Thảo luận hóa môi trường chủ đề xử lý nước thải

Khái quát về nước thải

Khái niệm

Tất cả các hoạt động sinh hoạt và sản xuất trong cộng đồng đều tạo ra chất thải ở dạng khí, lỏng và rắn Chất thải lỏng, hay nước thải, là sự hòa trộn giữa nước (như nước dùng, nước mưa, nước mặt, nước ngầm) và chất thải từ các hoạt động sinh hoạt, công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, thương mại, giao thông vận tải và nông nghiệp Ô nhiễm nước xảy ra khi các chất nguy hại xâm nhập vào nguồn nước vượt quá khả năng tự làm sạch của nó.

Nước thải chưa xử lý chứa nhiều chất độc hại, gây ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe con người và sinh vật Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải tạo ra các khí có mùi khó chịu Hơn nữa, nước thải này là nguyên nhân chính gây bệnh do chứa các độc tố phức tạp và cung cấp dinh dưỡng cho sự phát triển của vi khuẩn và thực vật thủy sinh nguy hiểm.

Nhiều quốc gia đã ban hành luật bắt buộc kiểm soát và xử lý nước thải, yêu cầu các ngành sản xuất tuân thủ các tiêu chuẩn làm sạch nước thải thông qua tài liệu hướng dẫn cụ thể.

Phân loại

Để hiểu và lựa chọn công nghệ xừ lý nước thải cần phải phân biệt các loại nước thải có nguồn gốc khác nhau.

Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích như tắm, giặt giũ, tẩy rửa và vệ sinh cá nhân Nguồn nước thải này thường phát sinh từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ và các công trình công cộng khác Lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước.

Lượng nước thải sinh hoạt thay đổi đáng kể, phụ thuộc vào mức sống và thói quen của người dân, ước tính khoảng 80% lượng nước cấp Có mối quan hệ giữa lượng nước thải và tải trọng chất thải, được biểu thị qua các chất lắng hoặc BOD5.

Nước thải sinh hoạt có một đặc điểm quan trọng là không phải tất cả các chất hữu cơ đều có khả năng phân hủy bởi vi sinh vật Khoảng 20-40% BOD thường bị mất trong quá trình xử lý sinh học, đi kèm với bùn.

Nước thải sinh hoạt chiếm từ 65% đến 80% tổng lượng nước tiêu thụ tại các hộ gia đình, cơ quan, bệnh viện, trường học, khu thương mại và khu giải trí Tỷ lệ 65% thường được áp dụng cho các khu vực nóng, khô, nơi nước cũng được sử dụng cho việc tưới cây cỏ.

Nước thải công nghiệp là loại nước thải phát sinh từ quá trình sản xuất, và đặc điểm ô nhiễm cũng như nồng độ của nó rất đa dạng, tùy thuộc vào từng loại hình công nghiệp và quy trình công nghệ được áp dụng.

Trong ngành công nghiệp, nước đóng vai trò quan trọng như nguyên liệu thô và phương tiện sản xuất, đồng thời phục vụ cho các mục đích truyền nhiệt Nguồn nước cấp cho sản xuất có thể được lấy từ mạng cấp nước sinh hoạt hoặc từ nguồn nước ngầm, nước mặt nếu có hệ thống xử lý riêng Nhu cầu nước và lưu lượng nước thải trong sản xuất phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chủ yếu là đặc tính sản phẩm Nước thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm thường chứa hàm lượng nitơ và photpho cao, phù hợp cho quá trình xử lý sinh học, trong khi nước thải từ các ngành sản xuất khác lại có hàm lượng dinh dưỡng thấp hơn so với nhu cầu của vi sinh vật.

2.3 Nước thải là nước mưa. Đây là lọai nước thải sau khi mưa chảy tràn trên mặt đất và lôi kéo các chất cặn bã, dầu mỡ,… khi đi vào hệ thống thóat nước.

Mạng lưới cống thoát nước riêng biệt bao gồm hệ thống cống thoát nước thải và cống thoát nước mưa Nước thải, bao gồm nước sinh hoạt, nước công nghiệp và nước ngầm thâm nhập, được dẫn về nhà máy xử lý Trong trường hợp không có ngập úng cục bộ sau những trận mưa lớn, nước mưa có thể tràn qua nắp hố ga và chảy vào hệ thống thoát nước thải Lượng nước thâm nhập từ nước ngầm và nước mưa có thể đạt tới 470m3/ha/ngày.

Nơi có mạng cống chung vừa xử lý nước thải vừa thoát nước mưa là tình trạng phổ biến ở nhiều thị trấn, thị xã và thành phố tại Việt Nam Lượng nước chảy về nhà máy bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước ngầm thâm nhập và một phần nước mưa.

2.4 Nước thải bệnh viện. Đây cũng là nguồn nước thải có chứa các vi khuẩn, vi rút được thải ra từ người bệnh bên cạnh đó cũng có các chất kháng sinh thải ra từ bệnh viện những chất này ngăn cản hoạt động của vi sinh vật trong tự nhiên, cũng như hệ thống nước thải

Dư lượng hóa chất từ phân bón, thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ trong sản xuất nông nghiệp có thể gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt là nguồn nước Việc kiểm soát ô nhiễm này là rất khó khăn.

Trong đô thị : Nước thải sinh hoạt thường trộn chung với nước thải sản xuất và gọi chung là nước thải đô thị.

Nếu tính gần đúng, nước thải đô thị gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt,14% là các loại nước thấm, 36% là nước thải sản xuất.

