Xử lý nước thải công nghiệp

Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hoà tan có trong nước thải cũng như một số chất ô nhiễm vô cơ khác như H2S, Sunfit, Ammonia, Nitơ… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất có trong nước thải làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển.

Phân loại:

I. CÔNG NGHỆ SINH HỌC HIẾU KHÍ

Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí là phương pháp sử dụng vi sinh vật hiếu khí để phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước thải có điều kiện Oxy đầy đủ, nhiệt độ, pH … thích hợp.

(CHO)_n  NS + O₂ à CO₂ + H₂O + NH₄ + H₂S + Tế bào sinh vật + DH

Trong điều kiện hiếu khí NH₄+ và H₂S cũng bị phân hủy nhờ quá trình Nitrat hóa, Sunfat hóa bởi sinh vật tự dưỡng.

NH₄ + 2O₂ à NO₃^- + 2H⁺ + H₂O + DH

H₂S + 2O₂ à SO₄^2- + 2H⁺ +DH

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải trải qua ba giai đoạn sau:

• Giai đoạn 1: Oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào.

C_xH_yO_zN + O₂ à CO₂ + H₂O + NH₃ + DH

•  Giai đoạn 2: Tổng hợp tế bào mới

C_xH_yO_zN + NH₃ + O₂ à CO₂ + C₅H₇NO₂

• Giai đoạn 3: Phân huỷ nội bào

C₅H₇NO₂ + 5O₂ à 5CO₂ + 5 H₂O + NH₃

NH₃ + O₂ à O₂ + HNO₂ à HNO₃

 

1. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ (AEROTANK)

Công nghệ aerotank truyền thống là công nghệ được sử dụng nhiều nhất và lâu đời nhất bởi tính hiệu quả của nó. 

Aerotank truyền thống là qui trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo, các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học được vi sinh vật hiếu khí sử dụng như một chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển. Qua đó thì sinh khối vi sinh ngày càng gia tăng và nồng độ ô nhiễm của nước thải giảm xuống. Không khí trong bể Aerotank được tăng cường bằng các thiết bị cấp khí: máy sục khí bề mặt, máy thổi khí…

Bản chất của phương pháp là phân huỷ sinh học hiếu khí với cung cấp ôxy cưỡng bức và mật độ vi sinh vật được duy trì cao (2.000mg/L –5.000mg/L) do vậy tải trọng phân huỷ hữu cơ cao và cần ít mặt bằng cho hệ thống xử lý. Tuy nhiên hệ thống có nhược điểm là cần nhiều thiết bị và tiêu hao nhiều năng lượng.

 Qui trình phân hủy được mô tả như sau:

Chất hữu cơ + Vi sinh vật hiếu khí  à   H₂O + CO₂ + sinh khối mới

Trong quy trình này, bể thiếu khí (Anoxic) được bổ sung nhằm xử lý triệt để hàm lượng Nitơ trong nước thải, đảm bảo nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải.

•  Ưu điểm:

-      Hiệu suất xử lý tính theo BOD đạt khoảng 90-95%.

-      Loại bỏ được Nito trong nước thải.

-      Vận hành đơn giản, an toàn.

-      Thích hợp với nhiều loại nước thải.

-      Thuận lợi khi nâng cấp công suất đến 20% mà không phải gia tăng thể tích bể.

-      Không gây ô nhiễm thứ cấp.

• Phạm vi áp dụng

Ứng dụng cho hầu hết các loại nước thải có ô nhiễm hữu cơ: Nước thải sinh hoạt, nước thải thủy hải sản, nước thải y tế, nước thải công nghiệp, nước thải chế biến thực phẩm…

•  Một số yếu tố quan trọng

-      Yếu tố quan trọng bậc nhất là hàm lượng DO cấp vào.

-      Tỷ lệ BOD:COD = 0,5

-      BOD:N = 100:5:1,

-      Hàm lượng SS trong nước thải không vượt quá 150 mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25mg/l, pH = 6,5 – 8,5, nhiệt độ: 6^oC< t^oC< 37^oC.

2. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SINH HỌC DẠNG MẺ (SBR)

•  Giới thiệu

SBR (sequencing batch reactor): Bể phản ứng theo mẻ là dạng công trình xử lí nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí, nhưng 2 giai đoạn sục khí và lắng diễn ra gián đoạn trong cùng một kết cấu.

Hệ thống SBRlà hệ thống dùng để xử lý nước thải sinh học chứa chất hữu cơ và nitơ cao. Hệ thống hoạt động liên tục bao gồm quá trình bơm nước thải – phản ứng – lắng – hút nước thải ra; trong đó quá trình phản ứng hay còn gọi là quá trình tạo hạt ( bùn hạt hiếu khí), quá trình này phụ thuộc vào khả năng cấp khí, đặc điểm chất nền trong nước thải đầu vào.

Nói chung, Công nghệ SBR đã chứng tỏ được là một hệ thống xử lý có hiệu quả do trong quá trình sử dụng ít tốn năng lượng, dễ dàng kiểm soát các sự cổ xảy ra, xử lý với lưu lượng thấp, ít tốn diện tích rất phù hợp với những trạm có công suất nhỏ, ngoài ra công nghệ SBR có thể xử lý với hàm lượng chất ô nhiễm có nồng độ thấp hơn.

•  Các giai đoạn xử lý bằng SBR

Qui trình hoạt động: gồm 4 giai đoạn cơ bản:

1.   Đưa nước vào bể (Filling): đưa nước vào bể có thể vận hành ở 3 chế độ: làm đầy tĩnh, làm đầy khuấy trộn, làm đầy sục khí .

2.   Giai đoạn phản ứng (Reaction): sục khí để tiến hành quá trình nitrat hóa và phân hủy chất hữu cơ. Trong giai đoạn này cần tiến hành thí nghiệm để kiểm soát các thông số đầu vào như: DO, BOD, COD, N, P, cường độ sục khí, nhiệt độ, pH… để có thể tạo bông bùn hoạt tính hiệu quả cho quá trình lắng sau này.

3.   Giai đoạn lắng (Settling): Các thiết bị sục khí ngừng hoạt động, quá trình lắng diễn ra trong môi trường tĩnh hoàn toàn, thời gian lắng thường nhỏ hơn 2 giờ.

4.   Giai đoạn xả nước ra (Discharge):Nước đã lắng sẽ được hệ thống thu nước tháo ra đến giai đoạn khử tiếp theo; đồng thời trong quá trình này bùn lắng cũng được tháo ra.

Ngoài 4 giai đoạn trên, còn có thêm pha chờ, thực ra là thời gian chờ nạp mẻ tiếp theo (pha này có thể bỏ qua).

• Ưu điểm

-      Hệ thống SBR linh động có thể xử lý nhiều loại nước thải khác nhau với nhiều thành phần và tải trọng.

-      Dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng thiết bị (các thiết bị ít) mà không cần phải tháo nước cạn bể. Chỉ tháo nước khi bảo trì các thiết bị như: cánh khuấy, motor, máy thổi khí, hệ thống phân phối khí.

-      Hệ thống có thể điều khiển hoàn toàn tự động.

-      TSS đầu ra thấp, hiệu quả khử photpho, nitrat hóa và khử nitrat hóa cao.

-      Quá trình kết bông tốt do không có hệ thống gạt bùn cơ khí.

-      Ít tốn diện tích do không có bể lắng 2 và quá trình tuần hoàn bùn.

-      Chi phí đầu tư và vận hành thấp (do hệ thống motor, cánh khuấy… hoạt động gián đoạn)

-      Quá trình lắng ở trạng thái tĩnh nên hiệu quả lắng cao.

-      Có khả năng nâng cấp hệ thống.

• Nhược điểm

-      Do hệ thống hoạt động theo mẻ, nên cần phải có nhiều thiết bị hoạt động đồng thời với nhau.

-      Công suất xử lý thấp.