Nguyên lý hoạt động: nước từ vùng lắng chuyển động từ trong ra ngoài và từ dưới lên.
Nước cần xử lý vào ống trung tâm rồi vào giữa ngăn phân phối, rồi được phân phối vào vùng lắng. Trong vùng lắng nước chuyển động chậm dần đều từ tâm bể ra. Các hạt cặn lắng xuống vùng chứa cặn nhờ tác dụng của trọng lực và được xả ra ngoài bằng máy bơm hoặc áp suất thủy tĩnh (cột nước khoảng >1,5m).
Ưu điểm:
- Chiều cao xây dựng thấp thích hợp ở những khu vực có mực nước ngầm cao. - Thường áp dụng cho các cơng trình có lưu lượng lớn (≥30000 m3/ngày). - Có thể xả cặn và vừa làm việc bình thường.
Nhược điểm:
- Quá trình xây dựng và vận hành, bảo dưỡng phức tạp → chi phí thường cao. - Hệ thống cấu tạo gạt bùn phức tạp và làm việc trong điều kiện ẩm ướt nên dễ bị
Hư hỏng.
2.1.3 Bể điều hòa
bơm chiều lưu động hoặc bằng cách xả nước trọng lực. Bể điều hịa có hai loại:
- Bể điều hịa lưu lượng – nồng độ: bên trong có thiết bị khuấy trộn (thiết bị cơ học hoặc khí nén). Hệ thống khí nén có thể là các ống đục lỗ, đĩa thổi khí, ejector sục khí, ống đứng kiểu bơm airlift.
- Bể điều hịa lưu lượng: bên trong khơng có thiết bị khuấy trộn. Bể được chia thành nhiều ngăn, định kì tháo khơ từng ngăn để xúc cát và lắng cặn ra ngồi.
Hình 2.6 Mơ phỏng hệ điều hịa.
Nguyên lý hoạt động: bể điều hòa thường được đặt sau bể lắng cát và trước bể lắng I.
Nhờ vào cơ chế sục khí liên tục và lưu lượng nước trong một thời gian nhất định, lưu lượng và nồng độ và các chất ô nhiễm trong nước thải được ổn định. Để đưa nước sang các cơng trình saau phải dùng máy bơm.
Các lợi ích của bể điều hịa:
- Tăng hiệu quả xử lý và giảm diện tích xây dựng các bể sinh học, hạn chế hiện tượng sốc tải về lưu lượng, nồng độ các chất ô nhiễm.
- Các chất ức chế q trình xử lý sinh học sẽ được pha lỗng hoặc trung hịa ở mức độ thích hợp.
- Chất lượng nước thải sau xử lý và việc cô đặc bùn ở bể lắng I được cải thiện do lưu lượng nạp các chất rắn ổn định.
- Diện tích bể mặt cần cho hệ thống lọc giảm xuống và hiệu suất lọc được cải thiện. Chu kỳ làm sạch bề mặt các thiệt bị lọc cũng ổn định hơn.
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ
Phương pháp xử lý hóa học là đưa hóa chất vào nước thải để gây tác động với các tạp chất, biến đổi hóa học và tạo cặn lắng (kết tủa) hoặc phân hủy chất độc hại tạo dạng chất hịa tan nhưng khơng độc hại, không gây ô nhiễm môi trường.
Phương pháp xử lý hóa học có thể bao gồm: phương pháp trung hịa nước thải chứa axit hay kiềm, phương pháp oxy hóa khử, phương pháp điện hóa,…
2.2.1 Bể keo tụ - tạo bông
Mục tiêu: Giảm độ đục, khử màu, khử các chất ơ nhiễm hịa tan ( kim loại nặng cặn lơ
lửng và vi sinh vật kích thước nhỏ. Các loại chất này tồn tại ở dạng phân tán và khơng thể loại bỏ bằng q trình lắng vì tốn rất nhiều thời gian. Trong quá trình keo tụ, lượng chất keo tụ, lượng chất lơ lửng, mùi, màu dễ giảm xuống. Ngoài ra các chất như silicat, hydratcacbon, chất béo, dầu mỡ, và lượng lớn vi khuẩn cũng loại bỏ.
Để tăng hiệu quả lăng, giảm bớt thời gian lăng của chúng thì thêm vào nước thải một số hóa chất như phèn nhơm phèn sắt, polymer... Các chất này có tác dụng kết dính các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỷ trọng lớn hơn, nên sẽ lăng nhanh hơn.
Các chất keo tụ dùng là phèn nhôm: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)3Cl, KAl(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O; phèn sắt: Fe2(SO4)3.2H2O, FeSO4.7H2O, FeCl3 hay chất keo tụ không phân ly, dạng cao phân tử có nguồn gốc thiên nhiên hay tổng hợp. Phương pháp keo tụ có thể làm trong nước và khử màu nước thải vì sau khi tạo bơng cặn, các bông cặn lớn lắng xuống thì những bơng cặn này có thể kéo theo các chất phân tán khơng gây ra màu.
Hình 2.7 Bể keo tụ - tạo bơng 2.2.2 Bể trung hịa 2.2.2 Bể trung hòa
Những loại nước thải có tính axit cao cần phải trải qua q trình trung hịa để ổn định độ pH, làm giảm các hợp chất hữu cơ có trong nước thải.
Nguyên lý cấu tạo: Bể trung hịa thường có cấu tạo bao gồm những phần chính
như sau: ngăn sơ lắng, nền đá vôi, bể lắng cát, bể lắng sau cùng, cùng các thiết bị dẫn nước thải, bơm chuyên dụng.
Nguyên lý hoạt động: mục đích của việc trung hịa chính là làm cho độ pH ổn định để
các cơng tác xử lý sau đó tiến hành theo đúng tiến độ. Q trình trung hịa sẽ diễn ra trong bể trung hòa với kiểu liên tục gián đoạn theo chu kỳ.
Nguyên tắc chung của chung hịa chính là:
- Nếu nước thải có tính axit (pH<7) cần phải bổ sung kiềm.
- Nếu nước thải có tính kiềm (pH > 7), cần bổ sung axit.
Tuy nhiên, đối với mỗi loại nước thải sẽ có những cách trung hòa khác nhau, cụ thể: - Đối với nước thải từ các nhà máy, xí nghiệp sản xuất sẽ áp dụng trung hịa bằng cách trộn nước thải chứa axit với nước thải chứa kiềm.
- Đối với nước thải chứa quá nhiều axit hay kiềm khơng thể trung hịa bằng hịa trộn thì phải cho thêm hóa chất. Những loại hóa chất được dùng sẽ là dung dịch có tính bazơ như: Ca(OH)2, CaCO3, MgCO3,… Các hóa chất này được bơm vào bể nhờ các thiết bị định lượng kiểu phao, định mức với áp lực cố định,…
- Đối với nước thải chứa axit bằng cách lọc qua những lớp vật liệu trung hòa, chúng ta sẽ dùng đá vơi, magiezit, đá hoa cương, đơlơmit,… kích thước hạt 3-8 cm để trung hịa.
2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật có khả năng phân hóa những hợp chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật được gọi là q trình oxy hóa sinh hóa.
2.3.1 Bể bùn hoạt tính hiếu khí
Bể Aerotank có thể phân thành các nhóm sau:
- Theo nguyên tắc làm việc, bể Aerotank truyền thống, bể Aerotank oxy hóa hồn tồn và bể Aerotank tải trọng cao.
- Theo sơ đồ công nghệ, bể Aerotank một bậc và bể Aerotank nhiều bậc.
- Theo cấu trúc dòng chảy, bể Aerotank đẩy, bể Aerotank trộn và bể Aerotank kết hợp. - Theo phương pháp làm thoáng, bể Aerotank làm thống bằng khí nén, bể Aerotank làm thoáng bằng máy khuấy cơ học, bể Aerotank kết hợp và bể Aerotank làm thoáng áp lực thấp (dùng quạt gió).
Nguyên lý cấu tạo: bể Aerotank là bể chứa hình chữ nhật, thường được xây dựng bằng
cấp khí (máy thổi khí,..). Chiều cao bể thường ≥2,5m để lượng khí sục vào kịp hịa tan trong nước.
Hình 2.9 Bể Aerotank
Nguyên lý hoạt động: vi sinh vật hiếu khí trong bể phân hủy các chất ơ nhiễm trong nước
thải như chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển. Theo thời gian, sinh khối VSV ngày càng gia tăng và nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải giảm xuống. Khi nằm trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trị là hạt nhân để cho VSV cư trú, sinh sản và phát triển dần dần lên thành các bơng cặn gọi là bùn hoạt tính.
Ưu điểm:
- Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90%; - Loại bỏ được Nitơ trong nước thải. - Vận hành dơn giản, an tồn.
- Thích hợp với nhiều loại nước thải.
- Thuận lợi khi nâng cấp công suất đến 20% mà khơng phải gia tăng thể tích bể.
