Thông số Đơn vị Khoảng giá trị Giá trị trung bình
pH - 6,5 – 7,5 7,0 TSS mg/L 100 - 200 150 BOD5 mg/L 120 - 250 200 COD mg/L 150 - 350 300 Tổng Coliforms MNP/100 ml 106 - 109 106 - 107 (Bộ Y tế, 2012) [13]
Ngoài ra nước thải bệnh viện cịn có một số kim loại nặng với hàm lượng nhỏ như: mangan, đồng, thủy ngân, crơm,... Các kết quả phân tích các kim loại nặng trong nước thải bệnh viện thường cho thấy hàm lượng các kim loại này đều nhỏ hơn quy chuẩn cho phép (QCVN 28:2010/BTNMT).
Theo thống kê mỗi năm có đến 9000 người chết vì ơ nhiễm nguồn nước và phát hiện 100.000 trường hợp ung thư mỗi năm mà nguyên nhân chính là do sử dụng nguồn nước ô nhiễm. Khảo sát 37 xã mang tên “làng ung thư” đã có 1.136 người chết vì các bệnh ung thư. Ngồi ra, cịn có 380 người ở các xã lân cận cũng chết bởi ung thư và một số địa phương, tỷ lệ mắc các bệnh liên quan đến ô nhiễm môi trường nước như tiêu chảy do nước nhiễm bị khuẩn ecoli, viêm da, hoặc các bệnh đau mắt ngày càng nhiều, và có khả năng lây lan thành dịch bệnh.
1.2. Các q trình và cơng nghệ xử lý nước thải
1.2.1. Hiện trạng các cơng trình xử lý nước thải ở Việt Nam
Theo báo cáo nghiên cứu về môi trường của GS.TS. Trần Hiếu Nhuệ và cộng sự (2015), hiện nay, ở Việt Nam đang triển khai xây dựng các nhà máy và các trạm
15
xử lý nước thải sinh hoạt đơ thị. Đến cuối năm 2014, đã có 32 thành phố có dự án thốt nước và vệ sinh với tỷ lệ số hộ đầu nối vào hệ thống thoát nước là hơn 90%. Khoảng 25% lượng nước thải đô thị được xử lý bởi 27 nhà máy xử lý nước thải tập trung, với công suất khoảng 770.000 m3/ngđ trong tổng số phát sinh 3.080.000 m3/ngđ. Hơn nữa, có khoảng 20 nhà máy XLNT tập trung đang xây dựng với công suất 1,4 triệu m3/ngđ. Tổng công suất XLNT ước đạt vào năm 2020 là khoảng 2,1 triệu m3/ngđ. Bên cạnh việc xây dựng các nhà máy XLNT đô thị, trạm XLNT cho các khu đô thị mới cũng được đầu tư xây dựng. Tuy nhiên, các thành phố lớn như Hà Nội mới chỉ có khoảng một nửa số khu đơ thị mới có trạm XLNT tập trung, các khu đơ thị cịn lại chưa có trạm XLNT gây ơ nhiễm mơi trường nghiêm trọng. Riêng khu vực Hà Nội hiện nay đang có khoảng 150÷160 khu đơ thị mới dân số khoảng 9 triệu người. Theo quy hoạch đến năm 2030, TP Hà Nội sẽ đầu tư xây dựng 39 NMXLNT cho KĐT trung tâm và 5 đơ thị vệ tinh. Nhưng hiện mới có 5 nhà máy với công suất thiết kế 263.200 m3/ngđ đang vận hành; 3 nhà máy đang chuẩn bị đầu tư, xây dựng với cơng suất 368.500 m3/ngđ.
Về tình hình quản lý, vận hành bảo dưỡng các nhà máy trạm XLNT, sau khi xây dựng và đưa vào vận hành, mặc dầu chủ đầu tư các nhà máy XLNT sinh hoạt đô thị đều thực hiện việc đào tạo chuyển giao công nghệ và vận hành một cách nghiêm chỉnh, bài bản, khá nghiêm túc, nhưng thực tế vẫn còn những tồn tại cần khắc phục. Nước thải đầu vào của các nhà máy XLNT với hệ thống thoát nước riêng hồn tồn có nồng độ thuộc loại trung bình như đối với nhà máy XLNT Đà Lạt và Bn Ma Thuột (BOT: 340÷380 mg/L; COD: 560÷600 mg/L; T-N: 90÷95 mg/L). Nước
thải của 24 nhà máy XLNT cịn lại với hệ thống thốt nước chung đang hoạt động đều thuộc loại có nồng độ thấp (SS, BOD: 30÷135 mg/L; COD: 60÷230 mg/L; T-N: 11÷40 mg/L) [14,15].
Nhiều hệ thống XLNT quy mơ lớn, nhỏ và vừa đã được đầu tư và đưa vào hoạt động, sử dụng nhiều công nghệ xử lý khác nhau. Cụ thể:
- XLNT sinh hoạt đô thị tập trung quy mô lớn sử dụng công nghệ hồ sinh học: Hệ thống XLNT hồ sinh học kỵ khí tại Sơn Trà, Phú Lộc, Hịa Cường, Ngũ Hành Sơn TP Đà Nẵng; Hệ thống XLNT hồ sinh học hiếu khí và triệt để tại Tháp Chàm –
16
TP Phan Rang; Hệ thống XLNT hồ sinh học hiếu khí tùy tiện và triệt để tại Bình Hưng Hòa TP HCM; Hệ thống XLNT hồ sinh học hiếu khí cưỡng bức tùy tiện, triệt để và trồng cây tại Đồng Hới, Ninh Bình, Thanh Hóa.
- Mơ hình XLNT sinh hoạt quy mơ nhỏ bằng cơng nghệ kị khí kết hợp với xử lý bậc 3 bằng hệ thống bãi lọc ngầm nhân tạo đã được Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường – Đại học Xây dựng, một số trung tâm thuộc Bộ Xây dựng, Trung tâm Công nghệ Môi trường, Tổng cục Môi trường, v.v… đã nghiên cứu áp dụng tại xã Chiềng Châu, huyện Mai Châu – Hịa Bình; thị trấn Me, huyện Yên Mô – Nình Bình; phường Bách Quang - thị xã Sơng Cơng. Đây là mơ hình dễ vận hành với chi phí vận hành thấp, vừa xử lý nước thải vừa khôi phục cảnh quan môi trường, kết hợp làm công viên sinh thái, dễ áp dụng trong điều kiện ở Việt Nam.
- Đối với các trạm XLNT của các tòa nhà cao tầng, thương mại, dịch vụ hay khu đô thị, việc quản lý, vận hành do chủ dự án tổ chức thực hiện. Đối với các khu dân cư tại Ninh Bình, thị xã sơng Cơng, phường Tây Mỗ do UBND xã, Phường tổ chức vận hành quản lý.
Có nhiều kỹ thuật xử lý đã và đang được áp dụng để XLNT, gồm 3 nhóm phương pháp chính là vật lý, hóa học và sinh học. Đối với nước thải sinh hoạt là loại nước thải có thành phần chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học cao, kĩ thuật chính thường được sử dụng là kết hợp xử lý hóa lý và xử lý sinh học.
1.2.2. Các q trình hóa lí
Q trình hóa – lí rất đa dạng, từ gạn rác, lắng cặn, lọc, chỉnh pH tới kết tủa, keo tụ - tạo bơng, lắng, ơxi hóa/khử, hấp phụ, lọc màng, bay hơi... Tuy nhiên, chỉ một vài q trình hóa lí đơn giản như lắng, lọc thường được áp dụng vận hành đơn giản và chi phí vận hành khơng cao. Các q trình cịn lại, hầu hết đều ít được sử dụng do có chi phí vận hành cao như các q trình hấp phụ và q trình ơxi hóa- khử, hoặc do địi hỏi kĩ thuật vận hành phức tạp như quá trình lọc màng, bay hơi ...
Để thực hiện mỗi q trình hóa lí ứng sẽ cần một đơn vị xử lí (dạng máy hoặc bồn), đây là cơ cấu được chế tạo theo các quy luật riêng và ứng với các yêu cầu thiết kế riêng để thực hiện tốt nhất quá trình.
