Số lượng bùn hoạt hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aerotank của lượng nước thải đi vào bể không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó phải sử dụng lại bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy bể lắng đợt 2 bằng cách tuần hoàn bùn ngược trở lại đầu bể aerotank để duy trì nồng độ đủ của vi khuẩn trong bể. Bùn dư ở đáy bể lắng được xả ra khu xử lý [6].
+ Trên thế giới: Cơng trình xử lý với aeroten sục khí liên tục bằng thiết bị thổi khí cơ học, bể lắng thứ cấp, thiết bị clo và bể tiếp xúc đã được áp dụng trong xử lý nước thải. Điển hình là trạm xử lý cục bộ Rapid Bloc của Phần Lan, nước sau bể tự hoại được xử lý sinh học trong bể aeroten và khử trùng trước khi xả ra môi trường tiếp nhận, công suất thiết bị 500-800m3/ngày. Nhà máy xử lý nước thải của Housafonic (công suất thiết kế 36.000m3/ngày) và nhà máy xử lý nước thải ở Leoninster (công suất thiết kế 41.850m3/ngày) sử dụng công nghệ xử lý nước thải bằng cơng nghệ sinh học hiếu khí [10].
Bể lắng 1 Aerotank Bể lắng 2
Tuần hồn bùn hoạt tính
Nước thải Xả bùn tươi Xử lý bùn Bùn dư Xả ra nguồn tiếp nhận
+ Tại Việt Nam: Được ứng dụng như cơng trình nhà máy xử lý nước thải Bình
Hưng Hịa tại Thành phố Hồ Chí Minh hiệu quả xử xử lý các chỉ tiêu đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 14:2008/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt [9].
- Bể lọc sinh học:
Bể lọc sinh học là cơng trình mà trong đó nước thải được lọc qua lớp vật liệu có kích thước hạt lớn. Lớp vật liệu được bao phủ bởi màng vi sinh vật. Vi sinh vật trong màng sinh học oxy hóa các chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Màng sinh vật chết được cuốn trôi theo nước và đưa ra khỏi thiết bị lọc sinh học, bao gồm bể lọc sinh học nhỏ giọt, bể lọc sinh học cao tải. Lọc sinh học được ứng dụng để làm sạch một phần hay toàn bộ chất hữu cơ phân hủy sinh học trong nước thải và có thể đạt chất lượng dịng ra với nồng độ BOD tới 15 mg/l [10].
Phương pháp lọc sinh học có ưu điểm là đơn giản, tải lượng theo chất gây ô nhiễm thay đổi trong giới hạn rộng trong ngày, thiết bị cơ khí đơn giản và tiêu hao năng lượng ít, nhưng cũng có nhược điểm là hiệu suất của quá trình phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độ và khơng khí.
+ Trên thế giới: áp dụng xử lý nước thải sử dụng một bể phản ứng học màng cố định tích hợp kỵ - hiếu khí. Nghiên cứu hệ thống này hoạt động trong 90 ngày. Kết quả cho thấy hệ thống có hiệu quả loại bỏ 95,1% nhu cầu oxy hóa học (COD) từ nước thải với COD giảm từ 700 mg/l xuống cịn 34 mg/l. Bên cạnh đó cũng loại bỏ đáng kể các vi khuẩn gây bệnh. Những lợi thế của hệ thống xử lý nghiên cứu này gồm hoạt động vận hành và bảo trì đơn giản, loại bỏ hiệu quả COD và vi khuẩn, tiêu thụ năng lượng thấp [20].
Xử lý nước thải bệnh viện bằng bể phản ứng sinh học bằng màng ngập nước. Hiệu suất khử COD, amoni, và độ đục là 80, 93 và 83% tương ứng với chất lượng nước thải trung bình của COD < 25mg/l, amoni < 1,5mg/l và độ đục < 3 NTU.
qua màng tăng từ trong q trình hoạt động 6 tháng. Khơng cần hoạt động làm sạch màng và bùn không phát sinh trong thời gian hoạt động 6 tháng [33].
+ Tại Việt Nam: Được ứng dụng trong một số cơng trình như Nhà máy xử lý nước thải Đà Lạt hiệu quả xử xử lý các chỉ tiêu đều nằm trong giới hạn cho phép tiêu chuẩn, quy chuẩn môi trường [9].
Tách các nguyên tố dinh dƣỡng ra khỏi nƣớc thải
Chủ yếu là quá trình tách nitơ và photpho. Các muối nitrat, nitrit tạo thành trong q trình phân hủy hiếu khí sẽ được khử trong điều kiện thiếu khí trên cơ cở các phản ứng khử nitrat.
Nitơ và photpho cịn có thể được tách bằng phương pháp hóa học và hóa lý: - Vơi hóa nước thải đến pH = 10 11 để tạo thành NH3 và thổi bay hơi trên các tháp làm lạnh.
