Nghiên cứu các phương pháp làm sạch nước thải phổ biến trên thế giới

MTXD - Xử lý nước thải hiện nay là vấn đề cấp thiết bởi vì nguồn nước ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng chủ yếu do nguồn nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp chưa được xử lý chảy trực tiếp ra môi trường. Nước thải có chứa nhiều chất ô nhiễm khác nhau nên phải xử lý bằng những phương pháp phù hợp…

Phương pháp xử lý nước thải 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 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.

Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

Nước thải trước khi đi vào hệ thống xử lý trước hết phải được đi qua song chắn rác. Tại đây các loại rác trôi nổi có kích thước lớn như: Rác, vỏ đồ hộp, rác cây, bao nilon… sẽ được giữ lại. Rác có kích thước lớn sẽ được giữ lại ở song chắn rác nên tránh được tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn nước thải. Chắn rác là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải.

Song chắn rác được phân thành tùy theo kích thước khe hở, 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 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.

Sau song chắn rác, một phương pháp tiếp theo được áp dụng là sử dụng bể lắng cát 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 đoạn xử lý sau. Bể lắng cát chia 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.

Tuy nhiên, để đảm bảo độ bền và hiệu quả của bể, cần chú ý đến vận tốc dòng chảy trong bể lắng ngang không được vượt quá 0,3 m/s. Vận tốc này cho phép các hạt cát, các 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 các công trình tiếp theo.

Bước cuối cùng của phương pháp là tuyển nổi, cách này 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 khác 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.

Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa – lý

Trong nước thải có chứa acid vô cơ hoặc kiềm nên cần được trung hòa để đưa pH về mức 6,5 – 8,5 trước khi nước thải được đưa vào nguồn nhận hoặc công nghệ xử lý tiếp theo. Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách:

– Trộn lẫn nước thải acid và nước thải kiềm.

– Bổ sung 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.

Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa – lý

Một trong những phương pháp phổ biến là xử lý nước thải bằng keo tụ tạo bông. Trong nước thải các hạt một phần thường tồn tại ở dạng keo mịn phân tán, kích thước thường từ 0,1 – 10 micromet. Các hạt này lơ lửng không nổi cũng không lắng nên 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. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện.

Để phá vỡ tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt 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.

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học thường nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải của một số ngành nghề như: Thực phẩm, thủy sản, chế biến nông sản,… có chứa nhiều các chất hữu cơ hòa tan gồm:  Hydrat cacbon, protein và các hợp chất chứa N phân hủy từ protein, các chất béo… chất vô cơ như sulphit, H2S, amoniac,….

Các phương pháp sinh học xử lý nước thải.

Điều tiên quyết là nước thải phải là môi trường sống của quần thể sinh vật phân hủy các  chất hữu cơ có trong nước thải. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học cần thỏa mãn những điều kiện sau:

Không có chất độc làm chết hoặc ứng chế hoàn toàn hệ sinh vật trong nước thải.

Hàm lượng kim loại nặng có trong nước thải. Muối của các kim loại nặng ảnh hưởng nhiều đến hoạt động sống của vi sinh vật.

Phương pháp sinh học trong xử lý nước thải 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…. Các vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất để làm thức ăn nên dựa trên hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm. Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể phân 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 cần cung cấp oxy liên tục.

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Trong quá trình thực hiện 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 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 thuộc 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.

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ bằng kỵ khí là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra nhiều sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn theo phương trình sau:

Vi sinh vật

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

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 đoạn 4 trong quá trình kỵ khí xử lý nước thải: Methan hóa.

Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử như: Protein, 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. 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 dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí, quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên.

– Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc kỵ khí.

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải chia thành 3 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 quá trình xử lý nhân tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên 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 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.

HỒNG VIỆT