Các phương pháp xử lý nước thải

Chu Văn An

Xử lý nước thải là một việc làm quan trọng, góp phần giữ gìn môi trường cũng như bảo vệ sức khỏe con người. Nước thải chứa nhiều thành phần cần có kỹ thuật thích hợp để loại bỏ chúng. Các phương pháp xử lý nước thải chính được sử dụng hiện nay bao gồm cơ học, hóa học và sinh học. Hãy cùng vietchem tìm hiểu sơ qua về các phương pháp trên qua bài viết dưới đây.

I. Xử lý nước thải bằng phương pháp vật lý

Nước thải thường chứa nhiều rác thô cũng như các chất không hòa tan ở dạng lơ lửng. Để tách các chất này ra khỏi nước thải người ta thường sử dụng các phương pháp cơ học như sàng, lọc rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực và lực ly tâm. Những kỹ thuật này thường ở giai đoạn đầu của hệ thống xử lý nước thải. Tùy theo kích thước, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch cần thiết mà lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp.

1. Màn chắn rác

Nước thải vào hệ thống xử lý trước tiên phải đi qua sàng lọc rác. Tại đây những nguyên liệu có kích thước lớn như giẻ lau, đồ hộp, cành cây, túi nilon… được giữ lại. Đây là bước quan trọng giúp tránh tắc nghẽn máy bơm, đường ống hoặc kênh; Đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho toàn bộ hệ thống xử lý nước thải.

Tùy thuộc vào kích thước khe hở, màn chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mịn. Màn chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 – 100mm và màn chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 – 25mm.

Màn chắn rác được làm bằng kim loại, đặt ở lối vào kênh. Mặt cắt ngang có thể là hình tròn, hình vuông hoặc hỗn hợp. Màn chắn mặt cắt tròn có điện trở nhỏ nhất nhưng nhanh chóng bị tắc do các vật giữ lại. Vì vậy, phổ biến nhất là thanh có mặt cắt hỗn hợp, có cạnh vuông góc ở phía sau và cạnh tròn ở phía trước hướng về phía dòng chảy.

Màn hình thùng rác

2. Bể lắng cát

Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng trong nước thải (bể lắng giai đoạn 1) hoặc cặn được tạo ra từ quá trình keo tụ hoặc quá trình xử lý sinh học (bể lắng giai đoạn 2). Các tạp chất vô cơ không hòa tan được tách ra khỏi nước có kích thước từ 0,2 mm đến 2 mm. Điều này giúp đảm bảo an toàn cho máy bơm cũng như đường ống phía sau không bị tắc nghẽn.

Bể lắng cát có thể chia làm 2 loại: bể lắng ngang và bể lắng đứng. Ngoài ra, để tăng hiệu quả lắng cát, bể lắng cát thổi khí cũng được sử dụng rộng rãi. Vận tốc dòng chảy trong bể lắng ngang không được vượt quá 0,3m/s. Vận tốc này cho phép các hạt cát, hạt cát và các hạt vô cơ khác lắng xuống đáy, trong khi hầu hết các hạt hữu cơ không lắng xuống và được chuyển sang các công đoạn xử lý tiếp theo. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn 10 – 20% so với bể lắng ngang.

3. Tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng rắn hoặc lỏng) không hòa tan và khả năng tự lắng kém khỏi pha lỏng. Ngoài ra, chất hoạt động bề mặt cũng có thể được tách bằng phương pháp này. Tuyển nổi giúp loại bỏ hoàn toàn các hạt nhỏ, nhẹ lắng đọng chậm trong thời gian ngắn.

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách bơm bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Những bọt khí này sẽ dính vào các hạt cặn. Khi mật độ tích tụ của bọt khí và cặn nhỏ hơn mật độ của nước, cặn sẽ theo bọt khí nổi lên trên bề mặt.

Hiệu quả của quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào số lượng, kích thước của bọt khí và hàm lượng chất rắn. Trong quá trình tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt khí là rất quan trọng. Với bọt khí có kích thước từ 15 – 30 micromet sẽ đạt hiệu quả cao nhất. Khi nồng độ hạt rắn cao giúp tăng tốc độ va chạm, bám dính giữa các hạt, giảm lượng khí tiêu thụ.

Bể tuyển nổi

4. Keo tụ và keo tụ

Trong nguồn nước, một phần hạt thường tồn tại ở dạng hạt keo phân tán mịn, có kích thước từ 0,1 – 10 micromet. Những hạt này không nổi cũng không lắng xuống và do đó tương đối khó tách.

Về nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có xu hướng kết bông do lực hút Vanderwaals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự bám dính giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ do va chạm. Va chạm xảy ra nhờ chuyển động Brown và do tác dụng của các nhiễu loạn. Tuy nhiên, trong trường hợp độ phân tán cao, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện do bề mặt của các hạt mang có thể tích điện âm hoặc dương nhờ sự hấp thụ chọn lọc các ion trong dung dịch. hoặc ion hóa các nhóm hoạt động. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được ổn định nhờ lực đẩy tĩnh điện. Vì vậy, để phá hủy tính ổn định của các hạt keo cần phải trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã được trung hòa điện tích có thể liên kết với các hạt keo khác để tạo thành các khối lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là keo tụ.

II. Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học

Trong xử lý nước thải, các phương pháp hóa học thường được sử dụng bao gồm: phản ứng trung hòa, oxi hóa khử, kết tủa hoặc phân hủy các hợp chất độc hại. Nguyên lý của phương pháp này là gây biến đổi hóa học, tạo thành các chất khác ở dạng cặn hoặc chất hòa tan nhưng không độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường.

Ưu điểm của phương pháp là cho hiệu quả xử lý cao và thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước khép kín nhưng chi phí vận hành cao.

1. Trung hòa

Phương pháp này giúp đưa độ pH của nước thải về mức trung tính, trong khoảng 6,5 – 8,5 trước khi thải ra nguồn tiếp nhận hoặc chuyển sang các công nghệ xử lý tiếp theo. Nước thải có thể được trung hòa bằng các cách sau:

– Trộn nước thải axit và nước thải kiềm;

– Sử dụng tác nhân hóa học;

– Lọc nước axit qua vật liệu trung hòa;

– Hấp thụ khí axit bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước axit.

2. Tạo kết tủa

Nước thải chứa nhiều kim loại nặng và tạp chất cần được loại bỏ. Phương pháp này sử dụng hai quá trình kết tủa canxi cacbonat và hydroxit để loại bỏ các kim loại nặng như Cu, Ni, Mg trong nước thải. Phần cặn sau khi kết tủa sẽ được loại bỏ thông qua quá trình lắng. Tùy theo kim loại mà điều chỉnh độ pH trong nước thải cho phù hợp.

Các hóa chất kết tủa thường được sử dụng bao gồm: phèn nhôm, phèn sắt, vôi…

Phương pháp lượng mưa

3. Phương pháp oxy hóa – khử

Phương pháp này sử dụng các tác nhân oxy hóa như clo khí/lỏng, CaClO, clo dioxide, hypochlorite và natri, kali dicromat, thuốc tím, oxy, ozon… để làm sạch nước thải. Theo đó, trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại sẽ được chuyển hóa thành chất ít độc hơn và tách ra khỏi nước thải. Để hoàn thành quá trình này, cần phải có một lượng lớn tác nhân hóa học.

III. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Phương pháp này sử dụng khả năng sống sót và hoạt động của các vi sinh vật có lợi để phân hủy các chất hữu cơ và chất ô nhiễm có trong nước thải. Các quá trình xử lý sinh học có 5 nhóm chính: quá trình hiếu khí, quá trình thiếu khí, quá trình kỵ khí, quá trình hiếu khí – thiếu khí – kỵ khí kết hợp và quá trình hồ hóa sinh học. Đối với việc xử lý nước thải có yêu cầu đầu ra không quá khắt khe thì xử lý hiếu khí bằng bùn hoạt tính thường được áp dụng nhất.

1. Phương pháp kỵ khí

Phương pháp kỵ khí sử dụng một nhóm vi sinh vật kỵ khí hoạt động trong điều kiện không có oxy. Phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là một quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm và phản ứng trung gian. Quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra trong bốn giai đoạn:

– Giai đoạn 1: Thủy phân và phân cắt các hợp chất cao phân tử;

Chất thải hữu cơ chứa nhiều chất cao phân tử như protein, chất béo, carbohydrate, cellulose, lignin,… Trong giai đoạn thủy phân, chúng sẽ bị phân hủy để tạo thành các phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Phản ứng thủy phân chuyển đổi protein thành axit amin, carbohydrate thành đường đơn giản và chất béo thành axit béo.

– Giai đoạn 2+3: Axit hóa, axetat;

Trong giai đoạn axit hóa, các chất hữu cơ đơn giản tiếp tục được chuyển hóa thành axit axetic, H2 và CO2. Các axit béo dễ bay hơi chính là axit axetic, axit propionic và axit lactic. Ngoài ra, CO2 và H2, metanol và các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình phân tách carbohydrate.

– Giai đoạn 4: Metan hóa.

Các vi sinh vật chuyển hóa metan chỉ có thể phân hủy một số chất nền nhất định như CO2 + H2, formate, axetat, metanol, metylamine và CO.

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

2. Phương pháp hiếu khí

Phương pháp hiếu khí sử dụng một nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục.

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải bao gồm 3 giai đoạn:

– Oxy hóa các chất hữu cơ;

– Tổng hợp tế bào mới;

– Phân hủy nội bào.

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí trong bể xử lý nước thải có thể diễn ra trong điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, con người tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu quả cao hơn rất nhiều.

Trên đây là 3 phương pháp xử lý nước thải phổ biến nhất hiện nay. Tùy thuộc vào thành phần, tính chất của nước thải, mức độ xử lý nước thải cần thiết, lưu lượng và chế độ xả thải, đặc điểm nguồn tiếp nhận, điều kiện địa điểm, vận hành và quản lý hệ thống xử lý nước thải, điều kiện cơ sở hạ tầng… để chúng ta lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp nhất.