- Photpho được lắng xuống nhờ các muối sắt, nhôm hoặc vôi.
Khử trùng nƣớc thải
Khử trùng nước thải là giai đoạn cuối cùng của công nghệ xử lý nước thải nhằm loại bỏ vi trùng và virut gây bệnh trước khi xả vào nguồn nước.
Để khử trùng nước thải có thể dùng clo và các hợp chất chứa clo, có thể tiến hành khử trùng bằng ozon, tia hồng ngoại, ion bạc,..nhưng cần phải cân nhắc kỹ về mặt kinh tế.
Các phƣơng pháp xử lý bùn cặn
Khi xử lý nước thải sẽ tạo ra nhiều bùn cặn. Cặn được tách ra từ bể lắng sơ cấp và bùn (hình thành trong quá trình xử lý sinh học) tách ra tại bể lắng thứ cấp. Bùn cặn gồm nhiều phần từ thể rắn pha nước. Ở trạng thái tươi chúng có mùi và chứa nhiều vi khuẩn (có vi khuẩn gây bệnh) và trứng giun.
Nhiệm vụ của xử lý cặn: - Ổn định cặn;
- Làm giảm thể tích và độ ẩm của cặn bằng cách lưu giữ trên sân phơi bùn hay hố phơi hay bằng các phương pháp cơ học như lọc chân không, ép lọc, lắng li tâm,…
- Khử trùng và tái sử dụng lại cặn cho các mục đích khác nhau như thu hồi để làm phân bón cho nơng nghiệp,..
Một số cơng nghệ xử lý nƣớc thải
- Công nghệ xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng công nghệ AO, AAO:
AO là viết tắt của các cụm từ Anoxic (thiếu khí) – Oxic (hiếu khí)
AAO là viết tắt của các cụm từ Anaerobic (kỵ khí) – Anoxic (thiếu khí) – Oxic (hiếu khí)
Hình 1.4. Cơng nghệ xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng cơng nghệ AO
Hình 1.5. Cơng nghệ xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO
Đặc điểm công nghệ: Sử dụng hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải để xử lý và chuyển hóa các chất ơ nhiễm mà VSV có thể xử lý.
Quy trình xử lý: Yếm khí (A) xử lý tải lượng BOD, COD, phốt pho cao; Thiếu khí (A) xử lý nitơ và một lượng nhỏ BOD, COD, hiếu khí (O) xử lý BOD cịn lại và chuyển hóa nitơ. Tùy vào tính chất nước thải mà có thể sử dụng một, hai hoặc cả ba bước xử lý.
Ưu điểm:
Tạo ra ít bùn thải.
Là công nghệ xử lý nước thải truyền thống và phổ biến, dễ vận hành, có thể tự động hóa cao.
Xử lý hiệu quả BOD, COD, nitơ và phốt pho.
Xử lý được nước thải có tải lượng ơ nhiễm hữu cơ cao.
Nhược điểm:
Do sử dụng vi sinh vật sống nên nhạy cảm với nhiệt độ, pH, SS, kim loại nặng và các chất độc có trong nước thải đầu vào.
Diện tích đất sử dụng vào loại trung bình khá.
Áp dụng:
AAO: Nước thải ngành có tải lượng chất ơ nhiễm chất hữu cơ cao (BOD, COD, phôt pho cao).
AO: Áp dụng cho các loại nước thải có chứa hàm lượng nitơ cao, BOD, COD ở mức trung bình (nước thải sinh hoạt nói chung, chăn ni, giết mổ,…).
+ Trên thế giới: Cộng nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng thiết bị hợp khối
Johkasou của nhật bản tính tùy biến cao, thích hợp với mọi địa hình, hiệu xuất xử lý cao,..hiện nay 70% dân nhật có hệ thống thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt tập trung, 23% sử dụng hệ thống Johkasou, còn lại 7% dùng bể phốt.
+ Tại Việt Nam: Cộng nghệ AAO được áp dụng tại nhà máy XLNT Kim Liên,
nhà máy XLNT Trúc Bạch, nhà máy XLNT Bắc Thăng Long cho thấy hiệu quả xử xử lý các chỉ tiêu đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 5945:2005/BTNMT, QCVN 40:2011/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp [9].