Thành phần và tính chất nước thải

Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, cùng với các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh nguy hiểm Các hợp chất hữu cơ trong nước thải bao gồm protein (40 – 50%), hydrat cacbon (40 - 50%) như tinh bột, đường và xenlulo, cùng với chất béo (5 - 10%) Nồng độ chất hữu cơ dao động từ 150 – 450 mg/l theo trọng lượng khô, với khoảng 20 – 40% là chất hữu cơ khó phân hủy Tại những khu dân cư đông đúc và điều kiện vệ sinh kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý đúng cách trở thành nguồn ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Nước thải công nghiệp có thành phần và tính chất đa dạng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lĩnh vực sản xuất, nguyên liệu sử dụng, công nghệ áp dụng và quy mô hoạt động Theo các tài liệu quốc tế, nước thải công nghiệp chiếm khoảng 30-35% tổng lượng nước thải đô thị Thành phần nước thải thường bao gồm các chất hữu cơ hòa tan, chất hữu cơ vi lượng gây mùi vị như phenol và benzen, cùng với các chất hữu cơ bền vững khó phân hủy như thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ Ngoài ra, nước thải còn chứa các chất hoạt tính bề mặt như ABS và các chất hữu cơ bền vững như polychlorophenol (PCP) và polychlorobiphenyl (PCB) Các chất vô cơ thường gặp trong nước thải từ các nhà máy luyện kim, vật liệu xây dựng và phân bón vô cơ bao gồm kim loại nặng như chì, thủy ngân, crôm, cadmi, asen và mangan Bên cạnh đó, nước thải còn có sự hiện diện của các vi sinh vật và vi trùng.

Khi thiết kế công trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp, cần chú ý đến chất nhiễm bẩn từ sinh hoạt, trong khi chất thải công nghiệp cần được xử lý cục bộ để bảo đảm an toàn cho hệ thống Tính chất nước thải thường được xác định qua phân tích hóa học các thành phần nhiễm bẩn, nhưng việc thu thập dữ liệu đầy đủ có thể gặp khó khăn về thời gian, thiết bị và kinh phí Do đó, người ta thường dựa vào các chỉ tiêu như nhiệt độ, màu sắc, mùi vị, độ trong, pH, hàm lượng chất lơ lửng, chất lắng đọng, BOD, COD và một số chỉ tiêu khác theo yêu cầu.

Khả năng tự làm sạch của nước

Nước trong các vực nước tự nhiên có khả năng tự lọc sạch, cho phép chúng phục hồi sau ô nhiễm trong một giới hạn nhất định Khả năng này khác nhau giữa các loại vực nước, với sông thường có khả năng tự phục hồi tốt hơn so với hồ.

Hiện tượng tự lọc sạch của nước tự nhiên xảy ra khi các chất ô nhiễm được thải vào, dẫn đến nhiều quá trình lý hóa sinh học nhằm tái lập trạng thái ban đầu của nước Các quá trình này bao gồm hấp thụ kim loại nặng bởi các chất vẩn hữu cơ, loại trừ và phân hủy các chất hữu cơ, lắng đọng các chất vô cơ và hữu cơ xuống đáy, cũng như vô cơ hóa các chất hữu cơ không bền vững Ngoài ra, quá trình quang hợp của tảo và cây thủy sinh còn tăng hàm lượng O2 hòa tan, trong khi đó hủy diệt các vi khuẩn hoại sinh và gây bệnh.

Trong quá trình tự lọc sạch nước, vi sinh vật đóng vai trò quan trọng, bao gồm vi khuẩn phân hủy hợp chất N, P, S, tảo và cây thủy sinh thực hiện quang hợp, cùng với động vật ăn chất hữu cơ Các sinh vật này tham gia vào việc vô cơ hóa chất hữu cơ, tích tụ và loại trừ chất độc khỏi nước Hoạt động của vi sinh vật, sự chảy của nước và quang hợp của tảo và cây thủy sinh làm tăng hàm lượng O2 hòa tan, thuận lợi cho quá trình vô cơ hóa Một phần chất hữu cơ được vi sinh vật sử dụng cho sinh trưởng, trong khi các ấu trùng động vật và động vật nhỏ cũng tiêu thụ trực tiếp chất vụn hữu cơ Đặc biệt, tảo và cây thủy sinh như bèo Nhật Bản có khả năng hấp thụ và tích lũy chất độc rất lớn, góp phần quan trọng vào việc làm sạch nước.

Các sinh vật trong thủy vực đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ chất bẩn và chất độc khỏi tầng nước Chúng tiêu thụ những chất này và thải ra dưới dạng phân, sau đó lắng xuống đáy Các loài thân mềm và nhiều động vật không xương sống, bao gồm cả cá, tích cực tham gia vào quá trình này, góp phần duy trì sự sạch sẽ của môi trường nước.

Hiện trạng

Hơn 80% nước thải toàn cầu từ các hoạt động xã hội được xả thải vào hệ sinh thái mà không qua xử lý hoặc tái sử dụng Các quốc gia có thu nhập cao xử lý khoảng 70% lượng nước thải, trong khi tỷ lệ này giảm xuống 38% ở các nước có thu nhập trung bình cao và 28% ở các nước có thu nhập trung bình thấp Đặc biệt, ở các quốc gia có thu nhập thấp, tỷ lệ xử lý nước thải chỉ đạt khoảng 8% (Nguồn: worldwaterday.org, 2017).

Hiện nay, 1,8 tỷ người trên thế giới đang sử dụng nước uống bị ô nhiễm, dẫn đến nguy cơ mắc các bệnh như tả, lị, thương hàn và bại liệt Mỗi năm, khoảng 842.000 người tử vong do sử dụng nguồn nước không an toàn và thiếu vệ sinh.

- Có khoảng 663 triệu người hiện vẫn thiếu các nguồn nước uống an toàn

Đến năm 2050, gần 70% dân số toàn cầu sẽ sinh sống tại các thành phố, so với 50% hiện nay Tuy nhiên, nhiều thành phố ở các quốc gia đang phát triển vẫn thiếu cơ sở hạ tầng và nguồn lực cần thiết để quản lý nước thải một cách hiệu quả và bền vững.

Khai thác nước thải là một cơ hội lớn, vì khi được quản lý hiệu quả, nước thải có thể trở thành nguồn nước, năng lượng, dinh dưỡng và nguyên liệu tái tạo bền vững với chi phí hợp lý.

Chi phí quản lý nước thải ngày càng được chú trọng hơn nhờ những lợi ích đáng kể cho sức khỏe con người, phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường bền vững Điều này không chỉ tạo ra cơ hội kinh doanh mới mà còn thúc đẩy việc làm “xanh” trong cộng đồng.

Sự gia tăng dân số và tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa nhanh chóng tại Việt Nam đã tạo ra áp lực lớn lên môi trường và tài nguyên nước Khi dân số tăng, lượng chất thải và nước thải cũng gia tăng, dẫn đến ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng.

Nhiều dòng sông hiện đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, nhưng quá trình giảm thiểu ô nhiễm và khôi phục môi trường lại diễn ra rất chậm, khiến người dân khó nhận thấy sự thay đổi Ô nhiễm nguồn nước và ô nhiễm môi trường đang trở thành vấn đề cấp bách, cần được ưu tiên giải quyết ngay lập tức.

Trong ba loại ô nhiễm, ô nhiễm nguồn nước được coi là nghiêm trọng nhất do khả năng lan truyền và tác động tiêu cực đến môi trường thủy sinh Các nguồn ô nhiễm chính bao gồm nước thải chưa qua xử lý hoặc xử lý không đạt tiêu chuẩn từ sản xuất công nghiệp, làng nghề, chế biến nông lâm thủy sản, cũng như nước thải từ sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp.

Việt Nam hiện có 316 khu công nghiệp và 16 khu kinh tế ven biển, đóng góp đáng kể cho nền kinh tế quốc gia với tổng doanh thu đạt hơn 79,3 tỷ USD tính đến tháng 7/2016, tăng 16% so với năm 2015 Các khu công nghiệp và khu kinh tế đã tạo ra hơn 250 nghìn việc làm mới, nâng tổng số lao động lên hơn 3 triệu Ngoài ra, Việt Nam có khoảng 2.790 làng nghề, trong đó 240 làng nghề truyền thống, cung cấp việc làm cho khoảng 11 triệu lao động Tuy nhiên, vấn đề ô nhiễm môi trường đang trở nên nghiêm trọng khi 70% nước thải công nghiệp chưa qua xử lý được xả thẳng ra môi trường, ảnh hưởng lớn đến cuộc sống người dân và hệ sinh thái thủy sinh, với tổng lượng nước thải khoảng trên 3 triệu m3/ngày đêm.

Nước thải đô thị đã có những cải thiện đáng kể nhờ vào việc đầu tư vào hạ tầng và vệ sinh, với 94% dân số sử dụng nhà vệ sinh Tính đến năm 2012, 17 nhà máy xử lý nước thải đô thị đã được xây dựng, có tổng công suất khoảng 600.000 m3/ngày đêm Tuy nhiên, lĩnh vực vệ sinh môi trường đô thị vẫn đang đối mặt với nhiều thách thức cần giải quyết.

Một số thông số chỉ tiêu và quy chuẩn đánh giá nước thải

Một số chỉ tiêu đánh giá

Để đánh giá chất lượng nguồn nước, cần dựa vào các chỉ tiêu cơ bản và giới hạn quy định theo tiêu chuẩn quốc gia hoặc quốc tế Các chỉ tiêu thường được xem xét bao gồm vật lý, hóa học và sinh học.

Lấy mẫu nước để phân tích các chỉ tiêu là một bước quan trọng quyết định độ chính xác của kết quả Việc này cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy định trong tiêu chuẩn quốc gia hoặc quốc tế Bài viết này sẽ tóm tắt cách xác định một số chỉ tiêu của nước.

1.1 Các chỉ tiêu vật lý

Nước thiên nhiên sạch thường không có màu, và màu sắc của nước chủ yếu do sự hiện diện của các chất hữu cơ và hợp chất sắt (III) Nước thải có thể xuất hiện với nhiều sắc thái khác nhau, do ảnh hưởng của vi sinh vật, hạt bùn, thực vật sống trong nước, sunfua và các chất lơ lửng.

Trước khi xác định màu của nước, cần lọc trong để loại bỏ các chất cặn lắng, lơ lửng.

Việc xác định màu nước một cách chính xác là một thách thức lớn, thường yêu cầu mô tả sắc thái và cường độ bằng ngôn từ thay vì sử dụng các con số định lượng.

Màu của nước thường được xác định bằng cách so sánh với một màu chuẩn thông qua mắt hoặc ghi phổ hấp thụ Thực tế, hỗn hợp K2Cr2O7 và CoSO4 thường được sử dụng để pha dung dịch chuẩn, nhằm so sánh màu sắc của nước.

Nhiệt độ nước có thể được đo bằng nhiệt kế bách phân, và nên thực hiện ngay tại nguồn nước để có kết quả chính xác nhất Độ dẫn điện của nước cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét.

- Nước tinh khiết hầu như không dẫn điện vì nước phân ly rất ít.

- Những chất tan trong nước, phân ly thành các ion nên nước thiên nhiên và nước thải dẫn điện dẫn điện.

Để xác định độ dẫn điện của nước, người ta sử dụng phương pháp đo điện trở hoặc máy đo độ dẫn điện trực tiếp, với đơn vị đo là midicimen trên mét (mS/m) Độ dẫn điện của nước thường được so sánh với độ dẫn điện của dung dịch KCl ở nhiệt độ 25°C.

+ Dung dịch KCl 10 -3 M có độ dẫn điện tương ứng là 141 mS/m.

+ Dung dịch KCl 10 -2 M có độ dẫn điện tương ứng là 147,3 mS/m.

+ Dung dich KCl 5.10 -2 M có độ dẫn điện tương ứng là 666,8 mS/m.

+ Dung dịch KCl 10 -1 M có độ dẫn điện tương ứng là 1290,0 mS/m. Độ đục

Nước tự nhiên thường bị vẩn đục do các hạt keo lơ lửng như sét, mùn, vi sinh vật và các hidroxit vô định hình như Fe(OH)3, Al(OH)3 Nước đục không chỉ là dấu hiệu của ô nhiễm mà còn làm giảm sự chiếu sáng của ánh sáng mặt trời vào nước Độ đục của nước được xác định thông qua phương pháp đo độ đục, có thể sử dụng mắt thường hoặc máy đo độ đục, so với thang chuẩn.

Nước sạch không mùi, không vị Nếu nước có mùi vị khó chịu là triệu chứng nước bị ô nhiễm Mùi nước gây ra chủ yếu do 2 nguyên nhân sau:

+ Do sản phẩm phân hủy các chất hữu cơ trong nước.

+ Do nước thải có chứa những chất khác nhau, mùi của nước đặc trưng cho từng loại nước thải.

Mùi của nước được xác định theo thang quy ước, trong đó nếu mẫu nước có mùi và khi pha loãng với nước sạch theo tỷ lệ 1:1 mà mùi biến mất, chỉ số mùi sẽ được quy ước là 1 Nếu cần pha loãng với tỷ lệ cao hơn như 2:1, 3:1, cho đến 100:1 mới làm mất mùi, chỉ số mùi tương ứng sẽ là 2, 3, 4, đến 100.

1.2 Các chỉ tiêu hóa học Độ pH

Giá trị pH của nước thải cần được đo ngay sau khi lấy mẫu, không quá 4 giờ sau khi lấy mẫu Để xác định pH, có thể sử dụng máy đo pH hoặc giấy đo pH Việc kiểm tra độ axit và độ kiềm của nước cũng rất quan trọng.

+ Độ axit là hàm lượng các chất có tron nước tham gia phản ứng với kiềm mạnh (NaOH, KOH).

+ Độ kiềm là hàm lượng của các chất có trong nước tham gia phản ứng với HCl.

Để xác định độ axit hoặc độ kiềm của nước, người ta sử dụng phương pháp chuẩn độ với chỉ thị metyl da cam hoặc phenolphtalein Đầu tiên, cần lấy một mẫu nước có thể tích V (ml), sau đó thêm chỉ thị phenolphtalein để xác định môi trường của dung dịch.

+ Nếu dung dịch có mầu hồng, nước có môi trường kiềm, ta phải xác định độ kiềm.

+ Nếu dung dịch không có mầu, nước có trong môi trường axit, ta phải xác định độ axit.

Để xác định độ axit của mẫu nước, bạn cần lấy 100 ml nước và thêm một vài giọt chỉ thị phenoltalein hoặc metyl da cam Sau đó, sử dụng dung dịch chuẩn NaOH 10^-2 M để chuẩn độ đến khi dung dịch chuyển màu Ghi lại lượng dung dịch NaOH đã sử dụng: a (ml) cho metyl da cam và b (ml) cho phenolphtalein Độ axit tự do (m) và độ axit toàn phần (p) của mẫu nước được tính theo công thức: m = a 10.

Để xác định độ kiềm của mẫu nước, lấy 100 ml nước và thêm 2-3 giọt chỉ thị phenolphtalein để đo độ kiềm tự do p, hoặc chỉ thị metyl da cam để đo độ kiềm toàn phần m Sau đó, chuẩn độ bằng dung dịch HCl 10^-2 M cho đến khi dung dịch chuyển màu, ghi lại lượng HCl đã sử dụng, a (ml) cho phenolphtalein và b (ml) cho metyl da cam Độ kiềm của mẫu nước được tính theo công thức m = a 10.

Độ cứng của nước chủ yếu do các kim loại kiềm thổ hóa trị II như canxi và magie gây ra Độ cứng của nước được phân thành hai loại chính: độ cứng cacbonat và độ cứng phi cacbonat.

Độ cứng cacbonat của nước phụ thuộc vào lượng canxi và magie dưới dạng muối cacbonat (bao gồm hidrocacbonat và cacbonat) Loại độ cứng này có thể dễ dàng được xử lý bằng cách đun sôi nước, do đó thường được gọi là độ cứng tạm thời.

Quy chuẩn quốc gia

QCVN 14 : 2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt

QCVN 40 : 2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp

Cấp độ xử lý

Xử lý cấp II

Để lựa chọn phương pháp xử lý chất thải hòa tan, cần căn cứ vào nguồn gốc phát sinh của chúng, có thể áp dụng phương pháp hóa học, sinh học hoặc kết hợp cả hai Chất vô cơ thường được xử lý bằng phương pháp hóa học nhờ khả năng diễn ra nhanh chóng của các phản ứng tách pha thông qua kết tủa hoặc bay hơi Đối với hợp chất hữu cơ, chúng được phân loại thành hai loại chính: một là có nguồn gốc từ động vật và hai là từ thực vật.

Có 20 loại thực phẩm chính bao gồm Gluxit (tinh bột, xenlulozo), Lipit (chất béo từ thực vật và động vật), Protein (chất đạm từ thịt, cá, trứng, sữa), và Axit Nucleic (cấu tạo tế bào), cùng với một số phân tử nhỏ khác như vitamin và chất màu Các hợp chất này có thể được vi sinh vật phân giải, do đó các phương pháp sinh học thường được áp dụng để xử lý Ngược lại, một số sản phẩm từ quá trình biến đổi hóa học tự nhiên hoặc do con người tạo ra như dầu mỏ, chất dẻo, phẩm nhuộm và thuốc, chỉ có thể bị phân hủy bởi vi sinh vật sau khi có sự can thiệp hóa học và thường cần thời gian dài để vi sinh vật thích nghi Trong trường hợp này, cần kết hợp nhiều phương pháp xử lý, trong đó hóa học và sinh học đóng vai trò chủ đạo.

