Xử lý nước thải sinh hoạt bằng thiết bị hợp khối
Quy trình xử lý nước thải sinh hoạt trên thế giới hiện nay đang được tiến hành theo những bước như sau
• Xử lí cấp 1 (Primary Treatment): Dùng những biện pháp hóa lí loại bỏ bớt những chất thải rắn không hòa tan trong nước.
• Xử lí cấp 2 (Secondary Treatment): Sử dụng vi sinh vật để loại bỏ những chất thải hữu cơ hóa khí hòa tan trong nước.
• Xử lí cấp 3 (Tertiary Treatment): Kết hợp các biện pháp xử lí hóa học, vật lí, sinh học để loại bỏ những tạp chất hữu cơ, vô cơ trong nước, thường áp dụng khi xử lí nước thải công nghiệp.
Xem thêm: Xử lý nước thải công nghiệp
Với đặc tính của nước thải, hệ thống xử lí nước thải sinh hoạt thường được thiết kế theo trình tự xử lí dưới đây, hoàn toàn phù hợp với tiêu chuẩn xả thải của Việt Nam hiện nay:
Nguyên lí của bước xử lí cấp 2 xoay quanh việc cung cấp không khí cho vi sinh vật, có thể chia thành những khâu xử lí hiếu khí (Aerobic Process) và yếm khí (Anaerobic Process) như sau:
• Khâu xử lí yếm khí (Anaerobic Process): Bể xử lí thể tích nhỏ, tiêu hao ít năng lượng. Chất hữu cơ trong nước thải sau khi xử lí yếm khí sẽ chuyển hóa thành chất khí gây ô nhiễm như CO, CH4、NH3、H2S…
Quá trình xử lí yếm khí (Anaerobic Process) có khả năng khử BOD nhưng khả năng khử COD không hiệu quả bằng khâu xử lí hiếu khí (Anaerobic Process).
Công nghệ xử lí nước thải nói chung thường kết hợp xử lí yếm khí (Anaerobic Process) với xử lí hiếu khí (Aerobic Process), rất hiếm trường hợp chỉ áp dụng xử lí yếm khí làm trọng tâm của hệ thống xử lí nước thải.
• Khâu xử lí hiếu khí (Aerobic Process): bể xử lí cần thể tích lớn, tiêu hao nhiều năng lượng nhưng thao tác và vận hành bảo dưỡng đơn giản, khử BOD và COD tốt, nước thải qua xử lí hiếu khí ít gây nguy hại cho môi trường, thường được sử dụng trong qui trình xử lí các loại nước thải. Quá trình xử lí cấp 2 bằng vi sinh vật lại dựa vào đặc tính sinh trưởng của vi sinh vật, loại lơ lửng trong nước (Suspended-Growth Process) và loại bám dính (Attached-Growth Process).
Nếu kết hợp xử lí yếm khí bằng vi sinh vật lơ lửng có thể khử nitrat hóa, khử (Nitrification), khử phốt pho (Dephosphorization), ni tơ (Denitrification). Tuy nhiên, nếu sử dụng biện pháp xử lí bằng vi sinh vật lơ lửng cần đặc biệt chú ý nồng độ bùn (MLSS), nếu quá nhiều sẽ bị kết dính lại với nhau, giảm hiệu quả xử lí.
Lưu ý đối với việc xử lý sơ bộ nước thải trước khi đưa vào hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt
– Nước thải nhà bếp, nhà ăn: Đề xuất nên trang bị thiết bị lọc dầu mỡ trước khi cho chảy vào hệ thống xử lí, tránh ảnh hưởng đến tuổi thọ công trình.
– Nước thải đặc biệt: Đối với nguồn nước thải phòng xét nghiệm và nước thải có phóng xạ đề xuất nên trang bị bể điều tiết để điều tiết độ pH trước khi đưa vào hệ thống xử lí, tránh làm ảnh hưởng đến hiệu quả xử lí và tuổi thọ công trình. Xử lí cấp 2 (Secondary Treatment)
Xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp bùn hoạt tính – Công nghệ AAO (Anaerobic-Anoxic-aerObic Process)
a) Nguyên lí xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp AAO: Sau khi xử lí cấp 1 nước thải sẽ được chảy vào bể bùn hoạt tính yếm khí (Anaerobic Tank), tiếp đến sẽ được chảy vào bể vi sinh vật thiếu khí (Anoxic Tank) rồi tiếp tục chảy vào bể vi sinh vật hiếu khí (Aerobic).
