công nghệ xử lý nước thải

Các phương pháp xử lý nước thải hiện nay

GIỚI THIỆU

Respirometry là một thuật ngữ chung bao gồm một số kỹ thuật để có được ước tính

về tỷ lệ trao đổi chất của vật có xương sống , động vật , thực vật , mô, tế bào hoặc các vi sinh vật thông qua một biện pháp gián tiếp sản xuất nhiệt

Các thiết bị lên men (fermentation plant) sử dụng nguyên liệu thô để biến đổi thành một loạt các sản phẩm Trong các quá trình riêng, một số lượng các loại phế liệu khác nhau được thải ra Các chất thải điển hình bao gồm thành phần hữu cơ không phân hủy

và vô cơ trung gian, các tế bào vi khuẩn và các chất rắn lơ lửng khác, chất trợ lọc, nước rửa từ công đoạn làm sạch, nước làm mát động cơ, nước của dung môi, axit, kiềm, nước thải sinh hoạt Trước đây, các chất thải đó có thể được thải trực tiếp xuống khu đất hay nguồn nước gần đó Đây là phương pháp đơn giản và rẻ tiền nhưng hiện nay thì nó rất ít khi được áp dụng, bởi vì nó rất có hại cho môi trường Với mật độ dân số ngày càng tăng

và công nghiệp mở rộng, việc nhận thức về ô nhiễm môi trường đã nâng cao, nhu cầu xử

lý và điều khiển việc xử lý đã đang và sẽ phát triển Chính quyền và các cơ quan đã tích cực hơn trong việc phòng chống ô nhiễm môi trường do nước thải sinh hoạt và công nghiệp Hiện nay, pháp luật của hầu hết các nước phát triển đều quy định về việc xả chất thải, có thể là khí đốt, chất lỏng hoặc chất rắn (Fisher, 1977; Hill, 1980; Masters năm 1991; Brown, 1992) Pháp luật ở Anh quy định về việc xử lý chất thải và ô nhiễm môi trường được ban hành bởi Luật Ô Nhiễm Môi Trường 1990 (HMSO, 1990, 1991) Chúng

ta có thể tìm hiểu thêm thông tin về pháp luật cũng như chính sách về môi trường trong các văn bản sau đây: Haigh (1990); Tromans (1991) và Hughes (1992)

Với các chất thải lỏng, chúng có thể được xử lý qua hệ thống xử lý nước thải đô thị (STW) Thông thường, việc xử lý phụ thuộc vào thành phần, độ đậm đặc (hay độ cứng)

và tốc độ dòng chảy trong một đơn vị thể tích của nước thải STWs đã lên kế hoạch xử lý nước thải của chế phẩm liên tục với tốc độ dòng chảy ổn định thích hợp Vì vậy, nếu quá trình sản xuất công nghiệp lớn và liên tục xả nước thải thì cần phải có một bể chứa để điều hòa dòng nước thải (tham khảo thêm trong tài liệu [2], trang 289) Ở một số nơi, hệ

TP.Hồ Chí Minh, 10/2013

thống cống chưa đủ hoặc chất thải nhiều dẫn đến các công ty xử lý nước thải và cơ quan quản lý phải xử lý sơ bộ trước khi xả xuống cống Trong một số trường hợp, thiết bị xử lý nước thải phải được lắp tại nhà máy Việc xả bất kỳ loại nước thải nào xuống cống đều được tính phí và chi trả cho các công ty xử lý

Thông thường, nước thải đã xử lý không chứa các chất độc hại ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thực vật thủy sinh, động vật Thật không may, hầu hết các chất thải đều chứa lượng chất hữu cơ cao có thể dễ dàng bị oxy hóa (bởi sự tấn công của vi sinh vật) và do

đó làm suy yếu đáng kể nồng độ oxy hòa tan trong nước (trừ khi nước thải đó loãng hơn) Điều này được thể hiện qua “đường cong nồng độ oxi hòa tan” (the oxygen sag curve) trong hình 11.1(tham khảo thêm trong tài liệu [4], trang 38) Các loài thủy sinh khác nhau chịu đựng nồng độ oxy tối thiểu khác nhau (kết quả là một số loài sẽ chết ở các vùng nước ô nhiễm) và trong các vùng khác nhau với sự gia tăng mật độ cá thể sẽ làm cho nồng độ oxy ngày càng thấp đi

Hình 11.1 Đường cong nồng độ oxy hòa tanNước thải có thể được xử lý bằng nhiều cách khác nhau: thu hồi các phế phẩm hữu

cơ (như chất thải rắn) và bán chúng để tạo thành sản phẩm phụ bổ sung trong thức ăn gia súc hoặc một chất dinh dưỡng sử dụng trong môi trường lên men (fermentation media) (chương 4) Việc bán sản các chất hữu cơ đó giúp bù đắp chi phí cho quá trình xử lý Điều này khiến chúng ta nhận ra rằng nước không còn là nguyên vật liệu rẻ nữa (chương

