M 2: N−ớc thải tổng hợp tr−ớc khi thải ra môi tr−ờng xung quanh.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận.
4.1. Tổng quan về các ph−ơng pháp xử lý n−ớc thải, cặn thải.
4.1.1.Công nghệ xử lý n−ớc thải nguồn gốc hữu cơ: ở các n−ớc phát triển ng−ời ta th−ờng xử lý n−ớc thải trong những công trình tập trung. Về nguyên tắc, để xử lý n−ớc thải có thể dùng các ph−ơng pháp cơ - lý học, hoá học, hoá lý và sinh học song đối với chất thải làng nghề bún bánh chất thải mang nguồn gốc hữu cơ có thể tận dụng làm phân bón nên đề tài lựa chọn hai ph−ơng pháp chủ đạo là cơ học và sinh học.
• Ph−ơng pháp xử lý n−ớc thải bằng cơ học gồm các thiết bị sau:
- Song chắn rác: Giữ lại rác rồi chuyển đến máy nghiền để nghiền nhỏ rác, sau đó đổ trở lại song chắn rác hoặc chuyển tới bể phân huỷ cặn. Gần đây ng−ời ta áp dụng loại song chắn rác liên hợp vừa chắn giữ vừa nghiền rác.
- Bể lắng cát: Tách các chất bẩn vô cơ có trọng l−ợng riêng lớn hơn nhiều so với trọng l−ợng riêng của n−ớc nh− xỉ than, cát...ra khỏi n−ớc thải.
- Bể lắng: Tách các chất lơ lửng có trọng l−ợng riêng lớn hơn trọng l−ợng riêng của n−ớc, chất lơ lửng nặng sẽ lắng xuống đáy còn chất lơ lửng nhẹ nổi lên mặt n−ớc. Dùng những thiết bị thu gom và vận chuyển các chất bẩn lắng và nổi (cặn) lên công trình xử lý cặn.
- Bể vớt dầu mỡ: th−ờng dùng trong công trình xử lý n−ớc thải công nghiệp.
- Bể lọc: nhằm tách các chất ở trạng thái lơ lửng kích th−ớc nhỏ bằng cách cho n−ớc thải đi qua lớp lọc đặc biệt hoặc qua lớp vật liệu lọc, th−ờng sử dụng cho một số loại n−ớc thải công nghiệp.
Theo Hoàng Huệ, 1996 [1]):
+ Ph−ơng pháp xử lý cơ học có thể loại bỏ đ−ợc đến 60% các tạp chất không hoà tan có trong n−ớc thải sinh hoạt và giảm BOD đến 20%.
+ Để tăng hiệu suất làm việc của các công trình xử lý cơ học có thể dùng biện pháp thoáng gió sơ bộ, thoáng gió đông tụ sinh học, hiệu quả xử lý đạt tới 75% theo hàm l−ợng chất lơ lửng và 40 - 50% theo BOD.
+ Trong số các công trình xử lý cơ học phải kể đến cả bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể lắng trong có ngăn phân huỷ là những công trình vừa để lắng vừa để phân huỷ cặn lắng. Thông th−ờng thì xử lý cơ học chỉ là giai đoạn xử lý sơ bộ tr−ớc khi xử lý sinh học.
• Ph−ơng pháp xử lý n−ớc thải bằng sinh học: Dựa vào sự sống và hoạt động của các vi sinh vật để ôxy hoá chất bẩn hữu cơ ở dạng keo và hoà tan có trong n−ớc thải. Những công trình xử lý sinh hoá đ−ợc phân thành hai nhóm:
- Những công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện tự nhiên.
- Những công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện nhân tạo.
Những công trình sinh học thực hiện trong điều kiện tự nhiên là: Cánh đồng t−ới, bãi lọc, hồ sinh học... Quá trình xử lý diễn ra chậm, dựa chủ yếu vào nguồn ôxy và vi sinh có trong đất và n−ớc.