Vi sinh vật sống bám trên hạt bùn trong ở các bể sẽ ăn những chất bẩn trong nước thải, làm giảm các chất ô nhiễm trong nước. Đặc biệt hiệu quả trong việc xử lý khử ni tơ tổng (Total-Nitrogen) và phốt pho tổng (Total-Phosphate).
Sơ đồ qui trình xử lý nước thải sinh hoạt
Sự phát triển của phương pháp bùn hoạt tính
d) Ưu điểm: Bể vi sinh vật hiếu khí (aerobic process) có tác dụng xử lí chất hữu cơ các bon và ni tơ hóa (Nitrification), bể vi sinh vật yếm khí (anaerobic process) và bể vi sinh vật thiếu khí (anoxic process) có tác dụng khử ni tơ (Denitrification) và phốt phát (dephosphorization), công nghệ này thích hợp cả cho việc xử lý nước thải công nghiệp
Quá trình xử lí nước thải sinh hoạt như sau:
Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt
Để đạt các QCVN 14:2008/BTNMT đối với xử lý nước thải sinh hoạt và QCVN 40:2010/BTNMT đối với xử lý nước thải công nghiệp, trong quy trình công nghệ XLNT phải có các công đoạn sau:
Ký hiệu:
- – q0: Công suất nước thải phải xử lý (m3/ng.đ)
- – BOD0… SS0: Thông số đầu vào của hệ thống xử lý nước thải (g/m3)
- – BODK…SSK: Thông số đầu ra của hệ thống xử lý nước thải (g/m3)
- – α (α≥0): Hệ số hồi lưu nước thải đã được Oxy hóa và bùn hoạt tính từ sau ngăn oxic trở về ngăn Anoxic (một phần bùn trở về ngăn điều hòa)
- – q: Công suất nước thải đi vào các ngăn điều hòa, anoxic, oxic: q=q0(1+α)
Các yếu tố lưu ý khi thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt
1. Sơ bộ tách rác và cặn cơ học để tổng cặn lơ lửng (SS) vào các quy trình xử lý sau đó đạt yêu cầu SS≤100-150ppm. Để tách rác có thể dùng các song chắn rác tự động hoặc thủ công. Để giảm chi phí đầu tư và quản lý các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt nhỏ đa phần sử dụng song chắn rác thủ công
Nước thải khi đi qua chắn rác này với kích thước song chắn: Bậc 1 (5cm); Bậc 2 (1cm), sẽ bị loại khỏi các vật rắn và rác có kích thước lớn hơn hoặc bằng 1cm.
2. Khi đi vào bể điều hòa, Nước thải được “dàn đều” hay “điều hòa” cả về lưu lượng và nồng độ để ổn định hơn về tính chất. Bể điều hòa sẽ có dung tích để lưu được nước thải trong 6 giờ theo công suất trung bình. Thông thường tại bể điều hòa sẽ có sục khí, song để tiết kiệm chi phí đầu tư hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, kết hợp bể điều hòa và bể thiếu khí để xử lý Nito
3. Từ bể điều hòa, nước thải được qua bơm đặt chìm, bơm lên Module thiết bị AO của CCEP do chúng tôi đề xuất ở bài thầu này. Ở đây bắt đầu quá trình xử lý sinh học để làm giảm các thông số theo nguyên tắc sau:
a) Oxy hóa bằng vi sinh các hợp chất Hydrocacbon, Sunfua và phốt pho (làm giảm BOD, COD, chuyển hóa H2S, P-T), và thực hiện quá trình Nitrat hóa Amoni (NH4). Sản phẩm của quá trình này sẽ là:
- – Hydrocacbon chuyển thành CO2 + H2O làm giảm đáng kể BOD, COD.
- – NH4 –> NO3
- – H2S –> SO2
- – P – T –> PO4-
b) Phương pháp xử lý Amoni và Nito tổng trong nước thải thông qua quá trình thiếu khí (Anoxic), ở đây NO3 được chuyển hóa thành N2 khi không có mặt Oxy, hoặc khi không sục khí. Đây là quá trình bắt buộc vì nếu không, ta không giảm được Nitơ trong nước thải.
Module AO thực hiện quá trình Oxy hóa (Oxic) để giảm BOD, chuyển hóa NH4→NO3 và tạo cơ chế hồi lưu NO3 lỏng (hòa tan trong nước thải) và một phần bùn hoạt tính về ngăn Anoxic (thiếu khí) để khử Nitơ.
Quá trình yếm khí kéo theo việc giảm đáng kể Hydrocacbon (BOD, COD giảm khoảng 50 – 55% so với nước thải đầu nguồn phát thải, Phốtpho tổng giảm 60-70%, Sunphua (H2S) giảm không đáng kể là khoảng 30%, Nitơ tổng gần như ít giảm và chuyển hóa thành Amoni (NH4).
Lượng Nitơ (Nitơ Amoni) cao sẽ làm mất cân đối thành phần dinh dưỡng ( BOD/N/P ) và gây ngộ độc hoặc kìm hãm đối với vi sinh. Do vậy quá trình Ôxy hóa NH4 → NO3 và khử Nitơ NO3 → N2 là nguyên nhân tất yếu để chọn công nghệ AAO nói trên.
c) Sau quá trình Ôxy hóa (bằng sục không khí) tại ngăn Oxic (hiếu khí) với đệm vi sinh di động, bùn hoạt tính (tức là lượng vi sinh phát triển và hoạt động tham gia quá trình xử lý) được bám giữ trên các giá thể bám dính di động trong ngăn Oxic. Các giá thể này cho phép tăng mật độ vi sinh lên đến 8000-9000g/m3. Với mật độ này các quá trình Ôxy hóa để khử BOD, COD và NH4 diễn ra nhanh hơn nhiều. (Ở phương pháp bùn hoạt tính Aeroten thông thường nồng độ vi sinh chỉ đạt 1000 – 1500g/m3. Ở các thiết bị với đệm vi sinh bám cố định, chỉ đạt 2500 – 3000g/m3).
Như vậy module AO của CCEP sẽ có không gian Ôxy hóa gọn và khả năng xử lý nước thải với dải thông số BOD, NH4 khá rộng (BOD ≤ 400-500g/m3; NH4 ≤ 50-40g/m3). Các thiết bị khác (Aeroten, V69, CN 2000, thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt) không đạt được như vậy.
d) Bùn họat tính lơ lửng (nghĩa là không bám dính trên đệm vi sinh) sẽ được chuyển sang ngăn lọc. Ở đây một phần lớn bùn được giữ lại để đưa về ngăn chứa và xử lý bùn thừa; Một phần nhỏ bùn được theo bơm hồi lưu đi về bể thiếu khí – tức là bể điều hòa không sục khí để thực hiện quá trình khử Nitơ. Các thông số liên quan đến các công đoạn và các vấn đề nói trên đây sẽ được trình bày kỹ ở phần tính toán công nghệ và thiết bị.
4. Như vậy từ bể điều hòa, nếu chúng ta lựa chọn phương án xử lý bằng vi sinh vật (xử lý sinh học) thì các quá trình sẽ diễn ra như như đã miêu tả trên đây. Đây là phương pháp xử lý AAO – Tổ hợp liên hoàn các quá trình yếm khí – thiếu khí – hiếu khí, cho phép giảm thiểu, để đạt các TCVN, các chất thải ô nhiễm trong nước thải một cách kinh tế nhất.
5. Các phương pháp xử lý vi sinh khác như đã nói ở trên đây chủ yếu chỉ đề cập quá trình sục khí (tức là Ôxy hóa Hydrocacbon và Nitrat hóa NH4) không đề cập quá trình khử Nitơ. Một số phương pháp (Aeroten, lọc sinh học nhỏ giọt) không thực hiện được đầy đủ quá trình Nitrat hóa Amôni, vì quá trình này diễn ra chậm hơn và đòi hỏi có mật độ vi sinh cao hơn đối với đa số các chủng loại tham gia các quá trình Oxic.
6. Ở một số nơi chưa thực hiện được quá trình xử lý sinh học, nước thải sau khi tập kết ở bể điều hòa được khử trùng bằng Cloramin-B hoặc Hypocloride Natri hoặc Hypocloride Canxi rồi thải ra ngoài. Như vậy nước thải mới được xử lý sơ bộ (tách rác, tách cặn và khử trùng ).