4, 12), do đó chúng ta sẽ có lợi thế khi tái sử dụng và giảm thiểu lượng sử dụng nước, đó

là điều tốt (Ashley, 1982) Hiển nhiên, việc giữ vệ sinh tốt sẽ dẫn đến giảm lượng nước

sử dụng và khối lượng nước thải ra Hiện nay, việc kiểm soát ô nhiễm (kết hợp với tái chế

và tái sử dụng nguyên vật liệu, giảm thiểu chất thải và chất thải tại nguồn) là những yếu

tố quan trọng (được xem xét đến trong việc thiết kế và hoạt động của bất kỳ cơ sở sản xuất nào) và nó sẽ cs thể là đối tượng của bộ luật mới trong lĩnh vực này (Lading, năm 1992; Donaldson, năm 1993; McLeod và O'Hara, 1993)

NỒNG ĐỘ OXY HÒA TAN LÀ CHỈ TIÊU QUAN TRỌNG ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC

Từ lâu, oxy là điều cần thiết cho sự sống còn của hầu hết các sinh vật, quan trọng là phải đảm bảo đầy đủ lượng oxy hòa tan trong sông (bể, bể nhân tạo), nếu chúng được quản lý thỏa đáng Tốt nhất, nồng độ oxy tối thiểu là 90% trong nồng độ bão hòa ở nhiệt

độ môi trường và độ mặn của nước Do đó, điều quan trọng là phải hiểu được nước thải

có chứa các dung dịch và chất rắn hữu cơ ảnh hưởng như thế nào đến nồng độ oxy hòa tan Một phương pháp đánh giá được sử dụng rộng rãi là "nhu cầu oxy sinh hóa" (BOD), BOD là thước đo lượng oxy cần thiết để các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước thải (ở một nhiệt độ và trong một khoảng thời gian xác định ) Nồng độ oxy trong nước thải hoặc sự pha loãng nó ra, được xác định trước và sau khi nuôi cấy trong bóng tối ở 20o trong 5 ngày Lượng oxy giảm có thể xác định bằng phương pháp chuẩn độ và kết quả được biểu diễn ở dạng số mg oxy trung bình trên mỗi dm3 mẫu Các chất khoáng dinh dưỡng và các chủng vi khuẩn giống thích hợp thường được thêm vào các mẫu ban đầu để đảm bảo điều kiện phát triển tốt nhất Những thử nghiệm chỉ là một ước tính sự phân hủy sinh học của nguyên liệu đầu vào (ở đây là các chất hữu cơ), do

đó phải hạn chế và chống lại các hợp chất đó là điều không thể bỏ qua được (SCA,1989).Việc kiểm tra BOD tuy mất đến 5 ngày, nhưng nó là cần thiết để xác định “nhu cầu oxy hóa học” (COD), COD là một phép kiểm tra hóa học chỉ cần vài giờ để hoàn thành Dựa trên việc xử lý mẫu với một lượng xác định kali dicromat trong môi trường axit được đun sôi, trong 2,5-4 giờ và sau đó chuẩn hóa lượng dicromat dư bằng sắt II amoni

sulfat (Fe(NH4)2(SO4)2) (HMSO, 1972) (tham khảo thêm trong tài liệu [4], trang 25) Các chất hữu cơ bị oxy hóa tỉ lệ với lượng kali dicromat đã dùng Trong các thí nghiệm trên, hầu hết các chất đều bị oxy hóa gần như hoàn toàn, bao gồm cả những chất không phân hủy sinh học Trong một số trường hợp mà các cơ chất gây độc cho vi sinh vật, COD là phương pháp phù hợp để đánh giá mức độ xử lý cần thiết Tỉ lệ BOD:COD cho nước thải thường giữa 0,2:1 và 0,5:1 Tỉ lệ này tương đối ổn định trong các nước thải sinh hoạt Nước thải công nghiệp (có các thành phần và tải trọng khác nhau) có tỉ lệ BOD:COD dao động đáng kể Tỉ lệ BOD:COD rất thấp sẽ đòi hỏi một nồng độ các chất hữu cơ không phân hủy sinh học cao và như vậy quá trình xử lý sinh học sẽ không hiệu quả (Ballinger and Lishka, 1962; Davis, 1971).Các kiểm tra thay thế có thể dùng được để biểu thị nhu cầu về oxy của nước thải, bao gồm cả giá trị của tổng cacbon hữu cơ (TOC) và giá trị pemaganat (HMSO, 1972; American Public Health Asociation, 1992)

KHẢO SÁT KHU VỰC

Để đạt hiệu quả kinh tế cho một kế hoạch xử lý chất thải thì điều cần thiết trước hết

là phải khảo sát toàn bộ hoạt động khu công nghiệp Muốn chia nhỏ công trình ra, phải có kiến thức về các loại vật liệu khác nhau để tránh tổn thất, lãng phí dung môi, sử dụng quá nhiều nước hay ô nhiễm nước không cần thiết mà có thể được tái chế, thu hồi hoặc tái sử dụng trong hệ thống Các yếu tố và nồng độ thích hợp, được liệt kê trong bảng 11.1 được biết đến ở hầu hết các cơ sở sản xuất mà các đơn vị đó có thể hoạt động trong một khoảng thời gian nhất định

