Hệ thống xử lý nước thải

Công nghệ xử lý AAO

AAO là viết tắt của Anaerobic (kỵ khí) – Anoxic (yếm khí) – Oxic (hiếu khí). Công nghệ xử lý AAO là quá trình xử lý sinh học liên tục sử dụng các hệ vi sinh vật kị khí, yếm khí và hiếu khí để phân hủy các chất ô nhiễm trong nước thải. Dưới tác dụng phân giải các chất ô nhiễm của hệ vi sinh vật mà chất ô nhiễm được xử lý trước khi thải ra môi trường.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

QUÁ TRÌNH XỬ LÝ ANAEROBIC (XỬ LÝ SINH HỌC KỊ KHÍ)

Trong các bể kỵ khí xảy ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ hòa tan và các chất dạng keo trong nước thải với sự tham gia của hệ vi sinh vật kỵ khí. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển, vi sinh vật kỵ khí sẽ hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành các hợp chất ở dạng khí. Bọt khí sinh ra bám vào các hạt bùn cặn. Các hạt bùn cặn này nổi lên trên làm xáo trộn, gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng.
Quá trình phân hủy chất hữu cơ của hệ vi sinh kị khí được thể hiện bằng các phương trình sau:
(i) Chất hữu cơ + VK kỵ khí → CO2 + H2S + CH4 + các chất khác + năng lượng
(ii) Chất hữu cơ + VK kỵ khí + năng lượng → C5H7O2N (Tế bào vi khuẩn mới)
Trong đó: C5H7O2N: là công thức hóa học thông dụng để đại diện cho tế bào vi khuẩn
Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas.
Quá trình phân hủy kỵ khí được chia thành 3 giai đoạn chính: phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử, tạo các axit, tạo methane.

QUÁ TRÌNH XỬ LÝ ANOXIC (XỬ LÝ SINH HỌC THIẾU KHÍ)

Tại bể anoxic diễn ra quá trình nitrat hóa và Photphorit để xử lý N, P

– Quá trình Nitrat hóa xảy ra như sau:

Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosonas và Nitrobacter. Trong môi trường thiếu oxy, các loại vi khuẩn này sẻ khử Nitrat (NO3-) và Nitrit (NO2-) theo chuỗi chuyển hóa:

NO3- → NO2- → N2O → N2↑

Khí nitơ phân tử N2 tạo thành sẽ thoát khỏi nước và ra ngoài. Như vậy là nitơ đã được xử lý.

– Quá trình Photphorit hóa:

Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu cơ chứa photpho sẽ được hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất mới không chứa photpho và các hợp chất có chứa photpho nhưng dễ phân hủy đối với chủng loại vi khuẩn hiếu khí.

Để quá trình Nitrat hóa và Photphoril hóa diễn ra thuận lợi, tại bể Anoxic bố trí máy khuấy chìm với tốc độ khuấy phù hợp. Máy khuấy có chức năng khuấy trộn dòng nước tạo ra môi trường thiếu oxy cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển. Ngoài ra, để tăng hiệu quả xử lý và làm nơi trú ngụ cho hệ vi sinh vật thiếu khí, tại bể Anoxic lắp đặt thêm hệ thống đệm sinh học được chế tạo từ nhựa PVC, với bề mặt hoạt động 230 ÷ 250 m2/m3. Hệ vi sinh vật thiếu khí bám dính vào bề mặt vật liệu đệm sinh học để sinh trưởng và phát triển.

QUÁ TRÌNH OXIC (XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ)

Các phản ứng chính xảy ra trong bể xử lý sinh học hiếu khí như:

(i) Quá trình Oxy hóa và phân hủy chất hữu cơ:

Chất hữu cơ + O2 → CO2 + H2O + năng lượng

(ii) Quá trình tổng hợp tế bào mới:

Chất hữu cơ + O2 + NH3 → Tế bào vi sinh vật + CO2 + H2O + năng lượng

(iii) Quá trình phân hủy nội sinh:

C5H7O2N + O2 → CO2 + H2O + NH3 + năng lượng

Nồng độ bùn hoạt tính duy trì trong bể Aeroten: 3500 mg/l, tỷ lệ tuần hoàn bùn 100%. Hệ vi sinh vật trong bể Oxic được nuôi cấy bằng chế phẩm men vi sinh hoặc từ bùn hoạt tính. Thời gian nuôi cấy một hệ vi sinh vật hiếu khí từ 45 đến 60 ngày. Oxy cấp vào bể bằng máy thổi khí đặt cạn hoặc máy sục khí đặt chìm.

ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ

Sử dụng hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải để xử lý và chuyển hóa các chất ô nhiễm mà VSV có thể xử lý.
Quá trình xử lý: Yếm khí (A) xử lý tải lượng BOD, COD, phốt-pho cao, thiếu khí (A) xử lý ni-tơ và một lượng nhỏ BOD, COD, hiếu khí (O) xử lý phần BOD còn lại và chuyển hóa ni-tơ.
Tùy vào tính chất nước thải mà có thể sử dụng 1, 2 hoặc cả 3 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.
Xử lý hiệu quả BOD, COD, Ni-tơ và Phốt-pho.
Xử lý được nước thải có tải lượng ô nhiễm hữu cơ cao.

NHƯỢC ĐIỂM

Do sử dụng VSV sống nên nhạy cảm với nhiệt độ, pH, SS, kim loại nặng và các chất độc khác có trong nước thải đầu vào.
Diện tích chiếm đất vào loại trung bình khá.

ÁP DỤNG

AAO: Nước thải ngành thực phẩm, chăn nuôi, giết mổ, dệt nhuộm… có tải lượng chất ô nhiễm hữu cơ cao (BOD, COD, phốt-pho cao).
AO: Áp dụng cho các loại nước thải có chứa hàm lượng ni-tơ cao, BOD, COD ở mức trung bình (nước thải sinh hoạt nói chung, khu công nghiệp, chăn nuôi, giết mổ…).
O: nước thải cần xử lý lượng trung bình BOD, COD, ít Ni-tơ

Công nghệ xử lý MBR

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Cơ sở của quá trình lọc màng sinh học bao gồm bể hiếu khí và bể anoxic. Các mô – đun màng sẽ được ngâm trong bể hiếu khí – nơi các chất hữu cơ (BOD) sẽ bị suy giảm về mặt sinh học bởi bùn than hoạt tính. Khi đó, nồng độ MLSS (Hàm lượng chất rắn lơ lửng trong bùn) của hệ thống MBR là 10 – 20 g/l so với 3 – 4 g/l trong các hệ thống bùn than hoạt tính thông thường. Vậy nên thời gian lưu giữ ở bể MBR chỉ bằng 30% so với các hệ thống thông thường.

Tiếp đó, các màng trong bể sẽ tách chất rắn lơ lửng khởi chất lỏng qua quá trình lọc. Vì kích thước lỗ rỗng của màng là 0.1 micron nên không chỉ các chất rắn lơ lửng mà cả các vi khuẩn như vi khuẩn conliform cũng bị loại bỏ.
Sau khi màng giữ lại hết các cáu cặn, vi khuẩn,… nước sạch sẽ được bơm ra bên ngoài. Còn các chất bẩn sẽ rụng xuống bể và đưa ra bên ngoài

ƯU ĐIỂM

Nhỏ gọn.
Chất lượng nước đầu ra luôn tốt hơn các công nghệ thông thường và công nghệ sử dụng giá thể, có thể tái sử dụng nước thải.

NHƯỢC ĐIỂM

Có thể bị tắc màng.
Chi phí đầu tư và thay thế màng MBR lớn.
Khó thay thế, sửa chữa màng do phải nhập khẩu màng.

ÁP DỤNG

Xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải sản xuất của 1 số nhóm ngành
Cải thiện chất lượng nước sau xử lý
Tăng công suất trạm hay Nhà máy XLNT
Quy mô công trình
- Các công trình có ít diện tích, cần hệ thống nhỏ gọn.
- Công suất nhỏ đến trung bình.
- Các công trình có nhu cầu tái sử dụng nước thải.

Công nghệ xử lý MBBR

GIÁ THỂ VI SINH DI ĐỘNG MBBR ( Moving bed biofilm reactor): là loại giá thể sử dụng trong hệ thống xử lý nước thải, kết hợp quá trình xử lý sinh học thiếu khí hoặc hiếu khí truyền thống và giá thể sinh học dính bám nhằm tối ưu hoá hiệu suất xử lý của các thành phần ô nhiễm.

