CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HÓA HỌC

IV. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ HÓA HỌC

2.2.1 Bể keo tụ - tạo bông

Keo tụ và tạo bông là một quy trình trong xử lý nước thải, quy trình này sử dụng hóa chất để tách các chất ô nhiễm trong nước thành bùn và sau đó lắng xuống. Trong một số trường hợp trong nước có chứa nhiều: TSS; các hạt keo; CHC, ... Thì cần đến quá trình xử lý keo tụ tạo bông. Quá trình keo tụ tạo bông là công nghệ loại bỏ các chất ô nhiễm nhờ quá trình làm giảm điện tích Zeta trên bề mặt keo trong nước. Chất keo tụ thường là PAC được dùng rộng rãi vì hiều suất cao và dễ lưu trữ và sử dụng.

Hình 2.5 Bể keo tụ - tạo bông.

 Ưu điểm:

+ Nguyên liệu rẻ tiền, dễ tìm + Dễ vận hành

+ Hiệu quả xử lý cao với kim loại nặng, độ màu, SS,…

 Khuyết điểm: + Tạo ra bùn thải kim loại

+ Tốn kinh phí cho việc vận chuyển, xử lý bùn

2.2.2 Khử trùng

Sau khi xử lý sinh học, phần lớn các vi khuẩn trong nước thải bị tiêu diệt. Khi xử lý trong các công trình sinh học nhân tạo (Aerophin hay Aerotank) số lượng vi khuẩn giảm xuống còn 5%, trong hồ sinh vật hoặc cánh đồng lọc còn 1-2%. Nhưng để tiêu diệt toàn bộ vi khuẩn gây bệnh, nước thải cần phải khử trùng.

Có các phương pháp khử trùng sau:

 Dùng hợp chất clo: clorua vôi, clorua nước.

 Dùng ozon.

 Dùng tia cực tím.

Trước đây, việc dùng clo hoặc các hợp chất của clo được sử dụng rất phổ biến trong xử lí nước thải vì đem lại hiệu quả cao, giá thành rẻ. Tuy nhiên, lượng clo dư trong nước (0,5mg/l) để đảm bảo an toàn và ổn định cho quá trình khử trùng sẽ gây ảnh hưởng đến các sinh vật có ích khác. Do vậy gần đây việc khử trùng bằng clo và các hợp chất của clo dần được thay thế bằng ozon và tia cực tím.

Hình 2.6 Bể khử trùng.

 Ưu điểm:

+ Xây dựng đơn giản + Khử trùng tốt

 Khuyết điểm: + Thời gian lưu lâu

+Sinh ra nhiều chất mới, khó kiểm soát

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ SINH HỌC

Các chất hữu cơ ở dạng keo, huyền phù và dung dịch là nguồn thức ăn của vi sinh vật. Trong quá trình hoạt động sống, vi sinh vật oxy hóa hoặc khử các hợp chất hữu cơ này, kết quả là làm sạch nước thải khỏi các chất bẩn hữu cơ.

Xử lý nước thải bằng 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. Nếu oxy được cấp bằng thiết bị hoặc nhờ cấu tạo công trình, thì đó là quá trình sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo. Ngược lại, nếu oxy được vận chuyển và hòa tan trong nước nhờ các yếu tố tự nhiên thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khi trong điều kiện 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.

2.3.1 Bể Aerotank

Aerotank được phân loại theo nhiều cách: chế độ thủy động lực dòng chảy vào, chế độ làm việc của bùn hoạt tính, cấu tạo bể Aerotank.

Quá trình sinh học xảy ra qua 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Lúc này, cơ chất và chất dinh dưỡng đang rất phong phú, sinh khối bùn còn ít, theo thời gian quá trình thích nghi của vi sinh vật tăng, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân, sinh khối bùn tăng mạnh. Vì vậy, lượng oxy tiêu thụ tăng dần, vào cuối giai đoạn này rất cao. Tốc độ tiêu thụ oxy vào cuối giai đoạn này có khi gấp 3 lần giai đoạn 2. Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu cơ tăng dần.

Giai đoạn 2:vi sinh vật phát triển ổn định, hoạt lực enzym đạt tối đa và kéo dàitrong thời gian tiếp theo. Tốc độ phân hủy hữu cơ đạt tối đa, các chất hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất. Tốc độ tiêu thụ oxy gần như không thay đổi trong một thời gian khá dài.