Những công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo là: Bể lọc sinh học (biophin), bể làm thoáng sinh học (aêrôten)...Do tác động nhân tạo nên quá trình xảy ra nhanh hơn, c−ờng độ mạnh hơn.
Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo có thể đạt mức hoàn toàn (xử lý sinh học hoàn toàn) với BOD giảm tới 90 - 95% và không hoàn toàn với BOD giảm tới 40 - 80% (Hoàng Huệ, 1996 [1]).
Giai đoạn xử lý sinh học tiến hành sau giai đoạn xử lý cơ học. Bể lắng sau giai đoạn xử lý cơ học gọi là bể lắng đợt I. Để l−u giữ màng sinh khối (sau biophin) hoặc bùn hoạt tính (sau bể aêrôten) dùng bể gọi là bể lắng đợt II.
Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo không loại trừ triệt để các loại vi khuẩn, nhất là vi trùng gây bệnh. Bởi vậy sau giai đoạn xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo cần thực hiện giai đoạn khử trùng n−ớc thải tr−ớc khi xả vào dòng chảy hoặc hồ chứa chung.
4.1.2.Công nghệ xử lý cặn lắng:
Trong quá trình xử lý n−ớc thải bằng bất kỳ ph−ơng pháp nào cũng tạo nên một l−ợng cặn đáng kể (bằng 0,5 - 1% tổng l−u l−ợng n−ớc thải hoặc cao hơn). Các chất lơ lửng không hoà tan ở bể lắng đợt I gọi là cặn t−ơi, cặn giữ lại ở bể lắng đợt II là sinh khối bùn hoạt tính.
phải xử lý cặn một cách thích đáng. Để giảm hàm l−ợng chất hữu cơ trong cặn và để đạt các chỉ tiêu vệ sinh th−ờng áp dụng ph−ơng pháp xử lý sinh học kỵ khí trong các công trình tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể mê tan hoặc xử lý trong các thiết bị có sử dụng vi sinh vật hiếu khí .
Bể tự hoại và bể lắng hai vỏ thực hiện đồng thời hai nhiệm vụ: lắng cặn và lên men cặn lắng.
Bể mêtan là công trình t−ơng đối hiện đại chỉ ứng dụng để lên men cặn lắng. Đôi khi bể này cũng còn đ−ợc sử dụng để xử lý sơ bộ n−ớc thải công nghiệp có nồng độ cao.
Để giảm độ ẩm của cặn đã lên men th−ờng sử dụng các công trình: hố bùn (đối với trạm xử lý nhỏ), sân phơi bùn, thiết bị lọc chân không, lọc ép, thiết bị sấy khô bằng cơ học... Khi l−ợng cặn khá lớn có thể sử dụng ph−ơng pháp sấy nhiệt. ở các n−ớc tiên tiến ng−ời ta th−ờng đốt cặn để thu năng l−ợng hoặc nhiệt phân chúng để thu các sản phẩm dạng rắn, lỏng, khí khác nhau.
4.1.3. Sơ đồ công nghệ trạm xử lý n−ớc thải:
Dây chuyền công nghệ xử lý là tổ hợp công trình trong đó n−ớc thải đ−ợc xử lý từng b−ớc theo thứ tự tách các cặn lớn đến các cặn nhỏ, những chất không hoà tan đến những chất keo và hoà tan. Khử trùng là khâu cuối cùng.
Việc lựa chọn dây chuyền công nghệ là một bài toán kinh tế kỹ thuật phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh−:
- Thành phần tính chất n−ớc thải - Mức độ cần thiết làm sạch
- Các yếu tố khác: điều kiện địa lý của địa ph−ơng, năng l−ợng, tính chất đất đai, diện tích khu xây dựng trạm xử lý, l−u l−ợng n−ớc thải, công suất của nguồn...