Bản chất của công nghệ MBBR là quá trình CAS/AAO/AO, bổ sung thêm giá thể di động. Giá thể di động giúp tăng diện tích bề mặt cho vi sinh dính bám, từ đó tăng đáng kể nồng độ MLSS (Mixed liquor suspended solids – Thể hiện nồng độ chất rắn lơ lửng trong bể sục khí). Nồng độ MLSS càng cao, diện tích yêu cầu để xây dựng hệ thống xử lý càng nhỏ

NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

Nguyên lý chính là vi sinh vật (VSV) phát triển tạo thành lớp màng trên giá thể lơ lửng ngập trong nước thải; những giá thể chuyển động được trong bể nhờ hệ thống sục khí (hiếu khí) hoặc cánh khuấy (yếm khí). Bể MBBR được thiết kế để loại bỏ BOD, COD và ni-tơ trong nước thải, lượng bùn sinh ra ít… có thể phù hợp để xử lý nước thải

Bể sinh học kết hợp giá thể lơ lửng MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể thiếu khí.

Trong bể hiếu khí sự chuyển động của các giá thể được tạo thành do sự khuyếch tán của những bọt khí có kích thước trung bình từ máy thổi khí.
Trong bể thiếu khí thì quá trình này được tạo ra bởi sự xáo trộn của các giá thể trong bể bằng cánh khuấy.

ƯU ĐIỂM

Diện tích xây dựng và thời gian lưu nước ít hơn so với AO/A2O thông thường.
Hệ vi sinh bền: các giá thể vi sinh tạo cho màng sinh học một môi trường bảo vệ, do đó, hệ vi sinh xử lý dễ phục hồi.
Mật độ vi sinh cao: so với bể thổi khí thông thường, mật độ vi sinh xử lý trong mỗi đơn vị thể tích cao hơn, do đó thể tích bể xử lý nhỏ hơn và hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao hơn.
Chủng vi sinh đặc trưng: các nhóm vi sinh khác nhau phát triển giữa các lớp màng vi sinh, điều này giúp cho các lớp màng sinh học phát triển theo xu hướng tập trung vào các chất hữu cơ chuyên biệt.
Tiết kiệm năng lượng.
Dễ vận hành, dễ dàng nâng cấp.
Tải trọng cao, biến động ô nhiễm lớn: khả năng phát triển của màng sinh học theo tải trọng tăng dần của chất hữu cơ làm cho bể MBBRcó thể vận hành ở tải trọng cao và biến động lớn. Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90%.
Dễ kiểm soát hệ thống: có thể bổ sung giá thể Biofilm tương ứng với tải trọng ô nhiễm và lưu lượng nước thải.
Tiết kiệm diện tích: giảm 30-40% thể tích bể so với công nghệ bùn hoạt tính lơ lửng và có thể kết hợp với nhiều công nghệ xử lý khác.

NHƯỢC ĐIỂM

Cần các công trình lắng, lọc phía sau MBBR
Tuỳ chất lượng giá thể ( MBBR) mà khả năng bám dính của vi sinh vật khác nhau( bám dính chắc hoặc dễ bị trôi)

Thông thường giá thể rất dễ vỡ sau một thời gian sử dụng

ÁP DỤNG

Các loại nước thải chứa các chất ô nhiễm có thể phân hủy sinh học.
Các công trình có diện tích trung bình

Công nghệ xử lý SBR

SBR ( Sequencing Batch Reactor): là bể xử lý nước thải theo phương pháp sinh học theo quy trình phản ứng từng mẻ liên tục, diễn ra trong cùng một bể.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Hệ thống SBR gồm 2 cụm bể: cụm bể Selectorvà cụm bể C – tech. Nước được dẫn vào bể Selector trước sau đó mới qua bể C – tech.
Bể Selector được sục khí liên tục tạo điều kiện cho quá trình xử lý hiếu khí diễn ra tại đây. Nước sau đó dược chuyển sang bể C-tech, tại đây diễn ra 5 pha theo thứ tự:

Nguyên tắc hoạt động trong bể SBR

– Fill (Làm đầy): Nước thải được bơm vào bể SBR trong thời gian 1-3 giờ, trong bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tuỳ theo mục tiêu xử lý, hàm lượng BOD đầu vào, quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: làm đầy – tĩnh, làm đầy – hòa trộn, làm đầy – sục khí, tạo môi trường thiếu khí và hiếu khí trong bể, tạo điều kiện cho hệ vi sinh vật phát triển và hoạt động mạnh mẽ. trong bể diễn ra quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ, loại bỏ một phần BOD/COD trong nước thải;

