Các phương pháp xử lý nước không dùng hóa chất

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC KHÔNG DÙNG HÓA CHẤT

1 Công nghệ màng vi lọc (MBR)

Định nghĩa: MBR là viết tắt cụm từ Membrane Bio-Reactor (Bể lọc sinh học

bằng màng) là hệ thống xử lý vi sinh của nước thải bằng công nghệ lọc

màng. Đây là công nghệ xử lý nước thải tiên tiến đang được sử dụng rộng rãi cho nước thải đô thị và công nghiệp trong các dự án lớn trên khắp Việt Nam và thế giới.

Xử lý nước thải bằng công nghệ MBR là sự kết hợp giữa hai quá trình cơ bản trong một đơn nguyên:

+Tách bùn sinh học bằng màn

+Vi sinh vật , chất ô nhiễm , bùn hoàn toàn được giữ lại tại bề mặt màng Chỉ

có nước sạch mới qua được màng Phần nước trong được bơm hút ra ngoài , phần bùn nằm lại bên trong bể và định kì tháo về bể chứa bùn

+Kich thước lỗ màng MBR(0,01-0,02 micromet) rất bé nên bùn sinh học sẽ được giữ lại trong bể , mật độ vi sinh cao và hiệu suất xử lý tăng Nước sạch sẽ bơm hút sang bể chứa và thoát ra ngoài mà không cần qua bể lắng , lọc và khử trùng

Quá trình lọc màng gồm những bước :

a)Quá trình ngược áp lực RO( Reverse Osmosis)

Ngược áp lực RO là quá trình sử dụng áp lực để thúc đẩy nước qua một màng bán thấm để giúp loại bỏ các chất ô nhiễm Những hạt bẩn , các vi khuẩn , chất hữu cơ

và chất hòa tan bị tách ra và bị loại bỏ khỏi nguồn nước Quá trình ngược áp lực

RO có khả năng loại bỏ chất ô nhiễm kể cả ion muối

Nguyên lý hoạt động:

Nước đầu được bơm vào thiết bị RO dưới áp lực cao Áp lực này đẩy nước qua màng semipermeable , trong khi các chất rắn hòa tan , vi khuẩn bị giữ lại Nước tinh khiết được thu hồi qua ống dẫn , còn nước thải chứa tạp chất được xả ra ngoài Ứng dụng:

-RO trong nước lọc gia đình (máy lọc nước khoáng RO -UF)

-RO trong công nghiệp và y tế (nước RO đạt tiêu chuẩn dùng để lọc thận nhân tạo , sản xuất dịch truyền )

b)Quá trình khử muối ED

Khử khoáng nước – ED là một quy trình điện hoá, trong đó có sự dịch chuyển của các ion qua các màng bán thấm ion chọn lọc – là kết quả của lực hút tĩnh điện giữa ion và 2 điện cực Ngoài chức năng khử mặn, ED còn có thể loại bỏ được các thành phần ô nhiễm trong nước dưới dạng các ion hoà tan mang điện tích

Cấu tạo:

Các màng cation và anion đặt xen kẽ nhau giữa hai điện cực âm, dương ngăn cách bởi các miếng đệm plastic và hình thành nên cụm ngăn

Cụm màng này có hàng trăm cặp ngăn, mỗi cặp gồm ngăn loãng (dilute cell)

và ngăn đậm đặc (concentrate cell) cạnh nhau Dòng đậm đặc và loãng được thu qua ống thu riêng

Nguyên lý hoạt động:

1) Tách các ion ra khỏi nước bằng cách đẩy các ion qua lớp màng thấm ion vuông góc với hướng dòng điện và vận tốc dòng muối phải đủ lớn để xáo trộn hoàn toàn 2)Dòng một chiều khi qua nước mặn sẽ kéo các anion về phía cực dương từ một ngăn qua ngăn kế bên Màng thấm chọn lọc anion (màng A) chỉ cho phép các anion thấm qua Cl-, SO42-, PO43-, tuy nhiên các anion sẽ bị giữ lại do màng cation (màng K)

3)Tương tự với các cation theo hướng ngược lại Màng thấm chọn lọc cation (màng K) chỉ cho phép các cation thấm qua Na+, Ca2+, K+, NH4+, tuy nhiên các cation sẽ bị giữ lại do màng anion (màng A) Khoảng cách giữa các màng không quá lớn, khoảng 1 mm

4)Do sự di chuyển của các ion, nước trong một ngăn có hàm lượng ion giảm đi trong khi lượng ion trong ngăn kế bên đậm đặc hơn, như vậy sẽ tạo ra hai dòng nước mặn loãng và dòng nước mặn đậm đặc

Ứng dụng:

- Biến nước nhiễm mặn thành nước ngọt

- Xử lý nước nhiễm Arsen và các hợp chất Nito

c)Quá trình lọc Nano NF

3

Sử dụng phương pháp tách áp suất để loại bỏ hiệu quả các ion đa hóa trị có kích thước khoảng 1 nanomet (10 Angstrom) - do đó có thuật ngữ “ Lọc nano”

Lọc nano (NF) là công nghệ tách chất lỏng bằng màng có nhiều đặc điểm giống với thẩm thấu ngược (RO) Không giống như RO, có khả năng loại bỏ hầu như tất

cả các chất tan hòa tan, NF có khả năng loại bỏ cao các ion đa hóa trị, chẳng hạn như canxi, và khả năng loại bỏ thấp các ion đơn hóa trị, chẳng hạn như clorua Nguyên lý hoạt động:

1)Màng lọc NF sử dụng công nghệ thẩm thấu qua của dung môi qua màng bán thấm Nước sẽ chảy từ nơi có nồng độ chất tan cao hơn đến khu vực có nồng độ thấp hơn

2)Dòng chảy đảo ngược ngày có khả năng ngăn chặn các chất hoà tan lớn đi qua màng Trong khi đó, nước tinh khiết và chất hòa tan nhỏ, có lợi cho sức khoẻ được phép đi qua

3)Màng lọc này sử dụng cấu hình dòng chảy chéo Nhờ đó, giảm thiểu sự tắc nghẽn hoặc nguy cơ tích tụ hoá chất qua màng Giải thích cụ thể như sau: Dòng chảy chéo của nước cấp có áp lực khiến nước có nồng độ thấp hơn qua màng NF Trong khi đó, dòng nước cô đặc cao hơn di chuyển qua bề mặt màng thẩm thấu sẽ mang theo muối và các tạp chất khác

Ứng dụng:

-Loại bỏ màu nước, cacbon hữu cơ trong các nguồn nước mặt

-Loại bỏ độ cứng hoặc radium từ nước giếng, nước ngầm Từ đó, góp phần quan trọng vào việc làm mềm nước

-Làm giảm tổng lượng chất rắn hoà tan trong nước ăn uống và sinh hoạt

-Tách các chất hữu cơ ra khỏi chất vô cơ trong một số lĩnh vực như chế biến thực phẩm, xử lý nước thải…

Ưu điểm của màng lọc MBR:

1 Với kích thước lỗ màng là 0,03 µm, màng MBR có thể tách các chất lơ lững, hạt

keo, vi khuẩn, một số virus và các phân tử hữu cơ kích thước lớn Do đó, quá trình

màng MBR không cần phải xây thêm bể lắng bùn sinh học và bể khử trùng phía

sau, tiết kiệm diện tích bể sinh học, giảm được chi phí xây dựng và thiết bị, giảm chi phí vận hành và giảm được diện tích xây dựng có thể dùng cho mục đích khác

2 Thời gian lưu nước ngắn 2,5 – 5 giờ so với công nghệ bùn hoạt tính thông

thường > 6 giờ, giảm diện tích đất cần thiết, nhất là đối với các khu vực bệnh viện,

khách sạn, các cao ốc văn phòng và các công trình cải tạo nâng cấp không có diện tích đất dự trữ

3 Nồng độ vi sinh MLSS trong bể cao và thời gian lưu bùn (Sludge Retetion

Time – SRT) dài nên khối lượng bùn dư sinh ra ít, giảm chi phí xử lý, thải bỏ bùn

Ngoài ra, do nồng độ bùn trong bể cao nên sẽ làm giảm khả năng nổi của bùn, tăng hiệu quả xử lý bùn hoạt tính

4 Màng MBR được thiết kế với nồng độ bùn hoạt tính cao 5000 – 12.000 mg/l và

tải trọng BOD xử lý cao, giảm thể tích của bể sinh học hiếu khí, giảm chi phí đầu

tư xây dựng

5 Chất lượng nước sau xử lý luôn luôn được đảm bảo tốt nhất mà không cần quan tâm nước đầu ra có chứa bùn hoạt tính lơ lửng, các vi khuẩn gây bệnh và kiểm soát chlorine dư

6 Nước sau xử lý màng MBR thường có chất lượng chất rắn rất thấp < 0.5mg/l,

BOD5 và COD thấp, do đó nước thải có thể được sử dụng cho các mục đích khác nhau như giải nhiệt, tưới cây hoặc rửa đường…

7 Quá trình vận hành đơn giản và dễ dàng so với quá trình thông thường. MBR có

thể điều chỉnh hoàn toàn tự động trong quá trình vận hành, không cần phải đo chỉ

số SVI hàng ngày (đây là chỉ số rất quan trọng đối với quá trình thông thường) ít tốn nhân công vận hành

8 Trường hợp nhà máy có nâng công suất lên thì đối với quá trình MBR chỉ cần đầu tư thêm modul màng lọc MBR.

Nhược điểm của màng lọc MBR:

-Chi phí đầu tư cao

-Không áp dụng cho các loại nước thải có độ màu cao và nhiều hóa chất

-Dễ bị tắc nếu màng không vệ sinh định kì

2 Công nghệ sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (hay còn gọi là xử lý nước thải bằng vi sinh) là phương pháp xử lý dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là sinh vật hoại sinh có trong nước thải

Những cách xử lý nước thải sinh học thường gặp : A) Xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí

Trong điều kiện không được cung cấp oxi , vi sinh vật vẫn có thể phân hủy các chất hữu cơ và chất vô cơ trong nước thải

-Giai đoạn xử lý chất hữu cơ và vô cơ :

Bước 1: Dưới tác dụng của các chất hữu cơ phức tạp và chất béo thành các chất hữu cơ đơn giản Vi khuẩn sử dụng các chất này làm thức ăn để cung cấp năng lượng và dinh dưỡng trong việc sinh trưởng và phát triển

Bước 2: Lên men axit

Bước 3: Lên men kiềm

Bước 4: Methane hóa

-Phương pháp sinh học kị khí nhân tạo:

Bể USA: Trong lớp bùn nằm sâu dưới đáy bể chứa nhiều chất gây ô nhiễm Nhờ hoạt động của vi sinh vật kỵ khí sinh ra khí metan và cacbon dioxide

Lọc sinh học kỵ khí: lọc kỵ khí với sinh trưởng gắn kết trên giá mang hữu cơ nhờ

cơ chế phân hủy và hấp thụ chất hữu cơ của vi sinh vật

-Phương pháp sinh học kỵ khí tự nhiên:

Ao hồ kỵ khí : sử dụng ao hồ sâu và không cân cung cấp oxi cho vi sinh vật , VSV

sử dụng oxi từ hợp chất nitrat , sulfat , … thành các axit hữu cơ, khí CH4, H2S , CO2, H2O

B) Xử lý nước thải bằng sinh học hiếu khí

Quá trình sinh học hiếu khí là quá trình oxy hóa các chất hữu cơ chứa cacbon dễ

bị phân hủy sinh học (thường biểu thị bằng chỉ tiêu: BOD, COD, TOC – tổng cacbon hữu cơ) với sự tham gia của các vi sinh vật hiếu khí trong điều kiện có oxy

Nguyên lý :

Là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu trong nước thải có đầy

đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH… thích hợp

Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ đồ: (CHO)nNS + O2 -> CO2 + H2O + NH4 + H2S + Tế bào vi sinh vật + … ΔH

Trong điều kiện hiếu khí NH4+ và H2S bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hóa, sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:

NH4+ + 2O2 -> NO3– + 2H+  + H2O + ΔH;

H2S + 2O2 -> SO4+ + 2H+ + ΔH

Hoạt động của vi sinh vật hiếu khí bao gồm:

Quá trình dinh dưỡng: vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng kim loại để xây dựng tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản

Quá trình phân hủy: vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ hòa tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành nước và CO2 hoặc tạo ra các chất khí khác

+Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí tự nhiên

Ao hồ sinh học hiếu khí: kích thước 0.3-0.5m

Cánh đồng tươi và bãi lọc : thường dùng để xử lý nước thải sinh hoạt

+ Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo:

Bể Areotank: Xây dựng dạng hình chữ nhật hay tròn Tập trung nhiều bùn cặn ,

vì thế máy thổi khí được thiết kế dưới đáy bể đảm bảo lớp bùn trong trạng thái xáo trộn nhờ vậy các VSV liên kết thành những hạt bùn hoạt tính lơ lửng trong nguồn nước

Nguyên lý hoạt động của bể Aerotank:

Giai đoạn 1: Tốc độ oxy hóa diễn ra mạnh mẽ Thúc đẩy quá trình phát triển của VSV oxy tăng lên đáng kể

Giai đoạn 2: VSV sinh trưởng và phát triển ổn định

Giai đoạn 3: Tốc độ oxy giảm - Tốc độ tiêu thụ oxy tăng

Bể lọc sinh học: Sử dụng các lớp vật liệu lọc được bao quanh bởi các màng VSV C) Xử lý nước thải sinh học thiếu khí

Phương pháp thiếu khí xảy ra quá trình khử nitrat thành nito ( điều kiện không có oxy) nhưng oxy hóa nhiều các chất hữu cơ trong nước thải( sử dụng nitrat và nitrit thay vì oxy )

D) Xử lý nước thải sinh học hiếu khí kết hợp với kỵ khí

Đây là quá trình chuyển hoá vật chất, quá trình tạo cặn lắng, tự làm sạch nguồn nước của các vi sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng có trong tự nhiên nhờ khả năng đồng hoá được rất nhiều nguồn cơ chất khác nhau có trong nước thải Hay nói một cách dễ hiểu hơn là các vi sinh vật (VSV) sẽ sử dụng các chất hữu cơ hay vô cơ có trong nước thải ở dạng hòa tan làm nguồn dinh dưỡng Các VSV sẽ phân hủy các chất này để lấy nguồn cơ chất cần thiết và phát sinh ra kèm với các sản phẩm phụ (bùn, khí hóa,…)

Ao hồ hiếu khí - kỵ khí gồm 2 quá trình diễn ra song song với nhau :

+ Phân hủy hiếu khí: các chất hữu cơ hòa tan nhờ tảo quang hợp dưới ánh sáng mặt trời

+Phân hủy kỵ khí: các chất cặn lắng ở đáy tạo thành khí Ch4, H2S, H2, …

  Ưu điểm:

So với phương pháp kỵ khí thì công nghệ hiếu khí có các ưu điểm là hiểu biết về quá trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn

Phương pháp hiếu khí không gây ô nhiễm thứ cấp như phương pháp hóa học, hóa lý

Nhược điểm:

Nhưng phương pháp hiếu khí cũng có nhược điểm là thể tích công trình lớn

và chiếm nhiều mặt bằng hơn

Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn hơn

Chi phí vận hành, đặc biệt chi phí cho năng lượng sục khí tương đối cao

Không có khả năng thu hồi năng lượng Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ

Sau khi xử lý sinh ra một lượng bùn dư và lượng bùn này kém ổn định, do

đó đòi hỏi về chi phí đầu tư để xử lý bùn

Xử lý nước thải có tải trọng không cao như phương pháp kỵ khí

4.3 Công nghệ hấp phụ

4.4 Phương pháp kết hợp

( Các phương pháp khác)

4.5 Công nghệ điện hóa

 Sử dụng điện trường để loại bỏ tạp chất và vi sinh vật trong nước

 Các phương pháp phổ biến gồm:

o Điện đông tụ (Electrocoagulation): Kết tủa các hạt lơ lửng bằng

dòng điện

o Điện phân (Electrolysis): Phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ.

o Điện hấp phụ (Capacitive Deionization - CDI): Loại bỏ ion bằng

điện cực hấp phụ

4.6 Công nghệ UV (Tia cực tím)

 Sử dụng tia UV để tiêu diệt vi khuẩn, virus và vi sinh vật có hại.

 Không làm thay đổi tính chất hóa học của nước và không để lại dư lượng

4.7 Công nghệ sóng siêu âm

 Sóng siêu âm tạo ra hiệu ứng cavitation (bọt khí) giúp phá vỡ cấu trúc tế bào của vi sinh vật

 Giúp loại bỏ tạp chất mà không cần sử dụng hóa chất

4.8 Công nghệ tạo ôzôn (O₃)

 Ozone là chất oxy hóa mạnh, giúp loại bỏ vi khuẩn, virus và các hợp chất hữu cơ

 Không để lại dư lượng hóa chất trong nước sau xử lý

(tài liệu tham khảo)

https://cncvietnam.com/tham-thau-nguoc-ro#:~:text=Kh%C3%A1i%20ni%E1%BB%87m%20Th%E1%BA%A9m

%20Th%E1%BA%A5u%20Ng%C6%B0%E1%BB%A3c,chi%20ph%C3%AD%20v%E1%BA%ADn%20h

https://antoanmoitruong.com.vn/xu-ly-nuoc-thai-bang-cong-nghe-mbr/

https://moitruongsonggiang.com/tim-hieu-phuong-phap-loc-mang-trong-xu-ly-nuoc-thai-2760.html

https://tanhuyhoang.net/khu-khoang-nuoc-cong-nghe-ed-va-cong-nghe-edi.html

https://toana.vn/kien-thuc/mang-nf.html

https://moitruonghopnhat.com/xu-ly-nuoc-thai-bang-phuong-phap-cong-nghe-sinh-hoc-230.html

https://namvietetc.com/xu-ly-nuoc-thai-bang-phuong-phap-sinh-hoc-hieu-khi/

https://tincay.com/ket-hop-phuong-phap-ky-khi-va-hieu-khi/?

srsltid=AfmBOoqsDLtKdvk0kcRLgqiYsbskV1xWY_RVfP3Wzpt0lZ4OjulmR4z6

GPT