XÂY DỰNG mô HÌNH xử lý nước THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP HIẾU KHÍ SBR (SEQUENCING BATCH REACTOR)

TỔNG QUAN

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI

Quá trình sinh hoạt và sản xuất tại các đô thị tạo ra nhiều loại chất thải, bao gồm chất rắn, lỏng và khí Nước thải, sau khi được xử lý, trở thành nguồn nước cấp quan trọng cho đô thị Đây là loại nước được hình thành từ hoạt động của con người, chứa các chất ô nhiễm do sự biến đổi của các thành phần ban đầu Nước thải có thể là hỗn hợp từ các hộ gia đình, trường học, khu thương mại hoặc công nghiệp, kết hợp với nước ngầm, nước mặt và nước mưa (Metcalf & Eddy, 2003).

Nước thải có nhiều loại với thành phần và tính chất khác nhau, dẫn đến việc áp dụng nhiều công nghệ và kỹ thuật xử lý nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường Dựa vào nguồn gốc phát sinh, nước thải có thể được phân loại theo bốn cách khác nhau.

Nước thải sinh hoạt là loại nước thải chủ yếu phát sinh từ hộ gia đình, khu dân cư, văn phòng, trường học và các nguồn tương tự Nó còn được gọi là nước thải vệ sinh và có thể bao gồm cả nước thải từ các xí nghiệp, công nghiệp khi được thu gom chung trong hệ thống thoát nước đô thị.

Nước thải thương mại là loại nước thải không chứa độc tố và chất nguy hại, có thành phần tương tự như nước thải sinh hoạt nhưng có thể có nồng độ một số chất cao hơn Nguồn gốc của nước thải này bao gồm các cơ sở dịch vụ ăn uống, giặt là với không quá 4 máy giặt, chăn nuôi gia súc, gia cầm, và dịch vụ chăm sóc sức khỏe, miễn là không có chất độc hại và chất thải công nghiệp.

Nước thải công nghiệp là loại nước thải phát sinh từ các hoạt động sản xuất, thương mại, khai khoáng và lâm nghiệp Nó bao gồm nước chảy bề mặt và nước rỉ từ các khu vực tiếp nhận rác thải, cũng như từ các khu lưu trữ hàng hóa thương mại và công nghiệp.

Nước chảy tràn là nước mưa, tuyết tan và nước mưa thoát trên hè phố, được hình thành khi nước thấm qua đất và chảy trên bề mặt đường Phần nước này sau đó được thu gom vào các hệ thống thoát nước của thành phố hoặc chảy vào các nguồn nước mặt.

Nước thải sinh hoạt có thành phần phức tạp, trong đó chất hữu cơ chiếm tỷ lệ lớn, và tính chất của nó phụ thuộc vào điều kiện xã hội, tự nhiên và thói quen sinh hoạt của người dân từng vùng Thành phần chất bẩn trong nước thải thay đổi theo không gian và thời gian, trong khi nước thải sinh hoạt có tính chất ổn định hơn Ngược lại, nước thải công nghiệp có tính chất và thành phần biến đổi do nhiều yếu tố như công nghệ xử lý và nguyên liệu sản xuất.

Do sự khác biệt về số lượng và thành phần của nước thải, phương pháp xử lý cũng cần phải được điều chỉnh phù hợp Việc lựa chọn công trình chung để xử lý nước thải cần dựa trên thành phần chất bẩn có trong nước hoặc theo tiêu chuẩn xả thải vào hệ thống thoát nước hoặc môi trường xung quanh Do đó, việc xử lý nước thải công nghiệp tại các công trình xử lý tập trung của nhà máy và xí nghiệp là rất quan trọng.

2.1.2.1.Đặc tính về lý học

Căn cứ vào kích thước của các chất bẩn có trong nước thải, các chất thải được chia thành:

 Các chất không hòa tanở dạng lơ lửng: Có kích thước hạt > 10 - 4 mm có thể ở dạng huyền phù hay nhũ tương.

 Các tạp chất ở dạng keo: Có kích thước 10 - 4 –10 -6 mm.

 Các chất hòa tan có kích thước < 10 -6 có thể ở dạng phântử hay ion.

Nước thải thường phát sinh mùi hôi do sự vận chuyển trong đường ống, và sau khoảng 2-6 giờ, khí sunfua hidro sẽ xuất hiện Nồng độ chất bẩn trong nước thải có thể thay đổi từ đậm đặc đến pha loãng, tùy thuộc vào tiêu chuẩn sử dụng nước sinh hoạt và lượng nước thải công nghiệp hòa lẫn.

Thành phần hóa học của chất bẩn trong nước thải bao gồm hai loại chính: vô cơ và hữu cơ Các chất vô cơ tồn tại dưới dạng ion với nồng độ từ 300 – 3000 mg/l, bao gồm Na+, K+, Ca2+, NH4+, Mg2+, Fe2+, HCO3-, SO42-, Cl-, và PO43- Trong khi đó, các chất hữu cơ có mặt với nồng độ từ 100 – 500 mg/l theo trọng lượng chất khô, được chia thành ba nhóm chính: protein, hydrocacbon và chất béo từ thực vật và động vật Protein chứa nitơ và là nguồn dinh dưỡng chủ yếu cho vi sinh vật, trong khi hydrocacbon và chất béo bao gồm tinh bột, đường và xenlulozo, với tinh bột và đường dễ phân hủy bởi vi sinh vật Tuy nhiên, khoảng 20 – 40% lượng chất hữu cơ trong nước thải không bị phân hủy bởi vi sinh vật.

Nước thải chứa nhiều hợp chất vô cơ và vi sinh vật (VSV) với mật độ từ 10^5 đến 10^6 tế bào/ml Các VSV này thường xuyên thay đổi thế năng oxy hóa của nước thải trong quá trình sống và phát triển Qua quá trình trao đổi chất, VSV phân hủy các chất hữu cơ để thu nhận năng lượng cần thiết cho sự sống.

