Tổng quan về nước thải sinh hoạt
Định nghĩa
Nước thải sinh hoạt là nước thải phát sinh từ các hoạt động hàng ngày của cộng đồng như tắm, giặt giũ và vệ sinh cá nhân, thường được thải ra từ các hộ gia đình, cơ quan, trường học, bệnh viện và chợ Lượng nước thải này phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn sống và hệ thống cấp thoát nước Tại các đô thị, nước thải sinh hoạt thường có tiêu chuẩn cao hơn so với vùng ngoại thành và nông thôn do sự khác biệt về lượng nước thải trên đầu người Hệ thống thoát nước ở đô thị dẫn nước thải ra kênh rạch, trong khi ở vùng ngoại thành và nông thôn, nơi thiếu hệ thống thoát nước, nước thải thường được thải trực tiếp vào ao hồ hoặc thấm tự nhiên.
Các thành phần chính
Nước thải chứa nhiều chất khác nhau, bao gồm các chất hữu cơ, vô cơ và vi sinh vật Trong đó, chất hữu cơ từ nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 50-60% tổng lượng chất hữu cơ thực vật như cặn bã thực vật, rau quả và giấy, cùng với chất hữu cơ động vật bao gồm chất thải từ người, động vật và xác động vật Nồng độ các chất này thường được xác định thông qua các chỉ tiêu như BOD, COD, SS và TS.
Bảng 1.1 Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư [2]
Chỉ tiêu Trong khoảng Trung bình
Tổng chất rắn ( TS), mg/l 350-1.200 720
-Chất rắn hoà tan (TDS) , mg/l 250-850 500
-Chất rắn lơ lửng (SS), mg/l 100-350 220
Bảng 1.2: Các chỉ tiêu đánh giá nước thải sinh hoạt [1]
Các chỉ tiêu Mức độ ô nhiễm
- Chất rắn hòa tan(mg/l)
- Chất rắn không tan(mg/l)
Tổng chất rắn lơ lửng(mg/l)
Các chất vô cơ trong nước thải chiếm 40-42% gồm chủ yếu cát, đất sét, axit, bazo vô cơ, dầu khoáng….
Nước thải chứa nhiều loại vi sinh vật như vi khuẩn, virus, rong tảo và trứng giun sán Trong số đó, có những vi sinh vật gây bệnh như coliform, lỵ và thương hàn, có khả năng bùng phát thành dịch.
Dựa trên các tiêu chí đã đề ra và kiến thức tích lũy, các thông số đầu vào của nước thải sẽ được lựa chọn làm cơ sở cho quá trình thiết kế.
Bảng 1.3: Các thông số nước thải sinh hoạt cần xử lý
TT Các thông số Đơn vị Nồng độ nước thải đầu vào
1 Lưu lượng nước thải m 3 /ngày 30000
5 Chất rắn lơ lửng mg/1 200
Nitơ Amoni mg/1 mg/1 mg/1
Thực trạng ô nhiễm tại Việt Nam [10]
Quá trình đô thị hoá tại VN diễn ra rất nhanh Những đô thị lớn tại VN như Hà Nội, TP
Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng bị ô nhiễm nước rất nặng nề Đô thị ngày càng phình ra
TT Thông số Đơn vị Giá trị cho phép
3 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 50
4 Tổng chất rắn hòa tan mg/l 500
7 Nitrat (NO3 -)(tính theo N) mg/l 30
8 Dầu mỡ động, thực vật mg/l 10
9 Tổng các chất hoạt động bề mặt mg/l 5
Tại Việt Nam, tổng số Coliforms MPN/100 ml đạt 3.000, trong khi cơ sở hạ tầng phát triển không đồng đều, đặc biệt là hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt còn rất thô sơ Điều này dẫn đến việc người Việt Nam đang gây ô nhiễm nguồn nước uống chính từ nước thải sinh hoạt hàng ngày.
Theo thống kê gần đây, Hà Nội thải trung bình 658.000 m³ nước thải mỗi ngày, trong đó 41% là nước thải sinh hoạt, 57% là nước thải công nghiệp và 2% là nước thải từ bệnh viện Chỉ có 5 trong số 31 bệnh viện và 36 trong 400 cơ sở sản xuất có hệ thống xử lý nước thải Phần lớn nước thải không được xử lý đã đổ vào các sông Tô Lịch và Kim Ngưu, gây ô nhiễm nghiêm trọng cho hai con sông này và các khu vực dân cư lân cận Dự án "Phát triển hệ thống sử dụng nước đô thị thích ứng với biến đổi khí hậu" do Trường Đại học Tokyo (Nhật Bản) phối hợp với Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đang được triển khai nhằm giải quyết vấn đề này.
Hà Nội hiện đang đối mặt với vấn đề ô nhiễm nước khi có tới 10% nước thải đô thị chưa qua xử lý và 36% nước thải chưa được xử lý cũng được xả ra các hồ Mặc dù lượng nước thải lớn, thành phố chỉ có khoảng 6 trạm xử lý nước thải với tổng công suất hơn 260.000m3/ngày.
- đêm đang hoạt động và dự kiến 5 trạm xử lý nữa đang dự kiến được đầu tư xây dựng với tổng công suất gần 400.000m3/ngày - đêm
Một báo cáo toàn cầu mới được Tổ chức Y tế thế giới (WHO) công bố hồi đầu năm
Theo thống kê năm 2014, Việt Nam ghi nhận hơn 20.000 ca tử vong hàng năm do điều kiện nước sạch và vệ sinh kém Bộ Y tế cũng chỉ ra rằng hơn 80% các bệnh truyền nhiễm tại nước ta có liên quan đến nguồn nước Người dân ở cả nông thôn lẫn thành phố đang phải đối mặt với nguy cơ mắc bệnh do ô nhiễm môi trường nước ngày càng nghiêm trọng.
III Phương pháp xử lý
1 Tổng quát về hệ thống quản lý nước thải đô thị
Nguồn nước thải Xử lý cục bộ ngay tại nguồn Thu gom nước thải
Vận chuyển và bơm nước thải
Hệ thống xử lý nước thải
Sử dụng lại nước thải hoặc thải bỏ vào nguồn tiếp nhận
Bể lắng cát Bể điều hòa Bể lắng cấp I
Bể xử lý sinh học Bể lắng cấp II
Bể khử trùng Thải
Hình 1.1: Hệ thống quản lý nước thải đô thị ở Việt
2 Sơ đồ xử lý nước thải điển hình:
Hình 1.2: Sơ đồ xử lý nước thải điển hình
3 Một số công trình, thiết bị trong nước và nước ngoài:
3.1 Nhà máy xử lý nước thải Yên Sở:
Hệ thống xử lý nước thải với công suất 200.000m³/ngày đêm bao gồm cửa thu nước và vớt rác trên sông Kim Ngưu và sông Sét, cùng với bốn hệ thống tách rác Ba trong số đó được lắp đặt tại ba đập tràn hồ Yên Sở và một hệ thống tại đập Thanh Liệt Nhà bơm chính có hai trạm bơm cho sông Kim Ngưu và sông Sét Hệ thống xử lý sơ bộ bao gồm bể lắng, bể tách đầu, bể phản ứng kế tiếp và hệ thống xử lý bùn Nước thải sau khi được xử lý qua các bể sẽ được khử trùng bằng tia cực tím.
Hình 1.3: Sơ đồ xử lý nước thải nhà máy Yên Sở
Công nghệ xử lý sinh học SBR (Sequencing Batch Reactor) là phương pháp xử lý nước thải theo quy trình phản ứng từng mẻ liên tục, bao gồm các giai đoạn "Làm đầy", "Phản ứng", "Lắng", "Rút nước" và "Ngừng" Trong giai đoạn làm đầy, nước thải được đưa vào bể SBR với lượng quy định, có thể thay đổi linh hoạt tùy theo mục tiêu xử lý và hàm lượng BOD đầu vào Giai đoạn sục khí tạo ra phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính thông qua việc cung cấp oxy và khuấy trộn hỗn hợp, trong đó diễn ra quá trình nitrat hóa, nitrit hóa và oxy hóa các chất hữu cơ.
Quá trình chuyển hóa amoniac (NH4+) diễn ra qua hai bước chính: đầu tiên, vi khuẩn Nitrosomonas oxy hóa amoniac thành nitrit (NO2-) và nước (H2O), đồng thời giải phóng ion hydro (H+) Tiếp theo, vi khuẩn Nitrobacter chuyển đổi nitrit thành nitrate (NO3-) với sự tham gia của oxy Sau khi hoàn tất quá trình oxy hóa sinh học, bùn sẽ được lắng đọng, tạo ra lớp nước trong suốt ở bề mặt Tiếp theo, quá trình chắt lọc (decant) diễn ra, trong đó nước được rút ra mà không còn cặn bùn Cuối cùng, thời gian nghỉ (idle) cho phép chuẩn bị nạp mẻ mới vào hệ thống.
3.2 Hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp AAO
Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ AAO
Song chắn rác Bể lắng cát Bể điều hòa
Bể nén bùn trọng lực
Bể chứa Máy ép bùn
Nước sau xử lý Nước thải
Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Công nghệ AAO, viết tắt của Anaerobic (kỵ khí) – Anoxic (thiếu khí) – Oxic (hiếu khí), là quy trình xử lý sinh học liên tục sử dụng nhiều hệ vi sinh vật khác nhau để xử lý nước thải Quá trình xử lý kỵ khí diễn ra trong các bể kỵ khí, nơi vi sinh vật kỵ khí phân hủy các chất hữu cơ hòa tan và keo trong nước thải Trong quá trình này, vi sinh vật hấp thụ và chuyển hóa các chất hữu cơ thành các hợp chất khí, tạo ra bọt khí bám vào các hạt bùn cặn, khiến chúng nổi lên và tạo ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng.
Quá trình phân hủy chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn kỵ khí tạo ra các sản phẩm như CO2, H2S, CH4 và năng lượng Khi có năng lượng, vi khuẩn kỵ khí chuyển hóa chất hữu cơ thành tế bào vi khuẩn mới (C5H7O2N) Trong xử lý nước thải, các hợp chất nitơ và photpho cần được loại bỏ để đảm bảo chất lượng nước.
Anoxic, trong điều kiện thiếu khí hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển xử lý N và P thông qua quá trình Nitrat hóa và Photphoril.
Quá trình Nitrat hóa xảy ra như sau:
Hai loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình khử nitrat và nitrit trong môi trường thiếu oxy là Nitrosonas và Nitrobacter Chúng thực hiện chuỗi chuyển hóa quan trọng, giúp giảm thiểu nồng độ NO3- và NO2- trong môi trường.
Khí nitơ phân tử N2 tạo thành sẽ thoát khỏi nước và ra ngoài.
Quá trình Photphorit hóa:
Chủng vi khuẩn Acinetobacter tham gia vào quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ chứa photpho thành các hợp chất không chứa photpho và các hợp chất dễ phân hủy Trong bể xử lý sinh học hiếu khí, vi sinh vật (hay còn gọi là bùn hoạt tính) hoạt động để phân hủy chất thải bằng cách hấp thụ oxy và chất hữu cơ, sử dụng nitơ và photpho để tổng hợp tế bào mới, đồng thời sản sinh CO2, H2O và giải phóng năng lượng Ngoài ra, quá trình phân hủy nội sinh diễn ra khi các tế bào vi sinh vật già tự phân hủy, làm giảm số lượng bùn hoạt tính Tuy nhiên, quá trình tổng hợp tế bào mới vẫn chiếm ưu thế nhờ vào các điều kiện tối ưu trong bể, dẫn đến việc số lượng tế bào mới tạo ra nhiều hơn tế bào bị phân hủy, từ đó tạo ra bùn dư cần phải được thải bỏ định kỳ.
Các phản ứng chính xảy ra trong bể Aerotank (bể xử lý sinh học hiếu khí) như:
Quá trình Oxy hóa và phân hủy chất hữu cơ:
Chất hữu cơ + O2 → CO2 + H2O + năng lượng
Quá trình tổng hợp tế bào mới:
Chất hữu cơ + O2 + NH3 → Tế bào vi sinh vật + CO2 + H2O + năng lượng
Quá trình phân hủy nội sinh:
C5H7O2N + O2 → CO2 + H2O + NH3 + năng lượng Ưu điểm
- Chi phí vận hành thấp.
- Có thể di dời hệ thống xử lý khi nhà máy chuyển địa điểm.
- Khi mở rộng quy mô, tăng công suất, có thể nối lắp thêm các module hợp khối mà không phải dỡ bỏ để thay thế.
- Yêu cầu diện tích xây dựng.
Việc sử dụng kết hợp nhiều hệ vi sinh có thể dẫn đến sự nhạy cảm và ảnh hưởng lẫn nhau giữa các hệ thống Điều này yêu cầu công nhân vận hành phải có khả năng quản lý và điều chỉnh hiệu quả để đảm bảo hoạt động ổn định.
3.3 Công nghệ xử lý nước thải UASB
Hình 1.5 Hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ UASB
Thuyết minh quy ưình công nghệ xử lý :