Nhược điểm:
- Thể tích cơng trình lớn và chiếm nhiều mặt bằng hơn. - Chi phí xây dựng cơng trình và đầu tư thiết bị lớn hơn.
- Chi phí vận hành đặc biệt, chi phí cho năng lượng sục khí tương đối cao, khơng có khả năng thu hồi năng lượng.
2.3.2 Bể sinh học thiếu khí Anoxic
từ 3 thành phần chính: Máy bơm khuấy trộn nước, hệ thống hồi lưu bùn và hệ thống cung cấp chất dinh dưỡng.
Máy bơm khuấy trộn nước: Cịn được gọi là máy khuấy chìm, được dùng để khuấy trộn nước thải nhằm làm môi trường nước trong bể không bị lắng đọng. Đồng
thời, khiến các chất trong nước thải đồng nhất. Nhờ vậy, vi sinh vật kỵ khí, thiếu khi hay hiếu khi tồn tại ở bể có điều kiện sinh sơi, phát triển tốt hơn.
Với bể anoxic, máy bơm khuất trộn sẽ thúc đẩy tiến trình khử nitrat nhờ việc cho nước thải và bùn thiếu khí tiếp xúc với nhau. Nhờ vậy, công đoạn khử nitơ sẽ diễn ra nhanh hơn. - Hệ thống hồi lưu bùn: là hệ thống mang chức năng đẩy và trích trữ lượng bùn vi sinh sau quá trình xử lý chất thải trở lại bể anoxic.
- Hệ thống cung cấp dinh dưỡng: là hệ thống cung cấp các dưỡng chất có lợi cho vi sinh vật thiếu khí có cơ hội phát triển nhanh, mạnh hơn.
Nguyên lý hoạt động: sau khi trải qua quá trình xử lý sinh học, nước thải sẽ được dẫn
vào bể thiếu khí Anoxic. Nhằm tham gia phản ứng Nitrat hóa và Phophorit.
Hình 2.10 Bể Anoxic
Q trính nitrat diễn ra như sau: hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này
nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) theo chuỗi chuyển hóa: NH3 → NO3 → NO2 → NO → N2O → N2 (gas)
Khí nitơ phân tử N2 tạo thành sẽ thốt khỏi nước và ra ngồi. Như vậy là nitơ đã được xử lý
Quá trình Photphorit diễn ra như sau:
Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu cơ chứa photpho sẽ được hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất mới khơng chứa photpho và các hợp chất có chứa photpho những dễ phân hủy đối với chủng loại vi khuẩn hiếu khí.
Ưu điểm:
- Khử được nitơ trong nước thải dòng ra.
- Hiệu suất khử BOD tăng do các chất hữu cơ tiếp xúc bị oxy hóa trong q trình khử. - Giảm được lượng lượng bùn dư tại bể lắng đợt II.
- Làm tăng pH của nước thải sau xử lý.
- Làm tăng khả năng lắng và hạn chế độ trương của bùn hệ thống.
Các vị trí của bể Anoxic trong quy trình cơng nghệ:
Vị trí bể Anoxic đặt trước bể là phổ biến
Ưu điểm:
- Không cần bổ sung nguồn chất hữu cơ. - Dễ kiểm soát DO < 1 mg/l
Nhược điểm:
- Hàm lượng nitơ đầu vào thấp
- Cần phải hồi lưu nước thải từ bể Aerotank về bể Anoxic. Vị trí sau bể Aerotank
Ưu điểm:
- Không cần hồi lưu nước từ bể Aerotank về bể Anoxic, nước tự chảy.
Nhược điểm:
- Phải bổ sung chất hữu cơ vào bể Anoxic.
- Phải có cơng đoạn sục khí sau bể Anoxic để loại bỏ khí nitơ (nếu khơng có cơng đoạn này bùn sẽ nổi ở bể lắng).
2.3.3 Bể sinh học bằng giá thể (MBBR)
Bể MBBR có thể chia làm hai loại:
- Bể MBBR hiếu khí - Bể MBBR thiếu khí
Nguyên lý cấu tạo: bể MBBR tương tự bể Aerotank truyền thống và có thêm các giá thể
sinh học. Mật độ giá thể tối ưu trong khoảng 25÷50% và khơng vượt q 67% thể tích bể. Các giá thể sinh học trong bể MBBR có các đặc điểm sau:
- Tính kị nước và khả năng bám dính cao. - Thời gian sử dụng lâu dài.
- Cấu trúc bề mặt lớn đảm bảo mật độ VSV bám dính cao để giảm ma sát và chạm trong quá trình khuấy trộn, giảm bong tróc lớp màng sinh học.
- Vật liệu làm giá thể phải có tỉ trọng nhẹ hơn nước, ln chuyển động lơ lửng trong bể nhờ hệ thống thổi khí hoặc khuấy.
Hình 2.11 Bể MBBR.
Nguyên lý hoạt động: quần xã các VSV dị dưỡng (với VSV tùy tiện chiếm ưu thế) phát
triển trên các bề mặt các giá thể tạo thành lớp mang sinh học. Các chất ô nhiễm và oxy hòa tan khuếch tán từ nước thải đến bề mặt màng sinh học và sản phẩm phân hủy sinh học sẽ khuếch tán ngược lại. Khi các chất ơ nhiễm và oxy khuếch tán vào lớp phía trong màng sẽ được các VSV tiêu thụ càng nhiều. Sinh khối càng tăng lên và nồng độ các chất ô nhiễm của nước thải sẽ giảm đi. Lượng oxy hịa tan giảm dần trong q trình tạo màng sinh học phía trong và tạo ra các sản phẩm phân hủy hiếu khí, thiếu khí, kị khí.
Ưu điểm:
- Mật độ VSV trong lớp màng càng cao thì tải trọng trong bể cao. - Khơng cần dịng tuần hồn bùn vì sinh khối trong bể ngày càng tăng.
Nhược điểm:
- Giá thành thiết bị cao.
- Cần cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng tránh hiện tượng màng bị bong tróc.
- Cần duy trì tốc độ xáo trộn hợp lý để đảm bảo giá thể chuyển động hoàn toàn trong bể làm khả năng khuếch tán cơ chất và oxy vào lớp màng trong.
2.4 KHỬ TRÙNG NƯỚC THẢI
Sau khi xử lý cơ học và sinh học, nồng độ các chất ô nhiễm đã đáp ứng các yêu cầu quy định thì số lượng vi khuẩn gây bênh đặc trưng cũng bị giảm theo đáng kể. Tuy nhiên để đáp ứng quy chuẩn cần thực hiện các biện pháp khử trùng và diệt khuẩn để loại bỏ lượng vi khuẩn gây bệnh còn lại. Đặc biệt đối với một số dòng nước thải đặc thù như nước thải y tế là quá trình rất quan trọng để loại bỏ mầm bệnh trước khi xả thải.
Mục tiêu của khử trùng:
- Giảm mầm bệnh vi khuẩn xuống dưới tiêu chuẩn tối thiểu - Khơng dẫn đến sự gai tăng độc tính xả của nước thải
- Khơng dẫn đến nguy cơ gia tăng đối với sức khỏe con người hoặc môi trường do việc vận chuyển, lưu trữ hoặc xử lý hóa chất khử trùng
Theo ngun lý, các q trình khử trùng có thể là lý học hoặc hóa học.
Các phương pháp khử trùng nước thải:
- Khử trùng bằng các chất oxy hóa mạnh: Cl2, các hợp chất clo, O3, KmnO4, chlorine dạng lỏng (NaOCl- nước Javel), bột (Ca(ClO)2), khí Clo hóa lỏng (Cl2). Nồng độ Clo trong thùng pha hóa chất khoảng 0,5 – 1%.
- Khử trùng bằng các tia vật lý - Khử trùng bằng siêu âm
- Khử trùng bằng phương pháp nhiệt - Khử trùng bằng ion kim loại nặng
Lựa chọn phương pháp khử trùng phải phụ thuộc vào các yếu tố ảnh hưởng và hiệu quả.
2.5 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN CẶN
Nhiệm vụ của xử lý cặn (cặn được tạo nên trong quá trình xử lý nước thải): - Làm giảm thể tích và độ ẩm của cặn.
- Khử trùng và sử dụng lại cặn cho các mục đích khác nhau.
- Rác (gồm các tạp chất khơng tan kích thước lớn:cặn bả thực vật, giấy, giẻ lau…) được giữ lại ở song chắn rác có thể chở đến bãi rác (nếu lượng rác không lớn) hay nghiền rác và sau đó dẫn đến bể mêtan để tiếp tục xử lý.
- Cát từ bể lắng được dẫn đến sân phơi cát để làm ráo nước và chở đi sử dụng vào mục đích khác.
- Để giảm thể tích cặn và làm ráo nước có thể ứng dụng các cơng trình xử lý trong điều kiện tự nhiên như: sân phơi bùn, hồ chứa bùn, hoặc trong điều kiện nhân tạo: thiết bị lọc chân