Giai đoạn 3:tốc độ tiêu thụ oxy có chiều hướng giảm dần và sau đó lại tăng lên. Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu cơ giảm dần và quá trình nitrat hóa amoniac xảy ra. Sau cùng nhu cầu tiêu thụ oxy lại giảm và quá trình làm việc của Aerotank kết thúc.

Hình 2.7 Bể Aerotank.

 Ưu điểm: + Giảm thiểu mùi hôi. + Được sử dụng rộng rãi.

+ Loại bỏ được các chất hữu cơ.

 Nhược điểm: + Kỹ năng vận hành cao

+ Tổn thất năng lượng cung cấp cho khí với tốc độ đủ để duy trì nồng độ DO để duy trì điều kiện hiếu khí trong bể.

2.3.2 Màng lọc MBR

MBR là viết tắt cụm từ Membrane Bio Reactor (bể lọc sinh học bằng màng) có thể định nghĩa tổng quát là hệ thống xử lý vi sinh của nước thải bằng công nghệ lọc màng. Công nghệ MBR có 2 hệ thống là màng đặt ngập trong bể phản ứng (iMBR) và màng đặt ngoài (sMBR). Ứng với nó là hai dạng điều khiển thuỷ lực: bơm và nén khí. Cấu hình và dạng chuyển động của chất lỏng trong bể phản ứng nào được sử dụng thông thường phụ thuộc vào quá trình tách sinh khối.

Kiểu đặt ngập màng MBR vào trong bể MBR hoạt động bằng cách hút hoặc dùng áp lực. Tuy nhiên nếu các mốc ứng dụng trong và ngoài nước thì ta có thể nhận thấy MBR kiểu đặt ngập màng trong nước được sử dụng chủ yếu trong nước, chủ yếu áp dụng kỹ thuật xử lý nitơ và hạn chế ô nhiễm màng (Membrane Fouling).

Kiểu đặt ngoài: màng MBR hoạt động theo nguyên tắc tuần hoàn lại bể phản ứng ở áp suất cao... Nước rỉ rác đi vào bể, chạy qua dòng tuần hoàn với 5 bước lọc, các chất cần tách sẽ được giữ lại, nước thải sau xử lý sẽ được xả ra ngoài. Được biết, hiệu suất của việc lọc nitơ và ammonia theo phương pháp này lên đến 85%.

Hình 2.8 Màng MBR.

Màng được định ngha như một lớp film phân tách mỏng của hai hoặc nhiều thành phần của dòng chất lỏng, trong đồ án này sẽ giới thiệu đến phương pháp lọc màng bằng các modun sợi lọc được cấu tạo từ vật liệu polyvinylidene fluoride (PVDF), bể màng MBR được tách riêng ngoài bể sinh học Aerotank.

MBR là kỹ thuật xử lý nước thải kết hợp quá trình dùng màng với hệ thống bể sinh học hiếu khí, MBR là quá trình cãi tiến của phương pháp xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính, mà trong đó bể màng MBR đóng vai trò như một bể lắng bậc 2.

 Tiền xử lý: có tác dụng như lưới lọc, song chắn rác.

 Xử lý bậc 1: khử chất hữu cơ, N, P.

 Xử lý bậc 2: phân tách hai pha lỏng và pha rắn khi qua màng.

Hệ thống lọc màng MBR gồm khung màng, các tấm màng. Tùy theo lưu lượng nước thải cần xử lý mà bể màng cùng với hệ thống các tấm màng được thiết kế với diện tích phù hợp mang lại hiệu quả xử lý nước thải tốt nhất.

Nguyên tắc hoạt động: sau khi xử lý sơ bộ nước thải sẽ đưa vào bể sinh học hiếu khí có sử dụng màng lọc MBR tại đây nước thải sẽ thấm xuyên qua sợi màng từ các lỗ mao dẫn có kích thước từ 0,2 - 0,4 micromet. Màng chỉ cho nước sạch đi qua còn các chất lơ lửng, hữu cơ, vi sinh sẽ được giữ lại trên bề mặt màng. Nước sạch sẽ được đưa ra ngoài theo hệ thống ống thu nước từ các tấm màng bằng bơm hút màng. Lượng bùn trong bể màng sẽ được tuần hoàn về bể sinh học phía trước để đảm bảo sinh khối và định kỳ hút bùn dư ra bể chứa bùn.