Nhiều khảo sát cho thấy cần phải có sự kiểm soát tốt hơn việc sử dụng nước và nên xác định các nguồn nước không bị ô nhiễm và nhiễm bẩn, mà có thể được tái sử dụng chúng trong các nhà máy sản xuất Dòng chất thải được tập trung lại và phải được giữ riêng biệt nếu chúng có chứa chất có thể được phục hồi thu lợi nhuận.Quá trình xử lý nước thải cũng có hiệu quả kinh tế cao hơn khi chúng ta xử lý nước thải có nồng độ cao thay vì xử lý một lượng lớn nước thải đã pha loãng ( do chúng ta sẽ tiết kiệm được dung tích bề lắng và chi phí bơm nước thải), với điều kiện là nồng độ nước thải không đạt tới ngưỡng gây độc hay ức chế cho quá trình xử lý sinh học

Các loại chất thải khác nhau có thể được kiểm tra trong phòng thí nghiệm và trên một quy mô thí điểm để đánh giá các phương pháp hóa học và xử lý sinh học tối thích Khi biết các pH của nước thải, các mẫu sẽ được trộn vào nhau để tìm pH trung tính Một loạt các thử nghiệm khác nhau có thể được sử dụng để thiết lập các phương pháp để làm giảm nồng độ muối, đông tụ các hạt huyền phù, hạt keo và để phá vỡ nhũ tương Các xét nghiệm sinh học thường được sử dụng bao gồm respirometry, thử nghiệm thông khí-bình cầu (Otto và cộng sự, 1962) và các thí nghiệm nuôi cấy liên tục Bình cầu nhỏ respirometers (Warburg hoặc Gilson) và điện cực oxy được sử dụng ban đầu nhằm thiết lập các điều kiện sử dụng trong quá trình oxy hóa sinh học của nước thải và để thử nghiệm sự có mặt của các vật liệu độc hại Respirometers lớn (Simpson và Anderson, 1967) rất hữu ích để dự đoán tỷ lệ xử lý nước thải và nhu cầu oxy Những cặn bã trong các bình cầu có thể được phân tích để xem có bất cứ thành phần khó phân hủy nào hay không Việc sử dụng các bể nuôi cấy liên tục trong quy mô phòng thí nghiệm có gắn máy bơm hồi lưu bùn và bể lắng sẽ cung cấp các thông tin chi tiết hơn (Ramanthan and Gaudy, 1969) Điều kiện để hoạt động quy mô lớn phải đề xuất tỷ lệ thức ăn và thông khí

có thể được thử nghiệm và đánh giá Kết quả từ tất cả các thí nghiệm này có thể giúp đỡ trong việc thiết kế của một nhà máy quy mô tầm cỡ

Nếu cuộc khảo sát toàn diện thì chúng ta có thể lập kế hoạch chương trình xử lý chung cho các vị trí và xây dựng nó

1. Các nguồn nước có thể được tập hợp lại và tái sử dụng

2. Các dòng chất thải cô đặc có chứa chất thải có thể tái chế làm thực phẩm, thức

ăn gia súc, phân bón, nhiên liệu

3. Các chất thải độc hại cần được xử lý đặc biệt, hay các axit hay kiềm cần được trung hòa

4. Các chất thải được xả ra dưới điều kiện sản xuất tối đa

5. Nước thải có thể được thải trực tiếp, không qua xử lý vào đất hoặc nguồn nước

và không gây ra bất kỳ ô nhiễm

6. Các nước thải có thể thải xuống hệ thống cống

Bảng 11.1: Các yếu tố để điều tra trong khảo sát khu vực.

Độc tố hoặc các chất ức chế đặc trưng (ví dụ như kim loại nặng, phenol …vv)

Khi tất cả các thông tin liên quan đã được thu người ta có thể dự đoán quy mô và loại nhà máy xử lý nước thải cần thiết, chi phí vốn và hoạt động của nó Sau đó có thể được so sánh với chi phí công ty nước để xử lý chất thải tại một STW có và không có nhà máy xử lý tại chỗ Nên nhớ rằng các công ty nước thải có thể tập trung xử lý tại chỗ trước khi thải ra hệ thống thoát nước và trong nhiều trường hợp sẽ đặt ra giới hạn cho lưu lượng tối đa và nồng độ các chất phân tích cụ thể

NỒNG ĐỘ CỦA NƯỚC THẢI TỪ CÁC QUÁ TRÌNHLÊN MEN

Rõ ràng, các phần trước của chương này cho thấy sự hiện diện của các hạt và các chất hữu cơ tan trong nước ở mật độ cao sẽ dẫn đến mức độ BOD cao Điều này chính xác cho tất cả các quá trình lên men theo quy mô lớn Một môi trường ban đầu giàu chất hữu cơ sẽ được chuyển hóa thành sinh khối và các chất chuyển hóa sơ cấp, thứ cấp

Không may, các sản phẩm thường chiếm tỷ lệ nhỏ so với nguyên liệu ban đầu, thậm chí ngay cả trong một quá trình lên men đạt hiệu quả Các chất thải còn lại sau khi đã chưng cất rượu whisky có thể chiếm tới 90% các chất hữu cơ thô ban đầu, trong khi ở một quá trình lên men kháng sinh nước thải có thể vượt quá 95%

Dữ liệu cho một loạt các nước thải từ quá trình lên men được tóm tắt trong bảng 11.2 Các BOD trong nhiều mẫu thì cao hơn nhiều so với nước thải sinh hoạt và một số

có thể được so sánh với nước thải có độ đậm đặc cao như nước thải từ sản xuất giấy bằng công nghệ sulfit (tham khảo thêm trong tài liệu [1], trang 236) Từ những dữ liệu ở trên, chúng ta dễ dàng nhận thấy rõ rằng nước thải từ các quá trình lên men có thể dẫn đến những vấn đề tiềm ẩn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và gây tốn kém để xử lý, nếu như không có quá trình lên kế hoạch xử lý tốt Một số bước có thể được thực hiện để giảm chỉ tiêu BOD trong một quá trình Một số bước đó sẽ được thảo luận trong chương này Việc lựa chọn nguyên liệu một cách cẩn thận có thể tác động đáng kể đến loại và số lượng nước thải được tạo thành Nguyên liệu thô với giá rẻ nhất để đáp ứng được nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật có thể không lý tưởng nếu sản lượng sản phẩm, chi phí thu hồi, chi phí xử lý chất thải và giá trị sản phẩm phụ có thể được xem xét cùng nhau Giá trị BOD cao của nấm sợi (40,000-70,000 mg dm-3) sẽ chỉ ra rằng, thông thường bất kỳ sinh khối nào cũng được giữ tách biệt với chất thải và nó có thể được bán như một sản phẩm phụ Điều đó cũng đáng giá khi cô đặc một phần chất lỏng, ví dụ : trong công nghiệp sản xuất rượu và bã rượu (10,000-25,000 mg dm-3) sẽ sản xuất một phần dung môi khô có thể bán được

Các chất chuyển hóa hoặc các thành phần của một số chất thải từ quá trình lên men

có thể rất độc hại, gây ô nhiễm và sẽ đòi hỏi tiêu hủy hoàn toàn, ví dụ như hóa chất hay các phương pháp nhiệt, trước khi xử lý Sự cần thiết của một chiến lược xử lý sẽ góp phần đáng kể vào tổng chi phí của quá trình Một trong những chất chuyển hóa là

avermectin sản xuất từ quá trình lên men Streptomyces avermitilis Ở đây tất cả các dòng

chất thải từ quá trình này được thu nạp và bất kỳ avermectin có mặt bị suy thoái về phương diện hóa học (Omstead và các cộng sự)

Bảng 11.2: Chỉ số BOD của các chất thải (mg dm-3)

Nước thải sinh hoạt

Dung dịch sunfit từ nhà máy

giấy

Beer:

a) Bã ép hạt còn lại

b) DD từ bã cây hoa bia

c) Nước rửa men

Chất thải nhà máy bia

Bã rượu công nghiệp

15.00074307400Lên đến 100.000550

124020-20415001400-180010.000-25.00010.000-25.0003000-14.0005000-30.000

40.000-70.0002.150-10.000210-13.8002450-59004000-7000Lên đến 2.000.000

Boruff (1953)

Abson và Todhunter (1967)

Kozirowski và Kucharski (1972)

Fang và các cộng sự (1990)Blaine (1965)

Jackson (1960)Boruff (1953)Jackson (1960)Boruff (1953)

Kozirowski và Kucharski (1972)

XỬ LÝ VÀ LOẠI BỎ CHẤT THẢI:

Đối với một nhà máy thì quá trình xử lý nước thải là quá trình thông qua cuối cùng, được xác định một cách rõ ràng bởi một số nhân tố, trong đó quan trọng nhất là việc kiểm

soát được thực hiện bởi các cơ quan ở nhiều nước về số lượng cũng như chất lượng của chất thải và cách thức nó được thải ra (Fisher, 1977) Phạm vi của phương pháp loại bỏ chất thải có thể được xem xét như sau:

1. Chất thải được thải vào đất, sông hay biển ở trạng thái chưa được xử lý

2. Chất thải được đem đi và xử lý ở một bãi rác hoặc thiêu hủy

3. Chất thải được xử lý một phần ở tại chỗ trước khi tiếp tục xử lý hoặc loại bỏ bằng một trong những tuyến đường khác

4. Một phần của nước thải chưa được xử lý và thải ra như ở 1 hoặc 2, phần còn lại được xử lý tại hệ thống xử lý chất thải hoặc tại chỗ trước khi thải ra

5. Tất cả chất thải được gửi đến các hệ thống xử lý nước thải để xử lý, mặc dù hệ thống có thể chấp nhận nó một cách miễn cưỡng, dẫn đến việc yêu cầu một số xử

lý sơ bộ tại chỗ, xác định tỷ lệ xả và thành phần chất thải

6. Tất cả nước thải được xử lý tại nhà máy trước khi thải ra

THẢI BỎ:

Ở biển và sông:

Cách xử lý đơn giản nhất là thải ra bờ biển hoặc cửa sông lớn thông qua một đường ống (được lắp đặt bởi các nhà máy sản xuất hoặc chính quyền địa phương) nối dài dưới mức nước thấp Trong trường hợp này có thể có xử lý sơ bộ một ít và phụ thuộc hoàn toàn vào mức độ pha loãng trong nước biển

Nếu chất thải được xả ra sông phải bảo đảm các yêu cầu địa phương hoặc cơ quan

có hệ thống thoát nước Ở Anh theo tiêu chuẩn Ủy ban Hoàng gia (a Royal Commission standard) yêu cầu BOD tối đa (5 ngày) là 20mg dm-3 và đình chỉ chất rắn ở 30mg dm-3 (tiêu chuẩn 20:30) Các tiêu chuẩn khắt khe thường được áp dụng, tùy thuộc vào việc sử dụng các nguồn nước tiếp nhận, chẳng hạn như tiêu chuẩn 10:10; ngoài ra, mức độ nitơ amoniac có thể được quy định Giới hạn trên thường nghiêm ngặt đối với các kim loại và hóa chất độc hại có thể giết chết động vật (đặc biệt là cá) và thực vật, như sulphit, xianua, phenol, đồng, kẽm, cadimi, asen, vv… Ngày nay, người ta rất khó có thể xả một chất thải công nghiệp mà không có một số hình thức xử lý sơ bộ trước đó

Hồ oxy hóa (ao hồ sinh học) (Oxidation ponds hay lagoons)

Các lagoon, bể giữ, hồ oxy hóa, có thể được sử dụng trong một số ngành công nghiệp nếu có sẵn đất với chi phí hợp lý Trong các ngành công nghiệp theo mùa có vốn đầu tư vào nhà máy nước thải, phương pháp này thường được sử dụng nhưng khó đảm bảo Lagoon thông thường bao gồm một lượng nước nông được bao bọc bởi nền tường không thấm nước Hồ oxy hóa thường sâu 1-2m Chúng có thể được thiết kế để duy trì điều kiện hiếu khí từ đầu đến cuối, nhưng ở bề mặt thường là phân giải hiếu khí và gần phía dưới là kỵ khí, sau đó chúng được gọi là hồ hiếu khí tùy ý (facultative ponds) Trong quá trình phân giải hiếu khí, oxy được cung cấp từ bề mặt của hồ và do sự quang hợp của tảo Bể sâu hơn (được gọi là đầm phá) được khuấy cơ học để cung cấp khí Đầm phá được xây dựng và hoạt động một cách đơn giản, nhưng rất tốn kém về diện tích đất Chúng có thể được sử dụng như là phương pháp xử lý duy nhất, kết hợp cả hai quá trình vật lý (trầm tích) và sinh học, nhưng chất thải tạo ra có thể không đạt tiêu chuẩn để được chấp nhận tại địa phương Hoặc chúng có thể dùng để xử lý sơ bộ ban đầu hay 'đánh bóng' chất thải từ quy trình xử lý thứ cấp (tham khảo thêm trong tài liệu [1], trang 139; trong tài liệu [2], trang 155; trong tài liệu [3], trang 102 và trong tài liệu [4], trang 211 ).

Cánh đồng tưới (cánh đồng ngập nước nhân tạo) sử dụng cách tưới phun (Spray irriration)

Chất thải lỏng có thể dùng trực tiếp cho đất như là nước tưới hay phân bón khi chúng có một số tác dụng có lợi đối với đất và thực vật Nếu phương pháp xử lý này được sử dụng, thì cần phải có một diện tích đất lớn gần nhà máy sản xuất nơi có lượng mưa thấp và trung bình Chi phí đường ống dẫn thường là yếu tố hạn chế khi sử dụng các

kỹ thuật này Colovos và Tinklenberg (1962) đã mô tả việc xử lý chất thải kháng sinh và steroid với BOD từ 5.000-20.000 mg dm-3 Các loại rác thải ban đầu được khử trùng bằng clo để giảm BOD và mùi hôi khó chịu, sau đó được phun lên đất cho đến khi tương đương với lượng mưa là 38 mm thì hoàn tất Quá trình này được lặp đi lặp lại theo chu kỳ hàng tháng để cải thiện sự tăng trưởng của thực vật Khi thích hợp, chất thải rắn có thể được rải vào đất như một loại phân bón và chất dinh dưỡng cho đất Cách làm này là phổ biến với cặn của nước thải, Mbagwu và Ekwealor (1990) đã báo cáo về việc sử dụng các

loại ngũ cốc bia để nâng cao năng suất của đất Không phân biệt chất thải là lỏng hay rắn, nồng độ kim loại nặng và một số thành phần hữu cơ sẽ được giám sát và kiểm soát một cách cẩn thận để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng (tham khảo thêm trong tài liệu [1], trang 146-150 và trong tài liệu [2], trang 145-154).

