tổng quan về nước thải sinh hoạt và phương pháp xử lý nước thải

trình bày tổng quan về nước thải sinh hoạt và phương pháp xử lý nước thải

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2.1.1 Nguồn gốc

Nước thải sinh hoạt (NTSH) phát sinh từ các hoạt động sống hàng ngày của con người như tắm rửa, bài tiết, chế biến thức ăn… Ở Việt Nam lượng nước thải này trung bình khoảng 120 - 260 lít/người/ngày NTSH được thu gom từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, khu dân cư, cơ sở kinh doanh, chợ, các công trình công cộng khác và ngay chính trong các cơ sở sản xuất

Khối lượng nước thải của một cộng đồng dân cư phụ thuộc vào:

- Quy mô dân số

- Tiêu chuẩn cấp nước

- Khả năng và đặc điểm của hệ thống thoát nước

Đặc tính chung của NTSH thường bị ô nhiễm bởi các chất cặn bã hữu

cơ, các chất hữu cơ hoà tan (thông qua các chỉ tiêu BOD, COD), các chất dinh dưỡng (nitơ phospho), các vi trùng gây bệnh (Ecoli, coliform…)

Mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào:

- Lưu lượng nước thải

- Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người

Mà tải trọng chất bẩn tính theo đầu người phụ thuộc vào:

- Mức sống, điều kiện sống và tập quán sống

- Điều kiện khí hậu

Bảng 2.1: Tải trọng chất bẩn theo đầu người

Chỉ tiêu ô nhiễm

Hệ số phát thải Các quốc gia gần với

Việt Nam

Theo TCVN (TCXD – 51 - 84)

-(Nguồn: Chương trình môn học kỹ thuật xử lý nước thải, Lâm Minh

Triết)

2.1.2 Thành phần tính chất nước thải

Mức độ cần thiết xử lý nước thải phụ thuộc:

- Nồng độ bẩn của nước thải

- Khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận

- Yêu cầu về mặt vệ sinh môi trường

Để lựa chọn công nghệ xử lý và tính toán thiết kế các công trình đơn xử lý nước thải trước tiên cần phải biết thành phần tính chất của nước thải

Thành phần tính chất của nước thải chia làm 2 nhóm chính:

- Thành phần vật lý

- Thành phần hoá học

Thành phần vật lý: Biểu thị dạng các chất bẩn có trong nước thải ở

các kích thước khác nhau được chia thành 3 nhóm

Nhóm 1: Gồm các chất không tan chứa trong nước thải dạng thô (vải,

giấy, lá cây, cát, da, lông…) ở dạng lơ lửng ( > 10-1mm) và ở dạng huyền phù, nhũ tương ( = 10-1 – 10-4mm)

Nhóm 3: Gồm các chất bẩn ở dạng hoà tan có  < 10 mm, chúng có thể ở dạng ion hay phân tử

Thành phần hoá học: Biểu thị dạng các chất bẩn trong nước thải có

các tính chất hoá học khác nhau, được chia làm 3 nhóm:

Thành phần vô cơ: cát, sét, xỉ, axít vô cơ, các ion muối phân ly…

(chiếm khoảng 42% đối với NTSH)

Thành phần hoá học: các chất có nguồn gốc từ động vật, thực vật

cặn bã bài tiết… (chiếm khoảng 58%)

Các chất chứa nitơ:

Các hợp chất nhóm hyđrocacbon: mỡ, xà phòng, cellulese… Các hợp chất có chứa phospho, lưu huỳnh

Thành phần sinh học: nấm men, nấm mốc, tảo, vi khuẩn…

Bảng 2.2: Thể hiện thành phần tương đối của NTSH trước và sau xử lý BOD và chất rắn lơ lửng là 2 thông số quan trọng nhất được sử dụng để xác định đặc tính của NTSH Quá trình xử lý lắng đọng ban đầu có thể giảm được khoảng 50% chất rắn lơ lửng và 35% BOD

Bảng 2.2: Thành phần tương đối của nước thải sinh hoạt bình thường

Thành phần chất thải Trước khi

lắng đọng

Sau khi lắng đọng

Sau khi xử lý sinh học

(Nguồn: wastewater engineering treatment, disposal.Metcalf và Eddy, 1991)

Chất hữu cơ trong NTSH đặc trưng có thể phân huỷ sinh học có thành phần 50% hydrocacbon, 40% protein và 10% chất béo Độ pH dao động trong khoảng 6,5 – 8,0 trong nước thải có khoảng 20% - 40% vật chất hữu cơ không

phân huỷ sinh học (Theo:Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp, Tính toán và

thiết kế công trình – Lâm Minh Triết)

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI:

Các phương pháp sử dụng để xử lý nước thải phụ thuộc vào các tính chất vật lý, hóa học và sinh học của nước thải, do đó về bản chất kỹ thuật xử lý nước thải được chia làm 3 nhóm chính: lý học (cơ học), hóa học, sinh học Nếu xác định ở cấp độ xử lý, các kỹ thuật xử lý trên áp dụng ở các mức sau:

- Xử lý sơ bộ (xử lý bậc một): quá trình này dùng để loại bỏ các tạp chất thô, các loại cặn trong nước thải Những tạp chất thô này có thể ảnh

hưởng đến hoạt động bình thường của các quá trình xử lý sau này, hay gây

hỏng hóc các thiết bị phụ trợ khi hoạt động Các quá trình xử lý sơ bộ thường dùng: song chắn rác, lưới chắn rác, thiết bị nghiền rác, bể lắng cát, bể tuyển nổi, bể lắng…

- Xử lý bậc hai: mục đích chính của giai đoạn này là loại trừ các hợp chất hữu cơ và các chất rắn lơ lửng có khả năng phân hủy sinh học Các quá trình thường được sử dụng trong xử lý bậc hai là: bùn hoạt tính, bể biophin,

các hồ sinh học…

- Xử lý bậc cao: được áp dụng khi yêu cầu xử lý cao hơn quá trình xử lý bậc hai có thể đáp ứng Người ta dùng xử lý bậc cao để loại bỏ các thành phần như dinh dưỡng (nitơ, phôtpho…), các hợp chất độc, các hợp chất hữu cơ và các chất rắn lơ lửng Quá trình xử lý bậc cao có thể áp dụng các kỹ thuật sinh học, hóa học hoặc lý học Ví dụ: quá trình sinh học để loại bỏ nitơ,

phôtpho, keo tụ hóa học, quá trình lắng theo sau là lọc hấp phụ bằng cacbon hoạt tính

- Xử lý bùn cặn: đây là khâu rất quan trọng không thể không xét đến trong công trình xử lý nước thải vì trong một số công đoạn xử lý luôn kèm theo một lượng bùn đáng kể Các kỹ thuật xử lý bùn có thể kể là: nén bùn, ổn định bùn, sấy bùn, sản xuất compost…

2.2.1 Phương pháp xử lý lý học (cơ học):

Phương pháp này được sử dụng để tách các tạp chất không hòa tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải Các công trình xử lý cơ học bao gồm:

2.2.1.1 Thiết bị chắn rác:

Thiết bị chắn rác có thể là song chắn rác hoặc lưới chắn rác, có chức năng chắn giữ những rác bẩn thô (giấy, rau, cỏ, rác…), nhằm đảm bảo đảm cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định Song và lưới chắn rác được cấu tạo bằng các thanh song song, các tấm lưới đan bằng thép hoặc tấm thép có đục lỗ… tùy theo kích cỡ các mắt lưới hay khoảng cách giữa các thanh mà ta phân biệt loại chắn rác thô, trung bình hay rác tinh

Theo cách thức làm sạch thiết bị chắn rác ta có thể chia làm 2 loại: loại làm sạch bằng tay, loại làm sạch bằng cơ giới

2.2.1.2 Thiết bị nghiền rác:

Là thiết bị có nhiệm vụ cắt và nghiền vụn rác thành các hạt, các mảnh nhỏ lơ lửng trong nước thải để không làm tắc ống, không gây hại cho bơm Trong thực tế cho thấy việc sử dụng thiết bị nghiền rác thay cho thiết bị chắn rác đã gây nhiều khó khăn cho các công đoạn xử lý tiếp theo do lượng cặn tăng lên như làm tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và các thiết bị làm thoáng

trong các bể (đĩa, lỗ phân phối khí và dính bám vào các tuabin… Do vậy phải cân nhắc trước khi dùng

2.2.1.3 Bể điều hòa:

Là đơn vị dùng để khắc phục các vấn đề sinh ra do sự biến động về lưu lượng và tải lượng dòng vào, đảm bảo hiệu quả của các công trình xử lý sau, đảm bảo đầu ra sau xử lý, giảm chi phí và kích thước của các thiết bị sau này

Có 2 loại bể điều hòa:

- Bể điều hòa lưu lượng

- Bể điều hòa lưu lượng và chất lượng

Các phương án bố trí bể điều hòa có thể là bể điều hòa trên dòng thải hay ngoài dòng thải xử lý Phương án điều hòa trên dòng thải có thể làm giảm đáng kể dao động thành phần nước thải đi vào các công đoạn phía sau, còn phương án điều hòa ngoài dòng thải chỉ giảm được một phần nhỏ sự dao động đó Vị trí tốt nhất để bố trí bể điều hòa cần được xác định cụ thể cho từng hệ thống xử lý, và phụ thuộc vào loại xử lý, đặc tính của hệ thống thu gom cũng như đặc tính của nước thải

2.2.1.4 Bể lắng cát:

Nhiệm vụ của bể lắng cát là loại bỏ cặn thô, nặmg như: cát, sỏi, mảnh thủy tinh, mảnh kim loại, tro, than vụn… nhằm bảo vệ các thiết bị cơ khí dễ bị mài mòn, giảm cặn nặng ở các công đoạn xử lý sau

Bể lắng cát gồm những loại sau:

- Bể lắng cát ngang: Có dòng nước chuyển động thẳng dọc theo chiều dài của bể Bể có thiết diện hình chữ nhật, thường có hố thu đặt ở đầu bể

- Bể lắng cát đứng: Dòng nước chảy từ dưới lên trên theo thân bể Nước được dẫn theo ống tiếp tuyến với phần dưới hình trụ vào bể Chế độ dòng chảy khá phức tạp, nước vừa chuyển động vòng, vừa xoắn theo trục, vừa tịnh tiến đi lên, trong khi đó các hạt cát dồn về trung tâm và rơi xuống đáy

- Bể lắng cát tiếp tuyến: là loại bể có thiết diện hình tròn, nước thải được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể và được thu và máng tập trung rồi dẫn ra ngoài

- Bể lắng cát làm thoáng: Để tránh lượng chất hữu cơ lẫn trong cát và tăng hiệu quả xử lý, người ta lắp vào bể lắng cát thông thường một dàn thiết

bị phun khí Dàn này được đặt sát thành bên trong bể tạo thành một dòng xoắn ốc quét đáy bể với một vận tốc đủ để tránh hiện tượng lắng các chất hữu

cơ, chỉ có cát và các phân tử nặng có thể lắng

2.2.1.5 Bể lắng:

Lắng là phương pháp đơn giản nhất để tách các chất bẩn không hòa tan ra khỏi nước thải Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại:

- Bể lắng đợt 1: Được đặt trước công trình xử lý sinh học, dùng để tách các chất rắn, chất bẩn lơ lững không hòa tan

- Bể lắng đợt 2: Được đặt sau công trình xử lý sinh học dùng để lắng các cặn vi sinh, bùn làm trong nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận

Căn cứ vào chiều dòng chảy của nước trong bể, bể lắng cũng được chia thành các loại giống như bể lắng cát ở trên: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng tiếp tuyến (bể lắng radian)

2.2.1.6 Lọc:

Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải, mà các bể lắng không thể loại được chúng Người ta tiến hành quá trình lọc nhờ các vật liệu lọc, vách ngăn xốp, cho phép chất lỏng đi qua và giữ các tạp chất lại

Vật liệu lọc được sử dụng thường là cát thạch anh, than cốc, hoặc sỏi, thậm chí cả than nâu, than bùn hoặc than gỗ Việc lựa chọn vật liệu lọc tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện địa phương

Có nhiều dạng lọc: lọc chân không, lọc áp lực, lọc chậm, lọc nhanh, lọc chảy ngược, lọc chảy xuôi…

2.2.1.7 Tuyển nổi:

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng Trong một số trường hợp quá trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt Quá trình như vậy được gọi là quá trình tách hay lám đặc bọt

Trong xử lý nước thải về nguyên tắc tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là không khí) vào trong pha lỏng Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo các hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu

Bảng 2.3: Ứng dụng các công trình cơ học trong xử lý nước thải

Lưới chắn rác Tách các chất rắn thô và có thể lắng

Nghiền rác Nghiền các chất rắn thô đến kích thước nhỏ hơn đồng

nhất Bể điều hoà Điều hòa lưu lượng và tải trọng BOD và SS

Lắng Tách các cặn lắng và nén bùn

Lọc Tách các hạt cặn lơ lửng còn lại sau xử lý sinh học

hoặc hóa học Màng lọc Tương tự như quá trình lọc, tách tảo từ nước thải sau

hồ ổn định Vận chuyển khí Bổ sung và tách khí

Bay hơi và bay khí Bay hơi các hợp chất hữu cơ bay hơi từ nước thải

2.2.2 Phương pháp xử lý hóa lý

Thực chất của phương pháp hóa lý là đưa vào nước thải chất phản ứng nào đấy để gây tác động với các chất bẩn biến đổi hóa học tạo thành chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hòa tan nhưng không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường

Các phương pháp hóa lý thường được ứng dụng để xử lý nước thải là: keo tụ, tạo bông, hấp thụ trích ly, bay hơi, tuyển nổi, và khử trùng nước thải

Bảng 2.4: Ứng dụng các quá trình hóa lý trong xử lý nước thải

Khuấy trộn Khuấy trộn hóa chất và chất khí với nước thải và giữ

cặn ở trạng thái lơ lững Tạo bông Giúp cho việc tập hợp các hạt cặn nhỏ thành các hạt lớn

hơn để có thể tách ra bằng lắng trọng lực Tuyển nổi Tách hạt cặn lơ lửng nhỏ và các hạt có tỷ trọng sắp xỉ tỷ

trọng của nước, hoặc sử dụng để nén bùn sinh học Hấp thụ Tách các chất hữu cơ không được xử lý bằng phương

pháp hóa học thông thường hoặc bằng phương pháp sinh

học Nó cũng được dùng để tách ki m loại nặng, khử chlorine của nước thải trước khi xử vào nguồn

Khử trùng:

- Bằng Clo

- Bằng ClO2

- Bằng BrCl2

- Bằng Ozone

- Bằng tia UV

Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh

Khử chlorine Tách clo còn lại sau quá trình clo hóa

2.2.3 Phương pháp xử lý sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật có tác dụng phân hóa những chất hữu cơ trở thành nước, những chất vô cơ và những chất khí đơn giản

Nước thải được xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ được đặc trưng bởi chỉ tiêu BOD hoặc COD Để có thể xử lý bằng phương pháp này nước thải sản xuất cần không chứa các chất độc và tạp chất, các muối kim loại nặng, hoặc nồng độ của chúng không được vược quá nồng độ cực đại cho phép và có tỷ số BOD/COD  0,5

Các công trình sinh học có thể được chia làm các công trình sinh học hiếu khí và kỵ khí, hoặc có thể được phân loại thành các công trình sinh học trong điều kiện tự nhiên và nhân tạo

2.2.3.1 Công trình xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên:

Cơ sở của phương pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch đất và nước, việc xử lý nước thải được thực hiện trên các công trình: cánh đồng tưới, bãi lọc, hồ sinh học…

a Cánh đồng tưới và bãi lọc:

Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc được xây dựng ở những nơi có độ dốc tự nhiên 0,02, cách xa khu dân cư về cuối hướng gió, và thường được xây dựng ở những nơi đất cát, acát…

Cánh đồng tưới và bãi lọc là những ô đất được san phẳng hoặc dốc không đáng kể, và được ngăn cách bằng những bờ đất Nước thải được phân phối vào các ô nhờ hệ thống mạng lưới tưới, bao gồm: mương chính, mương phân phối và hệ thống mạng lưới tưới trong các ô Kích thước của các ô phụ thuộc vào địa hình, tính chất của đất và phương pháp canh tác

b Hồ sinh học:

Hồ sinh học là hồ chứa dùng để xử lý nước thải bằng sinh học, chủ yếu dựa vào quá trình tự làm sạch của hồ

Ngoài nhiệm vụ xử lý nước thải hồ sinh học còn có thể đem lại những lợi ích sau:

- Nuôi trồng thủy sản

- Nguồn nước để tưới cho cây trồng

- Điều hòa dòng chảy nước mưa trong hệ thống thoát nước đô thị Căn cứ theo đặc tính tồn tại và tuần hoàn của các vi sinh và sau đó là

cơ chế xử lý, người ta phân loại làm 3 loại hồ: Hồ kỵ khí, hồ hiếu kỵ khí (Facultativ) và hồ hiếu khí

- Hồ kỵ khí: Dùng để lắng và phân hủy cặn lắng bằng phương pháp sinh hóa tự nhiên dựa trên cơ sở sống và hoạt động của vi sinh vật kỵ khí Loại hồ này thường được dùng để xử lý nước thải công nghiệp có độ nhiễm

bẩn lớn, còn ít dùng để xử lý nước thải sinh hoạt, vì nó gây ra mùi hôi thối khó chịu Hồ kỵ khí phải cách xa nhà ở và xí nghiệp thực phẩm 1,5 – 2 km

- Hồ hiếu kỵ khí (facultativ): Loại hồ này thường được gặp trong điều kiện tự nhiên, trong hồ thường xảy ra hai quá trình song song: quá trình ôxy hóa hiếu khí chất nhiễm bẩn hữu cơ và quá trình phân hủy mêtan cặn lắng Đặc điểm của loại hồ này xét theo chiều sâu có thể chia làm 3 phần: lớp trên mặt là vùng hiếu khí, lớp giữa là vùng trung gian, còn lớp dưới là vùng kỵ khí

- Hồ hiếu khí: Quá trình ôxy hóa các chất hữu cơ bằng vi sinh vật hiếu khí Được phân làm hai nhóm: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo

Hồ làm thoáng tự nhiên: ôxy cung cấp cho quá trình ôxy hóa chủ yếu do sự khuyếch tán không khí qua mặt nước và qua quá trình quanh hợp của các thực vật nước

Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo: nguồn cung cấp ôxy cho quá trình sinh hóa là bằng các thiết bị như bơm khí nén hoặc máy khuấy cơ học

2.2.3.2 Công trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo:

a Bể lọc sinh học (bể Biôphin):

Là công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo nhớ các vi sinh vật hiếu khí

Quá trình xử lý diễn khi nước thải được tưới lên bề mặt của bể và nước thấm qua lớp vật liệu lọc được đặt trong bể Ở bề mặt và ở các khe hở của các hạt vật liệu lọc, các chất cặn được giữ lại và tạo thành màng gọi là màng vi sinh Lượng ôxy cần thiết để ôxy hóa các chất bẩn hữu cơ thâm nhập vào bể cùng với nước thải khi ta tưới, hoặc qua khe hở thành bể, qua hệ thống tiêu nước từ đáy đi lên

Bể biôphin được phân loại dựa theo nhiều đặc điểm khác nhau, nhưng