Dây chuyền công nghệ của một trạm xử lý hoàn chỉnh có thể chia làm 4 khối:
1- Khối xử lý cơ học: N−ớc thải theo thứ tự qua song chắn rác, bể lắng cát và bể lắng đợt I.
2- Khối xử lý sinh học: n−ớc thải theo thứ tự qua khối xử lý cơ học, công trình xử lý sinh học, bể lắng đợt II.
3- Khối khử trùng: N−ớc thải sau khi qua khối xử lý cơ học hoặc khối xử lý sinh học đ−ợc hoà trộn cùng chất khử trùng và cho tới bể trộn, bể tiếp xúc. Phản ứng khử trùng diễn ra ở bể tiếp xúc.
Sơ đồ tổng quát dây chuyền công nghệ trình bày ở hình 1 (trang bên).
Chỉ trong tr−ờng hợp trạm xử lý qui mô lớn và yêu cầu vệ sinh cao thì mới áp dụng sơ đồ xử lý này. Đối với tr−ờng hợp cho phép giảm mức độ xử lý hoặc đối với những trạm có công suất nhỏ sơ đồ có thể giản đơn hơn:
a. Khi cần xử lý cơ học chủ yếu tách ra khỏi n−ớc thải các cặn bẩn ở dạng không hoà tan thì sẽ không có khối II.(Xem hình 1)
b. Khi công suất trạm d−ới 5000 m3/ngày đêm, song chắn rác của trạm bơm chính thiết kế với khe hở 16 mm thì trên trạm xử lý có thể không xây dựng song chắn rác.
c. Khi công suất trạm ≤ 100 m3/ngày đêm, không cần xây dựng bể lắng cát vì có nhiều khó khăn trong quản lý.
d. Khi bể lắng lần I là bể lắng hai vỏ hoặc bể tự hoại thì công trình 3 và 8 kết hợp làm một.
e. Khi xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên thì không có bể lắng đợt II. g. Khi công suất của trạm xử lý nhỏ d−ới 500 m3/ngày đêm và đặt gần các công trình dân dụng thì không nên xây dựng sân phơi bùn (9). Khi đó dùng ôtô hút bùn và vận chuyển đi xa
h. Gần đây với những trạm xử lý công suất d−ới 700 m3/ngày đêm, ng−ời ta xây dựng công trình xử lý kiểu aêrôten kéo dài thời gian làm thoáng hoặc m−ơng sinh hoá thì sơ đồ công nghệ lại càng đơn giản hơn.
Trong tr−ờng hợp nếu điều kiện vệ sinh cho phép giảm mức độ xử lý thì có thể không cần xây dựng bể lắng đợt II.
Ngoài ra cũng cần kể đến những tr−ờng hợp riêng khi l−u l−ợng n−ớc thải ít (d−ới 100 m3/ngày đêm), nếu điều kiện vệ sinh cho phép áp dụng bể tự hoại thì bể tự hoại có thể là công trình duy nhất trong dây chuyền công nghệ.
Nói chung phải dựa trên cơ sở tính toán mức độ cần thiết xử lý n−ớc thải có đề cập tới điều kiện địa ph−ơng và yếu tố kinh tế kỹ thuật mà quyết định ph−ơng pháp xử lý.
Hình 1. Sơ đồ nguyên tắc dây chuyền công nghệ trạm xử lý n−ớc thải. N−ớc thải I Sử dụng cát II IV Clo Sử dụng cặn III đ−ờng n−ớc; đ−ờng cặn đ−ờng phân chia khối
I- Khối xử lý cơ học;
II- Khối xử lý sinh học; Xả ra nguồn
III- Khối khử trùng IV- Khối xử lý cặn.
1. Song chắn rác; 1a. Máy nghiền rác; 2. Bể lắng cát; 2a. Sân phơi cát; 3. Bể lắng đợt I; 4. Công trình xử lý sinh học; 5. Bể lắng lần II; 6. Máng trộn; 7. Bể tiếp xúc; 8. Công trình xử lý cặn; 9. Công trình làm khô cặn. 1a 1 2 2a 3 4 5 6 7 8 9
4.1.4.Công nghệ chế biến kết hợp cặn n−ớc thải với rác sinh hoạt.
