnh.

Chất lượng của nước thải sau xử lý không đạt do chủ đầu tư đã cố tình gây nên. Chi phí xử lý nước thải 1m3 có giá thành dao động từ 4.000 đồng-15.000 đồng. Nếu một nhà máy lớn như là Vedan, khu công nghiệp Sonadezi Long Thành…thải ra mỗi ngày trên 5000m3. Thì chi phí để vận hành sẽ phải bỏ ra số tiền hàng tháng cả mấy tỷ đồng.

Các nhà máy có lưu lượng nước thải lớn như là Vedan rất nhiều. Nếu doanh nghiệp nào làm ăn có lương tâm thì coi như không sao. Nếu họ vì lợi nhuận, sợ tốn kém do đầu tư hệ thống xử lý nước thải, vận hành hệ thống, mà lại lén lút xả trộm. Hậu quả môi trường chúng ta lãnh đủ, hậu quả ô nhiễm dài lâu không thể nào bù đắp nổi.

Nhưng có rất nhiều những chủ đầu tư làm ăn đàng hoàng. Họ không tiếc tiền để mà đầu tư hệ thống phương pháp xử lý nước thải bài bản. Nhưng hệ thống xử lý nước thải của họ vẫn không đạt. Nguyên nhân là các yếu tố quan trọng sau:

• Đến từ các công ty xây dựng hệ thống. Hệ thống xử lý nước thải được tư vấn, thiết kế, lắp đặt lại không sát với thực tế. Dẫn đến khi vận hành gặp vô vàn là khó khăn, èo uột sửa tới sửa lui mãi.
• Đến từ người vận hành hệ thống. Việc mà xem nhẹ công tác vận hành hệ thống khiến cho chủ đầu tư mất tiền bạc, thời gian. Cân đo đong đếm mức lương một lao động phổ thông với một kỹ sư đã khiến chủ đầu tư thiệt hại rất nhiều. Công tác để vận hành hệ thống xử lý nước thải rất là phức tạp. Nên cần phải có kỹ sư chuyên ngành môi trường đảm trách. Người vận hành hệ thống xử lý nước thải chính là người có tiếng nói quyết định chất lượng nước thải, giá cả vận hành sau cùng.

Dưới đây xin giới thiệu tổng quan các phương pháp xử lý nước thải đang được sử dụng tại Việt Nam

II. Sơ lược về các phương pháp xử lý nước thải

Nước thải nói chung có chứa rất nhiều chất gây ô nhiễm khác nhau. Đòi hỏi ta phải xử lý chúng bằng những phương pháp thích hợp khác nhau. Sau đây là tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải.

• 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 thì thường chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng. Để tách các chất này ra khỏi nước thải. Thường sử dụng là các phương pháp cơ học như lọc qua song chắn rác hoặc là lưới chắn rác. Lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc là lực li tâm và lọc. Tùy theo kích thước, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng của nước thải và mức độ cần làm sạch. Mà lựa chọn phương pháp xử lý nước thải cho thích hợp.

1.1. Song chắn rác trong hệ thống xử lý nước thải

Nước thải mà dẫn vào hệ thống xử lý nước thải trước hết phải qua song chắn rác. Tại đây các thành phần có kích thước lớn như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, rác cây, bao nilon…sẽ được giữ lại. Nhờ đó tránh làm tắc bơm, đường ống hoặc là kênh dẫn. Đây là một bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả một hệ thống xử lý nước thải.

Tùy theo kích thước của khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mịn. Song chắn rác thô thì có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm. Và song chắn rác mịn thì có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm. Theo hình dạng thì có thể phân thành song chắn rác và lưới chắn rác. Song chắn rác thì cũng có thể đặt cố định hoặc di động.

Song chắn rác thì được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào của kênh dẫn. Nghiêng một góc 45 – 60o nếu làm sạch bằng thủ công hoặc nghiêng một góc 75 – 85o nếu làm sạch bằng máy. Tiết diện của song chắn có thể là tròn, vuông hoặc hỗn hợp. Song chắn tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhất nhưng lại nhanh bị tắc bởi các vật giữ lại.

Do đó, thông dụng hơn cả chính là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau và cạnh tròn ở phía trước hướng đối diện với dòng chảy. Vận tốc nước chảy qua song chắn là giới hạn trong khoảng từ 0,6 -1m/s. Vận tốc cực đại giao động trong khoảng 0,75 -1m/s nhằm tránh việc đẩy rác qua khe của song. Vận tốc cực tiểu là 0,4m/s nhằm tránh phân hủy ra các chất thải rắn.

1.2. Lắng cát trong hệ thống xử lý nước thải

Bể lắng cát thì 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 việc an toàn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mòn. Tránh việc 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 đó là: bể lắng ngang và bể lắng đứng. Ngoài ra để tăng hiệu quả cho lắng cát, bể lắng cát thổi khí cũng được sử dụng rộng rãi.

Vận tốc của dòng chảy trong bể lắng ngang không được vượt qua 0,3 m/s. Vận tốc này cho phép các hạt cát, hạt sỏ và cả các hạt vô cơ khác lắng xuống đáy. Còn hầu hết các hạt hữu cơ khác thì không lắng. Và được xử lý ở các phương pháp xử lý nước thải tiếp theo.

