sục khí cưỡng bức, thiết bị khuấy trộn cơ giới…) với các quá trình và công trình tương ứng sau quá trình vi sinh vật lơ lửng (quá trình bùn hoạt tính), quá trình vi sinh vật bám dính (quá trình màng vi sinh vật),...
Đến nay đã có nhiều công nghệ thích hợp cho việc xử lý các nguồn nước thải/ô nhiễm được triển khai trong thực tiễn sản xuất và sinh hoạt. Điển hình là việc xây dựng các công trình xử lý nước thải cục bộ ở các nhà máy, xí nghiệp, bệnh viện và xử lý nước thải tập trungở các khu công nghiệp, khu đô thị và các cụm dân cư góp phần vào việc ngăn ngừa ô nhiễm các nguồn nước, bảo vệ môi trường khỏi những tác động tiêu cực do sự hiện diện của các tác nhân gây ô nhiễm có trong nguồn thải.
Tùy theo đặc điểm của từng loại nước thải và mức độ ô nhiễm mà có thể áp dụng các quá trình xử lý khác nhau. Tuy nhiên, hầu như bất kỳ một hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh nào cũng đều được phân chia thành hai giai đoạn nối tiếp:Xử lý bậc I và Xử lý bậc
- Xử lý bậc I còn được giọi là xử lý vật lý hay xử lý cơ học nhằm tách loại ra khỏi dòng thải các tạp chất nổi, các chất có kích thước lớn và chất rắn dễ lắng, điều hòa lưu lượng thải cho các quá trình xử lý sau đó diễn ra thuận lợi hơn. Các tạp chất có kích thước lớn có thể loại bỏ bằng song chắn rác và sau đó có thể nghiền nhỏ bằng các thiết bị nghiền rác. Cặn lắng (cát, sạn, mảnh xương…) được tách ra khỏi dòng thải khi qua bề lắng cát. - Xử lý bậc II thường ứng dụng các quá trình sinh học (đối với nước thải sinh hoạt) hoặc các quá trình hóa lý/hóa học/sinh học (đối với nước thải công nghiệp và một số loại nước thải đặc biệt khác) để loại bỏ các chất bẩn ở trạng thái hòa tan hoặc nhũ tương trong nước thải sau xử lý bậc I.
- Trong giai đoạn xử lý bậc III (bậc cao), các quá trình cơ học, hóa lý, hóa học, sinh học lại được tiếp tục ứng dụng để khử các thành phần cần loại bỏ khác như nitơ, phosphore, mùi…mà chúng chưa được xử lý đáng kể ở giai đoạn xử lý bậc II.
Ngoài ra, các hệ thống xử lý tự nhiên như hồ sinh học, cánh đồng lọc – cánh đồng tưới, vùng ngập nước…có thể được ứng dụng thích hợp để xử lý nước thải cho các cộng đồng nhỏ, có diện tích đất rộng.
3.8.2.5. Khử trùng
Khử trùng nhằm mục đích loại bỏ các vi sinh vật và vi trùng gây bệnh có trong nước thải. Theo Lê Hoàng Việt (2003), khử trùng (disinfection) khác với tiệt trùng (sterilization), quá trình tiệt trùng sẽ tiêu diệt hoàn toàn các vi sinh vật còn quá trình khử trùng thì không tiêu diệt hết các vi sinh vật.
Quá trình khử trùng dùng để tiêu diệt các vi khuẩn, virus, amoeb gây ra các bệnh thương hàn, phó thương hàn, lỵ, dịch tả, sởi, viêm gan...
Các biện pháp khử trùng bao gồm sử dụng hóa chất, sử dụng các bức xạ. Các hóa chất thường sử dụng cho quá trình khử trùng là chlorine và các hợp chất của nó, bromine, ozone, phenol và các phenolic, cồn, kim loại nặng và các hợp chất của nó, xà bông và bột giặt, oxy già, các loại kiềm và axít.
Bảng 3.15. So sánh hiệu quả khử trùng của các phương pháp
Phương pháp Hiệu quả (%)
Lọc thô 0 - 5
Lọc tinh 10 - 20
Bể lắng cát 10 - 25
Bể lắng sơ hoặc thứ cấp cơ học 25 - 75 Bể lắng sơ hoặc thứ cấp có thêm hóa chất trợ lắng 40 - 80 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 90 - 95
Bể bùn hoạt tính 90 - 98
Chlorine hóa nước thải sau xử lý 98 - 99
(Nguồn:Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991;Lê Hoàng Việt, 2003) Các phương pháp khử trùng thông dụng là:
Cl2 hòa tan rất mạnh trong nước (7160 mg/L ở 20oC và 1 atm). Khi hòa tan trong nước nó tạo thành hypochlorous acide: Cl2 + H2O HOCl + H++ Cl-
Với hàm lượng Cl2 thấp hơn 1000 mg/L và pH > 3 phảnứng thủy phân trên diễn ra hoàn toàn. Hypochlorous acide sau đó bịion hóa thành hypochlorite ion:
HOCL OCl- + H+
HOCl và OCl- được coi là lượng chlor tự do hữu dụng. Các dạng khác như calcium hypochlorite cũng được sử dụng
Ca(OCl)2 Ca2+ + 2OCl-
Hypochlorous acide sẽ tác dụng với ammonia để tạo nên monochloroamine, dichloramine và nitrogen trichloride
NH4+ + HOCl NH2Cl + H2O + H+ NH2Cl + HOCl NHCl2 + H2O NHCl2 + HOCl NCl3 + H2O
Việc sinh ra các sản phẩm trên tùy thuộc vào pH, nhiệt độ, thời gian tiếp xúc và tỉ lệ ban đầu giữa chlorine và ammonia (Cl2 : NH4+- N). Trong khoảng pH từ 7 - 8 và tỉ lệ Cl2 : NH4+ - N = 5:1 tất cả chlorine tự do hữu dụng sẽ chuyển thành monochloramine trong vòng 1 phút trở lại, nếu tỉ lệ Cl2:NH4+ - N lớn hơn 5:1 thì sẽ có một ít dichloramine được tạo nên. Khi pH < 6, một lượng lớn nitrogen trichloride được tạo thành, đây là một chất khí có mùi hôi do đó cần quản lý tốtpH để tránh xảy ra trường hợp này. Chloramine được gọi là hợp chất chlor hữu dụng. Trong nước chloramine bị thủy phân yếu để tạo nên hypoclorous acide. Hiệu suất khử trùng của chloramine tùy thuộc vào lượng hypochlorous acide được tạo nên.
Để đơn giản hóa vấn đề trong việc xử lý nước thải sinh hoạt người ta xác định dư lượng hợp chất chlor hữu dụng sau 15 phút tiếp xúc giữa nước thải và chlorine. Nếu đạt nồng độ 0,5 mg/L thì liều lượng chlorine sử dụng là đủ và người ta gọi đó là lượng chlorine cần thiết (Lê Hoàng Việt, 2003).
Theo Lê Hoàng Việt (2003), để hoàn thành công đoạn xử lý nước thải bằng chlorine, nước thải và dung dịch chlor (phân phối qua ống châm lổ, hoặc suốt chiếu ngang của bể
lẫn với dung dịch chlorine được cho chảy qua bể tiếp xúc được chia thành những kênh dài và hẹp theo đường gấp khúc.
Thời gian tiếp xúc giữa chlorine và nước thải từ 15 - 45 phút, ít nhất phải giữ được 15 phút. Bể tiếp xúc chlorine thường được thiết kế theo kiểu plug-flow (ngoằn ngoèo). Tỉ lệ dài : rộng từ 10 : 1 đến 40 : 1. Vận tốc tối thiểu của nước thải phải từ 2 - 4,5 m/phút để tránh lắng bùn trong bể.
Như đã nói ở trên các hóa chất thường sử dụng trong quá trình khử trùng là Cl2, ClO2, Ca(ClO)2, NaOCl. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình là khả năng diệt khuẩn của các hóa chất này, quá trình khuấy trộn ban đầu, đặc tính của nước thải, thời gian tiếp xúc giữa nước thải và chất khử trùng, đặc điểm của các vi sinh vật.
- Khử trùng bằng nhiệt - Khử trùng bằng tia bức xạ - Khử trùng bằng Ozon
3.8.3. Xử lý nước thải bằng thủy sinh vật (dẫn theo Lê Hoàng Việt, 2003)3.8.3.1. Xử lý nước thải bằng tảo 3.8.3.1. Xử lý nước thải bằng tảo
Tảo có tốc độ sinh trưởng nhanh, chịu đựng được các thay đổi của môi trường, có khả năng phát triển trong nước thải, có giá trị dinh dưỡng và hàm lượng protein cao, do đó người ta đã lợi dụng các đặc điểm này của tảo để:
- Xử lý nước thải và tái sử dụng chất dinh dưỡng. Các hoạt động sinh học trong các ao nuôi tảo lấy đi các chất hữu cơ và dinh dưỡng của nước thải chuyển đổi thành các chất dinh dưỡng trong tế bào tảo qua quá trình quang hợp. Hầu hết các loại nước thải đô thị, nông nghiệp, phân gia súc đều có thể được xử lý bằng hệ thống ao tảo.
- Biến năng lượng mặt trời sang năng lượng trong các cơ thể sinh vật. Tảo dùng năng lượng mặt trời để quang hợp tạo nên đường, tinh bột... Do đó việc sử dụng tảo để xử lý nước thải được coi là một phương pháp hữu hiệu để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng của cơ thể sống.
- Tiêu diệt các mầm bệnh. Thông qua việc xử lý nước thải bằng cách nuôi tảo các mầm bệnh có trong nước thải sẽ bị tiêu diệt do các yếu tố sau đây:
+ Sự thay đổi pH trong ngày của ao tảo do ảnh hưởng của quá trình quang hợp +Các độc tố tiết ra từ tế bào tảo
+ Và sự tiếp xúc của các mầm bệnh với bức xạ mặt trời (UV)
Thông thường người ta kết hợp việc xử lý nước thải và sản xuất và thu hoạch tảo để loại bỏ chất hữu cơ trong nước thải. Tuy nhiên tảo rất khó thu hoạch (do kích thước rất nhỏ), đa số có thành tế bào dày do đó các động vật rất khó tiêu hóa, thường bị nhiễm bẩn bởi kim loại nặng, thuốc trừ sâu, các mầm bệnh còn lại trong nước thải.
Các phản ứng diễn ra trong ao tảo chủ yếu là "hoạt động cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn".
Các yếu tố cần thiết cho quá trình xử lý nước thải bằng tảo