VSV trong nước thải bao gồm vi khuẩn, nấm, siêu vi khuẩn và nguyên sinh động vật Trong số này, nguyên sinh động vật đóng vai trò là thức ăn chính và là chỉ thị quan trọng để đánh giá hiệu quả của các hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.

TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

Theo thống kê, Việt Nam hiện có hơn 800.000 cơ sở sản xuất công nghiệp, đóng góp đáng kể vào GDP quốc gia Tuy nhiên, báo cáo môi trường Quốc Gia năm gần đây đã chỉ ra những thách thức mà ngành công nghiệp phải đối mặt.

Theo báo cáo năm 2009 của Bộ Tài Nguyên và Môi Trường, Việt Nam đang phải đối mặt với nhiều thách thức về ô nhiễm môi trường Đáng chú ý, 57% số khu công nghiệp (KCN) đang hoạt động chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung Khoảng 70% trong số hơn một triệu m³ nước thải/ngày từ các KCN không được xử lý và xả thải trực tiếp ra các nguồn tiếp nhận, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Nước thải từ các khu công nghiệp (KCN) đang trở thành một mối đe dọa nghiêm trọng đối với môi trường, với hơn 70% KCN xả thẳng nước thải ra môi trường mà không qua xử lý, đặc biệt là ở các lưu vực sông Đồng Nai, sông Cầu, sông Nhuệ và sông Đáy Tại Đông Nam Bộ, lượng nước thải từ KCN chiếm 49% tổng lượng nước thải, trong khi khu vực Tây Nguyên chỉ chiếm 2% Mặc dù khoảng 43% KCN có trạm xử lý nước thải tập trung, nhưng tỷ lệ doanh nghiệp kết nối vào hệ thống xử lý vẫn rất thấp, dẫn đến ô nhiễm nước vượt mức cho phép Tình trạng này không chỉ đe dọa sức khỏe cộng đồng và môi trường sinh thái mà còn ảnh hưởng tiêu cực đến nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản tại các khu vực lân cận Việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường tại các KCN là cần thiết để bảo vệ thành tựu phát triển kinh tế và xã hội của Việt Nam.

Nước thải có ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng, thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học môi trường Hệ thống SBR (Sequential Batch Reactor) được xem là giải pháp lý tưởng cho xử lý nước thải trong ứng dụng thương mại và đô thị Theo EPA, SBR thích hợp cho các nhà máy xử lý nước có lưu lượng nhỏ, nhờ vào khả năng xử lý gián đoạn và phù hợp với dòng chảy có lưu lượng thay đổi Hệ thống này không chỉ ngăn ngừa hiện tượng thoái hoá bùn mà còn yêu cầu ít nhân lực trong quá trình vận hành Do đó, việc nghiên cứu và xây dựng mô hình hiếu khí SBR kết hợp với bèo lục bình để xử lý nước thải công nghiệp là cần thiết, đáp ứng yêu cầu xả thải và phù hợp với điều kiện kinh tế tại Việt Nam.

2.2.1 Phân loại nước thải công nghiệp và những thông số cơ bản đánh giá chất lượng nước

2.2.1.1 Phân loại nước thải công nghiệp

Nước thải công nghiệp phát sinh từ quá trình sản xuất và chế biến, thường chứa hàm lượng BOD và COD cao, gây giảm O2 hòa tan trong nước và ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái Nhiều nhà máy không có hệ thống xử lý nước thải nội bộ hoặc thiếu vốn và công nghệ lạc hậu, dẫn đến không đạt mục tiêu giảm ô nhiễm Ví dụ, nước thải từ nhà máy giấy chứa ligin làm cho xenlulo không phân hủy, trong khi nước thải từ sản xuất pin và xăng dầu chứa các chất độc hại như Hg, Cr, Pb, gây độc cho con người và môi trường Đặc biệt, nước thải từ nhà máy sản xuất thực phẩm có hàm lượng chất hữu cơ và BOD rất cao (>1000mg/l) cùng với lượng chất cặn lơ lửng và amoni lớn Dựa trên tác động môi trường, nước thải được phân loại thành nhiều dạng khác nhau.

Nước thải ô nhiễm là loại nước thải chứa các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy, thường xuất hiện tại các nhà máy chế biến thủy sản và thịt hộp Để xử lý loại nước thải này, phương pháp sinh học là một giải pháp hiệu quả.

Nước thải độc là loại nước thải có hàm lượng hợp chất hữu cơ thấp nhưng chứa các thành phần độc hại cho môi trường, bao gồm kim loại nặng và các ion như SO4²⁻, S²⁻, NO3⁻.

…nước thải loại này được xửlý bằng phương pháp hóa lí.

Nước thải độc hại và ô nhiễm chứa nhiều chất hữu cơ khó phân hủy, bao gồm các hợp chất hữu cơ chứa clo, hợp chất hữu cơ mạch vòng và các hợp chất vô cơ độc hại.

2.2.1.2 Những thông số cơ bản đánh giá chất lượng nước Đánh giá chất lượng nước cũng như mức độ ô nhiễm nước cần dựa vào một số thông số cơ bản so sánh với các chỉ tiêu cho phép về thành phần hóa học và sinh học đối với từng loại nước sử dụng cho các mục đích khác nhau.

Để đánh giá chất lượng nước, các thông số cơ bản cần xem xét bao gồm pH, màu sắc, độ đục, hàm lượng chất rắn, các chất lơ lửng, kim loại nặng, oxy hòa tan, cùng với hai chỉ số quan trọng là COD và BOD Ngoài ra, các chỉ tiêu sinh học, đặc biệt là chỉ số E.coli, cũng cần được lưu ý trong quá trình đánh giá.

Độ pH là một chỉ tiêu quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước cấp và nước thải Chỉ số này giúp xác định xem nước cần được trung hòa hay không, đồng thời tính toán lượng hóa chất cần thiết cho quá trình xử lý keo tụ và khử khuẩn.

