công nghệ xử lý nước thải

Đối với nước thải có chứa chất hữu cơ, chủ yếu là sử dụng công nghệ xử lý sinh học chẳng hạn như phương pháp bùn hoạt tính sử dụng vi sinh vật v.v... 6 Công nghệ xử lý nước thải chứa chấ

Giới thiệu về công nghệ xử lý nước

～ Hướng đến phổ cập công nghệ thích hợp với môi trường～

Tetsuo Minami

Văn phòng chính quyền tỉnh Osaka

E-mail: MinamiTe@mbox.pref.osaka.lg.jp

2

Quá trình lựa chọn công nghệ xử lý nước

từ nhà máy

⇒ Biến động trong ngày và trong tuần

 Chủ yếu là nước thải trong quá trình sản xuất, nước thải làm mát, nước thải văn phòng

 Khảo sát đặc điểm nước thải ở từng hệ thống (hàm lượng hóa chất v.v.)

ra (sông ngòi, ao hồ v.v.)

 Xem xét công nghệ xử lý để đảm bảo phù hợp với tiêu chuẩn nước thải do tiêu chuẩn nước thải trong trường hợp có nguồn nước ở hạ lưu thường rất nghiêm ngặt

 Xem xét sao cho phù hợp với tiêu chuẩn tiếp nhận của khu công nghiệp trong trường hợp nhà máy ở khu công nghiệp

3

Quá trình lựa chọn công nghệ xử lý nước

 Xem xét áp dụng công nghệ xử lý có chi phí đầu tư ban đầu nhỏ

hoặc

Xem xét áp dụng công nghệ xử lý có thể thu hồi được một phần vốn đầu tư khi đầu tư ban đầu lớn (sử dụng khí metan sinh ra làm nhiên

liệu lò hơi v.v., thu hồi kim loại có giá trị)

4

Nắm bắt đặc điểm nước bẩn đầu vào tại công trình xử lý

⇒ Khảo sát lưu lượng đầu vào theo từng giờ, trường hợp biến thiên

lớn thì thiết kế dung lượng bồn chứa nước thô (điều chỉnh lưu

lượng) để ổn định lưu lượng đầu vào thiết bị xử lý

5

Ví dụ về chất lượng nước thải có chứa chất hữu cơ và phương pháp xử lý

<Nội dung lưu ý>

pH thay đổi theo tình trạng lên men

<Nội dung lưu ý>

Phân tách dầu mỡ đã nhũ tương hóa

(Bơ, phô mai, sữa chua, sữa bò, kem v.v.)

Lượng nước thải: 1.000 - 6.000 m 3 /ngày

Nguồn: Tham khảo và lập từ tài liệu của Hiệp hội Quản lý Môi trường Công nghiệp (Nhật Bản) và các khảo sát ở nước ngoài v.v

Đối với nước thải có chứa chất hữu cơ, chủ yếu là sử dụng công nghệ xử lý sinh học chẳng hạn như phương pháp bùn hoạt tính sử dụng vi sinh vật v.v

6

Công nghệ xử lý nước thải chứa chất hữu cơ chủ yếu

Xử lý sinh học

Phương pháp bùn hoạt tính Phương pháp sục khí

Tầng lọc chìm (sục khí tiếp xúc) Thể tiếp xúc quay

Phân hủy kỵ khí

Tầng lưu động kỵ khí dòng chảy ngược Tầng lọc kỵ khí

Phương pháp

kỵ khí

7

Trường hợp nhiệt độ nước, lượng nước thải, lượng phụ tải có sự thay đổi lớn thì tính lắng và hoạt tính của bùn hoạt tính

sẽ bị mất ổn định

Thông thường bùn dư sau khi đã tách nước sẽ được chôn lấp hoặc

đốt Phát sinh chi phí dùng để xử lý chất thải khi xử lý bùn

Bể điều áp

Khái quát xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính

Nước bẩn đầu vào bể sục khí (Aeration tank) trong tình trạng có nhiều oxy do sục khí được oxy hóa khử thành phần hữu cơ bằng các vi sinh vật hiếu khí rồi cho dung dịch hỗn hợp đó đầu vào bể lắng (Settling tank), tách nước đã lắng trong và bùn (lọc dung dịch rắn) ra Nước ở bên trên là nước đã xử lý và bùn sẽ được bơm trả lại bể sục khí

 Tải lượng BOD (Load v )

 Trong trường hợp nước thải công nghiệp, tải lượng BOD thường vào

khoảng 0,5~1, thể tích cần thiết của bể sục khí được tính theo nồng độ BOD của nước thải và lượng nước thải

Point !

Có nhiều cách sục khí để cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí Ngoài các thiết bị dưới đây còn có thiết bị khuấy bề mặt

Nguồn: Trích dẫn từ trang web công nghệ về nước của tỉnh Osaka

Bể sục khí

10

Ví dụ vận hành thiết bị sục khí

Tại bể sục khí trong hình bên dưới, cách phân bố sục khí không cân đối nên có khả năng không thể hòa tan oxy một cách hiệu quả ⇒ Hiệu quả xử lý thấp do không đủ oxy hòa tan

11

- MBR (Membrane Bio Reactor – Màng lọc sinh học) không cần đến bể lắng vì dùng màng (màng lọc) để thực hiện tách dung dịch rắn khi xử lý bùn hoạt tính (tiết

kiệm không gian)

- Nước sau xử lý được lọc qua màng (màng MF v.v.) nên không tạo ra SS (chất rắn

lơ lửng)

- Không có bể lắng, quản lý bùn dễ dàng hơn

Phương pháp bùn hoạt tính sử dụng công nghệ màng (MBR)

(màng lọc)

Nguồn: Trích dẫn một phần từ trang web công nghệ về nước của tỉnh Osaka

Màng trong dung dịch (màng lọc)

Tháp khử mùi

(tùy chọn)

Dòng chảy tràn

Bể xả ra Màng trong

12

Ví dụ áp dụng MBR tại nhà máy hóa chất (Nhật Bản)

Ví dụ áp dụng phương pháp bùn hoạt tính sử dụng công nghệ màng (MBR)

Máy thổi khí

Bể sục khí (không cần bể lắng)

Bể lên men (viên tạo quá trình lên men)

13

Khái quát công nghệ xử lý bằng thể tiếp xúc quay

- Sử dụng màng vi sinh đã cố định với lưới tiếp xúc có lỗ đồng nhất và tiến hành làm sạch nước thải

- Từ từ xoay vòng sao cho một phần của thể tiếp xúc chìm sâu trong nước thải, hấp thu oxy từ trong không khí và hấp phụ thành phần ô nhiễm từ trong nước bẩn rồi phân giải hiếu khí

- Trong quá trình phân giải, vi sinh vật tiếp tục sinh sôi nhưng những vi sinh vật

có độ hoạt tính giảm sẽ rơi khỏi thể tiếp xúc và được phân tách tại bể lắng

- Có thể giảm bớt điện năng tiêu thụ nhờ vận hành bằng phương pháp bùn hoạt tính sục khí

Nguồn: Trích dẫn từ trang web công nghệ về nước của tỉnh Osaka

Mở rộng lưới tiếp xúc có lỗ đồng nhất Lưới tiếp xúc có lỗ đồng nhất

Màng bám vi sinh

Nước đã xử lý Nước chưa xử lý Trục chính

Dòng nước theo hướng của trụ

14

Ví dụ về công nghệ xử lý bằng thể tiếp xúc quay

Nhà máy sản xuất nước uống,

và các chế phẩm từ sữa v.v Xử lý màng vi sinh

(thể tiếp xúc quay)

Thêm chất đông tụ

＋ Phân tách đông tụ

Xử lý màng vi sinh (thể tiếp xúc quay)

Thêm chất đông tụ

＋ Phân tách đông tụ

Bố trí song song

BOD

500 mg/L

- Chất hữu cơ có trong nước thải có nồng độ tương đối thấp đối với ngành nghề liên quan đến chế phẩm từ sữa, nước uống, các loại mì v.v., bằng việc sử dụng màng vi sinh (thể tiếp xúc quay) để xử lý hiếu khí thì điện năng tiêu thụ sẽ rất ít cũng như có thể kiểm soát được lượng bùn phát sinh

-Trong trường hợp tiêu chuẩn nước thải đầu ra nghiêm ngặt thì bố trí các thiết bị chính song song với nhau để phân tán lưu lượng nước đầu vào, thêm vào đó, do tính lắng của bùn tăng cao sau khi xử lý màng vi sinh nên nếu cho thêm chất đông tụ và phân tách đông tụ thì chất lượng nước xử lý ổn định Ngoài ra, có thể tránh

được tình trạng chất lượng nước bị xấu đi do sự bùng phát khối lượng bùn phát sinh do biến thiên lưu lượng nước xử lý v.v gây ra thường thấy ở phương pháp bùn hoạt tính

15

Khái quát xử lý bằng tầng lưu động kỵ khí dòng chảy ngược (UASB)

- Trường hợp nồng độ nước thải có chất hữu cơ cao và không có chất độc hại thì hệ thống phân hủy kỵ khí dạng tiết kiệm năng lượng sử dụng vi sinh vật sẽ phát huy hiệu quả

- UASB tạo môi trường nhiệt độ khoảng 30 - 40°C trong lò phản ứng để metan lên

men ổn định Tại Nhật Bản, cần tăng nhiệt độ lên vào mùa có nhiệt độ thấp Tại khu vực nhiệt đới, do nhiệt độ cao trong cả năm nên có lợi điểm là không cần tăng nhiệt

Nước thải nhà máy

Lò phản ứng UASB

Khí sinh học (chủ yếu là metan)

Bình ga

Hệ thống đồng phát khí sinh học

Xử lý kỵ khí

Xử lý hiếu khí (xử lý giai đoạn cuối)

Điện

Nước nóng

Năng lượng thay thế

16

Ví dụ về tầng lưu động kỵ khí dòng chảy ngược (UASB)

Nguồn: Trích dẫn từ trang web của Trung tâm giao lưu công

nghệ môi trường ảo APEC

- Nước chưa xử lý được đưa vào

từ bên dưới

- Sinh vật kỵ khí bên trong phân hủy dung dịch thải đưa vào, và được khuấy trộn nhẹ nhàng bằng dòng hướng lên do khí metan và cacbon đioxit tạo thành

- Sử dụng hỗn hợp để đông tụ vi sinh vật kỵ khí tạo thành bùn, tăng cường khả năng phân tách dung dịch rắn

- Nước thải được phân tách vi sinh một lần nữa khi tầng tạo bùn dâng cao, nước đã xử lý được thải ra từ phía trên phản ứng, khí metan được sử dụng làm nguồn nhiệt

Khí metan

Nước đã xử lý

Thiết bị thu khí metan Khí metan Bùn dạng hạt

Nước thải

17

Tạo khí sinh học bằng phân hủy kỵ khí tại nhà máy bia (tại nước ngoài)

Ví dụ áp dụng hệ thống phân hủy kỵ khí

Khí sinh học sinh ra từ bể phân hủy kỵ khí

(xử lý đốt khí)

Bể phân hủy kỵ khí

18

Ví dụ về chất lượng của nước thải chứa các chất vô cơ như kim loại v.v

và phương pháp xử lý

Ngành nghề Chất lượng nước thải

(trước khi xử lý) Phương pháp xử lý và nội dung lưu ý

■ Ngành sản xuất kim loại màu

(Cán đồng thau, dây kim loại, nhôm v.v.)

Lượng nước thải: 200 - 10.000 m 3 /ngày

・pH: 2 - 7

・SS: 70 - 200 mg/L ・Phương pháp xử lý trung hòa v.v

<Nội dung lưu ý>

Xử lý các loại kim loại nặng

<Nội dung lưu ý>

Biến đổi của nước thải, xử lý các loại kim loại nặng

■ Ngành sản xuất sản phẩm công nghiệp

(Kính quang học, kính đặc thù) ・Có chứa kim loại nặng như Cd v.v ・Phương pháp lắng đông tụ, phương pháp lọc

Nguồn: Được lập dựa trên tài liệu của Hiệp hội Quản lý Môi trường Công nghiệp (Nhật Bản)

Sử dụng công nghệ xử lý hóa học như lắng đông tụ hoặc xử lý trung hòa v.v theo hàm lượng kim loại v.v trong trường hợp nước thải vô cơ bao gồm cả kim loại

19

Công nghệ chủ yếu xử lý nước thải vô cơ như kim loại v.v

Lắng đông tụ Gia áp khuấy nổi Lọc và than hoạt tính Trao đổi ion Phân tách màng

Xử lý lý hóa

 Phương pháp loại bỏ chất vô cơ chủ yếu như kim loại v.v

⇒ Phương pháp lắng đông tụ, phương pháp gia áp khuấy nổi,

phương pháp trao đổi ion v.v

 Quyết định dựa trên chi phí (đầu tư ban đầu, quản lý bảo dưỡng) và công nghệ quản lý v.v sau khi thực hiện thí nghiệm hóa học tại phòng thí nghiệm

20

So sánh phương pháp lắng đông tụ với phương pháp gia áp khuấy nổi

 Tốc độ khuấy nổi> Tốc độ lắng

 Điện năng cần cho gia áp khuấy nổi > Điện năng cần cho lắng đông tụ

 Độ đục của nước đã xử lý ở phương pháp lắng đông tụ thấp v.v

Point !

 Phương pháp lắng đông tụ ⇒ mạ, kính, linh kiện máy móc, giấy v.v

 Phương pháp gia áp khuấy nổi ⇒ gia công cơ khí, lọc dầu, giấy v.v

Nguồn: Trích dẫn một phần từ tài liệu của Hiệp hội Quản lý Môi trường Công nghiệp

 Các loại chất trung hòa, chất đông tụ, chất đông tụ cao phân tử

21

Chất trung hòa và chất đông tụ chủ yếu sử dụng khi xử lý nước

Chất trung hòa (kiềm) Natri hiđrôxit (NaOH), natri cacbonat (Na2CO3)

canxi hiđrôxit (Ca(OH)2)

Chất trung hòa (axit) Axit sunfuric (H2SO4), axit cloric (HCl)

Chất đông tụ vô cơ Nhôm sunfat (Al2(SO)3,18H2O)

Sắt sunfat (FeSO4, 7H2O), sắt clorua (FeCl3, 6H2O) Phèn nhôm (PAC)

Chất đông tụ cao phân tử

ion âm (anion) Natri polyacrylat, natri alginat

Chất đông tụ cao phân tử

ion dương (cation) Dimethylamino-ethylmethacrylate Nhựa aniline hòa tan trong nước

Chất đông tụ cao phân tử

trung tính (non-ionic) Polyacrylamit, polyethylene

22

Nguyên lý và thí nghiệm lắng đông tụ

Sau khi chọn ion kim loại có trong nước thải làm hiđrôxit v.v., cho tạo khối lại bằng chất đông tụ cao phân tử Sử dụng cốc thí nghiệm để thử nghiệm rồi tìm giá trị thích hợp tối đa của pH và tỷ lệ bổ sung dung dịch hóa chất

Quan hệ giữa độ tan và pH của ion kim loại

(Nguồn: Tài liệu của Hiệp hội Quản lý Môi trường Công nghiệp

Cốc thí nghiệm dùng để thử nghiệm đông tụ

(Nguồn: Trung tâm giao lưu công nghệ môi trường ảo APEC)

Phân tử đông tụ Tạo khối Lắng xuống

23

Ví dụ về quy trình xử lý của thiết bị lắng đông tụ

Nguồn: Trang web công nghệ về nước của tỉnh Osaka

Gia tăng tạo khối hiđrôxit tại bể đông tụ, lắng tại bể lắng và tách dung

24

Ví dụ về xử lý crom 6 bằng thiết bị lắng đông tụ

Nguồn: Lập từ trang web công nghệ về nước của tỉnh Osaka

Nước thải chứa crom (VI) độc hại được xử lý lắng đông tụ sau khi khử về crom (III) bằng sunfit v.v

(Ví dụ: NaHSO３)

Kiểm soát sao cho pH ở 2 - 2,5, ORP (điện thế oxy hóa khử) ở 300 -

400 mV để khử crom (VI) độc hại

25

Ví dụ về quy trình xử lý gia áp khuấy nổi

Nguồn: Trang web công nghệ về nước của tỉnh Osaka

Khối lắng được hòa trộn với bọt khí nhỏ và phân tách dung dịch- chất rắn

một cách hiệu quả tại bể khuấy nổi

Đồng hồ áp suất

Đồng hồ liên kết Van giảm áp

Bộ lọc Máy bơm nước gia áp

Bể điều chỉnh

Đồng hồ lưu lượng (có gắn van điều chỉnh)

 Đạt hiệu quả khi chỉ xử lý một số kim loại nhất định, sau đó trộn lẫn với nước thải khác và thực hiện xử lý đông tụ

26

Ví dụ về xử lý các loại nước thải ngành mạ

Rửa nước Tẩy axit Rửa nước

Xử lý nước thải niken

Xử lý nước thải crom

Thành phẩm

Xử lý nước thải chứa axit và kiềm (Hiđrôxit kim loại v.v.) đã xử lý Nước

Tỷ lệ nước thải chứa axit và kiềm lớn

Xử lý riêng niken

và crom

27

Các loại màng chức năng cao và đối tượng

Nguồn: Tài liệu từ Tổ chức Phát triển Khoa học và công nghệ (Nhật Bản) v.v

Siêu lọc

Lọc tinh Giấy lọc/Máy lọc

Thẩm thấu ngược

Thẩm tách

Thẩm tách điện Trao đổi ion

(Định nghĩa của IUPAC (1996)

Sắc ký gel

Gia áp (0,1~1MPa) Virus Protein Đường Amino Axit Các loại muối

Dung dịch lọc

28

Ví dụ về thiết bị lọc nước di động có

sử dụng màng chức năng cao

Nguồn: Trang web công nghệ về nước của tỉnh Osaka

Cấu tạo máy của thiết bị lọc nước di động

- Có thể hoạt động liên tục 25 giờ bằng cách lắp đặt máy phát điện diezel

- Cung cấp nước an toàn, nâng cao độ bền, tránh làm tắc ống bằng cách

lặp đặt thiết bị tạo nước EO

- 1 ngày sản xuất tối đa 10 tấn nước uống từ nước biển, 20 tấn nước uống,

30 tấn nước sinh hoạt từ nước ngọt (sông, hồ)

Máy phát điện diezel (thùng dạng gấp nếp, ống v.v.) Khoang chứa

Thiết bị tạo nước EO Thiết bị chuyển hóa nước biển thành nước ngọt

29

Nguồn: trang web công nghệ về nước của tỉnh Osaka

Sơ đồ cấu tạo thiết bị lọc nước bằng màng chức năng cao

(*Nước sinh hoạt)

Máy bơm cao áp RO

31

Ví dụ A về thiết bị tách nước bùn bẩn

Nguồn: Trích dẫn từ trang web công nghệ về nước của tỉnh Osaka

- Phát sinh bùn bẩn từ công trình xử lý hoặc từ xử lý lắng đông tụ bằng phương pháp bùn hoạt tính

- Trường hợp phương pháp bùn hoạt tính, thông thường tách đến khoảng 80% tỷ lệ lượng nước trong bùn

Sơ đồ bên phải là ví dụ về

quy trình xử lý ép kiểu vít

Bùn bẩn được chuyển đến

vùng nén bằng vít, khi nén

mạnh sẽ tách được nước

32

Ví dụ B về thiết bị tách nước bùn bẩn

Nguồn: Trích dẫn từ trang web công nghệ về nước của tỉnh Osaka

- Bằng cách thêm chất hỗ trợ tách nước vào chất đông tụ thông thường, tỷ lệ nước sẽ thấp (bùn bẩn tách nước: khoảng 70%) Sử dụng polyferric sulfate làm chất hỗ trợ đông tụ, chất đông tụ cao phân tử làm chất đông tụ, bột gỗ (loại bột được nghiền nát từ gỗ cắt tỉa rừng) hoặc chất

Polyferric sulfate Chất đông tụ cao phân tử Dung dịch lọc cô đặc Dung dịch lọc tách nước

Bể phản ứng chất hỗ trợ tách nước Bể hòa tan chất hỗ trợ tách nước

bùn bẩn cô đặc Chất hỗ trợ tách nước

33

Ví dụ A về công nghệ tái chế bùn bẩn thành phân hữu cơ

Nguồn: Trích dẫn từ trang web “NET 21” của Global Environment Centre Foundation

Ủ phân bằng cách bổ sung không khí sử dụng vi khuẩn hiếu khí Bùn khô được tạo ra có thể sử dụng làm phân bón nông nghiệp

 Trường hợp bùn bẩn không chứa chất gây hại mà chứa nitơ và

photpho, nếu ủ thành phân và dùng làm phân hữu cơ thì sẽ đem lại hiệu quả tái chế cao

Point !

Nguyên liệu mồi được trả về

Thông khí bên dưới

Thông khí bên trên Thông khí bên dưới

Sử dụng một phần làm nguyên liệu mồi

34

Ví dụ B về công nghệ tái chế bùn bẩn thành phân hữu cơ

Nguồn: Trích dẫn một phần từ trang web công nghệ về nước của tỉnh Osaka

Sơ đồ quy trình tái chế bùn bẩn thành phân hữu cơ

(2) Máy nghiền

(4) Máy sàng (5) Máy tạo viên thành phẩm (6) Phễu (7) Máy đóng gói tự động (8) Máy xếp hàng lên giá

(3) Thiết bị lên men

cơ

(1)

Đến thiết bị khử mùi

Máy hút bụi (2)

(1) Phễu lưu trữ

(4)

Quạt thải khí

(8) Thiết bị

khuếch tán khí