Giếng thấm (Well disposal)

Giếng bỏ hoang, giếng khoan hoặc hầm mỏ có thể cung cấp một, phương pháp xử lý

ít tốn kém và lý tưởng khi khối lượng chất thải còn hạn chế, các địa tầng dưới lòng đất phù hợp và nguy cơ nhiễm bẩn các nguồn nước dùng để cung cấp nước là không đáng kể (Zajic, 1971) Melcher (1962) đã mô tả việc sử dụng các giếng sâu 500 m để thường xuyên xử lý:

Hỗn hợp này có độ pH từ 4-5 và COD từ 40.000-60.000 mg dm-3 tăng lên đến 100.000 mg dm-3 và được bơm vào các giếng từ 50 đến 100 dm3 min-1

Khảo sát cẩn thận địa chất thủy văn là cần thiết để chứng minh rằng xử lý chất thải trong giếng sẽ không gây ô nhiễm và đe dọa các nguồn nước ngầm(tham khảo thêm trong tài liệu [3], trang 99)

từ dịch lắng đọng, nước xam nhập vào khối chất thải một cách tự nhiên thông qua quá trình ngưng tụ hay thấm từ bề mặt và nước cũng được tạo thành từ sự họat động của vi sinh vật kỵ khí thông qua quá trình phân giải các chất hữu cơ trong rác thải chôn lấp Hoạt động của vi sinh vật tương tự như trong phân giải kỵ khí sẽ dẫn đến việc sản xuất khí gas ở bãi chôn lấp (LFG) và có thể đạt được 50-60% methane, nếu thu thập hiệu quả

sẽ cung cấp một nguồn năng lượng hữu ích (Freestone et al 1994)

Thiêu hủy (Incineration)

Một số thiết kế có trong quá trình thiêu hủy chất thải rắn và hoặc chất lỏng tại chỗ hoặc tại một lò đốt rác thải thương mại, bao gồm lò thiêu quay, buồng hóa lỏng và nhiều

lò thiêu Nhiệt độ đốt cần được kiểm soát cẩn thận để tiêu diệt và ngăn chặn sự hình thành của dioxin và furan (xảy ra vào khoảng 300 ˚ và 800 ˚), và sự tiêu hủy hoàn toàn được thực hiện ở nhiệt độ trên 1000 ˚ với thời gian duy trì là 1 giây Khí thải từ lò đốt cần làm sạch để loại bỏ các hạt bụi, hơi axit, vv… bằng cách sử dụng máy lọc tĩnh điện, xylone thủy lực và máy lọc ướt để tuân thủ các tiêu chuẩn bảo vệ môi trường ở địa phương Xử lý chất thải bằng phương pháp thiêu hủy thì đắt tiền hơn chôn lắp một cách đáng kể, với chi phí xử lý chất thải MSW bằng phương pháp thiêu hủy phải tốn $37 tấn còn chôn lắp chỉ tốn $10 tấn (Smith, 1993)

2. Chất thải sẽ không gây nhiễu quá trình xử lý được sử dụng tại các hệ thống thải

3. Khi đi qua hệ thống, trong chất thải không có các hợp chất không thay đổi và gây

ra các vấn đề khi thải ra nguồn nước

Theo thông lệ, các chính quyền địa phương yêu cầu cần phải xử lý sơ bộ trước khi thải ra hệ thống cống rãnh để giảm thiểu những ảnh hưởng của chất thải công nghiệp

QUÁ TRÌNH XỬ LÝ

Chất thải của quá trình lên men có thể được xử lý tại chỗ hoặc tại STW bởi bất kỳ hoặc trong ba phương pháp sau đây:

4. Điều tiết bùn và xử lý; phương pháp vật lý, hóa học và sinh học Sự phân giải kỵ khí thường được sử dụng với điều kiện (thuận lợi hơn để làm khô) bùn được sản xuất trong các giai đoạn trước đó Sau khi tách nước (ví dụ như bằng cách lọc ly tâm), bùn có thể được xử lý bằng cách đốt, chôn lấp, vv…

Xử lý vật lý

Việc loại bỏ chất rắn lơ lửng bằng các phương pháp vật lý trước khi xử lý sinh học

sẽ làm giảm mức độ BOD của nước thải một cách đáng kể Trong gần như tất cả các quá trình lên men các tế bào được tách ra từ phần chất lỏng trong quá trình thu hồi (chương 10) Rõ ràng, các quá trình sinh khối cần phải được xem xét Tế bào nấm men từ các quá trình khác có thể là một sản phẩm thương mại, nhưng các tế bào của vi sinh vật không phải luôn luôn được tiêu thụ, đặc biệt là khi bị nhiễm chất trợ lọc Trong trường hợp này, khi các tế bào và chất trợ lọc là chất thải, thì vật liệu thu hồi có thể được giải quyết trong hai cách cơ bản:

1. Chất thải được loại bỏ mà không cần qua bất kỳ các quá trình xử lý khác

2. Phần lớn chất thải được giảm kích thước bằng máy ép cơ khí với một bộ lọc ép, máy ly tâm, máy lọc chân không hoặc ép băng tải Chất thải được nén sau đó đem đốt (Grieve, 1978) hoặc xử lý tại các bãi chôn lấp.