Hàm lượng chất rắn trong nước bao gồm các chất vô cơ dưới dạng muối hòa tan hoặc không tan, các chất hữu cơ như xác vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, và các chất tổng hợp như phân bón và chất thải công nghiệp Sự hiện diện của chất rắn trong nước gây cản trở cho việc sử dụng và lưu chuyển nước, làm giảm chất lượng nước sinh hoạt và sản xuất, đồng thời ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động nuôi trồng thủy sản.

Nước tự nhiên được phân loại thành nước cứng và nước mềm, trong đó độ cứng không được coi là ô nhiễm và không gây hại cho sức khỏe con người Tuy nhiên, độ cứng của nước có thể ảnh hưởng lớn đến công nghệ cáu bặn lò hơi và các thiết bị gia nhiệt nước Đối với nước thải, thông số độ cứng không cần được quan tâm.

Nước có thể xuất hiện với nhiều màu sắc khác nhau, đặc biệt là nước thải thường có màu nâu hoặc nâu đen, nguyên nhân chủ yếu do sự phân hủy của các chất hữu cơ từ xác động vật và thực vật Ngoài ra, nước có thể chứa sắt và mangan ở dạng keo hoặc hòa tan, cũng như các chất thải công nghiệp Màu sắc của nước được phân thành hai loại: màu thực, là màu do các chất hòa tan hoặc ở dạng hạt keo, và màu biểu kiến, là màu của các chất lơ lửng trong nước.

Độ đục của nước được hình thành bởi các hạt lơ lửng, chất hữu cơ phân hủy và hoạt động của giới thủy sinh, làm giảm khả năng truyền ánh sáng Điều này ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của vi sinh vật tự dưỡng, dẫn đến giảm thẩm mỹ và chất lượng nước khi sử dụng Hơn nữa, vi sinh vật có thể bị hấp phụ vào các hạt rắn lơ lửng, gây khó khăn trong quá trình khử khuẩn.

VAI TRÒ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Trong điều kiện kị khí, quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ trong nước thải chưa được xử lý gây ra tình trạng mất vệ sinh và mùi hôi khó chịu Tất cả động thực vật sống trong nước cần oxy hòa tan để tồn tại, do đó, một trong những mục đích chính của xử lý nước thải là hạn chế hợp chất hữu cơ tiêu thụ oxy Bên cạnh đó, môi trường giàu chất dinh dưỡng kích thích sự phát triển của thực vật, dẫn đến suy giảm oxy và hiện tượng phú dưỡng trong nước Vì vậy, việc loại bỏ hợp chất hữu cơ và vô cơ trong nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận là cần thiết để bảo vệ môi trường bền vững cho thế hệ hiện tại và tương lai.

Nước thải không được xử lý chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh, dẫn đến hàng loạt dịch bệnh xuất phát từ hoạt động thiếu vệ sinh, như tắm hoặc bơi lội trong nước ô nhiễm, cũng như tiêu thụ động vật thủy sinh sống trong nguồn nước này Các bệnh có thể gặp phải bao gồm ngứa ngoài da, viêm da, nhiễm khuẩn vết thương, viêm dạ dày ruột, viêm gan do virus, tả và lỵ Ngoài ra, nước thải còn chứa các chất độc hại có khả năng gây biến đổi gen và ung thư Do đó, việc loại bỏ vi sinh vật trong nước thải là cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

2.3.3 Về khía cạnh kinh tế

Việc tái sử dụng nước thải sau xử lý cho nông nghiệp không chỉ mang lại lợi ích môi trường mà còn thúc đẩy sự phát triển bền vững của nền nông nghiệp quốc gia, đặc biệt trong bối cảnh nguồn nước ngày càng khan hiếm Sử dụng nước thải đã qua xử lý giúp giảm chi phí xử lý nước thải, nhờ vào vai trò của đất và cây trồng như một hệ sinh thái tự nhiên Hơn nữa, việc tận dụng các chất dinh dưỡng trong nước thải cũng giúp giảm chi phí phân bón cho cây trồng Nước không chỉ quan trọng cho sản xuất nông nghiệp mà còn nâng cao giá trị cảnh quan, tạo điều kiện cho các hoạt động vui chơi và giải trí của con người.

TỔNG QUAN XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa vào hoạt động của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh, giúp chuyển hóa các chất hữu cơ gây ô nhiễm thành các chất vô cơ, khí đơn giản và nước Quá trình này không chỉ làm giảm ô nhiễm mà còn nâng cao chất lượng nước thải trước khi thải ra môi trường.

VSV trong nước thải sử dụng hợp chất hữu cơ và khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng, giúp sinh sản và phát triển, đồng thời làm sạch các chất hữu cơ hòa tan và hạt keo Trong quá trình xử lý sinh học, cần loại bỏ tạp chất phân tán thô trong giai đoạn xử lý sơ bộ Đối với tạp chất vô cơ, phương pháp xử lý sinh học có khả năng khử sulfit, muối amon và nitrat Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy này bao gồm khí CO2, nước và khí.

Phương pháp xử lý sinh học nước thải sử dụng vi sinh vật (VSV) để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm Điều kiện tiên quyết cho quá trình này là nước thải phải cung cấp môi trường sống thích hợp cho quần thể VSV Để đạt được hiệu quả tối ưu, nước thải cần đáp ứng các yêu cầu cụ thể nhằm hỗ trợ hoạt động của VSV trong việc xử lý ô nhiễm hữu cơ.

 Không có các chất độc làm chết hoặc ức chế hoàn toàn hệVSV trong nước thải, chú ý đến hàm lượng kim loại nặng.

 Chất hữu cơ trong nước thải phải là cơ chất dinh dưỡng nguồn carbon và năng lượng choVSV.