17
1.2.3. Các q trình sinh học
a. Về khía cạnh q trình:
Các quá trình vi sinh sử dụng trong xử lý nước thải gồm: (i) Các q trình Hiếu khí; (ii) Các q trính Yếm khí; và (iii) Các q trình Thiếu khí.
(i) Các q trình hiếu khí:
-Chuyển hóa C (carbon hydrat):
Phương trình ơxi hóa 1 mol gluco (M =180 g) là:
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O (E = 2.870 kJ) (1)
(1) Nếu tải BOD cao (khoảng >0,6 kg m–3đ–1 BOD), nghĩa là dư thức ăn so với lượng sinh khối thì 0,5 mol (90 g) sẽ được ơxi hố thành CO2 và nước, ứng với nhu cầu 3mol O2 (96 g). Còn lại 0,5 mol gluco (90 g) chuyển thành pyruvat theo một trong ba cơ chế chuyển hố gluco (glycolytic pathways), khi đó sẽ tạo thành 0,5–1 mol ATP. Pyruvat sẽ chuyển hoá tiếp tạo các sản phẩm như axetat hoặc đicarboxylic axit được sử dụng làm nguyên liệu để tổng hợp tế bào vi sinh mới. Tối đa ta có 20 mol ATP tham gia vào tổng hợp tế bào. Ở pH 7 trong điều kiện chuẩn từ 180 g gluco sẽ tạo thành 90 g tế bào vi khuẩn mới (sinh khối). Thiêu nhiệt của 1g sinh khối khô = 22 kJ, vậy khoảng 1980 kJ (= 2870 ÷890 kJ) được tích lũy dưới dạng sinh khối, 890 kJ là tổng năng lượng toả ra trong q trình hơ hấp và tái tạo tế bào.
(2) Nếu tải BOD thấp, phần gluco tích lũy dưới dạng sinh khối sẽ giảm. Khi đó khoảng gần 0,7 mol (126 g) gluco được oxi hoá thành CO2, ứng với tiêu thụ 4,2
mol O2 (134,4g). Như vậy chỉ có 30% lượng cacbon chuyển hố thành sinh khối (trường hợp đầu là 50% lượng cacbon).
18
Hình 1. 1. Sơ đồ các q trình chuyển hóa bằng vi sinh Yếm khí [16].
Khi trong hệ có amoni, sau khi chất hữu cơ bị ơxi hố gần hết (BOD cịn khoảng 10÷30 mg/L) sẽ xảy ra sự ơxi hố amoni trước hết thành nitrit, sau thành nitrat. Phản ứng nối tiếp như sau:
NH4+ + 1,5O2 NO2– + 2H+ + H2O + 84 kcal.mol-1 (2)
NO2– + 0,5O2 NO3– + 17 kcal.mol-1 (3)
Phương trình tổng là:
NH4+ + 2O2 NO3– + 2H+ + H2O (4)
Theo đó, 1 mol NH4+ tiêu thụ 2 mol O2 hay 1 g N-NH4+ tiêu thụ 4,57 g O2; 1 mol NH4+ tạo thành 1 mol NO3- và 2 mol H+; lượng H+ tạo ra phản ứng với độ kiềm HCO3-, 1g N-NH4+ tiêu thụ 7,14 g độ kiềm (quy về CaCO3).
(ii) Các q trình yếm khí:
Phương trình tổng của phản ứng yếm khí phân huỷ chất hữu cơ như sau: CcHhOoNnSs + 1/4(4c–h–2o+3n+2s) H2O
1/8(4c –h+2o+3n+2s) CO2 + 1/8(4c + h – 2o – 3n – 2s) CH4 + nNH3 + sH2S (5)
Tính chung cho các chất thải, quá trình YK bao gồm 3 giai đoạn với sản phẩm cuối là biogas (CH4 + CO2) được mô tả bằng sơ đồ rút gọn như Hình 1.1,
thành phần khí (được gọi là biogas-khí sinh học) và giá trị nhiệt lượng phụ thuộc vào thành phần đầu vào và được cho ở Bảng 1.5.
19