Chất thải rắn được tạo ra trong một số quy trình trước khi được bổ sung các chủng

vi sinh vật giống Trong các nhà máy, hạt mạch nha vẫn được dùng, nên sàng lọc thô hoặc máy ly tâm "xoáy nước" có thể được sử dụng để loại bỏ hạt từ hèm rượu sau khi được nghiền nát Mỗi thùng bia (180 dm3) sản xuất khoảng 5kg ngũ cốc (khối lượng ẩm).Nếu sử dụng cây hoa bia (không phải là chất chiết xuất), thì chúng sẽ được thu hồi qua sàng lọc tại bộ phận thu hồi (‘hop back’) Dư lượng này có thể lên 250g mỗi thùng Sau

đó cả hạt lẫn chất thải của hoa bia được tách nước cơ học trước khi đem bán hoặc thải bỏ Các cặn bã (sau khi chưng cất) trong sản xuất rượu whisky có thể được thông qua sàng lọc (kích thước lỗ 1 mm) Sau khi sàn, các hạt được tách nước cơ học, sấy khô bằng máy sấy quay (rotary driers) để mang lại một dư lượng có khả năng thương mại được gọi là hạt sản xuất rượu (Distillers’ grain) Theo một cuộc khảo sát ở Scotland, khoảng một nửa các nhà máy chưng cất rượu whisky đã làm bay hơi các chất thải dành cho một syrup có chứa 45% chất rắn, trộn với hạt đã qua sàn lọc, sấy khô và sản phẩm cuối cùng được đem bán, gọi là ‘Distillers’ Dark Grain’, như một loại thức ăn gia súc chất lượng thấp (Mackel, 1976)

Quá trình vật lý được lắp đặt cho việc xử lý chất thải ban đầu chính có thể bao gồm các giai đoạn sau:

1. Sàng lọc, để loại bỏ các vật chất lớn lơ lửng và nổi trên bề mặt

2. Máy nghiền, để giảm kích thước hạt

3. Vận tốc đường truyền không thay đổi (~ 0,3 m s-1), để loại bỏ hạt vụn tránh thiệt hại cho nhà máy trong các quá trình sau

4. Bể lắng để loại bỏ các vật chất mịn hơn Nói chung hoạt động của dòng chảy liên tục trong bể hình tròn hoặc hình chữ nhật có thời gian lưu là 6-15h (thời gian lưu tối thiểu là 2h), với chức năng loại bỏ bùn một cách liên tục Bể lắng có thể loại bỏ 70% các chất rắn lơ lửng, tùy theo tính chất của chất thải, và lên đến 40% tải trọng BOD (Forster, 1985) Chúng có thể hoạt động có hoặc không có hóa chất trước khi

đông tụ / keo tụ Các quy trình lắng đọng tương tự cũng được tiến hành sau khi xử

lý thứ cấp (sinh học)

Quá trình vật lý được sử dụng trong xử lý cấp ba để tạo ra chất thải có chất lượng tốt hơn so với tiêu chuẩn 30:20 bao gồm bộ vi lọc, bộ lọc cát chậm, lọc cát dòng lên và

bộ lọc cát trọng lực nhanh Công suất của bộ lọc cát chậm khoảng 3m3 m-2 day-1, còn bộ

vi lọc khoảng 700 m3 m-2 day-1 Chất rắn lơ lửng thường được loại bỏ từ 50-70% và mức

độ BOD khoảng từ 30-50%, tùy thuộc vào kỹ thuật sử dụng Mô tả chi tiết xử lý cấp ba được đưa ra bởi Truesdale (1979), Viessman và Hammer (1993)

Xử lý hóa học

Các hạt lơ lửng có trong nước thải có thể được loại bỏ bằng cách làm đông tụ hoặc keo tụ (Cooper, 1975, xem thêm Chương 10) Đông tụ về bản chất thì xảy ra ngay tức khắc, khác với keo tụ cần có thời gian dài và kết hợp với việc khuấy đảo từ từ cho đến khi các hạt ‘kết tụ’ lại với nhau Các chất đông tụ hóa học thường được sử dụng như các hợp chất chứa sắt hoặc sắt sunfat, nhôm sunfat (phèn), hydroxit canxi (vôi) và chất đa điện phân (polyelectrolytes) Một giải pháp trong việc xử lý hiệu quả quá trình đông tụ là thêm chất làm đông tụ vào nước thải trong bồn chứa được khuấy trộn, và ngay lập tức sẽ hình thành khả năng kết tụ hoặc bông keo và các cặn lơ lửng sẽ tạo thành bùn cặn lắng xuống Bùn cặn này có thể được rút ra, khử nước cơ học và được xử lý thêm Bông keo hình thành trong quá trình đông tụ rất nhỏ, do đó cần có thời gian để làm lắng, và vì thế phải cần đến những bể chứa nước thải có lưu lượng lớn Tăng đường kính của hạt bằng cách kích thích các bông keo nhỏ kết hợp lại (keo tụ) sẽ làm tăng khả năng kết lắng do đó

tăng năng suất, khi đó những bể chứa nhỏ cũng có thể hoạt động tốt Polyeclectrolytes

(chất đa điện phân) là chất làm keo tụ thường dùng được bổ xung vào nước thải sau đó khuấy trộn từ từ (khuấy trộn mạnh sẽ làm phá vỡ các bông keo) theo ống dẫn qua các kênh khúc khuỷu, quanh co trong quá trình keo tụ bằng phương pháp keo tụ thủy động lực học và keo tụ cơ học (Smethurst, 1988)