Xử lý cấp III

Các phương pháp xử lý nước thải hiệu quả và nhanh chóng bao gồm vi lọc, thẩm thấu ngược, trao đổi ion, hấp phụ và sát trùng Những phương pháp này đặc biệt cần thiết cho việc xử lý nguồn thải có chỉ số COD cao, không có BOD, hoặc chứa các hợp chất vô cơ tinh khiết Đối với những trường hợp đã xử lý cấp I và cấp II nhưng vẫn không đạt tiêu chuẩn, việc áp dụng các biện pháp tinh vi này là cần thiết để đạt được chất lượng nước tương đương nước cấp và có thể tái sử dụng.

Các phương pháp xử lý

Phương pháp vật lý

Nước thải chứa nhiều chất tan và không tan dưới dạng hạt lơ lửng, bao gồm cả dạng rắn và lỏng, tạo thành hệ huyền phù với nước Để tách các hạt lơ lửng này khỏi nước thải, người ta áp dụng các phương pháp như thủy cơ, lọc qua song chắn hoặc lưới, lắng dưới tác động của lực trọng trường hoặc lực ly tâm, và lọc.

Trong quá trình xử lý nước thải, song chắn rác đóng vai trò quan trọng là hạng mục xử lý sơ bộ đầu tiên, giúp ngăn giữ rác thải thô như giấy, bọc nylon, chất dẻo, cỏ cây và vỏ đồ hộp Những loại rác này nếu không được loại bỏ có thể gây tắc nghẽn đường dẫn nước và hư hỏng máy bơm Song chắn rác được cấu tạo từ nhiều lớp thanh đan xen, đặt ngang đường dẫn nước thải Sau khi được thu gom, rác thường được xử lý qua các phương pháp nghiền, đốt hoặc chôn lấp tùy thuộc vào mức độ ô nhiễm, kinh phí và công nghệ sẵn có.

Hình: Sơ đồ trạm xử lý cơ học

Một số kiểu song chắn rác.

Song chắn rác cào bằng tay là thiết bị phổ biến tại các trạm bơm nước thải Khi thiết kế, cần chú ý rằng chiều dài rãnh làm sạch bằng tay không nên vượt quá 3 m để thuận tiện cho việc cào rác.

Song chắn rác có nhiều loại bộ phận lấy rác bằng cơ giới với hình dáng đa dạng, mỗi loại đều mang lại những ưu điểm và nhược điểm riêng Bộ phận cào rác hoạt động hiệu quả, giúp tối ưu hóa quá trình thu gom rác thải.

Hệ thống xích quay theo một đầu dẫn giúp thu gom rác hiệu quả, đặc biệt là các loại rác "mềm" như giấy, vải và nylon, nhờ vào khả năng cuốn rác theo chiều đi xuống và đưa lên máng lọc Ưu điểm lớn của phương pháp này là bảo vệ các thanh chắn khỏi hư hại do mảnh vỡ, tuy nhiên, nó có thể bị kẹt bởi rác "cứng" và cần phải tháo nước khỏi lòng kênh để chỉnh sửa Ngược lại, phương pháp cào rác theo kiểu trượt cho phép bộ phận cào hoạt động dễ dàng trên mực nước, giúp việc làm sạch và quản lý thuận tiện mà không cần tháo nước Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là bộ phận cào chỉ hoạt động theo một chiều, không linh hoạt như xích quay.

Hệ thống lấy rác kiểu tời quay sử dụng bộ phận cào rác được giữ trên giá đỡ nhờ trọng lượng dây xích, có ưu điểm là bộ phận đầu bánh răng không bị ngập trong nước thải, nhưng lại chiếm nhiều không gian lắp đặt Trong khi đó, kiểu lấy rác bằng đầu cáp cho phép bộ phận cào rác di chuyển lên xuống thông qua hệ thống dây cáp và đầu trống quay, với ưu điểm là trọng lượng bản thân giúp giảm bớt tải trọng vận hành, nhưng lại hạn chế khả năng cào rác, quản lý phức tạp và dễ bị vướng do chất thải rắn.

Bể lắng cát là thiết bị quan trọng trong hệ thống thoát nước, giúp giữ lại các hạt cát và sạn nhỏ có trong nước thải, đặc biệt là nước mưa và nước thải chảy chung Việc loại bỏ các hạt cát này rất cần thiết để ngăn ngừa hư hỏng cho máy bơm và tránh tình trạng nghẽn ống dẫn bùn trong các bể lắng.

+ Bể lắng cát ngang nước chảy vòng

+ Bể lắng cát có sục khí

Bể lắng sơ cấp là một trong những phương pháp xử lý nước thải truyền thống, đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các chất không hòa tan và lơ lửng trong nước thải Các chất này có thể bị giữ lại trong bể, giúp cải thiện chất lượng nước thải trước khi tiếp tục vào các giai đoạn xử lý tiếp theo.

 Các chất rắn có khả năng lắng;

 Các chất dầu, mỡ và các vật liệu nổi khác;

 Một phần các chất tải hữu cơ.

Theo Gerard Kiely (1997), nếu bể lắng sơ cấp được thiết kế và vận hành hiệu quả, có thể giữ lại từ 50 đến 70% chất rắn lơ lửng và giảm 25 đến 40% hàm lượng BOD5 trước khi tiến hành xử lý bằng phương pháp sinh học.

Bể lắng sơ cấp hoạt động gián đoạn là giải pháp hiệu quả cho những nơi có lượng nước thải ít và không đều, như tại các xưởng giặt áo quần Nguyên tắc hoạt động của bể này khá đơn giản, cho phép xả nước thải một cách linh hoạt để xử lý hiệu quả.

Để xử lý nước thải, cần đưa 25 m^3 nước vào bể chứa và giữ nước trong khoảng 1,5 - 2,5 giờ Sau thời gian này, các chất rắn sẽ lắng xuống, sau đó tháo nước đã lắng và bổ sung lượng nước thải mới vào bể.

Bể lắng hoạt động liên tục là hệ thống xử lý nước thải, trong đó nước thải được xả vào bể một cách liên tục, giúp giữ lại các chất rắn lơ lửng trong quá trình di chuyển Có nhiều loại bể lắng khác nhau, bao gồm bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng hình tròn, mỗi loại đều có những đặc điểm và ứng dụng riêng trong việc xử lý nước thải hiệu quả.

Các bể lắng chữ nhật và hình tròn, như thể hiện trong Hình 3.11 và 3.12, không chỉ có chức năng lắng bùn cát mà còn thu hớt các chất cặn ván như xăng dầu, mỡ, dầu nhờn, chất dẽo nhẹ và các chất thải nổi khác.

Dầu mỡ từ nước thải của nhà máy lọc dầu, xưởng sửa chữa xe và xí nghiệp chế biến thực phẩm gia súc là những chất độc hại cho môi trường Việc tính toán kích thước và kết cấu cho bể thu dầu và bể thu mỡ có quy trình tương tự nhau.

Người ta sử dụng các hạt sạn, sỏi, cát và than để loại bỏ một phần chất rắn lơ lửng và BOD trong nước thải trước khi đưa vào các hệ thống xử lý sinh học hoặc hóa học Bể lọc thấm hay bể lọc nhỏ giọt là một trong những phương pháp lọc cổ điển, thường được thiết kế hình hộp tròn hoặc chữ nhật bằng bê tông hoặc thép, chứa sỏi và đá vôi với kích thước hạt khoảng 25 - 100 mm Kích thước bể thường dao động từ 1,0 - 2,5 m chiều sâu và đường kính từ 5 - 50 m, với đáy bể có các tấm lược để thu hồi nước thải đã qua xử lý và lỗ thông khí gần đáy.

Phướng pháp hóa học và hóa lý

Để tối ưu hóa quá trình xử lý nước thải, cần chú ý đến các yếu tố sau: thành phần và khả năng xử lý của nước thải, loại vật liệu lọc cùng với bề dày lớp lọc, tính dẫn tải thủy lực và hữu cơ, tỉ số quay vòng và sắp xếp nước thải, nhiệt độ nước thải, cũng như sự vận hành của hệ thống phân phối nước thải.

2 Phương pháp hóa học và hóa lý.

2.1 Đông tụ và keo tụ.

Quá trình lắng chỉ có thể tách các hạt rắn huyền phù, nhưng không thể loại bỏ các chất gây ô nhiễm ở dạng keo và hòa tan do kích thước quá nhỏ của chúng Để tách hiệu quả các hạt này, cần tăng kích thước của chúng thông qua sự tương tác giữa các hạt phân tán, giúp tăng tốc độ lắng Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lượng yêu cầu trung hòa điện tích của chúng, sau đó liên kết chúng lại với nhau Quá trình trung hòa điện tích được gọi là đông tụ, trong khi việc tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ được gọi là keo tụ.

Trong tự nhiên, các hạt cặn lơ lửng có điện tích âm hoặc dương tùy thuộc vào nguồn gốc xuất xứ và bản chất hóa học của chúng Cụ thể, các hạt rắn từ silic và các hợp chất hữu cơ thường mang điện tích âm, trong khi hydroxyt sắt và nhôm lại mang điện tích dương.

Khi thế cân bằng điện động của nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích kết hợp với nhau nhờ lực liên kết phân tử và điện tử, tạo thành các hạt bông keo Các hạt này được chia thành hai loại: keo kỵ nước, chống lại các phân tử nước, và keo háo nước, hấp thụ các phân tử nước như vi khuẩn và virus Trong đó, keo kỵ nước đóng vai trò quan trọng trong công nghệ xử lý nước.

Cơ chế quá trình đông tụ.

Các hạt rắn lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ thu hút các ion trái dấu, dẫn đến việc một số ion này bị hút chặt vào hạt rắn và di chuyển cùng chúng, tạo thành một mặt trượt Xung quanh lớp ion trái dấu bên trong là lớp ion bên ngoài, chủ yếu cũng là ion trái dấu nhưng được hút bám lỏng lẻo và dễ dàng bị trượt ra.

27 mang điện tích âm chuyển động qua chất lỏng thì điện tích âm đó bị giảm bởi các ion mang điện dương ở lớp bên trong.

Những hạt rán lơ lửng mang điện tích âm trong nước sẽ hút các ion trái dấu.

Các ion trái dấu bị hút chặt vào hạt rắn, tạo thành một mặt trượt, trong khi lớp ion bên ngoài bám lỏng lẻo và dễ dàng trượt ra Khi các hạt mang điện tích âm di chuyển qua chất lỏng, điện tích âm đó bị giảm bởi các ion mang điện tích dương ở lớp bên trong, tạo ra hiệu số điện năng gọi là thế zeta Thế zeta phụ thuộc vào hiệu điện thế giữa bề mặt hạt và chất lỏng, cũng như chiều dày của hai lớp, xác định lực tĩnh điện đẩy của các hạt Điện tích âm không chỉ là lực đẩy mà còn có lực hút tĩnh điện từ cấu trúc phân tử của hạt, tạo ra hàng rào năng lượng cản trở sự liên kết của các hạt Mục tiêu của quá trình đông tụ là giảm thế zeta, tức là giảm chiều cao hàng rào năng lượng này để các hạt không đẩy lẫn nhau bằng cách thêm ion dương Hiệu quả đông tụ phụ thuộc vào hóa trị của ion, với hóa trị càng lớn thì hiệu quả càng cao.

Liều lượng chất đông tụ trong xử lý nước thải phụ thuộc vào nồng độ tạp chất rắn có trong nước Các chất đông tụ phổ biến bao gồm muối nhôm, sắt hoặc hỗn hợp của chúng Việc lựa chọn chất đông tụ phù hợp cần xem xét các yếu tố như tính chất hóa lý, chi phí, nồng độ tạp chất, pH và thành phần muối trong nước.

Nước thải có pH dưới 6.5 hoặc trên 8.5 cần được trung hòa trước khi thải hoặc xử lý tiếp Quá trình trung hòa này diễn ra thông qua phản ứng giữa axit và bazo, và có thể áp dụng các tác nhân phản ứng phù hợp tùy theo hoàn cảnh cụ thể.

- Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm

- Bổ sung các tác nhân phản ứng

- Lọc nước axit đi qua lớp vật liệu có tác dụng trung hòa

- Hấp thụ khí axit bằng dung dịch kiềm hoặc hấp thụ khí amoniac bằng axit.

2.2.1 Trung hòa bằng cách trộn lẫn hai loại nước thải.

Khi hai nguồn nước thải axit và bazo ở gần nhau, việc tận dụng chúng bằng cách trộn vào một bể có cánh khuấy hoặc sục khí là giải pháp hiệu quả Cần theo dõi độ pH để đảm bảo an toàn, và tùy thuộc vào điều kiện thực tế, có thể lựa chọn phương pháp xử lý liên tục hoặc gián đoạn.

2.2.2 Trung hòa bằng cách bổ sung các tác nhân phản ứng.

Để trung hòa axit, các chất bazo như vôi (CaO), vôi tôi (Ca(OH)2), xút (NaOH), nước amoniac (NH4OH) hoặc muối của bazo mạnh và axit yếu như soda (Na2CO3) và đá vôi (CaCO3) thường được sử dụng Đá vôi là lựa chọn tiết kiệm nhất khi pH nước thải thấp, trong khi vôi hay sữa vôi được dùng khi pH cao hơn Tuy nhiên, việc sử dụng đá vôi hoặc sữa vôi có thể dẫn đến sự hình thành kết tủa từ các gốc axit trong nước thải với ion canxi, như thạch cao (CaSO4) và canxi photphat (Ca3(PO4)2) Các kết tủa này cần được thu gom và xử lý như chất thải rắn.

Đối với bazo, quy trình xử lý thường ngược lại so với axit, sử dụng các tác nhân như axit sunfuric (H2SO4), axit clohidric (HCl) và khí cacbonic (CO2) Khí cacbonic có mặt trong không khí, và trong môi trường bị ô nhiễm bazo (pH cao), xu hướng giảm pH thường xảy ra Môi trường bazo khó lan tỏa do khi gặp các ion kim loại tự nhiên, các gốc bazo (OH-) sẽ tạo thành hidroxit kết tủa như Fe(OH)3, Zn(OH)2, và Cu(OH)2.

Đối với ion kim loại, đặc biệt là kim loại nặng, chúng được xử lý như axit bằng cách sử dụng bazo để tạo ra các hidroxit kim loại kết tủa hoặc dùng muối tan có gốc axit để tạo ra muối không tan Các kết tủa này sau đó được thu gom và xử lý như chất thải rắn Các bazo thường được sử dụng bao gồm vôi sống, vôi tôi (sữa vôi) và xút, trong khi muối thường dùng là Na2CO3.

2.2.3 Trung hòa bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa

Trong môi trường axit, việc trung hòa nước thải có thể được thực hiện bằng cách cho nước thải chảy qua lớp đá vôi Cụ thể, để xử lý nước thải chứa axit clohidric (HCl) hay axit nitric (HNO3), có thể áp dụng các phương pháp lọc từ trên xuống, từ dưới lên, hoặc theo chiều ngang qua mương đá vôi Đối với nước thải có axit sunfuric, phương pháp này cũng hiệu quả, tuy nhiên cần phải thu gom và xử lý định kỳ kết tủa sunfat canxi sinh ra trong quá trình trung hòa.

2.2.4 Trung hòa bằng cách hấp thụ các khí thải chứa các oxit axit hoặc axit bay hơi

Các nguồn khí thải như CO2, SO2, NO2, N2O3, HCl, HF có thể được xử lý bằng cách cho chúng đi qua dung dịch kiềm (NaOH) hoặc dung dịch kiềm thổ (nước vôi) Một phương pháp khác là phun dung dịch kiềm ngược chiều với dòng khí, sau đó khí thải sẽ được thoát ra ngoài qua hệ thống ống khói của nhà máy.

Phương pháp hấp thụ được coi là phương pháp hiệu quả nhất trong việc xử lý chất thải, có khả năng loại bỏ hầu hết các chất vô cơ và hữu cơ, đồng thời khử màu sắc và mùi vị mà không để lại ô nhiễm thứ cấp Phương pháp này cho phép thu gom và kiểm soát chất thải một cách triệt để Tuy nhiên, hiệu quả của nó còn phụ thuộc vào khả năng của chất hấp phụ được sử dụng và ngân sách cho phép.

Phương pháp sinh học

Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học là giải pháp hiệu quả để loại bỏ các chất hữu cơ hoà tan và một số chất ô nhiễm vô cơ như H2S, sunfit, ammonia, và nitơ Công nghệ này dựa vào hoạt động của vi sinh vật, giúp phân huỷ các chất hữu cơ gây ô nhiễm Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và khoáng chất làm nguồn thức ăn để phát triển Tổng quan, phương pháp xử lý sinh học được chia thành hai loại chính.

 • Phương pháp kỵ khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy;

Phương pháp hiếu khí sử dụng vi sinh vật hiếu khí hoạt động trong điều kiện có oxy liên tục để phân huỷ các chất hữu cơ thông qua quá trình oxy hoá sinh hoá Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hoà tan, bao gồm cả chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải, cần được di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật qua ba giai đoạn chính.

 • Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật;

 • Khuyếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào;

 • Chuyển hoá các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới.

Tốc độ quá trình oxy hoá sinh hoá phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng tạp chất và sự ổn định của lưu lượng nước thải Các yếu tố này ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ phản ứng trong các điều kiện xử lý cụ thể.

37 ứng sinh hoá là chế độ thuỷ động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng.

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

 - Oxy hoá các chất hữu cơ: CxHyOz + O2 => CO2 + H2O + DH

 - Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + NH3 + O2 => CO2 + H2O + DH

 - Phân huỷ nội bào: C5H7NO2 + 5O2 => 5CO2 + 5 H2O + NH3 ± DH

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể diễn ra trong điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo, với các công trình nhân tạo được thiết kế để tối ưu hóa quá trình oxy hóa sinh học, mang lại tốc độ và hiệu suất xử lý cao hơn Tùy thuộc vào trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình này có thể được phân loại thành nhiều dạng khác nhau.

Xử lý sinh học hiếu khí sử dụng vi sinh vật lơ lửng chủ yếu nhằm khử chất hữu cơ chứa carbon, bao gồm các phương pháp như bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn và quá trình lên men phân huỷ hiếu khí Trong số các phương pháp này, bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank) được coi là phương pháp phổ biến nhất.

Xử lý sinh học hiếu khí sử dụng vi sinh vật dính bám, bao gồm các phương pháp như bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học và bể phản ứng nitrate hoá với màng cố định.

3.1.1 Xử lý nước thải bùn hoạt tính hiếu khí. rong bể bùn hoạt tính hiếu khí với sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân huỷ xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng.

Phương pháp phân huỷ sinh học hiếu khí với cung cấp ôxy cưỡng bức và mật độ vi sinh vật cao (2.000mg/L – 5.000mg/L) cho phép xử lý tải trọng phân huỷ hữu cơ lớn mà chỉ cần ít diện tích Tuy nhiên, hệ thống này đòi hỏi nhiều thiết bị và tiêu tốn nhiều năng lượng.

Nồng độ oxy hòa tan trong nước sau bể lắng đợt 2 không được thấp hơn 2 mg/l Tốc độ tiêu thụ oxy hòa tan trong bể bùn hoạt tính phụ thuộc vào nhiều yếu tố.

 • Tỷ số giữa lượng thức ăn (CHC cú trong nước thải) ứ lượng vi sinh vật: tỷ lệ F/M;

 • Tốc độ sinh trưởng và hoạt động sinh lý của vi sinh vật;

 • Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất;

 • Lượng các chất cấu tạo tế bào;

 • Hàm lượng oxy hoà tan.

Để thiết kế và vận hành hiệu quả hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí, việc hiểu rõ vai trò của quần thể vi sinh vật là rất quan trọng Các vi sinh vật này có khả năng phân huỷ chất hữu cơ trong nước thải, thu năng lượng và chuyển hoá thành tế bào mới Chỉ một phần chất hữu cơ được oxy hoá hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3-, SO42-, …

Hệ thống bùn hoạt tính chứa nhiều loại vi khuẩn khác nhau và yêu cầu chung khi vận hành là nước thải đưa vào hệ thống cần đảm bảo hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) không vượt quá 150 mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25 mg/l, pH trong khoảng 6,5 – 8,5, và nhiệt độ từ 6oC đến 37oC.

Bể lọc sinh học là thiết bị quan trọng trong xử lý nước thải, nơi vi sinh vật phát triển trên lớp vật liệu lọc cố định Các bể lọc hiện đại sử dụng vật liệu dễ thấm nước, cho phép nước thải đi qua và tiếp xúc với vi sinh vật, giúp quá trình xử lý nước thải hiệu quả hơn.

Vật liệu lọc thường được sử dụng trong hệ thống xử lý nước thải bao gồm đá dăm hoặc sỏi, với kích thước hạt dao động từ 0,5 - 2,5 m, trung bình là 1,8 m Bể lọc có thể có hình dạng tròn khi sử dụng đá dăm, và nước thải được phân phối đều nhờ bộ phận phân phối Ngoài ra, bể lọc với vật liệu bằng chất dẻo có thể có nhiều hình dạng khác nhau như tròn, vuông, với chiều cao từ 4 - 12 m Các loại vật liệu bằng chất dẻo phổ biến bao gồm vật liệu với dòng chảy thẳng đứng, dòng chảy ngang và vật liệu đa dạng.

Chất hữu cơ trong nước thải sẽ bị phân huỷ bởi quần thể vi sinh vật bám dính trên lớp vật liệu lọc Những chất này sẽ được hấp phụ vào màng vi sinh vật dày từ 0,1 đến 0,2 mm và phân huỷ nhờ vi sinh vật hiếu khí Khi vi sinh vật phát triển, bề dày của lớp màng sẽ tăng lên, dẫn đến việc tiêu thụ oxy trước khi quá trình khuếch tán xảy ra.

39 tán hết chiều dày lớp màng sinh vật Như vậy, môi trường kị khí được hình thành ngay sát bề mặt vật liệu lọc.

Khi lớp màng dày lên, quá trình đồng hóa chất hữu cơ diễn ra trước khi vi sinh vật tiếp xúc với bề mặt vật liệu lọc Điều này dẫn đến việc vi sinh vật bị phân hủy nội bào, làm giảm khả năng bám dính lên bề mặt và chúng dễ dàng bị rửa trôi.