– React (Pha phản ứng, thổi khí): Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính bằng sục khí hay làm thoáng bề mặt để cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp. Thời gian của pha này thường khoảng 2 giờ, tùy thuộc vào chất lượng nước thải. Trong pha này diễn ra quá trình nitrat hóa, nitrit hóa và oxy hóa các chất hữu cơ. Loại bỏ COD/BOD trong nước và xử lý các hợp chất Nitơ. Quá trình nitrat hóa diễn ra một cách nhanh chóng: sự ôxy hóa amoni (NH₄⁺) được tiến hành bởi các loài vi khuẩn Nitrosomonas quá trình này chuyển đổi amoniac thành nitrit (NO₂^–). Các loại vi khuẩn khác như Nitrobacter có nhiệm vụ ôxy hóa nitrit thành nitrat (NO₃^–)

NH₄⁺+3/2O₂ → NO₂^– + H₂O + 2H⁺(Nitrosomonas)

NO₂^– + 1/2 O₂→ NO₃^– (Nitrobacter)

Trong giai đoạn này cần kiểm soát các thông số đầu vào như: DO, BOD, COD, N, P, cường độ sục khí, nhiệt độ, pH… để có thể tạo bông bùn hoạt tính hiệu quả cho quá trình lắng sau này.

– Settle (Lắng): trong pha này ngăn không cho nước thải vào bể SBR, không thực hiện thổi khí và khuấy trong pha này nhằm mục đích lắng trong nước trong môi trường tĩnh hoàn toàn. Đây cũng là thời gian diễn ra quá trình khử nitơ trong bể với hiệu suất cao. Thời gian diễn ra khoảng 2 giờ. Kết quả của quá trình này là tạo ra 2 lớp trong bể, lớp nước tách pha ở trên và phần cặn lắng chính là lớp bùn ở dưới.

– Draw (Rút nước): Nước đã lắng sẽ được hệ thống thu nước tháo ra không bao gồm cặn lắng nhờ thiết bị Decantor. Rút nước trong khoảng 0.5 giờ.

– Idle (Ngưng): Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian vận hành 4 pha trên và vào số lượng bể, thứ tự nạp nước nguồn vào bể.

– Xả bùn dư: Xả bùn dư là được thực hiện trong giai đoạn lắng nếu như lượng bùn trong bể quá cao, hoặc diễn ra cùng lúc với quá trình rút nước. Giai đoạn rất quan trọng trong việc giúp cho bể hoạt động liên tục, một phần được thu vào bể chứa bùn,một phần tuần hoàn vào bể Selector, phần còn lại được giữ trong bể C – tech việc xả bùn thường được thực hiện trong giai đoạn lắng hoặc tháo nước trong.

SBR được ứng dụng rộng rãi tại các nước như Mĩ, Anh trong những hai thập kỷ qua, tại Canada cũng được áp dụng nhưng lại bị hạn chế nên vì hệ thống cần sự điều khiển chính xác hoàn toàn và tự động. Vì thế để khắc phục nhược điểm trên, hệ thống đã được thiết kế điều khiển bằng hệ thống PLC (Programmable Logic Controller), giúp cho mọi hoạt động diễn ra một cách chính xác và giảm thời gian cũng như chi phí vận hành.

Trong bể SBR có những điểm tương đương với các bể trong hệ thống xử lý sinh học theo phương pháp truyền thống:

Bể hiếu khí: nước thải đi vào bể SBR được sục khí khuấy trộn hệ thống bùn hoạt tính.

Bể lắng thứ cấp: nước thải sau khi qua pha phản ứng sẽ không được sục khí và khuấy trộn nhằm mục đích lắng để tách nước trong và cặn lắng. Bùn được tuần hoàn trong hệ thống tương tự như bước tuần hoàn bùn trong hệ thống aerotank truyền thống.

ƯU ĐIỂM

Không cần xây dựng bể lắng 1, lắng 2, aerotank hay thậm chí là cả Bể điều hòa.
Chế độ hoạt động có thể thay đổi theo nước đầu vào nên rất linh động.
Giảm được chi phí do giảm thiểu nhiều loại thiết bị so với qui trình cổ điển.