Xử lý sinh học

Hầu hết các chất thải hữu cơ có thể bị suy thoái về mặt sinh học Quá trình này có thể được thực hiện trong một số trường hợp ở điều kiện hiếu khí (aerobically) hoặc kỵ khí (anaerobically) Các quá trình hiếu khí được sử dụng rộng rãi nhất là các bể lọc, đĩa quay tiếp xúc, quá trình bùn hoạt tính Các quá trình yếm khí (chưng cất, lọc và lắng cặn) được

sử dụng cả trong xử lý nước thải cụ thể là trong quá trình trung hòa

Quá trình hiếu khí

BỂ LỌC SINH HỌC

Thuật ngữ lọc không phù hợp cho hoạt động của đơn vị này, cũng như hoạt động của bể lọc sinh học không phải là sự lọc, đúng hơn, bể lọc sinh học được xem như một lò phản ứng sử dụng màng sinh học Nước thải được làm lắng bằng cách đưa vào một dòng

chảy ngược được thổi khí Vi sinh vật bám vào lớp màng sinh học hấp thu oxy từ không

khí dòng đi lên và chất hữu cơ từ nước thải dòng chảy xuống, sau đó chuyển hóa và làm giảm BOD của các dòng nước thải (tham khảo trong tài liệu [1], trang 115-178; trong tài liệu [2], trang 183; trong tài liệu [4], trang 205)

Hình 11.2: Sơ đồ của bộ lọc nhỏ giọtMột bộ lọc nhỏ giọt thông thường (Hình 11.2) bao gồm một bể bê tông hình trụ chiều cao 2-3 m và đường kính 8-16 m (tham khảo thêm trong tài liệu [1], trang 179; trong tài liệu [2], trang 185]; trong tài liệu [3], trang 128) Một số bộ lọc có hình chữ nhật, nhưng một hệ thống quay cho phép chuyển hóathủy lực đồng đều hơn (Bruce và

Hawkes, 1983; Viessman và Hammer, 1993) Các bể lọc bao quanh bởi một đáy bể bằng

đá (thường là đá granit), hoặc bằng nhựa đặc biệt và được đặt ở dưới với cống nước Đường kính bao trụ nên từ 50 đến 100 mm để cung cấp cho đáy bể một bề mặt cụ thể khoảng 100 m2 m-3, và đáy bể phải có một độ rộng nhất định (% không gian không khí của tổng khối lượng đáy bể) từ 45 đến 55%, nên giảm thiểu tối đa khoảng không giữa bao trụ và đáy bể Vật liệu tổng hợp rất đắt tiền có diện tích bề mặt tiếp xúc cao hơn cho một

lượng giá trị sản phẩm lớn đối với mỗi đơn vị thể tích làm tăng thêm độ bền của vật liệu

Các bộ lọc nhỏ giọt là luôn luôn theo sau là một bể lắng thứ cấp hoặc bể lọc mùn để loại

bỏ chất lơ lửng (ví dụ như màng sinh học loại bỏ các chất bùn ra khỏi bao bì) từ nước thải được xử lý Trong các bộ lọc có tốc độ vừa và chậm thì nước thải từ các chất rắn lơ lửng

đã được loại bỏ, được đưa vào bề mặt trên của đáy bể bằng vòi phun hoặc máy đảo trộn (McKinney, 1962; Higgins, 1968) Sau đó chất thải sẽ được loại ra theo một phân luồng Dòng nước đc sử lý sẻ đi vào các bể chứa sinh học và dòng nước sẽ được (vi khuẩn, nấm, tảo, động vật nguyên sinh và tuyến trùng) xử lý Ở bề mặt lớn, nước sẻ được ánh sáng mặt trời và luồng không khí sạch lắng đi các chất bẩn Các vi khuẩn trong các màng sinh học sẽ loại bỏ phần lớn các chất hữu cơ, các chất hữu cơ phức tạp được chia nhỏ và sử dụng trong các nghành công nghiệp phân bón, như là phân đạm Amoniac được oxy hóa thành nitrat và các hợp chất khác cũng bị oxy hóa giống như vậy, các sinh vật bậc cao như động vật nguyên sinh sẽ tạo ra các màng sinh học để cải thiện các chất mùn, chất bẩn Trong bể lọc cuối cùng này các chuyển hóa thủy lực nắm một vai trò thiết yếu đó là

đó là cọ rửa các mảng vi sinh vật và các chất hóa học độc hại cần có thời gian phân hủy

mà các bể lọc đơn giản ko thể giải quyết được các vấn đề trên

Ban đầu, vi khuẩn, nấm và tảo phát triển rất nhanh so với sâu và ấu trùng phía trên

bể lọc Vì thế các khoảng trống bị lấp lại gây đọng nước (không xử lý được nước thải tích

tụ trên bề mặt bể lọc) Sự tăng trưởng của màng sinh học có thể được giới hạn bằng cách giảm liều lượng sử dụng, điều đó cho phép phân phối chất lỏng tốt hơn, sâu hơn vào đáy bể