7.1. Các yếu tố lựa chọn cơng trình xử lý nước thải
Như đã trình bày ở phần trước, nước thải trước khi xả vào nguồn cần thiết phải được xử lý để khơng làm ơ nhiễm mơi trường. Tùy theo loại nguồn nước mà chất thải sẽ xả vào chúng ta sẽ tham khảo bảng "giới hạn nồng độ tối đa của các chất ơ nhiễm trong nước thải" để biết mức độ cần thiết phải làm sạch nước thải. Tùy theo điều kiện tài chíïnh, diện tích, nhân lực của xí nghiệp để lựa chọn các hệ thống xử lý phù hợp. Để bảo đảm cho việc thiết kế hệ thống xử lý cần thiết phải thu thập các số liệu sau:
− Qui trình sản xuất của xí nghiệp (trong đĩ phải xác định khâu nào sinh ra nước thải? thành phần? bao nhiêu? kế hoạch giảm thiểu nước thải nếu cĩ?)
− Về lưu lượng nước thải cần thiết phải xác định tổng lượng nước thải/ng.đ, lưu lượng nước thải theo từng giờ trong ngày, sự biến thiên lưu lượng nước thải theo giờ, ca, mùa vụ sản xuất.
− Về thành phần nước thải: nên xác định các chỉ tiêu như BOD, COD, màu, SS, VSS, Total coliform, hàm lượng các hĩa chất khác nếu cĩ (theo đặc trưng của từng loại hình sản xuất)
− Các qui định về tiêu chuẩn liên quan
Khi thiết kế hệ thống xử lý chú trọng đến các điểm sau
Nhu cầu của chủ nhân hệ thống xử lý
Đây là một yếu tố quan trọng nhất là đối với các cộng đồng nhỏ chưa cĩ kinh nghiệm về xây dựng và vận hành các hệ thống xử lý. Nĩ liên hệ đến vấn đề vốn đầu tư, khả năng vận hành, nhân sự điều hành hệ thống, các thiết bị, kinh nghiệm và khả năng ảnh hưởng đến mơi trường.
Đối với tất cả các đề án, điều cần thiết nhất là kỹ sư thiết kế và chủ nhân phải hiểu rõ các mục tiêu, mục đích chung để thỏa mãn được nhu cầu của chủ nhân mà vẫn bảo đảm được yêu cầu cơ bản trong việc lựa chọn phương pháp xử lý (đạt tiêu chuẩn nước thải cho phép thải vào nguồn nước cơng cộng, cĩ hiệu quả kinh tế, giảm nhẹ các ảnh hưởng xấu đến mơi trường...)
Kinh nghiệm
Các kinh nghiệm về thiết kế và vận hành các hệ thống xử lý giúp ta cĩ thể dự đốn trước các khả năng và hạn chế của hệ thống xử lý để cĩ những biện pháp hỗ trợ, cải tiến thích hợp. Kiến thức về các hệ thống xử lý giúp cho các kỹ sư loại bỏ được các yếu tố khơng an tồn và tính tốn sai dẫn đến các thiết kế khơng phù hợp, lãng phí.
Đối với các qui trình mới, người kỹ sư chưa cĩ kinh nghiệm thì qui trình này phải được thử nghiệm cẩn thận ở các mơ hình cũng như trong thực tiễn.
Yêu cầu của các cơ quan quản lý mơi trường
Ở Việt Nam tiêu chuẩn nước thải được phép thải vào nguồn nước cơng cộng được ban hành bởi Bộ Tài nguyên và mơi trường. Trên nguyên tắc, các Sở Tài nguyên và mơi trường cĩ quyền đưa ra các tiêu chuẩn riêng của mình nhưng các tiêu chuẩn này khơng được thấp hơn tiêu chuẩn của Bộ. Do đĩ việc tìm hiểu các qui định, tiêu chuẩn của cơ quan quản lý là hết sức cần thiết để thiết kế hệ thống xử lý đạt yêu cầu của các cơ quan này.
Tương thích với những thiết bị hay hệ thống sẵn cĩ
Đối với việc nâng cơng suất, mở rộng một hệ thống xử lý sẵn cĩ phải chú ý đến qui trình và thiết bị mới phải tương thích với những cái cĩ sẵn để cĩ thể tận dụng được nguồn nhân lực, vật lực sẵn cĩ, tránh lãng phí.
Tài chính
Khả thi về mặt tài chính, các phân tích về mặt kinh tế nên dựa trên các chỉ tiêu như NPV (net present value), B/C (benefit/cost ratio), IRR (internal rate of return)... Các yếu tố về lạm phát cũng nên đưa vào để tính tốn. Phải ước tính được giá vận hành và bảo trì hệ thống bao gồm các chi phí về nhân cơng vận hành, năng lượng, vật tư và hĩa chất cung cấp cho hệ thống.
Các hệ thống nên mang lại hiệu quả kinh tế (thu lại do khơng phải trả thuế mơi trường, từ nguồn năng lượng, phân bĩn thu được)
Các vật tư, thiết bị
Các thiết bị sử dụng phải là các loại cĩ sẵn và dễ tìm trên thị trường để bảo đảm nhu cầu về phụ tùng thay thế khi cĩ sự cố, khơng làm gián đoạn việc vận hành hệ thống xử lý và tiến độ xây dựng.
Phải dự trù về khả năng cung cấp các loại vật tư sử dụng cho hệ thống kể cả điện năng trong tương lai để hệ thống khơng bị gián đoạn do vấn đề khan hiếm các loại vật tư này.
Nhân sự
Nhân sự để vận hành và bảo trì hệ thống sau này kể cả những kỹ thuật viên. Các nhân sự này phải được tập huấn về cơ chế xử lý, các sự cố cĩ thể xảy ra, cách khắc phục...
Các hệ thống xử lý phải tương ứng với trình độ kỹ thuật của địa phương, cĩ thể tận dụng nguồn nhân lực địa phương (giảm chi phí đầu tư, cũng như dễ dàng tìm nhân sự vận hành các thiết bị).
Cĩ khả năng nâng cơng suất khi nhà máy cĩ yêu cầu tăng sản lượng.
7.2. Xử lý nước thải sinh hoạt 7.2.1. Giới thiệu
Nước thải sinh hoạt là nước thải phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của các cộng đồng dân cư như: khu vực đơ thị, trung tâm thương mại, khu vực vui chơi giải trí, cơ quan cơng sở, … Thơng thường, nước thải sinh hoạt của hộ gia đình được chia làm hai loại chính: nước đen và nước xám. Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ơ nhiễm, chủ yếu là: chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng. Nước xám là nước phát sinh từ quá trình rửa, tắm, giặt, với thành phần các chất ơ nhiễm khơng đáng kể. Các thành phần ơ nhiễm chính đặc trưng thường thấy ở nước thải sinh hoạt là BOD5, COD, Nitơ và Phốt pho. Trong nước thải sinh hoạt, hàm lượng N và P rất lớn, nếu khơng được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng – một hiện tượng thường xảy ra ở nguồn nước cĩ hàm lượng N và P cao, trong đĩ các lồi thực vật thủy sinh phát triển mạnh rồi chết đi, thối rữa, làm cho nguồn nước trở nên ơ nhiễm.
Một yếu tố gây ơ nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt, đặc biệt là trong phân, đĩ là các loại mầm bệnh được lây truyền bởi các vi sinh vật cĩ trong phân. Vi sinh vật gây bệnh từ nước thải cĩ khả năng lây lan qua nhiều nguồn khác nhau, qua tiếp xúc trực tiếp, qua mơi trường (đất, nước, khơng khí, cây trồng, vật nuơi, cơn trùng…), thâm nhập vào cơ thể người qua đường thức ăn, nước uống, hơ hấp,…,và sau đĩ cĩ thể gây bệnh. Vi sinh vật gây bệnh cho người bao gồm các nhĩm chính là virus, vi khuẩn, nguyên sinh bào và giun sán.
Với thành phần ơ nhiễm là các tạp chất nhiễm bẩn cĩ tính chất khác nhau, từ các loại chất khơng tan đến các chất ít tan và cả những hợp chất tan trong nước, việc xử lý nước thải sinh hoạt là loại bỏ các tạp chất đĩ, làm sạch nước và cĩ thể đưa nước vào nguồn tiếp nhận hoặc đưa vào tái sử dụng. Việc lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp thường được căn cứ trên đặc điểm của các loại tạp chất cĩ trong nước thải. Các phương pháp chính thường được sử dụng trong các cơng trình xử lý nước thải sinh hoạt là: phương pháp hĩa học, phương pháp hĩa lý, và phương pháp sinh học.
Các phương pháp hĩa học dùng trong HTXLNT sinh hoạt gồm cĩ: trung hịa, oxy hĩa khử, tạo kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các hợp chất độc hại. Cơ sở của phương pháp này là các phản ứng hĩa học diễn ra giữa chất ơ nhiễm và hĩa chất thêm vào, do đĩ, ưu điểm của phương pháp là cĩ hiệu quả xử lý cao, thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước khép kín. Tuy nhiên, phương pháp hĩa học cĩ nhược điểm là chi phí vận hành cao, khơng thích hợp cho các HTXLNT sinh hoạt với quy mơ lớn.