NHƯỢC ĐIỂM

Kiểm soát quá trình rất khó, đòi hỏi hệ thống quan trắc các chỉ tiêu tinh vi, hiện đại.
Do có nhiều phương tiện điều khiển hiện đại nên việc bảo trì bảo dưỡng trở nên rất khó khăn.
Có khả năng nước đầu ra ở giai đoạn xả ra cuốn theo các bùn khó lắng, váng nổi.
Do đặc điểm là ko rút bùn ra nên hệ thống thổi khí dễ bị nghẹt bùn.
Nếu các công trình phía sau chịu sốc tải thấp thì phải có bể điều hòa phụ trợ.

ÁP DỤNG

Xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải KCN tập trung
Dự án quy mô lớn.
Các công trình có diện tích trung bình.

Công nghệ xử lý hoá lý

A. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG LÝ HỌC

Để tách các chất này ra khỏi nước thải sử dụng các phương pháp cơ học như lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực ly tâm và lọc.

Có các phương pháp xử lý nước thải sau:

Xử lý nước thải bằng phương pháp lắng cát

Bể lắng cát để tách các tạp chất vô cơ không tan có kích thước từ 0,2mm đến 2mm ra khỏi nước thải nhằm đảm bảo an toàn cho bơm khỏi bị cát, sỏi bào mòn, tránh tắc đường ống dẫn và tránh ảnh hưởng đến các công đoạn xử lý sau. Bể lắng cát chia thành 2 loại: bể lắng ngang và bể lắng đứng. Ngoài ra để tăng hiệu quả lắng cát, bể lắng cát thổi khí cũng được sử dụng rộng rãi.

Vận tốc dòng chảy trong bể lắng ngang không được vượt quá 0,3 m/s. Vận tốc này cho phép các hạt cát, các hạt sỏ và các hạt vô cơ khác lắng xuống đáy, còn hầu hết các hạt hữu cơ khác không lắng và được xử lý ở các công trình tiếp theo.

Xử lý nước thải bằng tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất ở dạng rắn hoặc lỏng phân tán không tan, tự lắng kém khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp khác quá trình này còn được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt. Trong xử lý nước thải, quá trình tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng, làm đặc bùn sinh học. Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là có thể khử hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn.

Xử lý nước thải bằng phương pháp sử dụng song chắn rác

Nước thải trước khi đi vào hệ thống xử lý trước hết phải được đi qua song chắn rác. Tại đây các loại rác trôi nổi có kích thước lớn như giẻ, rác, vỏ đồ hộp, rác cây, bao nilon…sẽ được giữ lại. Rác có kích thước lớn sẽ được giữ lại ở song chắn rác nên tránh được tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn nước thải. Chắn rác là bước quan trọng nhằm đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải.

Song chắn rác được phân thành tùy theo kích thước khe hở, loại thô, trung bình và mịn. Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100 mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25 mm. Theo hình dạng có thể phân thành song chắn rác và lưới chắn rác. Song chắn rác cũng có thể đặt cố định hoặc di động.

Song chắn rác được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn của song chắn có thể tròn, vuông hoặc hỗn hợp. Song chắn tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhất nhưng nhanh bị tắc bởi các vật giữ lại. Do đó, thông dụng hơn cả là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau và cạnh tròn phía trước hướng đối diện với dòng chảy.

B. PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA – LÝ

Xử lý nước thải bằng phương pháp trung hòa

Trong nước thải có chứa acid vô cơ hoặc kiềm nên cần được trung hòa để đưa pH về mức 6,5 – 8,5 trước khi nước thải được đưa vào nguồn nhận hoặc công nghệ xử lý tiếp theo. Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách:

Trộn lẫn nước thải acid và nước thải kiềm.
Bổ sung hóa học.
Lọc nước acid qua vật liệu có tác dụng trung hòa.
Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước acid.

Xử lý nước thải bằng keo tụ tạo bông

Trong nước thải các hạt một phần thường tồn tại ở dạng keo mịn phân tán, kích thước thường từ 0,1 – 10 micromet. Các hạt này lơ lửng không nổi cũng không lắng nên tương đối khó tách loại. Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Để phá vỡ tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt quá trình này được gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với các hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông.