Bản chất chung của quá trình xử lý hố lý và hố học là áp dụng các quá trình vật lý và hố học để loại bớt các chất ơ nhiễm mà khơng thể dung phương pháp cơ học loại bỏ được.
Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng hố học diễn ra giữa các chất ơ nhiễm và các hố chất thêm vào. Các phương pháp thường được sử dụng là oxy hố và trung hồ. Đi đơi với các phương pháp này cịn kèm theo các quá trình kết tủa và nhiều hiện tượng khác.
Các cơng trình tiêu biểu của phương pháp này bao gồm 2.2.2.1 Quá trình keo tụ, tạo bơng
Quá trình keo tụ tạo bơng được ứng dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và các hạt keo cĩ kích thước rất nhỏ. Các chất này tồn tại ở dạng khuếch tán và khơng thể loại bỏ bằng quá trình lắng vì tốn rất nhiều thời gian. Để tăng hiệu quả lắng, giảm bớt thời gian lắng của chúng thì ta nên thêm vào nước thải một số hố chất như phèn nhơm, phèn sắt, polymer… các chất này cĩ tác dụng kết dính các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt cĩ kích cỡ và tỉ trọng lớn hơn nên sẽ lắng nhanh hơn. Trong khi tiến hành quá trình keo tụ, tạo bơng cần chú ý:
- pH của nước thải - Bản chất của hệ keo
- Sự cĩ mặt của cácion trong nước
- Nhiệt độ
Các phương pháp keo tụ cĩ thể là keo tụ bằng chất điện li, keo tụ bằng hệ keo ngược dấu. trong quá trình xử lý nước thải bằng chất keo tụ, sau khi kết thúc giai đoạn thuỷ phân các chất keo tụ (phèn nhơm, phèn sắt, phèn kép), giai đoạn tiếp theo là giai đoạn hình thành bơng cặn. Để cho quá trình tạo bơng cặn diễn ra thuận lợi người ta xây dựng các bể phản ứng đáp ứng các chế độ khuấy trộn. Bể phản ứng theo chế độ khuấy trộn được chia làm 2 loại: thuỷ lực và cơ khí. Thơng thường, sau khi diễn ra quá trình keo tụ tạo bơng, nước thải sẽ được đưa qua bể lắng để tiến hành loại bỏ các bơng cặn cĩ kích thước lớn mới được hình thành.
Phương pháp keo tụ cĩ thể làm trong nước và khử màu nước thải vì sau khi tạo bơng cặn, các bơng cặn lớn lắng xuống thì những bơng cặn này cĩ thể kéo theo các chất phân tán khơng tan gây ra màu.
2.2.2.2 Phương pháp trung hồ
Nước thải sản xuất của nhiều ngành cơng nghiệp cĩ thể chứa axit hoặc kiềm. Để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực và để tránh cho quá trình sinh hĩa ở các cơng trình làm sạch và nguồn nước khơng bị phá hoại, ta cần phải trung hịa nước thải. Trung hịa cịn nhằm mục đích tách loại một số ion kim loại nặng ra khỏi nước thải. Mặt khác muốn nước thải được xử lý tốt bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hịa và điều chỉnh pH về 6.6 - 7.6
Trung hịa bằng cách dùng các dung dịch axit hoặc muối axit, các dung dịch kiềm hoặc oxit kiềm để trung hịa dịch nước thải.
Ngồi ra, cĩ thể tận dụng nước thải cĩ tính acid trung hịa nước thải cĩ tính kiềm hoặc ngược lại.
2.2.2.3 Phương pháp hấp phụ
Hấp phụ là phương pháp tách các chất hữu cơ và khí hồ tan ra khỏi nước thải bằng cách tập trung các chất đĩ trên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ) hoặc bằng cách tương tác giữa các chất bẩn hồ tan với các chất rắn (hấp phụ hố học).
Hấp phụ cĩ thể diễn ra ở bề mặt biên giới giữa hai pha lỏng và khí, giữa pha lỏng và pha rắn. Khả năng hấp phụ chất bẩn trong nước thải phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ. Nhiệt độ thấp quá trình hấp phụ xảy ra mạnh nhưng nếu quá cao thì cĩ thể
diễn ra quá trình khứ hấp phụ. Chính vì vậy người ta dùng nhiệt độ để phục hồi khả năng hấp phụ của các hạt rắn khi cần thiết.
Những chất hấp phụ cĩ thể là : than hoạt tính, silicagel, nhựa tổng hợp cĩ khả năng trao đổi ion, cacbon sunfua, than nâu, than bùn, than cốc, đơlơmit, cao lanh, tro và các dung dịch hấp phụ lỏng. Bơng cặn của những chất keo tụ (hydroxit của kim loại) và bùn hoạt tính từ bể aeroten cũng cĩ khả năng hấp phụ.
2.2.2.4 Phương pháp trích ly
Trích ly là phương pháp tách các chất bẩn hồ tan ra khỏi nước thải bằng dung mơi nào đĩ nhưng với điều kiện dung mơi đĩ khơng tan trong nước và độ hồ tan chất bẩn trong dung mơi cao hơn trong nước.
Kỹ thuật trích ly cĩ thể tiến hành như sau : cho dung mơi vào trong nước thải và trộn đều cho tới khi đạt trạng thái cân bằng. Tiếp đĩ cho qua bể lắng. Do sự chênh lệch về trọng lượng riêng nên hỗn hợp sẽ phân ra hai lớp và để tách biệt chúng ra bằng phương pháp cơ học.
2.2.2.5 Phương pháp trao đổi ion
Phương pháp trao đổi ion là một quá trình trong đĩ các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với các ion cĩ cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là ionit (chất trao đổi ion). Chúng hồn tồn khơng tan trong nước. Phương pháp trao đổi ion được ứng dụng để xử lý nước thải khỏi các kim loại như Zn, Cu, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn,… cũng như các hợp chất của Asen, Photpho, Xyanua và chất phĩng xạ. Phương pháp này được dùng phổ biến làm mềm nước, loại ion Ca+2 và Mg+2 ra khỏi nước cứng.
Các chất trao đổi ion cĩ thể là các chất vơ cơ hoặc hữu cơ cĩ nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp.
Phương pháp này cho phép thu hồi các kim loại cĩ giá trị và đạt được mức độ xử lý cao. Vì vậy nĩ là phương pháp để ứng dụng rộng rãi để tách muối trong xử lý nước cấp và nước thải.
2.2.2.6 Phương pháp xử lý bằng màng
Màng được định nghĩa là một pha đĩng vai trị ngăn cách giữa các pha khác nhau. Nĩ cĩ thể là chất rắn, hoặc một gel (chất keo) trương nở do dung mơi hoặc thậm chí
cả một chất lỏng. Việc ứng dụng màng để tách các chất, phụ thuộc vào độ thấm của các hợp chất đĩ qua màng.
Các kỹ thuật như điện thẩm tích, thẩm thấu ngược, siêu lọc và các quá trình tương tự khác ngày càng đĩng vai trị quan trọng trong xử lý nước thải.
2.2.2.7 Khử khuẩn
Dùng các hố chất cĩ tính độc đối với vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun sán…để làm sạch nước, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh để đổ vào nguồn hoặc tái sử dụng. Khử khuẩn cĩ thể dùng hố chất hoặc các tác nhân vật lý như ozon, tia tử ngoại. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hố chất sử dụng để khử khuẩn phải đảm bảo cĩ tính độc đối với vi sinh vật trong một thời gian nhất định, sau đĩ phải được phân huỷ hoặc bay hơi, khơng cịn dư lượng gây độc cho người sử dụng hoặc vào các mục đích sử dụng khác.
Các chất khử khuẩn hay dùng nhất là khí hoặc nước clo, nước javen, vơi clorua, các hipoclorit, cloramin B…Đây là các hợp chất của clo, đảm bảo là những chất khử khuẩn đáp ứng được các yêu cầu trên, đồng thời cũng là các chất oxi hố. Trong quá trình xử lý nước thải, cơng đoạn khử khuẩn thường được đặt ở cuối quá trình trước khi làm sạch nước triệt để và chuẩn bị đổ vào nguồn.
2.2.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh cĩ trong nước thải, cĩ khả năng phân hố những hợp chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khống hố và trở thành những chất vơ cơ, các chất khí đơn giản và nước.
Cĩ 2 loại cơng trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học:
- Điều kiện tự nhiên: bao gồm các cơng trình: cánh đồng tưới cơng cộng và bãi lọc, cánh đồng tưới nơng nghiệp, hồ sinh học.
- Điều kiện nhân tạo: cĩ thể chia thành 2 loại:
+ Phương pháp xử lý sử dụng vi sinh vật hiếu khí: các vi sinh vật hoạt động trong điều kiện mơi trường được cung cấp oxi liên tục, gồm các cơng trình như: bể lọc sinh học, bể aerotank…
+ Phương pháp xử lý sử dụng vi sinh vật kị khí: các vi sinh vật hoạt động trong điều kiện mơi trường khơng cĩ oxi, gồm các cơng trình như bể UASB, bể UAF…
2.2.3.1 Cánh đồng tưới cơng cộng và bãi lọc
Trong nước thải sinh hoạt chứa một hàm lượng N, P, K khá đáng kể. Như vậy, nước thải là một nguồn phân bĩn tốt cĩ lượng N thích hợp với sự phát triển của thực vật.
Để sử dụng nước thải làm phân bĩn, đồng thời giải quyết xử lý nước thải theo điều kiện tự nhiên người ta dùng cánh đồng tưới cơng cộng và cánh đồng lọc.
Cánh đồng tưới, bãi lọc thường được xây dựng ở những nơi cĩ độ dốc tự nhiên, cách xa khu dân cư về cuối hướng giĩ. Xây dựng ở những nơi đất cát, á cát, cũng cĩ thể ở nơi đất á sét, nhưng với tiêu chuẩn tưới khơng cao và đảm bảo đất cĩ thể thấm kịp.
2.2.3.2 Cánh đồng tưới nơng nghiệp
Từ lâu người ta cũng đã nghĩ đến việc sử dụng nước thải như nguồn phân bĩn để tưới lên các cánh đồng nơng nghiệp ở những vùng ngoại ơ.
Theo chế độ nước tưới người ta chia thành 2 loại: - Thu nhận nước thải quanh năm
- Thu nước thải theo mùa
Trước khi đưa vào cánh đồng , nước thải phải được xử lý sơ bộ qua song chắn rác, bể lắng cát hoặc bể lắng. Tiêu chuẩn tưới lấy thấp hơn cánh đồng cơng cộng và cĩ ý kiến chuyên gia nơng nghiệp.
2.2.3.3 Hồ sinh học
Hồ sinh vật là các ao hồ cĩ nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, cịn gọi là hồ oxy hĩa, hồ ổn định nước thải,… Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hĩa sinh hĩa các chất hữu cơ nhờ các lồi vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác.
Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ khơng được thấp hơn 6ºC.
Hồ sinh học dùng xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá trình làm sạch của hồ.
Ngồi việc xử lý nước thải cịn cĩ nhiệm vụ: + Nuơi trồng thuỷ sản.
+ Nguồn nước để tưới cho cây trồng. + Điều hồ dịng chảy.
Cĩ các loại hồ sinh học sau đây: + Hồ kỵ khí.
+ Hồ kỵ hiếu khí + Hồ hiếu khí.
2.2.3.4 Bể lọc sinh học
Nguyên lý hoạt động dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật hoạt động ở màng sinh học, oxi hố các chất bẩn hữu cơ cĩ trong nước thải.
Cĩ các loại sau:
+ Bể lọc sinh học cĩ lớp vật liệu khơng ngập trong nước. + Bể lọc sinh học cĩ lớp vật liệu ngập trong nước. + Bể lọc sinh học cĩ lớp vật liệu là các hạt cố định. + Đĩa quay sinh học RBC. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.2.3.5 Bể xử lý sinh học bằng quá trình bùn hoạt tính (aerotank).
Là bể chứa hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính, khí được cấp liên tục vào bể để trộn đều và giữ cho bùn ở tình trạng lơ lửng trong nước thải và cấp đủ oxi cho vi sinh vật oxy hố chất hữu cơ cĩ trong nước thải.
Vị trí của bể aerotank là sau bể lắng 1 và trước bể lắng 2.
Nguyên tắc hoạt động: nước thải sau khi qua bể lắng 1 cĩ chứa các chất hữu cơ hồ tan và chất lơ lửng đi vào bể aerotank, tại đây các vi khuẩn và vi sinh vật trong bể chuyển hố các chất hữu cơ phức tạp này thành các chất đơn giản hơn là các chất trơ khơng hồ tan và thành các tế bào mới.
Cĩ 2 quá trình sinh hố xảy ra trong bể aerotank là: + Quá trình tăng sinh khối của vi sinh vật.
+ Quá trình hoạt động của enzyme hay quá trình chuyển hố vật chất hữu cơ cĩ trong nước thải ở các bể aerotank.
