Quy trình xử lý nước thải cho một hệ thống xử lý thông thường

QUY TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO MỘT HỆ THỐNG XỬ LÝ THÔNG THƯỜNG Công đoạn 1. XỬ LÝ SƠ CẤP 1.1 Song chắn rác Song chắn rác dùng để giữ lại các tạp chất thô như giấy, rác, túi nilon, vỏ cây và các tạp chất lớn có trong nước thải nhằm đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải sinh hoạt hoạt động ổn định. Song chắn rác thủ công thường gây ra hiện tượng tắc do lượng rác thải quá nhiều nếu không thường xuyên lấy rác. Để khắc phục hiện tượng này chúng tôi sử dụng hệ thống trục vớt hoặc máy nghiền rác. Trong trường hợp nước thải công nhiệp, để khắc phục hiện tượng ứ, tắc, sau song chắn rác chúng tôi sử dụng thêm rổ lọc rác làm bằng lưới lọc inox mịn cỡ từ 5 ÷ 1mm với tiết diện lớn, cấu tạo như những tấm chắn nghiêng, kết hợp với hoạt động của máy rung. 1.2. Bể lắng cát Bể lắng cát dùng để loại những hạt cắn lớn vô cơ chứa trong nước thải mà chủ yếu là cát. Trên trạm xử lý nếu để cát lắng lại trong các bể lắng sẽ gây khó khăn trong công tác lấy cặn. Trong cặn có cát có thể làm cho các ống dẫn bùn không hoạt động được, máy bơm chóng hỏng. Đối với bể metan và bể lắng 2 vỏ thì cát là chất thừa. Do đó việc xây dựng bể lắng cát trên trạm xử lý khi lưu lượng nước thải lớn hơn 100m3/ngày là cần thiết. Dưới tác động của lực trọng trường, các phần tử rắn có tỉ trọng lớn hơn tỉ trọng của nước sẽ lắng xuống đáy trong quá trình nước thải chuyển động qua bể lắng cát. Bể lắng cát sẽ được tính toán với tốc độ dòng chảy đủ lớn (0.3m/s) để các phần tử hữu cơ nhỏ không lắng được và đủ nhỏ (0.15m/s) để cát và các tạp chất vô cơ giữ lại được trong bể. Các hạt cát được giữ lại có độ lớn thuỷ lực 18-24 mm/s (đường kính hạt 0.2 – 0.25mm). 1.3. Tuyển nổi I Trong xử lý nước thải tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và nén bùn cặn. Ưu điểm của phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể khử được hoàn toàn các hạt nhỏ nhẹ, lắng chậm trong 1 thời gian ngắn. Quá trình tuyển nổi nước thải được thực hiện bằng cách sục khí vào nước thải, khí chúng tôi sử dụng là ozone. Các bọt khí đó dính kết với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ cùng nhau nổi lên mặt nước, sau đó tập hợp lại thành lớp bọt chứa hàm lượng cao của các tạp chất. Khi các hạt đã nổi lên bề mặt, chúng có thể được thu gom bằng bộ phận vớt bọt Quá trình này được thực hiện tự động bằng máy tuyển nổi - tách chất bẩn Skimmer – HD (Công nghệ Hoa Kỳ). 1.4. Bể lắng I Lắng là 1 phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hoà tan ra khỏi nước thải. Mỗi hạt rắn không hoà tan trong nước thải khi lắng sẽ chịu tác động của hai trọng lực: trọng lực bản thân và lực cản xuất hiện khi hạt rắn chuyển động dưới tác động của trọng lực. Mỗi tương quan giữa hai lực đó quyết định tốc độ lắng của hạt rắn. Khoảng 20% chất bẩn không hoà tan trong nước thải, trong đó khoảng 20% là cát, xỉ được giữ ở bể lắng cát. Lượng chất bẩn không hoà tan còn lại chủ yếu là chất hữu cơ sẽ được gữ lại trong bể lắng I. Các chất bẩn hữu cơ không hoà tan hình thành trong quá trình xử lý sinh học (bùn thứ cấp) sẽ lắng tại bể lắng II. Công đoạn 2. XỬ LÝ PHÂN HỦY SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN KỴ KHÍ Trong điều kiện không có ôxy, các chất hữu cơ có thể bị phân huỷ nhờ vi sinh vật và sản phẩm cuối cùng của quá trình này là các chất khí như mêtan (CH¬4) và cácbonic (CO2) được tạo thành. Quá trình chuyển hoá chất hữu cơ nhờ vi sinh kỵ khí chủ yếu được diễn ra theo nguyên lý lên men qua các bước sau:- Vi sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ phức tạp và lipit thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượng riêng nhẹ- Vi khuẩn tạo men axit, biến đổi các chất hữu cơ đơn giản thành axit hữu cơ.- Vi khuẩn tạo men metan chuyển hoá hydro và các axit được tạo thành ở gian đoạn trước thành khí metan và cacbonic Dựa trên nguyên tắc đó chúng tôi thiết kế bể phân huỷ kị khí bao gồm các bể bê tông cốt thép có nắp bịt kín để lưu nước thải trong khoảng 12 đến 20h tuỳ thuộc vào lưu lượng, hàm lượng các chất bẩn trong nước thải. Để nâng cao hiệu suất xử lý chúng tôi bố trí dày đặc các vật liệu đệm sinh học làm giá thể, đồng thời chạy khuấy đảo khí mê tan sục xuống dưới bể. Khởi động bể phân huỷ kị khí bằng chính nguồn vi khuẩn kỵ khí có sẵn trong nước thải. Ưu điểm của phương pháp là tiết kiệm năng lượng, nhân công và xử lý triệt để. Hiệu suất xử lý: COD giảm 60-65%. Công đoạn 3. XỬ LÝ PHÂN HỦY BẰNG OZONE Hiện nay, để xử lý nước thải người ta thường áp dụng nhóm các phương pháp sau một cách độc lập hoặc kết hợp:Phương pháp cơ học : Lắng cặn, gạt nổi, lọc… Phương pháp này áp dụng cho các chất ô nhiễm không tan, có khối lượng riêng khác nước, hoặc ở dạng hạt có kích thước lớn.Phương pháp hóa lý : Dùng hóa chất để trung hòa, tạo huyền phù, tạo kết tủa, hấp phụ trao đổi… Phương pháp này thường được áp dụng để xử lý nước thải của các nhà máy hóa chất. Phương pháp sinh học : Phân hủy chất hữu cơ ( CHC ) nhờ vi khuẩn kỵ khí , hiếu khí, rong, tảo, nấm… Phương pháp này thường đơn giản, hiệu quả tốt và chi phí thấp, do đó thường được áp dụng khi xử lý nước bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ. Các công nghệ xử lý truyền thống vẫn sử dụng hệ thống xử lý sinh học hiếu khí bằng cách sục oxy. Phương pháp này có ưu điểm là phân huỷ triệt để nước thải thành nước sạch. Tuy vậy, nhược điểm lớn của nó là: Tốn diện tích xây dựng và tiêu hao năng lượng cho khâu sục khí vì phải chạy liên tục 24/24h (nếu nghỉ vi khuẩn hiểu khí sẽ ngừng hoạt động); Ngoài ra, hệ thống phân huỷ hiếu khí sẽ không thành công nếu không tính toán đúng lượng khí cần thiết để cung cấp cho hệ thống. Trong rất nhiều trường hợp, các phương pháp thông thường kể trên không hiệu quả. Với các loại nước thải nhiễm có các chất độc khó phân hủy, chẳng hạn thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ…, vi sinh vật hầu như không hoạt động được. Để giải quyết vấn đề này, người ta đã áp dụng các phương pháp oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes-AOPs). Nhằm loại bỏ những khó khăn của phương pháp xử lý hiện nay (phương pháp xử lý bằng sinh học) như: hệ thống cồng kềnh, tốn diện tích, vận hành phức tạp, chi phí vận hành cao,…công ty chúng tôi đã chế tạo và ứng dụng rất thành công dây chuyền xử lý nước thải công nghiệp bằng ozone. Công suất xử lý của các dây chuyền này đạt từ 30 - 30.000m3/ngđ.> Trong số các chất oxy hóa thường được sử dụng, ozone là một chất oxy hóa rất mạnh. Ozone tác dụng với các CHC tan trong nước chủ yếu theo hai cơ chế sau: Thứ nhất, ozone phản ứng trực tiếp với chất tan (P). Thứ hai, ozone phản ứng với chất tan (P) theo cơ chế gốc. Ngoài ra, ozone có thể tác dụng với chất khác tạo ra chất oxy hóa thứ cấp. Chất mới này sẽ oxy hóa chất tan. Tất cả các phản ứng trên có thể xảy ra đồng thời. Nhưng tùy theo điều kiện phản ứng và thành phần của nước nhiễm bẩn, sẽ có phản ứng nào đó trội hơn. - Ozone phản ứng trực tiếp với chất tan Ozone khi hòa tan vào nước sẽ tác dụng với CHC (P), tạo thành dạng oxy hóa của chúng theo phương trình động học sau: - d[P]/dt = kP [P][O3]. Nhưng phản ứng trực tiếp của ozone với CHC có tính chọn lọc, tức là ozone chỉ phản ứng với một số loại CHC nhất định. Sản phẩm của các quá trình ozone hóa trưc tiếp các chất vòng thơm bằng ozone thường là các axit hữu cơ hoặc các muối của chúng.- Ozone phản ứng với chất tan theo cơ chế gốc Khi tan vào nước tinh khiết, ozone sẽ phân hủy tạo thành gốc OH theo phản ứng kiểu dây chuyền. phương trình tốc độ phân hủy ozone như sau:- d[O3] /dt = kA[O3] + kB[OH¯ ]1/2[O3]3/2 Trong đó, kA = 2 k22; kB = 2k25 ( k23/ k26 )1/2 Theo biểu thức trên, ở môi trường kiềm, sự phân hủy ozone tăng, Thực nghiệm cho thấy, khi oxy hóa các hợp chất đa vòng thơm (PAH) chỉ bằng một mình ozone, hiệu quả tốt trong điều kiện pH = 7 – 12. Như vậy, CHC có thể bị phân hủy bởi ozone theo cả hai cơ chế: trực tiếp và gốc. Khi đó, phương trình động học chung của quá trình đó biểu diễn như sau :- d[P]/dt = kd[O3][P] + kid[OH&][P] Trong vế phải của phương trình, số hạng thứ nhất thể hiện mức độ phản ứng trực tiếp của ozone với CHC thông qua hệ số kd. Số hạng thứ hai thể hiện mức độ phản ứng gián tiếp của nó với CHC thông qua gốc OH và thông qua hệ số kid. Nhờ khả năng oxy hóa - khử mạnh, như đã trình bày ở trên, nên ozone có thể khử màu, khử mùi, khử trùng một cách hiệu quả. Nước thải qua bể phân hủy ozone của chúng tôi giảm được trên 90% hàm lượng COD, BOD, SS,… giảm trên 95% chỉ số Coliform, nước thải không còn màu, mùi khó chịu, không phát sinh sản phẩm thứ cấp gây độc hại. Công đoạn 4. TUYỂN NỔI THỨ CẤP VÀ LẮNG THỨ CẤP Sau khi được xử lý qua công đoạn phân hủy kỵ khí và phân hủy ozone, nước thải vẫn chưa đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường. Vì vậy, cần có thêm hệ thống bể tuyển nổi thứ cấp và lắng thứ cấp. Nước thải qua hệ thống bể tuyển nổi thứ cấp và lắng thứ cấp của chúng tôi sẽ trở thành nước sạch, đảm bảo TCVN 5945:2005 - cột A (COD<50mg/l, BOD5<30mg/l, SS<50mg/l,…), có thể tái sử dụng làm nước cấp phục vụ sản xuất hoặc sinh hoạt. Công đoạn 5. XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG BÙN THẢI Bùn thải sinh ra trong nhà máy xử lý nước thải chủ yếu ở bể lắng I, bể phân huỷ sinh học và bể lắng II. Lượng bùn cặn này sẽ được hút ra bằng máy bơm. Việc xử lý bùn thải là rất cần thiết vì sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường đất nếu chúng ta không tiến hành xử lý. Mục đích của xử lý bùn thải:- Giảm khối lượng hỗn hợp bùn cặn bằng cách tách 1 phần hay phần lớn khối lượng nước có trong hỗn hợp bùn cặn để giảm kích thước công trình xử lý và giảm thể tích cặn phải vận chuyển tới nơi tiếp nhận. - Phân huỷ các chất hữu cơ dễ bị thối rữa, chuyển chúng thành các chất hữu cơ ổn định và các hợp chất vô cơ dễ dàng tách nước và không gây tác động xấu đến môi trường nơi tiếp nhận. Bùn sẽ được tách các thành phần hữu cơ và vô cơ bằng phương pháp thủy lực: chất vô cơ nặng sẽ lắng xuống, chất hữu cơ nhẹ hơn sẽ nổi lên trên. Các chất vô cơ sẽ tận dụng để sản xuất vật liệu xây dựng, các chất hữu cơ được xử lý bằng phương pháp sinh học để tách riêng các kim loại nặng với phần bùn hữu cơ sạch. Bùn hữu cơ sạch được tận dụng để sản xuất phân vi sinh phục vụ cho việc trồng cây và cải tạo đất nông nghiệp. Còn các kim loại nặng sẽ xử lý theo phương pháp hóa học để tách riêng từng kim loại hoặc hóa rắn toàn bộ để chôn lấp an toàn. Giá thành xử lý bùn cống rãnh, kênh rạch theo phương pháp trên chỉ bằng 30% so với dùng cách chôn lấp.