(A.Z. Evilevich, M.A. Evilevich, 1998 [11].)
Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu tiến hành theo h−ớng chế biến kết hợp cặn n−ớc thải với rác thải để sử dụng thuận tiện hơn. Phân compost nhận đ−ợc khi đó ảnh h−ởng tốt đến cấu trúc đất, làm tốt hơn tính chống xói mòn, đặc điểm sinh học và tính chất cơ-lý- hoá của đất. Phân compost đã sử dụng thành công để làm giàu đất cằn, cải tạo làm tăng hàm ẩm của đất, làm tốt hơn hoạt tính sinh học và sức chống chịu bệnh của thực vật.
Tính đến năm 1990, trên thế giới có khoảng 120 nhà máy chế biến kết hợp cặn n−ớc thải và rác sinh hoạt để sản xuất phân. Sự kết hợp này thực hợp lý bởi cặn n−ớc thải làm giàu hợp chất hữu cơ trong rác thải còn rác thải làm tăng độ xốp cặn n−ớc thải, làm tốt hơn quá trình nhiệt sinh học và chất l−ợng phân compost. Ngoài ra, chế biến kết hợp cặn n−ớc thải và rác thải cho phép giảm chi phí năng l−ợng, đơn giản hoá và hạ giá thành quá trình công nghệ chế tạo phân.
Sản xuất phân compost đ−ợc thực hiện trong thiết bị lên men sinh học dạng trống quay hoặc trong đống có ứng dụng thiết bị cơ giới để chất xếp, trộn, nghiền và các thao tác khác. Đống có dạng hình thang với chiều rộng 3- 4m; chiều cao 2 - 5m; dài 10 - 25m hoặc có thể lớn hơn. Thời gian của quá trình phân hủy trong đống tuỳ thuộc vào thành phần hỗn hợp, điều kiện khí hậu, hệ thống thông gió, điều kiện đảo trộn và độ ẩm. Độ ẩm tối −u để compost hoá là 50 - 60%. Tuỳ thuộc vào điều kiện ban đầu, quá trình nhiệt sinh học kéo dài từ 1 tháng đến 1,5 năm; khi đó có kèm theo sự tăng nhiệt độ bên trong đống lên 50 -700C trong khoảng 15- 20 ngày, độ ẩm và thể tích giảm xuống. Việc đảo trộn đảm bảo sự lên men nhanh hơn và hoàn toàn hơn trong toàn đống. Để đẩy nhanh quá trình phân hủy và độ ngấu của phân compost, ng−ời ta đ−a một phần phân compost đã ngấu vào khối phân t−ơi.
Trong trống quay sinh học, quá trình ngấu của hỗn hợp compost ở điều kiện háo khí giảm từ 2- 4 ngày. Tại đây cho phép sử dụng rác thải không cần nghiền và phân loại, gần đây ng−ời ta còn cho thêm cặn n−ớc thải. Trong thời gian khởi động, một l−ợng nhỏ phân đã ngấu đ−ợc đ−a vào trống giúp cho các vi sinh vật sinh sôi tốt và thực hiện nhanh quá trình lên men.
Chế biến sinh hoá hỗn hợp bao gồm ba giai đoạn:
- Giai đoạn đầu: thực hiện việc khuấy trộn có cấp thêm không khí. - Giai đoạn hai: phân loại compost.
- Giai đoạn ba: làm ngấu compost trong đống.
Hệ số thu hoạch compost theo khối l−ợng khô gần bằng 0,7. Nhiều nghiên cứu về phân compost nhận đ−ợc từ đống cũng nh− từ thiết bị lên men đã chứng tỏ trứng giun và ấu trùng ruồi nhặng bị chết hết.