Bản chất của phương pháp hố lý trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt là áp dụng các quá trình vật lý và hố học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đĩ để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hố học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hồ tan nhưng khơng độc hại hoặc gây ơ nhiễm mơi trường. Những phương pháp hố lý thường được áp dụng để xử lý nước thải là: keo tụ, tuyển nổi, đơng tụ, hấp phụ, trao đổi ion, thấm lọc ngược và siêu lọc… Giai đoạn xử lý hố lý cĩ thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơ học, hố học, sinh học trong cơng nghệ XLNT hồn chỉnh.
Bản chất của phương pháp sinh học trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt là sử dụng khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật cĩ ích để phân huỷ các chất hữu cơ và các thành phần ơ nhiễm trong nước thải. Các quá trình xử lý sinh học chủ yếu cĩ năm nhĩm chính: quá trình hiếu khí, quá trình trung gian anoxic, quá trình kị khí, quá trình kết hợp hiếu khí – trung gian anoxic – kị khí các quá trình hồ. Đối với việc xử lý nước thải sinh hoạt cĩ yêu cầu đầu ra khơng quá khắt khe đối với chỉ tiêu N và P, quá trình xử lý hiếu khí bằng bùn hoạt tính là quá trình xử lý sinh học thường được ứng dụng nhất.
Đối với HTXLNT sinh hoạt của Cơng ty TNHH Furukawa cơng suất 600 m3/ngày, yêu cầu của nước thải đầu ra khơng quá khắt khe (loại C, TCVN 5945:2005) nên cơng nghệ được chúng tơi lựa chọn sử dụng là phương pháp bùn sinh học hiếu khí. Các bước khảo sát và vận hành hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt của Cơng ty TNHH Furukawa sẽ được đề cập và tĩm tắt trong bài báo này.
7.2.2. Cơng nghệ xử lý
Hình 7.1: Sơ đồ cơng nghệ xử lý của HTXLNT sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt của 8000 cơng nhân thuộc Cơng ty TNHH Furukawa từ các
Hầm tự hoại được bơm vào Bể điều hịa. Vì nước thải có thành phần dầu mỡ tương đới cao nên ngăn tách dầu sẽ được lắp đặt tại bể điều hòa để tách dầu mỡ và các tạp chất nhẹ cĩ trong nước thải. Từ bể điều hịa, nước thải được đưa vào Bể sinh học hiếu khí
để được hòa trợn với bùn vi sinh hoạt tính để tạo thành hỡn hợp vi sinh và nước thải. Vi sinh vật hiếu khí trong hỗn hợp bùn hoạt tính sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải dưới dạng thức ăn thành các hợp chất đơn giản hơn và vơ hại với mơi trường. Hỡn hợp vi sinh và nước thải được chảy vào Bể lắng, nơi bùn hoạt tính được lắng lại và nén ở đáy bể. Bùn lắng được tuần hoàn (khoảng 25-80 % tởng lưu lượng) vào bể sinh học hiếu khí để duy trì nờng đợ vi sinh ởn định trong bể. Nước sau lắng đạt tiêu chuẩn mơi trường loại C, TCVN 5945:2005 và được đưa vào nguồn tiếp nhận.
Cơng đoạn xử lý cuới cùng là xử lý và thải bỏ bùn từ bể lắng. Bùn từ bể lắng được bơm vào Bể phân hủy bùn hiếu khí nơi phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong bùn trong mơi trường hiếu khí. Sau xử lý, bùn chỉ còn chứa chất vơ cơ và các chất rắn vi sinh. Bùn tại đáy bể của bể phân hủy bùn được bơm đến nơi xử lý sau mỡi 6 (hay 12 tháng). Nước thải sinh hoạt Hầm tự hoại Hầm tự hoại Bể điều hịa Bể điều hịa Bể Aerotank Bể Aerotank Bể lắng Bể lắng Bể phân hủy bùn kỵ khí Bể phân hủy bùn kỵ khí Máy thổi khí Nguồn tiếp nhận Ơ chơn lấp Ngăn tách dầu mỡ Ngăn tách dầu mỡ
7.3. Xử lý nước thải tinh bột mỳ 7.3.1. Giới thiệu
Sản xuất tinh bột khoai mì là một ngành thực phẩm chính ở Đơng Nam Á. Cơng nghiệp chế biến tinh bột khoai mì là một ngành cơng nơng nghiệp làm theo thời vụ, sử dụng khoai mì làm nguyên liệu chính. Tinh bột khoai mì là một trong các nguồn cĩ hàm lượng tinh bột cao nhất, củ khoai mì chứa đến 30% hàm lượng tinh bột nhưng cĩ hàm lượng protein, cacbonhydrate và chất béo thấp. Đĩ là nguồn thức ăn cho cuộc sống con người và là nguồn nguyên liệu cho các ngành cơng nghiệp chế biến thực phẩm.
Sơ đồ cơng nghệ sản xuất tinh bột mỳ:
Hình 7.2: Sơ đồ qui trình SX tinh bột mỳ
Hầu hết các cơng nghệ sản xuất tinh bột mì trên thế giới và ở Việt Nam được sử dụng đều thải nước thải từ hai cơng đoạn rửa củ và ly tâm, trích ly, loại nước. Trung bình lượng nước sử dụng khoảng 4 m3/1 tấn nguyên liệu và 4 tấn nguyên liệu cho một tấn sản phẩm. Đặc trưng nước thải loại này là cĩ hàm lượng chất hữu cơ cao, cĩ khả năng gây ơ nhiễm mơi trường trên diện rộng. Theo số liệu phân tích và đánh giá các nhà máy, nồng độ 2 chỉ tiêu đặc trưng của nước thải loại này vào khoảng BOD từ 6.000 – 9.000 mg/l, COD từ 8.000 – 13.000 mg/l. Đây là nguồn ơ nhiễm nước rất nghiêm trọng.
Thành phần hĩa học
Thành phần hĩa học của khoai mì thay đổi tùy thuộc vào giống trồng, tính chất, độ dinh dưỡng của đất, điều kiện phát triển của cây và thời gian thu hoạch.
Bảng 2.1. Thành phần hố học của khoai mì
Độc tố CN−: Độc tố trong khoai mì tồn tại dưới dạng CN. Tùy thuộc vào giống và đất trồng mà hàm lượng độc tố trong khoai mì khoảng 0,001 – 0,04%. Cyanua là nguyêntố gây độc tính cao đối với con người và thủy sinh vật. Cyanua tự do tồn tại dưới dạng HCN hay CN− là dạng độc tính nhất trong nước là HCN. Cyanua ngăn cản quá trình chuyển hĩa các ion vào da, túi mật, thân, ảnh hưởng đến quá trình phân hĩa tế bào trong hệ thần kinh..
7.3.2. Tổng quan cơng nghệ xử lý nước thải tinh bột mỳ
Xử lý bậc 1: là bước ban đầu chuẩn bị cho xử lý sinh học, trong quá trình xử lý này thường cĩ các quá trình xử lý sau: song chắn rác hoặc lưới chắn rác, bể lắng cát, bể điều hịa, bể trung hịa, bể thổi khí sơ bộ, bể lắng đợt 1.
Song chắn rác: thường cĩ kích thước khe hở <15 mm, cĩ thể giử lại các tạp chất thơ như xác bã khoai mì, lá cây… rác lấy bằng phương pháp thủ cơng hoặc thiết bị cào
rác cơ khí. Thơng thường song chắn rác hoặc lưới chắn rác được đặt trước bơm nước thải để bảo vệ bơm bị nghẹt bởi rác lớn, tắc nghẽn ống dẫn bùn, hoặc dính chặt trên các ống khuếch tán khí trong xử lý sinh học.
Bể lắng cát: cĩ nhiệm vụ loại bỏ cát, mảnh kim loại… trong nguyên liệu, trong nước thải vệ sinh nhà xưởng, cặn này cĩ tính chất dễ tách nước, trơ, tương đối khơ, độ ẩm khoảng 13 – 65%. Trọng lượng riêng khoảng 1600kg/m3, nếu cát khơng được tách ra khỏi nước thải, cĩ thể gây ảnh hưởng lớn đến các cơng trình phía sau như mài mịn thiết bị, lắng cặn trong đường ống. Bể lắng cát thường cĩ 3 loại: (1) lắng cát ngang, trịn, vuơng; (2) lắng cát thổi khí; (3) bể lắng cát xốy. Trong nước thải chế biến tinh bột mì, thường cĩ hàm lượng cát đáng kể, vì vậy trong cơng nghệ xử lý cần thiết phải cĩ bể lắng cát.
Bể gạn mủ: cĩ nhiệm vụ thu hồi lượng tinh bột cịn sĩt lại sau cơng đoạn ly tâm, lượng tinh bột này thường nhẹ hơn nước, nổi lên được vớt đem bán cho các ngành khác để tái sử dụng
Bể điều hịa: tùy thuộc vào cơng nghệ sản xuất, nguyên liệu và sản phẩm mà lưu lượng và thành phần tính chất nước thải của từng xí nghiệp sẽ khác nhau, nhìn chung là dao động khơng đều trong một ngày đêm. Sự dao động nồng độ và lưu lượng nước