- Công nghệ lọc màng MBR (Membrane Bio Reactor):
MBR là sự kết hợp của cả phương pháp sinh học và lý học. Mỗi đơn vị MBR được cấu tạo gồm nhiều sợi rỗng liên kết với nhau, mỗi sợi rỗng lại cấu tạo giống như một màng lọc với các lỗ lọc rất nhỏ mà một số vi sinh khơng có khả năng xuyên qua. Các đơn vị MBR này sẽ liên kết với nhau thành những module lớn hơn và đặt vào các bể xử lý. Cơ chế hoạt động của vi sinh vật trong công nghệ MBR cũng tương tự như bể bùn hoạt tính hiếu khí nhưng thay vì tách bùn sinh học bằng công nghệ lắng thì cơng nghệ MBR lại tách bằng màng. Vì kích thước lỗ màng MBR rất nhỏ (0.01 ~ 0.2 µm) nên bùn sinh học sẽ được giữ lại trong bể, mật độ vi sinh cao và hiệu suất xử lý tăng. Nước sạch sẽ bơm hút sang bể chứa và thốt ra ngồi mà không cần qua bể lắng, lọc và khử trùng. Máy thổi khí ngồi cung cấp khí cho vi sinh hoạt động còn làm nhiệm vụ thổi bung các màng này để hạn chế bị nghẹt màng.
Ưu điểm: hệ thống xử lý nước thải tăng hiệu quả sinh học 10-30%, thời gian lưu nước của hệ thống xử lý nước thải ngắn, thời gian lưu bùn trong hệ thống xử lý nước thải dài,…
Nghiên cứu áp dụng công nghệ lọc màng MBR xử lý nước thải ở trung quốc cho kết quả: Công nghệ lọc màng MBR hiệu quả hơn trong việc loại bỏ vi sinh vật bệnh lý so với các hệ thống xử lý nước thải hiện có. Bên cạnh đó, MBR cịn tiết kiệm hiệu quả trong tiêu thụ chất khử trùng (clo thêm vào và có thể giảm đến 1,0mg/l), rút ngắn thời gian phản ứng [30].
- Quá trình Photo-Fenton:
Nghiên cứu đánh giá khả năng phân hủy sinh học và mức độ oxy hóa nước thải bệnh viện bằng cách sử dụng quá trình photo-Fenton như là phương pháp tiền xử lý nhằm mục đích nâng cao khả năng phân hủy sinh học tổng thể của nó và xác định mức độ của q trình oxy hóa tăng lên. Nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh học (BOD5), tổng cacbon hữu cơ (TOC) và độc tính đối với vi khuẩn biển gram âm phát quang sinh học của các loài V.fischeri đã được lựa chọn làm các thông số môi trường
tổng hợp để theo dõi hiệu suất của quá trình này [29]..
- Công nghệ xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng công nghệ SBR (Sequencing Batch Reactor):
Bể SBR (Sequencing Batch Reactor) là bể xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theo quy trình phản ứng từng mẻ liên tục. ... Bể SBR hoạt động theo một chu kỳ tuần hoàn với 5 pha bao gồm: Làm đầy, sục khí, lắng, rút nước và nghỉ.
Hình 1.6. Cơng nghệ xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng công nghệ SBR
Ưu điểm:
Khơng cần bể lắng và tuần hồn bùn
Trong pha làm đầy, bể SBR đóng vai trị như bể cân bằng vì vậy bể SBR có thể chịu được tải trọng cao và sốc tải.
TSS đầu ra thấp, hiệu quả khử photpho, nitrat hóa và khử nitrat hóa cao. Q trình kết bơng tốt do khơng có hệ thống gạt bùn cơ khí.
Hệ thống có điều khiển hồn tồn tự động. Chi phí đầu tư và vận hành thấp.
Nhược điểm:
Nếu như quá trình lắng bùn xảy ra sự cố thì sẽ dẫn bùn trơi ra theo đường ống. Người vận hành phải có kỹ thuật cao.
+ Tại Việt Nam: Cộng nghệ xử lý nước thải SBR được áp dụng tại nhà máy
XLNT Bãi Cháy-Quảng Ninh, nhà máy XLNT Hà Khánh-Quảng Ninh, cho thấy hiệu quả xử xử lý các chỉ tiêu đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 40:2011/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp [9].
- Công nghệ xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp mƣơng oxi hóa
Mương oxi hóa là một dạng cải tiến aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh làm việc trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính (sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật trong nước thải) chuyển động tuần hoàn trong mương. Đối với nước thải sinh hoạt chỉ cần qua chắn rác, lắng cát và khơng qua lắng I là có thể đưa vào mương oxi hóa Tải trọng của mương tính theo bùn hoạt tính vào khoản 200g.BOD5/kg.ngày. Thời gian xử lý hiếu khí là 1-3 ngày [13].
Hình 1. 7. Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp Mƣơng oxi hóa
Cộng nghệ xử lý nước thải mương oxi hóa được áp dụng tại nhà máy XLNT Bắc Giang-thành phố Bắc Giang, cho thấy hiệu quả xử xử lý các chỉ tiêu nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 14:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt,… [9].
Bảng 1.4. Bảng tổng hợp ứng dụng công nghệ xử lý nƣớc thải của một số nhà máy xử lý nƣớc thải tại các Đô thị Việt Nam [9]
TT Thành phố Nhà máy xử lý nƣớc thải Hệ thống thu gom nƣớc thải Quy trình xử lý BOD (mg/L) COD (mg/L) TSS (mg/L) NH4-N (mg/L) Tiêu chuẩn áp dụng Đầu vào Đầu ra Đầu vào Đầu ra Đầu vào Đầu ra Đầu vào Đầu ra 1 Hà Nội
Kim Liên Chung (Bùn hoạt tính) A2O 94 11 189 22 86 6 18 - TCVN5945-2005, B
2 Trúc Bạch Chung (Bùn hoạt tính) A2O 94 12 191 24 91 5 - - TCVN5945-2005, B
3 Bắc Thăng
Long Chung
A2O
(Bùn hoạt tính) 60 9 115 17 57 5 - - QCVN40-2011, B
4 Yên Sở Chung (Bùn hoạt tính) SBR 45 10 132 24 51 10 28 0.5 QCVN40-2011, A
5 Hồ Chí Minh Bình Hưng Chung Hồ sục khí/ Hồ hồn thiện 42 3 135 30 103 7 - - QCVN14-2008, B 6 Bình Hưng
Hịa Chung CAS 78 10 203 50 49 18 18 3.3
QCVN14- 2008, B 7 Cảnh Đồi – Phú Mỹ Hưng Riêng Mương ô xy hóa (Bùn hoạt tính)
Khơng có thơng tin
8 Phú Mỹ Hưng Nam Viên – Riêng (Bùn hoạt tính) A2O Khơng có thơng tin
9
Đà Nẵng
Hòa Cường Chung Hồ yếm khí 67 33 123 66 61 23 - - QCVN40-
2011, B
10 Ngũ Hành
Sơn Chung Hồ yếm khí 34 29 64 47 28 16 - -
QCVN40- 2011, B
11 Sơn Trà Chung Hồ yếm khí 39 26 70 50 40 19 - - QCVN40-
2011, B
12 Phú Lộc Chung Hồ yếm khí 101 38 178 76 73 23 - - QCVN40-2011, B
13 Quảng Ninh
Bãi Cháy Chung SBR 36 20 80 32 195 11 1.3 1 -
14 Hà Khánh Chung SBR 45 23 68 68 41 35 1.1 1 - 15 Đà Lạt Đà Lạt Riêng Bể lắng hai vỏ/Lọc SH nhỏ giọt 380 14 604 65 792 82 68 26 QCVN24- 2009, B
16 Buôn Mê Thuột Buôn Mê Thuột Riêng Chuỗi hồ 336 45 564 98 285 76 36 32 QCVN24-2009, B
17 Bắc
Giang Bắc Giang Chung Mương ơ xy
hóa - - 120 25 - - 0.2 0.1
QCVN14- 2008, B
QCVN40:2011/BTNMT, loại A 30 75 50 5
QCVN40:2011/BTNMT, loại B 50 150 100 10
Qua bảng kê trên nhận thấy hiệu quả xử lý của mỗi loại công nghệ hiện nay liên quan chặt chẽ đến các thông số ô nhiễm trong nước thải đầu vào. Tám trong số mười ba nhà máy tiếp nhận nước từ hệ thống thoát nước chung áp dụng cơng nghệ bùn hoạt tính, sử dụng phương pháp bùn hoạt tính (CAS), Yếm khí – Thiếu khí – Hiếu khí
(A2O), bể phản ứng sinh học hoạt động theo mẻ (SBR) hay mương oxi hóa (OD). Các phương pháp này đảm bảo xử lý nước thải hiệu quả cao, vì vậy tám nhà XLNT có khả năng XLNT đạt tiêu chuẩn thải hiện hành. Nồng độ đầu vào trung bình với BOD5 từ 31 – 135mg/l từ hệ thống thoát nước chung, và 336 – 380mg/l từ hệ thống thoát nước riêng. Nước sau xử lý xả có nồng độ BOD5 dao động từ 3 – 38mg/l, riêng các nhà máy tiếp nhận nước từ hệ thống thoát nước riêng có nồng độ BOD5 sau xử lý đạt 14 – 45mg/l, thấp hơn so với tiêu chuẩn nước thải sau xử lý về nồng độ BOD5 cho nguồn tiếp nhận loại B.
1.3. Đánh giá công nghệ môi trƣờng áp dụng trong xử lý nƣớc thải
Đánh giá công nghệ mơi trường là việc xác định trình độ, giá trị và hiệu quả của cơng nghệ phù hợp với yêu cầu bảo vệ môi trường [34]. Việc chọn lựa công nghệ xử lý nước thải phù hợp được thực hiện dựa trên việc xem xét, đánh giá rất nhiều yếu tố