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học bao gồm các quá trình hiếu khí, yếm khí và thiếu khí Trong quá trình hiếu khí, vi sinh vật (VSV) phát triển trong điều kiện có oxy, trong khi quá trình yếm khí diễn ra mà không có oxy Quá trình thiếu khí chuyển hóa nitrat thành nitrogen mà không cung cấp oxy từ bên ngoài Phương pháp sinh học còn được chia thành hai loại: sinh trưởng lơ lửng và sinh trưởng gắn kết Trong quá trình sinh trưởng lơ lửng, VSV tạo thành bông bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng trong bể xử lý, giúp phân hủy chất hữu cơ và tạo ra sản phẩm khí Ngược lại, trong quá trình sinh trưởng gắn kết, VSV phát triển thành màng bám trên các vật liệu trơ như đá và nhựa, còn được gọi là quá trình màng sinh học.

Quá trình sinh trưởng lơ lửng diễn ra trong cả điều kiện hiếu khí và yếm khí, với bùn hoạt tính được làm thoáng, sục khí hoặc khuấy đảo Trong điều kiện yếm khí, quá trình này có thể sử dụng CO2 hoặc khuấy đảo bằng dòng nước ngược để làm khuấy bùn và các hạt chất rắn Ngược lại, quá trình sinh trưởng gắn kết liên quan đến sự hình thành màng sinh học.

2.4.1 Xử lý hiếu khí nước thải

2.4.1.1.Cơ sở của phương pháp

Các chất hữu cơ được đưa vào bể phản ứng, nơi mà vi khuẩn (VK) được duy trì ở trạng thái lơ lửng Trong bể phản ứng, các VK thực hiện quá trình biến đổi chất hữu cơ thông qua các phản ứng hóa học.

 Quá trình oxy hóa và tổng hợp:

COHNS (chất hữu cơ) + O 2 + Chất dinh dưỡng + VK hiếu khí -> CO 2 +

NH 3 + C 5 H 7 NO 2 (tế bào VK mới) + sản phẩm cuối khác(chất hữu cơ)

 Quá trình hô hấp nội bào:

C 5 H 7 NO 2 (tế bào) + 5O 2 + VK 5CO 2 + NH 3 + H 2 O 2 + Năng lượng (tế bào)

2.4.1.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến môi trường xử lý Để đảm bảo quá trình xử lýbằng biện pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí được tiến hành tốt, người ta theo dõi vàđiều chỉnhcác yếu tố môi trường sau đây:

Oxy (O2) đóng vai trò thiết yếu trong các hệ thống xử lý hiếu khí, yêu cầu cung cấp liên tục và đầy đủ lượng O2 Đặc biệt, hàm lượng O2 hòa tan trong nước tại bể lắng đợt II không được thấp hơn 2mg/l để đảm bảo hiệu quả xử lý.

Để đảm bảo hiệu quả trong xử lý nước thải, nồng độ các chất bẩn hữu cơ phải được kiểm soát ở mức thấp hơn ngưỡng cho phép Cụ thể, chỉ số BOD và COD của nước thải cần được kiểm tra định kỳ Đối với hỗn hợp nước thải công nghiệp và sinh hoạt chảy vào bể sinh học, BOD toàn phần không được vượt quá 500 mg/l, trong khi đó, nếu sử dụng bể aerotank, BOD toàn phần không được vượt quá 1000 mg/l Nếu chỉ số BOD vượt quá giới hạn này, cần sử dụng nước thải đã qua xử lý hoặc nước sông đã pha loãng để đảm bảo an toàn cho quá trình xử lý.

Để vi sinh vật (VSV) thực hiện hiệu quả quá trình oxy hóa nước thải, cần cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng trong môi trường sống Để xác định lượng nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho nhiều loại nước thải công nghiệp, có thể áp dụng tỷ lệ BOD toàn phần : N : P = 100 : 5 : 1.

Các yếu tố dinh dưỡng khoáng như K, Ca, S thường có sẵn trong nước và đủ đáp ứng nhu cầu của vi sinh vật (VSV), do đó không cần bổ sung thêm.

Các yếu tố môi trường như pH và nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến hoạt động của vi sinh vật (VSV) trong các thiết bị xử lý Thực nghiệm cho thấy pH tối ưu cho quá trình phân giải của VSV trong bể xử lý hiếu khí nằm trong khoảng 6,5 – 8,5, trong khi nhiệt độ nước thải trong các công trình thường dao động từ 60°C đến 37°C.

2.4.1.3 Các dạng xử lý hiếu khí thường gặp

Xử lý hiếu khí với quá trình sinh trưởng lơ lửng

Quá trình xử lý hiếu khí với sinh trưởng lơ lửng được sử dụng để loại bỏ các hợp chất hữu cơ là:

 Quá trình bùn hoạt tính

 Bể phản ứng theo mẻ (SBR –Senquencing Batch Reactor)

 Quá trình tiêu hủy hiếu khí

2.4.1.3.1 Quá trình bùn hoạt tính

Môi trường hiếu khí trong bể phản ứng được duy trì nhờ hệ thống khuếch tán không khí hoặc làm thoáng cơ khí, đảm bảo quá trình khuấy trộn hiệu quả Sau một thời gian, hỗn hợp tế bào cũ và mới sẽ được chuyển qua bể lắng để tách tế bào khỏi nước đã xử lý Một phần tế bào kết lắng sẽ được tuần hoàn trở lại bể phản ứng để duy trì nồng độ vi sinh vật cần thiết, trong khi phần còn lại sẽ được thải ra ngoài.

Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật (VSV) chủ yếu là vi khuẩn, tạo thành các hạt bông có màu vàng nõu, dễ lắng với kích thước từ 3-150 µm Thành phần cấu tạo của bùn hoạt tính bao gồm khoảng 30-40% cặn rắn và VSV sống Nếu được cung cấp đủ oxy qua việc thổi khí và khuấy đảo, tỷ lệ này có thể đạt 30% trong thời gian ngắn, 35% trong thời gian dài, và lên tới 40% sau vài ngày Khi bùn hoạt tính lắng xuống, nó trở thành bùn già và hoạt tính sẽ giảm Tuy nhiên, nếu được hoạt hóa trong môi trường có sục khí đầy đủ, bùn hoạt tính có thể phục hồi và sinh trưởng trở lại.