Sau thời gian hoạt động, màng sẽ bị nghẹt và dấu hiệu nhận biết là áp lực hút tăng lên từ 25 - 30 kg/cm3, lúc này tiến hành quá trình rửa màng bằng phương pháp rửa ngược bằng Javen và kết hợp thổi khí. Sau thời gian hoạt động từ 3 - 6 tháng, tiến hành rửa màng định kỳ nhằm loại bỏ lớp bùn bám bên ngoài sợi màng cũng như hoàn nguyên sợi màng về trạng thái ban đầu.

Ưu điểm và nhược điểm hệ thống lọc màng MBR

Ưu điểm hệ thống MBR:

 Sự ỗn định của chất lượng nước đầu ra

 Nước sau xử lý của màng sinh học MBR chất lượng và được diệt một số loại vi khuẩn có kích thước lớn hơn 0,4 micromet, có thể thải bỏ ngay hoặc tái sử dụng cho các tòa nhà hay hệ thống cấp nước.

 Chất lượng nước đầu ra không còn vi khuẩn và mầm bệnh.

 Thế kế phù hợp với các hệ thống đòi hỏi chất lượng nước đầu ra luôn ổn định.

 Thời gian lưu bùn lớn và đảm bảo sinh khối không mất đi trong quá trình xử lý nước thải tăng thời gian lưu bùn, giúp tăng hiệu quá xử lý sinh học lên 10% - 30%.

Nhược điểm của màng MBR

Hiện nay chi phí đầu tư công nghệ màng còn khá cao vì các tấm màng chủ yếu được nhập khẩu từ nước ngoài như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc.

Kích thước các lỗ lọc trên sợi màng rất nhỏ dẫn đến hiện tượng nghẹt màng nên sẽ mất thời gian rửa ngược để sợi màng có thể tiếp tục hoạt động. Định kỳ sau một thời gian lọc màng sẽ phải tiến hành rửa màng bằng hóa chất để hoàn nguyên tấm màng việc này sẽ gây tốn hóa chất và trong thời gian rửa màng này nước thải không được xử lý sẽ

phải chứa trong các bể phía trước bể màng nên khi tính toán thiết kế cần lưu ý đến vấn đề này để khi vận hành đạt kết quả tốt nhất.

Yêu cầu người vận hành hệ thống phải nắm bắt kỹ thuật lọc màng và hiểu biết về các nguyên tắc hoạt động của thiết bị để tránh gây hư hỏng khung màng.

2.3.3 Bể SBR

Bể SBR là một dạng bể Aerotank, phát triển trên cơ sở xử lý bùn hoạt tính, vận hành theo từng mẻ liên tục và kiểm soát được theo thời gian có ưu điểm là khử được các họp chất chứa nitơ, photpho khi vận hành đúng các quy trình hiếu khí, thiếu khí và yếm khí. Do hoạt động gián đoạn nên số ngăn tối thiếu của bể là 2.

Bể sinh học làm việc theo từng mẻ kế tiếp được thực hiện theo 5 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Đưa nước thải vào bể. Nước thải đã qua song chắn rán và bể lắng cát, tách dầu mỡ, tự chảy hoặc bơm vào bể đến định mức.

Giai đoạn 2: Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính bằng sục khí hay làm thoáng bề mặt để caaos oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp. Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, yêu cầu về mức độ xử lý.

Giai đoạn 3: Lắng trong nước. Quá trình diễn ra trong môi trường tĩnh, hiệu quả thủy lực của bể đạt 100%. Thời gian trong và cô đặc bùn thường kết thúc sớm hơn 2 giờ.

Giai đoạn 4: Tháo nước đã được lắng trong ở phần trên của bể ra nguồn tiếp nhận.

Giai đoạn 5: Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian vận hành 4 quy trình trên và số lượng bể, thứ tự nào nước nguồn vào bể.

+ Tiết kiệm năng lượng. + Giảm chi phí.

 Khuyết điểm:

+ Bão trì bão dưỡng khó khăn. + Hệ thống dễ bị tắc nghẽn do bùn.

2.3.4 Bể Anoxic

Cơ chế chính của bể anoxic là các sinh vật dị dưỡng hoạt dộng trong môi trường tùy nghi chuyển hóa N theo phương trình sau:

𝑁𝐻3 → 𝑁𝑂3 → 𝑁𝑂 → 𝑁2𝑂 → 𝑁2

Phản ứng sơ cấp thông qua sự đồng hóa (sự phát triển sinh khối) N được chuyển hóa rất ít khoảng 12 – 14% trong lượng sinh khối làm nhiệm vụ này.