Nước thải sau khi điều chỉnh pH và dinh dưỡng được dẫn vào đáy bể và nước thải đi lên qua nền bùn rồi tiếp tục vào bể lắng đặt cùng với bể phản ứng. Khí metan tạo ra ở giữa lớp bùn. Hỗn hợp khí lỏng và bùn làm cho bùn tạo thành dạng hạt lơ lửng. Với quy trình này bùn tiếp xúc được nhiều với chất hữu cơ và quá trình phân huỷ xảy ra tích cực. Các loại khí tạo ra trong điều kiện kị khí sẽ tạo ra dịng tuần hồn cục bộ, giúp việc hình thành những hạt bùn hoạt tính và giữ cho chúng ổn định. Bọt khí và hạt bùn cĩ khí bám vào sẽ nổi lên trên bể. Khi va phải lớp lưới chắn phía trên các bọt khí sẽ vỡ và hạt bùn được tách ra và lắng xuống. Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lửng, vận tốc dịng hướng lên phải ở khoảng 0.6-0.9m/h.
2.2.3.7 Bể lên men cĩ thiết bị trộn và cĩ bể lắng riêng (ANALIFT).
Cơng trình gồm một bể phản ứng và một bể lắng riêng biệt với một thiết bị điều chỉnh bùn tuần hồn. Giữa 2 thiết bị chính cĩ đặt một thiết bị khử khí để loại khí tắc trong các cục vĩn.
Bể phản ứng cĩ lớp chống ăn mịn ở phía trong, cĩ lớp cách nhiệt để duy trì nhiệt độ mong muốn. Khuấy trộn bằn cách bơm khí vào bình chứa làm bằng vật liệu khơng gỉ.
Bể lắng coi như một thiết bị cơ đặc, vì bùn tách ra cĩ nồng độ cao và từ đây cho bùn hồi lưu trở lại bể phản ứng. Tỉ lệ bùn tuần hồn khoảng 50-100%.
Phương pháp này ít chịu ảnh hưởng bởi lưu lượng, thích hợp đối với việc xử lý phân chuồng, xử lý các nước thải đặc như trong cơng nghiệp đồ hộp, cất cồn, cơng nghiệp hố chất, bột giấy, đường.
Hiệu quả của phương pháp: loại bỏ được BOD5 tới 80-95%, COD từ 65-90%.
2.3 VAI TRỊ CỦA PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC HIẾU KHÍ TRONG QUÁ
TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Trong quá trình xử lý nước thải, nước thải được xử lý qua nhiều giai đoạn và được sử dụng bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đĩ, mỗi phương pháp giúp loại bỏ một loại chất thải khác nhau:
Quá trình xử lý cơ học thường được áp dụng để loại bỏ các tạp chất khơng tan, các loại tạp chất rắn cĩ kích cỡ lớn cĩ trong nước thải, bao gồm các tạp chất vơ cơ và hữu cơ cĩ trong nước thải như rơm cỏ, gỗ mẩu, bao bì, giấy, cát sỏi, dầu mỡ… Ngồi ra cịn cĩ các hạt lơ lửng ở dạng huyền phù khĩ lắng. Nĩ là một bước đệm nhằm đảm bảo tính an tồn cho các cơng trình và thiết bị của các quá trình xử lý tiếp theo của hệ thống xử lý nước thải.
Quá trình xử lý hố học là sử dụng hố chất giúp loại bỏ các loại vật chất lơ lửng phân tán rất nhỏ, hệ keo mà phương pháp xử lý cơ học khơng thể loại bỏ được hết. Ngồi ra cịn giúp chuyển dịch pH nước thải về pH trung tính và làm lắng các muối kim loại nặng để tách chúng ra khỏi nước thải.
Tuy nhiên, nếu các hợp chất hữu cơ trong nước thải được xử lý bằng phương pháp hố học thì chi phí xử lý sẽ rất lớn và lại gây ra một số vấn đề về mơi trường vì khi đĩ chất ơ nhiễm khơng được xử lý mà chỉ chuyển từ dạng ơ nhiễm này sang dạng ơ nhiễm khác. Cho nên nếu xử lý các hợp chất hữu cơ bằng phương pháp cơ học kết hợp với phương pháp hố lý nĩi chung thì hiệu quả xử lý thấp mà chi phí cao. Do đĩ, để xử lý nước thải nhiều chất hữu cơ dạng keo và hồ tan thì áp dụng phương pháp xử lý sinh học và hay gặp là phương pháp sinh học sử dụng vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí vì hiệu quả xử lý cao, chi phí thấp và khi nồng độ chất hữu cơ trong nước thải cần xử lý là khơng quá cao.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí được ứng dụng để xử lý các