1.3. Bể lắng xử lý nước thải

Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng mà có sẵn trong nước thải (bể lắng đợt 1). Hoặc cặn được tạo ra từ quá trình keo tụ/tạo bông hay là quá trình xử lý sinh học (bể lắng đợt 2). Theo dòng chảy, bể lắng sẽ được phân thành: bể lắng ngang và bể lắng đứng.

Trong bể lắng ngang, dòng nước sẽ chảy theo phương ngang qua bể. Với vận tốc không lớn chỉ hơn 0,01 m/s và thời gian lưu nước từ 1,5 – 2,5h. Các bể lắng ngang thì 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 là từ 0,5 – 0,6 m/s và thời gian lưu nước trong bể dao động ở khoảng là 45 – 120 phút. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thì thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 – 20%.

1.4. Tuyến nổi trong hệ thống xử lý nước thải

Phương pháp tuyển nổi thì 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, thì quá trình này còn được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động trên bề mặt.

Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi thì thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm phương pháp xử lý nước thải này chính là khử hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn.

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách là 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 các cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt nổi lên bề mặt.

Hiệu suất của quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào số lượng, kích thước của bọt khí, hàm lượng chất rắn. Kích thước tối ưu của bọt khí nằm trong khoảng 15 – 30 micromet (bình thường là từ 50 – 120 micromet). Khi hàm lượng hạt rắn cao, xác xuất va chạm và kết dính chúng giữa các hạt sẽ tăng lên. Do đó, lượng khí tiêu tốn sẽ giảm đi. Trong quá trình tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt khí luôn có ý nghĩa quan trọng.

2. Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý trong hệ thống xử lý nước thải

2.1. Xử lý trung hòa

Nước thải chứa acid vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH về trong 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 được thực hiện bằng nhiều cách:

• Trộn lẫn nước thải acid và cả nước thải kiềm
• Bổ sung các tác nhân hóa học
• Lọc nước acid qua các vật liệu có tác dụng trung hòa
• Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc là 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 là các hạt keo mịn phân tán. Kích thước các hạt thường dao động từ 0,1 – 10 micromet. Các hạt này sẽ không nổi cũng không lắng và do đó tương đối là khó tách loại. Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và cả thể tích của chúng rất lớn. Nên hiện tượng hóa học ở bề mặt trở nên rất quan trọng.

Theo nguyên tắc thì các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút Vander Waals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến một sự kết dính giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm vào. Sự va chạm xảy ra nhờ chuyển động Brown và do các tác động của sự xáo trộn.

Tuy nhiên thì trong trường hợp phân tán cao, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ vào lực đẩy tĩnh điện. Vì bề mặt các hạt mang tích điện. Có thể là điện tích âm hoặc là điện tích dương. Nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc là sự ion hóa các nhóm hoạt hóa.

Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ vào lực đẩy tĩnh điện. Do đó, để phá tính bền của hạt keo thì 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 hoặc 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 của phương pháp xử lý nước thải 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 là một số chất vô cơ như H2S, sunfit, ammonia, nito… Dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy ra các chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất để làm ra thức ăn. Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể phân chia thành 2 loại:

• Phương pháp kị khí: sử dụng các nhóm vi sinh vật kị khí, hoạt động trong điều kiện là không có oxy.
• Phương pháp hiếu khí: sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện có cung cấp oxy liên tục.

Quá trình phân hủy ra 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 được quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và cả các chất phân tán nhỏ trong nước thải. Cần phải 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 cho đến bề mặt tế bào vi sinh vật.
• Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua các 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 các tế bào mới.

Tốc độ của quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thộc vào nồng độ của các chất hữu cơ. Hàm lượng của các tạp chất và mức độ ổn định lưu lượng của nước thải khi vào hệ thống phương pháp xử lý nước thải. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính này 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 chính 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 này trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:

Vi sinh vật
Chất hữu cơ ——————> CH4 + CO2 + H2 + H2S + NH3 + Tế bào mới

Một cách tổng quát về quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn sau:

• GĐ1: Thủy phân và cắt mạch các hợp chất cao phân tử.
• GĐ2: Acid hóa.
• GĐ3: Acetate hóa.
• GĐ4 Trong quá trình kị khí của quá trình xử lý nước thải: methan hóa.

Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử. Như là proteins, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin…trong giai đoạn thủy phân. Sẽ được cắt mạch để tạo những phân tử đơn giản và dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ được chuyển hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn. Và chất béo thành các acid béo.

Trong acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2. Các acid béo thì 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 thì cũng hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrate. Vi sinh vật được chuyển hóa methan chỉ có thể phân hủy được một số loại cơ chất nhất định. Như là CO2 + H2, formate hay acetate, methanol, methylamines, và CO.

Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí này trong phương pháp xử lý nước thải thành:

• Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng. Như là quá trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process). Quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước là đi từ dưới lên (UASB);
• Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng ở 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 có 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 xử lý nước thải hiếu khí này. Có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc là nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo thì người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa. Nên quá trình xử lý luôn có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật mà 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 ở dạng lơ lửng. Chủ yếu được sử dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon. Như là 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 thì quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến nhất.
• Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng ở dạng dính bám. Như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học hay bể phản ứng nitrate với màng cố định.