Phương pháp hóa lý

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN

2.3. Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoa ̣t

2.3.3. Phương pháp hóa lý

Là quá trình xử lý nước thải bằng cách sử du ̣ng cả quá trình hóa ho ̣c và vâ ̣t lý để loa ̣i bỏ chất ô nhiễm mà không thể sử du ̣ng quá trình lắng. Phương pháp xử lý hóa lý gồm: phương pháp hấp thu ̣, trao đổi ion, trích ly, cô đă ̣c, chưng cất, lo ̣c ngược,… 2.3.3.1. Tuyển nổi

Phương pháp này dùng để loa ̣i bỏ các chất không tan và khó lắng. Khi cho không khí tác đô ̣ng với nước thải bằng những ha ̣t bo ̣t khí nhỏ li ty, những chất không tan và khó lắng sẽ dính vào bo ̣t khí và nổi lên trên mă ̣t nước cùng với bo ̣t khí và rồi sẽ được loa ̣i bỏ.

2.3.3.2. Hấp phu ̣

Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi trong nước thải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó. Những chất này không phân hủy bằng con đường sinh học và thường có độc tính cao.

Các chất hấp phụ thường được sử dụng là các loại vật liệu xốp tự nhiên hay nhân tạo như tro, mẫu vụn than cốc, than bùn, silicagen, keo nhôm, đất sét hoạt tính,… và các chất hấp phụ này còn có khả năng tái sinh để tiếp tục sử dụng.

2.3.3.3. Trao đổi ion

Dùng để loa ̣i bỏ các kim loa ̣i nă ̣ng có trong nước thải như kẽm, đồng, crom, chì, thủy ngân,…và cả các hợp chất của Asen, Phốt pho, CN-, chất phóng xa ̣.

Phương pháp này được ứng du ̣ng rô ̣ng rãi như ngành xi ma ̣, dê ̣t nhuô ̣m, sơn tĩnh điê ̣n vì chúng có thể thu la ̣i các chất quý hiếm trong nước thải với hiê ̣u suất cao. 2.3.3.4. Trích ly

Phương pháp trích ly dùng để loa ̣i bỏ các chất bẩn ra khỏi nước thải bằng cách thêm chất dung môi không hòa tan vào nước với đô ̣ hòa tan phải cao hơn nước. Phương pháp được áp du ̣ng trong trường hợp làm sa ̣ch nước chứa kim loa ̣i nă ̣ng, phenol, axit hữu cơ, dầu mỡ,…

Quá trình trích ly gồm tổng cô ̣ng 3 giai đoa ̣n

 Giai đoa ̣n 1: Hòa trô ̣n chất trích ly cùng với nước thải, hình thành thêm 2 pha lỏng.

 Giai đoa ̣n 2: Tách riêng biê ̣t 2 pha lỏng  Giai đoa ̣n 3: Tái sinh chất trích ly 2.3.4. Phương pháp sinh ho ̣c

Trong thời gian sống của vi sinh vâ ̣t, chúng oxy hóa và khử các hợp chất hữu cơ da ̣ng keo, huyền phù và dung di ̣ch có trong nước thải. Chúng sử du ̣ng các chất hữu cơ có sẵn trong nước thải để làm thức ăn: C, N, P, K,… Vi sinh vâ ̣t sử du ̣ng những chất này để kiến ta ̣o tế bào và tích lũy năng lượng cho quá trình sinh trưởng, phát triển. Phương pháp xử lý sinh ho ̣c được chia ra làm 2 da ̣ng:

Phương pháp sinh học hiếu khí: quá trình xử lý nước thải được dựa trên sự oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ oxy tự do hòa tan. Phươn pháp hiếu khí sinh ho ̣c gồm có quá trình hiếu khí trong điều kiê ̣n nhân ta ̣o và tự nhiên.

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí: quá trình xử lý được dựa trên cơ sở phân hủy các chất hữu cơ giữ lại trong công trình nhờ sự lên men kỵ khí. Đối với các hệ thống thoát nước quy mô vừa và nhỏ, người ta thường dùng các công

trình kết hợp với việc tách cặn lắng với phân hủy yếm khí các chất hữu cơ trong pha rắn và pha lỏng.

2.3.4.1. Công trình xử lý trong điều kiê ̣n tự nhiên

Hồ sinh ho ̣c

Là các thủy vực có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo. Trong hồ sinh ho ̣c diễn ra quá trình oxy hoá với vai trò chủ yếu là: vi khuẩn, tảo và các loại thuỷ sinh vật khác, tương tự như quá trình làm sạch nguồn nước sông , hồ. Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy từ không khí để oxy hoá các chất hữu cơ.

Hồ sinh ho ̣c được chia ra làm hai nhóm chính là hồ sinh ho ̣c ổn di ̣nh và hồ làm thoáng nhân ta ̣o.

Hồ sinh ho ̣c ổn đi ̣nh: có thời gian lưu nước đến vài tháng. Lượng oxy cung cấp cho hồ chủ yếu từ khuếch tán qua bề mă ̣t và sự quang hợp của tảo.

Hồ làm thoáng nhân ta ̣o: gồm có hồ làm thoáng hiếu khí và hồ làm thoáng tùy tiê ̣n. Ta ̣i hồ làm thoáng hiếu khí nước thải được xáo trô ̣n gần như hoàn toàn, trong hồ không có hiê ̣n tượng lắng că ̣n. Trong hồ làm thống tùy tiê ̣n còn có những vùng lắng că ̣n, mức đô ̣ xáo trô ̣n được ha ̣n chế.

(Nguồn: westerntechvn)

Cánh đồng tưới, cánh đồng lo ̣c

Nhờ vào oxy trong các lỗ rỗng và mao quản của lớp đất mă ̣t để oxy hóa các chất hữu cơ, quá trình này chỉ xảy ra ở đô ̣ sâu 1,5m, càng xuống sâu chỉ xảy ra quá trình khử nitrat. Bởi vâ ̣y cánh đồng tưới chỉ được áp du ̣ng cho những khu vực có mực nước ngầm thấp hơn 1,5m.

Cánh đồng tưới vừa có chức năng xử lý nước thải vừa có thể tưới bón cho cây trồng giúp năng suất có thể tắng 4-5 lần.

Nếu chỉ có chức năng xử lý nước thải thì có thể go ̣i là bãi lo ̣c (cánh đồng lo ̣c) 2.3.4.2. Xử lý sinh ho ̣c trong điều kiê ̣n nhân ta ̣o

a. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Bản chất của phương pháp là sử du ̣ng các VSV hiếu khí để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải với điều kiê ̣n oxy được cung cấp liên tu ̣c.

Quá trình xử lý gồm có 3 giai đoa ̣n:

 Giai đoa ̣n 1: Oxy hóa toàn bô ̣ chất hữu cơ

CxHyOzN + O2 → CO2 + H2O + NH3

 Giai đoa ̣n 2: Tổng hợp để xây dựng tế bào (quá trình đồng hóa) CxHyOzN + O2 + NH3 → CO2 + C5H7NO2

 Giai đoa ̣n 3: Hô hấp nô ̣i bào (quá trình di ̣ hóa) C5H7NO2 + 5O2 → CO2 + H2O NH3 + O2 → O2 + HNO2 → HNO3

Tùy thuô ̣c vào mỗi loa ̣i VSV khác nhau mà được chia thành 2 da ̣ng gồm xử lý sinh ho ̣c hiếu khí với VSV da ̣ng lơ lửng và da ̣ng dính bám.

Ta ̣i bể lo ̣c sinh ho ̣c, nước thải được lo ̣c qua vâ ̣t liê ̣u rắn được bao bo ̣c mô ̣t lớp màng VSV. Cấu ta ̣o của bể lo ̣c sinh ho ̣c gồm có các phần sau: phần chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước, hệ thống thu và dẫn nước sau khi lọc, hệ thống cấp khí, phân phối khí.

So với cánh đồng tưới thì quá trình oxy hóa ta ̣i bể lo ̣c sinh ho ̣c diễn ra nhanh hơn. Để quá trình diễn ra thuâ ̣n lơi, oxy phải được cung cấp cho bể thường xuyên với phương pháp thông gió tự nhiên và thông gió nhân ta ̣o.

Bể lo ̣c sinh ho ̣c được chia thành hai loa ̣i: bể lo ̣c sinh ho ̣c nhỏ gio ̣t và bể lo ̣c sinh ho ̣c cao tải.

Bể lo ̣c sinh ho ̣c nhỏ gio ̣t

Bể lo ̣c sinh ho ̣c nhỏ giỏi sẽ được phân phối nước thải nhỏ giỏi hoă ̣c phun tia trên bề mă ̣t vâ ̣t liê ̣u lo ̣c, oxy sẽ được cung cấp bằng biê ̣n pháp thông gió tự nhiên trên bề mawth hoă ̣c phía dưới bể. Bể lo ̣c sinh ho ̣c nhỏ gio ̣t gồm có: bể lo ̣c có vâ ̣n tốc châ ̣m, trung bình và nhanh, bể lo ̣c tốc đô ̣ cao, bể lo ̣c thô và bể lo ̣c hai pha.

Bể lo ̣c vâ ̣n tốc châ ̣m: có hiê ̣u suất khử BOD cao, có phát sinh mùi hôi và ruồi. Thường sử du ̣ng sỏi và xỉ làm nguyên liê ̣u lo ̣c.

Bể lo ̣c trung bình và nhanh: nước thải được hoàn lưu la ̣i bể lo ̣c và na ̣p mô ̣t cách liên tu ̣c, giúp nước thải bớt mùi hôi và rồi. Thường dung đá soie, plastic.

Bể lo ̣c cao tốc: Lưu lượng na ̣p nước thải cùng với chất hữu cơ rất cao. Sử du ̣ng plastic làm vâ ̣t liê ̣u lo ̣c.

Bể lo ̣c thô: lượng chất hữu cơ na ̣p vào > 1,6kg/m3, lưu lượng nước thải na ̣p vào là 187 m3/m2.

Bể lo ̣c 2 pha: Pha thứ nhất dùng để khử BOD, pha thứ hai dùng để khử nitơ. Bể lo ̣c sinh ho ̣c cao tải

Bể lo ̣c sinh ho ̣c cao tải có nguyên tắc hoa ̣t đô ̣ng tương đồng với bể lo ̣c sinh ho ̣c nhỏ gio ̣t, nhưng bể lo ̣c cao tải la ̣i có chiều cao công tác và tải trong tưới lớn hơn. Tải tro ̣ng thủy lực của bể từ 10 – 30 m3/m2.ngày. Để bể hoa ̣t đô ̣ng có hiê ̣u suất cao thì hàm lượng BOD trong nước thải phải dưới 300 mg/l. Nếu BOD vượt mức 300mg/l sẽ pha loãng chúng với nước thải đã làm sa ̣ch. Bể phù hợp với các tra ̣m xử lý dưới 5000 m3/ngđ.

Bể Aerotank (bể hiếu khí có bùn hoa ̣t tính)

Aerotank là bể có chứa hỗn hợp bùn hoa ̣t tính và nước thải, khí được cấp liên tu ̣c để cho vi sinh vâ ̣t có thể oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải đồng thời cánh khuấy trô ̣n đều nước thải với không khí và giữ bùn luôn luôn ở tra ̣ng thái lơ lửng. Trong bể, các chất lơ lửng trong nước thải sẽ là ha ̣t nhân để vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển thành các bông că ̣n được go ̣i là bùn hoa ̣t tính. Vi khuẩn và các VSV sống sử du ̣ng BOD, N, P làm thức ăn, sau đó, chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành các tế bào mới. Để ki ̣p thời gian làm giảm lượng chất hữu cơ được chứa trong nước thải mới từ công trình phía trước đến thì cần phải có mô ̣t phần bùn hoa ̣t tính được tuần hoàn từ đáy bể lắng 2 chảy ngược về bể Aerotank giúp đảm bảo nồng đô ̣ vi sinh trong bể. Phần bùn hoa ̣t tính dư được đưa sang công trình khác để xử lý riêng theo đúng quy đi ̣nh của pháp luâ ̣t. Muốn bể Aerotank hoa ̣t đô ̣ng hiê ̣u quả cần phải cung cấp khí đầy đủ và liên tu ̣c.

Hình 2. 7: Bể Aerotank

Bể sinh ho ̣c theo mẻ SBR

SBR là mô ̣t da ̣ng của bể Aerotank, được phát triển trên cơ sở xử lý bùn hoa ̣t tính được vâ ̣n hành theo từng mẻ liên tu ̣c và kiểm soát được theo thời gian. Ta ̣i bể diễn ra cả quá trình su ̣c khí và lắng. Chu kỳ hoa ̣t đô ̣ng của bể SBR gồm có 5 pha khác nhau:

Pha làm đầy: Trong thời gian từ 1 đến 3 giờ, nước thải sẽ được lấp đầy bể. Tùy vào mu ̣c tiêu xử lý và hàm lượng BOD đầu vào mà quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoa ̣t: làm đầy – tĩnh, làm đầy – hòa trô ̣n và làm đầy – su ̣c khí. Khi nước thải được bổ sung sẽ mang theo nhiều thức ăn cho bùn hoa ̣t tính, giúp tăng phản ứng vi sinh diễn ra ma ̣nh mẽ hơn.

Pha su ̣c khí – phản ứng: trong giai đoa ̣n này oxy sẽ được cung cấp liên tu ̣c và khuấy trô ̣n đều các chất có trong bể giúp cho phản ứng sinh hóa giữa bùn hoa ̣t tính và nguồn nước thải. Trong giai đoa ̣n này quá trình nitrat hóa sẽ xảy ra chuyển Nitơ từ N-NH3 sang N-NO2-, N-NO2- nhanh chóng chuyển sang da ̣ng N-NO3-.

Pha lắng: Ta ̣i pha lắng, các chất hữu cơ bi ̣ lắng dần trong nước và diễn ra trong môi trường tĩnh. Thời gian lắng và cô đă ̣c bùn thường diễn ra trong khoảng dưới 2 giờ.

Pha rút nước: Lượng nước còn dư sau pha lắng (không kèm theo bùn) sẽ được rút ra và đưa đến công tình tiếp theo.

Pha chờ: trong khoảng thời gian này, bể được làm trống để chờ na ̣p mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào các yếu tố như: thời gian vận hành 4 quy trình trên và vào số lượng bể và thứ tự nạp nước nguồn vào bể.

Hình 2. 8:Bể SBR Mương oxy hóa Mương oxy hóa

Mương oxy hóa có nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng tương đối giống so với bể Aerotank khuấy trô ̣n hoàn chỉnh và làm viê ̣c trong điều kiê ̣n hiếu khí kéo dài với bùn hoa ̣t tính lơ lửng chuyển đô ̣ng tuần hoàn trong mương oxy hóa nhằm tăng hiê ̣u quả xử lý nitơ, Phospho và các hợp chất hữu cơ.

Mương oxy hóa được xây dựng có da ̣ng hình chữ nhâ ̣t, hình tròn hoă ̣c có thể hình elip với vâ ̣t liê ̣u là bê tông cốt thép hay đào đất có gia cố

Hình 2. 9: Mương oxy hóa

b. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí

Xử lý sinh học kỵ khí là quá trình sử dụng các vi sinh vật trong điều kiện không có oxy để chuyển hoá các hợp chất hữu cơ thành Metan và các sản phẩm hữu cơ khác. Nước thải được đưa vào từ đáy bể qua lớp bùn sinh ho ̣c và các chất hữu cơ bi ̣ phân hủy. Bo ̣t khí CH4, NH3, H2S được sih ra trong quá trình ky ̣ khí được các chụp hút khí đưua ra khỏi bể, nước thải sau đó được đưa đến vùng lắng để tách bùn và nước. Mô ̣t lượng bùn hoa ̣t tính sẽ được hoàn lưu la ̣i bể, còn la ̣i sẽ được loa ̣i bỏ. Bể được xây dựng hình chữ nhâ ̣t với vâ ̣t liê ̣u là bê tông cốt thép. Bể gồm có 3 bô ̣ phâ ̣n chính: hê ̣ thống cấp nước, máng thu nước và hê ̣ thống tách thu khí.

Các giai đoa ̣n xảy ra trong quá trình ky ̣ khí

 Giai đoa ̣n 1: thủy phân, cắt ma ̣ch các hợp chát cao phân tử

Vi khuẩn ky ̣ khí ta ̣o ra enzyme, khi đó các hợp chất hữu cơ, proteins, lipids thủy phân và chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn hoă ̣c các hợp chất hòa tan như đường, axit béo, amino axit làm thức ăn cho vi sinh hoa ̣t đô ̣ng.

 Giai đoa ̣n 2: Axit hóa

Lên men ky ̣ khí, chuyển hóa các chất hòa tan trong nước thải thành chất đơn giản hơn như axit béo dễ bay hơi, CO2, H2, NH3, H2S , axit lactic, CH3OH.

 Giai đoa ̣n 3: Metan hóa

Trong giai đoa ̣n này, các sản phẩm đã được ta ̣o thành từ giai đoa ̣n axit hóa sẽ được vi khuẩn ky ̣ khí chuyển hóa thành CH4 và CO2.

2.4. Tổng quan mô ̣t số sơ đồ công nghê ̣ xử lý nước thải sinh hoa ̣t hiê ̣n nay

Để có cơ sở đề xuất sơ đồ xử lý nước thải phù hợp nên sinh viên đã tham khảo mô ̣t số sơ đồ công nghê ̣ thực tế, đã và đang được vâ ̣n hành hiê ̣u quả.

2.4.1. Sơ đồ công nghê ̣ xử lý nước thải sinh hoa ̣t khu phức hợp nghỉ dưỡng Sông Giá, Hải Phòng Giá, Hải Phòng

Hình 2. 10: Sơ đồ công nghê ̣ xử lý nước thải sinh hoa ̣t khu phức hợp nghỉ dưỡng Sông Giá, Hải Phòng, công suất 500m3/ngày

Nguồn tiếp nhâ ̣n

Hố thu gom/Bể tách dầu

Bể Anoxic

Bể FBR Bể điều hòa Máy thổi

khí

Bể lắng Bể chứa bùn

Nguồn tiếp nhâ ̣n Sông Giá Bể khử trùng Clorien

Thuyết minh công nghê ̣:

Nước thải từ nhà bếp có hàm lượng dầu mỡ cao nên chúng sẽ được xử lý ta ̣i bể lo ̣c dầu và nằm trong bể thu gom, nước thải sẽ được thu gom từ các công trình phía trước như bể tự hoa ̣i, bể tách dâu. Sau khi tách dầu và đợi nước thải về. Sau đó nước thải được đưa đến bể điều hòa, bể giúp điều hòa lưu lượng và nồng đô ̣ các chất hữu cơ. Sau đó nước thải chuyển sang bể anoxic để loa ̣i bỏ N, P, BOD. Công trình tiếp theo là bể FBR, khi nước thải đi vào bể nhờ viê ̣c cung cấp khí 24/24h các vi sinh vâ ̣t sẽ

Phương pháp cơ ho ̣c

Phương pháp hóa ho ̣c