Khi thiết kế phải chú ý khu vực hiếu khí để khử nitrat hóa và một vùng không có oxy để xảy ra phản ứng khử

Hình 2.11 Bể Anoxic.

 Ưu điểm:

+ Tiết kiệm, cải tạo nguồn nước + Kiểm soát được lượng nước thải

+ Cần diện tích lớn + Chi phí tốn kém

2.3.5 Bể sinh học MBBR

MBBR là một dạng của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bởi lớp màng sing học (biofilm). Trong quá trình MBBR, lớp màng biofilm phát triển trên giá thể lơ lững trong lớp chất lỏng của bể phản ứng. Những giá thể này chuyển động được trong chất lỏng là nhờ hệ thống sụt khí cung cấp oxy cho nước thải hay motor khuấy.

Trái với hầu hết các bể bùn hoạt tính, bể MMBR không cần phải tuần hoàn bùn như các bể bùn hoạt tính khác. Điều này đạt được nhờ vào sinh khối phát triển trên các giá thể trong bể. Do không có quá trình tuần hoàn bùn diễn ra nên chỉ có lượng sinh khối dư được tách ra – một lợi thế đáng kể cho quá trình bùn hoạt tính.

Bể MBBR có 2 loại: MBBR hiếu khí và MBBR thiếu khí (Anoxic), đảm bảo cho quá trình xử lý Nitơ trong nước thải.

hình 2.12 Bể MBBR.

 Phạm vi áp dụng

Ứng dụng cho hầu hết các loại nước thải có ô nhiễm hữu cơ: Nước thải sinh hoạt, nước thải y tế, thủy hải sản, sản xuất chế biến thực phẩm, nước thải công nghiệp, dệt nhuộm…

 Ưu, nhược điểm

-Ưu điểm:

+ Hệ vi sinh bền: các giá thể vi sinh tạo cho màng sinh học một môi trường bảo vệ, do đó, hệ vi sinh xử lý dễ phục hồi.

+ Mật độ vi sinh cao: so với bể thổi khí thông thường, mật độ vi sinh xử lý trong mỗi đơn vị thể tích cao hơn, do đó thể tích bể xử lý nhỏ hơn và hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao hơn.

+ Chủng vi sinh đặc trưng: các nhóm vi sinh khác nhau phát triển giữa các lớp màng vi sinh, điều này giúp cho các lớp màng sinh học phát triển theo xu hướng tập trung vào các chất hữu cơ chuyên biệt.

+ Tiết kiệm năng lượng.

+ Dễ vận hành, dễ dàng nâng cấp.

+ Tải trọng cao, biến động ô nhiễm lớn: khả năng phát triển của màng sinh học theo tải trọng tăng dần của chất hữu cơ làm cho bể MBBR có thể vận hành ở tải trọng cao và biến động lớn. Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90%.

+ Dễ kiểm soát hệ thống: có thể bổ sung giá thể Biofilm tương ứng với tải trọng ô nhiễm và lưu lượng nước thải.

+ Tiết kiệm diện tích: giảm 30-40% thể tích bể so với công nghệ bùn hoạt tính lơ lửng và có thể kết hợp với nhiều công nghệ xử lý khác.

-Nhược điểm:

Đối với công nghệ MBBR thì yêu cầu các công trình phụ như các công trình lắng, lọc phía sau. Tùy chất lượng giá thể mà khả năng dám dính của các vi sinh vật khác nhau (bám dính hoặc dể bị trôi). Thông thường giá thể rất dể vỡ sau một thời gian sử dụng.

2.4. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHÁCH SẢN Ở VIỆT NAM 2.5.1 Công nghệ xử lý nước thải khách sạn Sai Gon Prince 2.5.1 Công nghệ xử lý nước thải khách sạn Sai Gon Prince

Hình 2.13 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải khách sạn Sai Gon Prince.

(Nguồn: Công ty TNHH Vinametric ) Nhận xét: Trạm xử lý nước thải của khách sạn Sai Gon Prince với công suất 300 m3/ngày.đêm đã đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường (QCVN 14:2008/BTNMT cột B)

2.5.2 Công nghệ xử lý nước thải khách sạn Icon Sài Gòn

Hình 2.14 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải khách sạn Icon Sài Gòn.

(Nguồn: Công ty TNHH Công Nghệ Sạch)

Nhận xét: Trạm xử lý nước thải của khách sạn Icon Sài Gòn với công suất 40