Hỗn hợp đ−a vào chế biến kết hợp gồm có 70% rác và 30% cặn n−ớc thải có sử dụng tác nhân hoá học (tính theo thể tích). Bảng 5 nêu một số đặc điểm của phế thải compost hoá.
Bảng 5. Một vài đặc tính phế thải sử dụng để compost hoá.
Đặc tính phế thải Rác sinh hoạt Cặn n−ớc thải Độ ẩm, % khối l−ợng chung 42- 45 72- 77 Chất hữu cơ, % khối l−ợng khô 60- 65 42- 50 Khối l−ợng riêng, T/m3 0,2 1,0
PH 5,8- 6,0 12,0- 12,2
Nguồn: A.Z. Evilevich, M.A. Evilevich, 1998 [11].
Do chế biến nhiệt đã đạt đ−ợc sự khử trùng sau 32 giờ làm việc của trống sinh học. Sau đó tăng thời gian làm việc không dẫn tới việc tăng nhiệt độ mà ng−ợc lại quá trình nhiệt sinh học bị hãm lại.
Compost nhận đ−ợc từ rác và cặn n−ớc thải là vật liệu thể rời độ ẩm 50 - 55% và mật độ 0,67 - 0,80 tấn/ m3. Sau chế biến hỗn hợp trên trống sinh học, phân compost đạt tiêu chuẩn: khuẩn coli còn bằng đơn vị, không tìm thấy trứng giun. Nghiên cứu chế độ nhiệt của đống phân compost trong thời gian hai tháng cũng nh− thành phần hoá học và các chỉ tiêu khác cho phép xác định nh− sau: Sau 10- 20 ngày toàn bộ l−ợng compost đ−ợc hâm nóng đến 50- 600C và ổn định ở chế độ này. (hình 2)
Hình 2. Biểu đồ chế độ nhiệt độ khi ủ phân compost
Nhiệt độ, 0C 80 1 70 60 2 50 40 3 30 20 10 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Thời gian ủ, ngày
1- Sự thay đổi nhiệt độ trong đống ở độ sâu 0,1 m
2- Sự thay đổi nhiệt độ trong đống ở độ sâu 0,5 m
3- Sự thay đổi nhiệt độ trong đống ở độ sâu 1,0 m
4.1.5. Tình hình xử lý môi tr−ờng ở một số vùng nông thôn Việt Nam.
Đối với những làng nghề chăn nuôi, việc xây dựng thiết bị khí sinh học (hầm biogas) là ph−ơng án xử lý chất thải hiệu quả nhất, không những giảm ô nhiễm môi tr−ờng do vệ sinh chuồng trại mà còn giảm l−ợng phát thải CH4 từ phân gia súc, gia cầm gây ra. Mặt khác, chất thải của hầm ủ biogas là một dịch thải có đầy đủ các chất dinh d−ỡng cần thiết cho cây trồng, chất dịch không có trứng giun sán hay còn gọi là phân sạch. Hiện ch−a có ph−ơng án giải quyết nguồn phân bón nào hữu hiệu hơn sử dụng nguồn phân biogas chế tạo từ hầm ủ phân chuồng. Trong hoàn cảnh nông thôn, nông dân sử dụng phân hoá học và thuốc bảo vệ thực vật một cách bừa bãi thì nguồn phân biogas đã mở ra lối thoát cho vấn đề trồng trọt, nhất là lĩnh vực sản xuất rau an toàn. Cho đến nay trong toàn quốc có vào khoảng 30.000 công trình hầm biogas, đứng đầu là các tỉnh Đồng Nai và Tiền Giang (Nguyễn Quang Khải, 1995 [3].
ở Miền Bắc, phong trào xây dựng hầm biogas đã đ−ợc triển khai ở một số nơi nh− Đan Ph−ợng (Hà Tây), Nam Định, Vĩnh Phú... do các tổ chức thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn cũng nh− Viện Năng l−ợng (thuộc Bộ