Trong bùn hoạt tính, thường có sự hiện diện của nhiều loại vi khuẩn, bao gồm Psedomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, cùng với hai loại vi khuẩn nitrat hóa là Nitrosomonas và Nitrobacter Ngoài ra, còn có hai loại vi khuẩn dạng sợi là Sphaerotilus và Beggiatoa.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG SBR

Bùn hoạt tính là một yếu tố quan trọng trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Lịch sử bắt đầu từ năm 1914 tại Anh, khi Adern và Lockett nghiên cứu phương pháp làm đầy và xả, mở ra nền tảng cho phương pháp SBR với chu trình lặp lại Đến năm 1956, Pasveer đã phát triển mương oxy hóa và kết hợp với phương pháp làm đầy, phản ứng và xả, dẫn đến sự ra đời và ứng dụng rộng rãi của SBR trong ngành xử lý nước thải.

SBR (SBR - Sequencing Batch Reactor) đã được áp dụng rộng rãi trên toàn cầu từ những năm 1920, đặc biệt tại các khu vực như Châu Âu, Hoa Kỳ và Trung Quốc, trong lĩnh vực xử lý nước thải Phương pháp này thường được lựa chọn cho những khu vực có không gian hạn chế nhờ vào hiệu quả xử lý cao Kết quả sử dụng SBR cho thấy hàm lượng chất rắn lơ lửng (SS) đạt dưới 10 mg/l, nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) dưới 5 mg/l, tổng Nito dưới 5 mg/l nhờ vào quá trình nitrate hóa và khử N diễn ra trong cùng một bể, cùng với tổng P dưới 2 mg/l.

Một số khu công nghiệp (KCN) lớn ở miền Nam đã cải tiến mô hình xử lý nước thải bằng cách áp dụng quy trình xử lý nhiều cấp Quy trình này thường bắt đầu bằng xử lý hóa lý (keo tụ, tạo bông) hoặc xử lý sinh học kị khí, sau đó kết thúc bằng xử lý sinh học hiếu khí với bùn hoạt tính, sử dụng mương oxy hóa hoặc hệ thống SBR, Unitank Việc kết hợp giữa xử lý hóa lý và sinh học giúp giảm thiểu sự cố trong vận hành, như hiện tượng chết bùn, và nâng cao hiệu quả xử lý bằng cách loại bỏ các chất độc hại, đặc biệt là kim loại nặng Điều này không chỉ đảm bảo điều kiện an toàn cho hệ thống sinh học mà còn giảm thiểu hóa chất sử dụng, phù hợp với các KCN có nước thải phức tạp và độc hại.

Khu chế xuấtLinh Trung 1 đưa vào hệ thống xử lý tập trung sau khi xử lý sơ bộ theo các chỉ tiêu sau:

Bảng 2.2 Chỉ tiêu ô nhiễm quy định của khu chế xuấtLinh Trung 1 [11]

Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn

Dòng vào Dòng ra t O O C 45 40 pH mg/l 5 - 6 6 - 9

Công nghệ xử lý nước thải của khu chế xuất Linh Trung 1 như sơ đồ sau:

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thảikhu chếxuất Linh Trung 1

Quy trình xử lý nước thải tại các khu chế xuất bắt đầu từ việc thu gom nước thải vào hố chứa, sau đó bơm qua song chắn rác vào bể điều hòa Bể điều hòa có chức năng ổn định lưu lượng và nồng độ nước thải, giúp tạo ra môi trường làm việc ổn định cho các công trình xử lý tiếp theo, đồng thời tránh tình trạng quá tải Hệ thống sục khí trong bể điều hòa cũng góp phần khuấy trộn và giảm một phần BOD Tiếp theo, quy trình xử lý nước thải diễn ra trong bể SBR (Sequencing Batch Reactor) qua năm giai đoạn: bơm nước vào bể, khuấy trộn, sục khí, lắng và xả nước.

Sau khi xử lý sinh học, nước thải được chuyển vào bể chứa và bơm lên hai bộ lọc tinh, nơi loại bỏ hầu hết tạp chất lơ lửng, keo và vi khuẩn Để tránh tắc nghẽn, bề mặt lọc có thanh gạt Bùn cặn từ bể lọc tinh được đưa trở lại bể điều hòa, trong khi nước thải đã xử lý được khử trùng bằng clo và xả ra hệ thống cống rãnh Bùn dư từ bể SBR có độ ẩm cao từ 98-99,5%, cần được nén ở bể nén bùn trọng lực để giảm độ ẩm xuống còn khoảng 95-96% Nước tách bùn được đưa trở lại bể điều hòa, và máy làm khô cặn bằng lọc ép băng tải giúp đưa độ ẩm của bùn về 15-25% Sau khi ép, bùn khô sẽ được vận chuyển đi thải bỏ Nếu nước thải đầu ra không đạt yêu cầu, nó sẽ được xử lý lại qua bể than hoạt tính, nơi có khả năng hấp phụ mạnh mẽ, giữ lại các hợp chất hữu cơ hòa tan và các phân tử gây mùi, vị.

TỔNG QUAN VỀ THỰC VẬT THỦY SINH XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Thủy sinh thực vật là những loài thực vật sống trong vùng ngập nước, có khả năng quang hợp giống như các thực vật trên cạn Chúng hấp thụ chất dinh dưỡng qua rễ và lá, với mỗi cm² bề mặt lá chứa khoảng 100 lỗ khí khổng, cho phép trao đổi khí và chất dinh dưỡng Các chất dinh dưỡng vô cơ được lông rễ hút và chuyển lên lá, nơi chúng nhận ánh sáng mặt trời để tổng hợp thành vật chất hữu cơ Những chất hữu cơ này cùng với các thành phần khác xây dựng tế bào và tạo ra sinh khối cho thực vật.

Thực vật chỉ hấp thụ các chất vô cơ hòa tan, và những chất này không được tiêu thụ trực tiếp Quá trình vô cơ hóa, nhờ vào hoạt động của vi sinh vật, là cần thiết để biến đổi các chất vô cơ thành dạng mà thực vật có thể sử dụng.

VSV đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy các hợp chất hữu cơ thành các chất vô cơ hòa tan, giúp thực vật có thể thực hiện quá trình trao đổi chất Do đó, thực vật không thể phát triển trong môi trường chỉ chứa chất hữu cơ mà thiếu VSV Quá trình vô cơ hóa do VSV thực hiện, kết hợp với khả năng hấp thụ các chất vô cơ hòa tan của thực vật thủy sinh, dẫn đến hiện tượng giảm vật chất trong nước.

2.6.2 Những nhóm thực vật thủy sinh sử dụng trong xử lý nướcthải[10]

Thực vật thủy sinh được sử dụng để xử lý nước ô nhiễm được chia làm ba nhóm lớn.

 Nhóm thực vật thủy sinh ngập nước(submerred plant).

 Nhóm thực vật trôi nổi (floating plans).

 Thực vật nửa ngập nước (emergent plant).

2.6.2.1 Nhóm thực vật thủy sinh ngập nước (submerred plant)

Thực vật thủy sinh ngập nước là những loài thực vật sống hoàn toàn trong lòng nước, nơi chúng thực hiện quá trình quang hợp và trao đổi chất khác biệt so với thực vật trên cạn Ánh sáng mặt trời tác động đến diệp lục của lá thông qua lớp nước, nhưng một phần năng lượng bị hấp thụ bởi các chất hữu cơ trong nước, khiến ánh sáng chỉ hiệu quả nhất ở độ sâu 50 cm trở lại Do đó, phần lớn thực vật ngập nước phát triển mạnh ở độ sâu này Bên cạnh đó, nồng độ CO2 trong nước thấp hơn so với không khí, và nguồn CO2 trong nước thường đến từ các nguồn khác nhau.

 Từ quá trình hô hấp của VSV.

 Từ quá trình phản ứng hóa học.

 Từ quá trình hòa tan của không khí.

Khả năng hòa tan CO2 trong nước rất hạn chế, chỉ diễn ra ở bề mặt nước và thường giới hạn ở độ dày khoảng 20 cm Do đó, các loài thủy sinh thực vật phải thích nghi mạnh mẽ với môi trường thiếu CO2 Sự cạnh tranh về CO2 trong nước diễn ra mạnh mẽ giữa thực vật thủy sinh, tảo và vi sinh vật quang năng.

Thực vật ngập nước có hai dạng chính: một loại có rễ bám vào đất để hấp thụ chất dinh dưỡng, trong khi thân và lá của chúng ngập trong nước; loại còn lại có rễ, thân và lá lơ lửng hoàn toàn trong nước.

2.6.2.2 Nhóm thực vật trôi nổi (floating plans)

Các loài thực vật trôi nổi phát triển trên bề mặt nước với phần lá và thân mềm nổi lên, nhận ánh sáng mặt trời trực tiếp Phần rễ chùm nằm dưới nước, hấp thụ chất dinh dưỡng và chuyển lên lá để thực hiện quang hợp Những thực vật này sinh trưởng và sinh sản mạnh mẽ, đôi khi gây ra vấn đề về sinh khối trong môi trường nước.

Một số loài thực vật tiêu biểu trong nhóm này bao gồm bèo lục bình, bèo tấm và rau diếp nước Chúng thường nổi lên trên mặt nước và di chuyển theo gió, sóng nước hoặc dòng chảy của nước.

Khi thực vật trôi nổi di chuyển, rễ của chúng quét qua nước, giúp các chất dinh dưỡng tiếp xúc thường xuyên và được hấp thụ hiệu quả Đồng thời, rễ của thực vật này cung cấp bề mặt lý tưởng cho vi sinh vật bám vào, phân hủy và thực hiện quá trình vô cơ hóa các chất hữu cơ trong nước thải So với thực vật ngập nước, thực vật trôi nổi có khả năng xử lý ô nhiễm vượt trội hơn.

2.6.2.3 Thực vật nửangập nước (emergent plant) Đây là loài thực vật có rễ bám vào đất và một phần thân ngập trong nước.Một phần thân và lá của chúng nhô hẳn trên bề mặt nước Phần rễ bám vào đất ngập nước, nhận các chất dinh dưỡng có trong đất, chuyển chúng lên lá trên mặt nước để tiến hành quang hợp.

Bảng 2.3 Một số thực vật thủy sinh tiêu biểu[18]

Loại Tên thông thường Tên khoa học

Thủy sinh thực vật sống chìm

Hydrilla Hydrilla verticillata Water milfoil Myriophyllum spycatum

Thủy sinh thực vật sống trôi nổi

Bèo tai tượng Pistia stratiotes

Thủy sinh thực vật sống nổi

Bảng 2.4 Nhiệm vụ của thực vật thủy sinh thực vật trong các hệ thống xử lý[18]

Phần cơ thể Nhiệm vụ

Rễ hoặc thân Làm giá bám cho VK phát triển

Lọc và hấp thu chất rắn

Thân hoặc lá ở mặt nước hoặc phía trên mặt nước

Hấp thu ánh sáng mặt trời do đó ngăn cản sự phát triển của tảo

Làm giảm ảnh hưởng của gió lên bề mặt xử lý

Làm giảm sự trao đổi bề mặt giữa nước và khí quyển

Chuyển oxy từ lá xuống rễ

2.6.2.4 Khả năng chuyển hóa một số chất gâyô nhiễm của thực vật thủysinh [10]

Trong môi trường nước, BOD 5 không chỉ được vi sinh vật (VSV) chuyển hóa mà còn chịu ảnh hưởng từ thực vật thủy sinh Sự biến động của BOD 5 khi thực vật thủy sinh phát triển có sự dao động lớn, phụ thuộc vào từng loài thực vật cũng như điều kiện khí hậu trong năm Thời gian phát triển của các loài thực vật này đóng vai trò quan trọng trong việc tác động đến BOD 5.

Các loài vi sinh vật (VSV) bám vào rễ, thân và mầm của thực vật thủy sinh ngập nước đóng vai trò quan trọng trong việc thay đổi BOD 5 trong môi trường nước Việc giảm BOD 5 trực tiếp từ thực vật là một quá trình khó khăn.

Thực vật thủy sinh có khả năng tồn tại lâu trong nước, góp phần vào quá trình chuyển hóa các chất rắn dạng keo nhờ vi sinh vật bám vào chúng Sự va chạm giữa thực vật thủy sinh, đáy hồ, sông và các chất rắn lơ lửng cũng làm biến đổi các chất rắn này Ngoài ra, các chất rắn lơ lửng được chuyển hóa qua quá trình thối rữa hiếu khí hoặc yếm khí.

Nitơ được chuyển hóa trong môi trường nước do một số nguyên nhân cơ bản:

 Thực vật nhận từ các chất chứa nitơ có trong môi trường để tạo ra sinh khối, sau đó sinh khối lại được động vật sử dụng.

 Bị mất theo dạng amoniac.

 VK tham gia quá trình nitrit hóa và phản nitrit hóa Hai quá trình này xảy ra do VSV thực hiện.

Trong ba hướng chuyển hóa nitơ, nitrit hóa và phản nitrit hóa do vi sinh vật (VSV) đóng vai trò quan trọng nhất Quá trình phản nitrit hóa diễn ra trong điều kiện thiếu oxy, giúp giải phóng khí N2 từ các hợp chất hóa học vào không khí Phản ứng chuyển hóa này thường xảy ra trong môi trường trung tính.

6 NO 3 - + 5 CH 3 OH5 CO 2 + 3 N 2 + 7 H 2 O + 6 OH - Phản ứng trên xảy ra phụ thuộc vào:

 Khả năng chuyển hóa của VK Khả năng này không chỉ phụ thuộc vào từng loài

VK mà còn phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, nguồn cacbon có trong môi trường.

 Khả năng hoạt động bề mặt bùn lắng trong lưu vực.

 Tiềm năng N 2 được tạo ra thoát vào không khí và hấp thụ của thực vật.

Photpho trong nước thải được chuyển hóa có thể bởi các nguyên nhân sau:

 Chuyển hóa do thực vật thủy sinh.

 Chuyển hóa do quá trình hấp phụ hóa học.

Chuyển hóa photpho do vi sinh vật và thực vật thủy sinh đóng vai trò quan trọng trong chu trình dinh dưỡng Cả hai quá trình này đều liên quan đến việc photpho được chuyển vào tế bào thực vật, nơi nó tham gia vào cấu trúc của ADN, ARN, ATP, ADP và AMP Những hợp chất này cùng với các enzym oxy hóa chứa photpho tồn tại trong tế bào và sinh khối thực vật Khi thu hoạch sinh khối, chúng ta thực chất là tách photpho ra khỏi môi trường nước.

2.6.2.4.5 Virut và VSV gây bệnh

TỔNG QUAN VỀ KCN SÓNG THẦN II

Công ty cổ phần phát triển KCN Sóng Thần, nay là công ty cổ phần Đại Nam, được thành lập vào tháng 10 năm 1996 Địa chỉ liên lạc của công ty là 63 Yersin, thị xã Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương Để biết thêm thông tin, bạn có thể liên hệ qua điện thoại (84-650) 3829605 hoặc fax (84-650) 3824112, 3821734 KCN Sóng Thần tọa lạc tại xã Tân Đông Hiệp và thị trấn Dĩ An, huyện Dĩ An.

Tổng vốn đầu tư cho dự án là 450.000.000 đồng, với tổng diện tích 319 ha, trong đó diện tích cho phép thuê lại là 2.067.100 m² Giá cho thuê đất được xác định là 37,5 USD/m² trong thời gian 45 năm Dự án thuộc loại hình khu công nghiệp hỗn hợp và đã được phê duyệt theo các quyết định liên quan.

 Quyết định số: 796/TTg ngày 28/10/1996 của Thủ Tướng Chính Phủ phê duyệt dự án đầu tư.

 Quyết định số: 951/TTg ngày 20/12/1996 của Thủ Tướng Chính Phủ về việc cho thuê đất.

 Quyết định số: 16/BXD/KTQH ngày 11/01/1997 của Bộ Xây Dựng phê duyệt qui hoạch chi tiết KCN.

KCN Sóng Thần II nằm ở thị trấn Dĩ An, tỉnh Bình Dương, là khu công nghiệp đa ngành với diện tích 313 ha KCN được phân chia thành 3 cụm A, B, C, cung cấp cơ sở hạ tầng hoàn chỉnh cho các ngành công nghiệp.

 Trung tâm Tp.Hồ Chí Minh 20km về hướng Tây Nam.

 Trung tâm Tp.Biên Hòa 15km về hướng Đông Bắc.

 Trung tâm thị xã Thủ Dầu Một 20km về hướng Tây Bắc.

 Sân bay Tân Sơn Nhất 15km về hướng Tây Nam.

Khu vực nằm cạnh tuyến đường sắt Thống Nhất, gần ga Sóng Thần, đã được quy hoạch mở rộng thành đường xuyên Á Phía Nam tiếp giáp với xa lộ Đại Hàn, trong khi phía Tây tiếp giáp với tuyến đường quân sự, nối thẳng tỉnh lộ 743 với xa lộ Đại Hàn.

Nằm giữa ba khu vực dân cư lớn là Thủ Đức, Dĩ An và Lái Thiêu, khu vực này có địa hình tương đối bằng phẳng với độ dốc nhẹ từ Đông Bắc xuống Tây Nam, trung bình khoảng 1%.

25–30m so với mực nước biển, độ chịu nén > 2kg/cm 2 thuận lợi xây dựng cơ bản.

Hệ thống giao thông bao gồm toàn bộ đường bê tông nhựa nội bộ, rộng tối thiểu 2 làn xe, với khả năng chịu trọng tải trên 30 tấn cho mỗi xe tải Diện tích giao thông được thiết kế đảm bảo đáp ứng nhu cầu vận chuyển hiệu quả.

204.736,98 m 2 Bao gồm hệ thống đường bê tông nhựa và vỉa hè hoàn chỉnh Hệ thống điện trung thế và chiếu sáng.

Hệ thống điện bao gồm đường dây cao thế kép mạch vòng 22KV được lắp đặt dọc theo các tuyến đường, với nguồn điện lấy từ lưới điện quốc gia qua trạm biến áp 110KV có công suất 40MVAx2 Điều này đảm bảo cung cấp điện ổn định và liên tục cho quá trình sản xuất.

Hệ thống cấp nước tại Dĩ An cung cấp nước sạch với công suất 15.000 m³/ngày, đảm bảo áp lực và chất lượng nước đạt tiêu chuẩn WHO Nhà máy nước Tân Ba có công suất 50.000 m³/ngày trong giai đoạn I Đối với xử lý nước thải, hệ thống hiện có công suất 12.000 m³/ngày, bao gồm nhà máy xử lý nước thải 4.000 m³/ngày đêm, với kế hoạch mở rộng lên 6.000 m³/ngày đêm Hệ thống thoát nước đã hoàn chỉnh, bao gồm cả thoát nước mưa và nước bẩn.

Dịch vụ viễn thông từ BưuCục Sóng Thần cung cấp giải pháp liên lạc tiện lợi cả trong và ngoài nước, với đường dây điện thoại được lắp đặt sẵn tới ranh giới các lô đất, đáp ứng đầy đủ nhu cầu của khách hàng.

Cảng ICD: Tiếp giáp Tân Cảng.Kho Tân cảng (cảng khô): 50 ha.

Khu dân cư đô thị 77 ha: 10.000 dân.Bệnh viện: 200 giường.

Chúng tôi chuyên sản xuất và lắp ráp đa dạng các sản phẩm như nhựa, đồ chơi, mỹ phẩm, bao bì đóng gói, cũng như các thiết bị điện, điện tử, máy móc và thiết bị vận chuyển Ngoài ra, chúng tôi còn cung cấp các sản phẩm may mặc, giày dép, sản phẩm da và lông thú, dụng cụ thể thao, chế biến thực phẩm, hàng gia dụng, cùng với các sản phẩm từ gỗ và mây tre lá, đáp ứng nhu cầu của nhiều ngành công nghiệp chế biến khác nhau.

Danh sách những doanh nghiệp có nước thải sản xuất trong KCN Sóng Thần

2.7.5 Tổng quan về nhà máy xử lý nước thải KCN Sóng Thần II

Nhà máy xử lý nước thải KCN Sóng Thần II, thuộc công ty cổ phần Đại Nam, được thành lập vào tháng 10/2001 với mục tiêu xử lý nước thải từ các công ty trong khu công nghiệp thông qua hệ thống cống thu gom khép kín Với diện tích trên 5000m² và công suất ban đầu 4000m³/ngày đêm, nhà máy hiện đã mở rộng công suất lên 6700m³/ngày đêm để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong việc xử lý nước thải của KCN.

Nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn loại A theo QCVN 24:2009/BTNMT được thải vào kênh Ba Bò, dài hơn 1700 m, nằm giữa tỉnh Bình Dương và thành phố Hồ Chí Minh Kênh Ba Bò bắt nguồn từ KCN Đồng An (xã Đồng An, Thuận An, Bình Dương) và chảy xuống phường Bình Chiểu (quận Thủ Đức, thành phố Hồ Chí Minh), phục vụ cho việc tiêu thoát nước tự nhiên cho lưu vực hơn 1500 ha thuộc tỉnh Bình Dương và 150 ha thuộc thành phố Hồ Chí Minh, phục vụ cho hơn 3000 hộ dân.

Nhà máy xử lý nước thải KCN Sóng Thần II tọa lạc trên đường DT 743, huyện Dĩ An, tỉnh Bình Dương Vị trí này thuận lợi cho việc thu gom nước thải từ cả KCN Sóng Thần I và Sóng Thần II, đảm bảo hiệu quả trong quản lý môi trường.

2.7.5.3 Thành phần và tính chất nước thải của KCN SóngThần II 2.7.5.3.1 Thành phần nước thải

Nước thải sinh hoạt là thành phần chính trong nước thải của các khu công nghiệp, chủ yếu phát sinh từ bếp ăn của căng tin và nhà vệ sinh của các nhà máy Nước thải này được thải ra hệ thống cống thoát nước chung cùng với nước thải sản xuất và được đưa về nhà máy xử lý nước thải tập trung Chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ dễ phân hủy như cặn bã thực vật, chất thải động vật và các chất vô cơ như đất sét, cát, muối, nước thải sinh hoạt còn mang theo nhiều vi sinh vật như vi khuẩn, virus, rong tảo, nấm và trứng giun sán, có nguy cơ gây dịch bệnh.

Nước mưa chảy tràn tại khu công nghiệp (KCN) có thể mang theo đất đá, chất cặn bã và dầu mỡ vào hệ thống thoát nước Mặc dù KCN đã được trang bị hệ thống thoát nước mưa và thoát nước thải riêng biệt, một số nhà máy vẫn kết nối hai hệ thống này, dẫn đến ô nhiễm ở đầu ra của hệ thống thoát nước mưa Tình trạng này có thể gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường trong khu vực và các vùng lân cận.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN