Để tiết kiệm chi phí xây dựng cũng như nhân công quản lý và vận hành một lúc hai hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt – sản xuất riêng biệt, nên chúng tôi đã nghiên cứu và tính toán kỹ nhằm tiết kiệm chi phí tối đa. Vì vậy chúng tôi đã thiết kế xây dựng hệ thống xử lý chung nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất.
Mặt cắt thủy lực sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt
+ Nước thải sinh hoạt: Công suất Q2 = 35m3/ngày-đêm
Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt đang vận hành
Kết quả sau khi khảo sát và qua nhiều công trình xử lý nước thải tương tự chúng tôi đã thi công thì kết quả test mẫu tương tự như sau
Mẫu nước thải sinh hoạt
Lượng nước thải phát sinh trong nhà máy gồm hai loại nước thải; nước thải sinh hoạt của công ty và nước thải sản xuất trong quá trình sản xuất đã tạo ra.
Ưu điểm của công nghệ
Có nhiều phương pháp ứng dụng xử lý nước thải sinh hoạt như: sử dụng màng lọc, phương pháp hoá học, phương pháp sinh học… Trong các phương pháp trên, thì phương pháp xử lý bằng phương pháp tổng hợp hiện đại thì hiệu quả xử lý đạt hiệu quả cao nhất cho hiệu quả tối ưu, dễ vận hành và được sử dụng rộng rãi nhất.
Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hóa chất keo tụ và trợ lắng nhằm tạo ta những bông bùn có kích thước tương đối lớn, nên dễ loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi pha nước giảm được 70% chất ô nhiễm trong nước thải, ngoài ra hệ thống còn sử dụng công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học nhằm loại bỏ toàn bộ chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước thải nhờ hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình phát triển, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối chúng được tăng lên. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxi hoá sinh hoá.
Qua việc xem xét một số công nghệ, những tiêu chí lựa chọn và căn cứ vào lưu lượng và tính chất nước thải sau xử lý phương án công nghệ được lựa chọn và đưa ra có Dây chuyền công nghệ xử lý như sau:
Phần xử lý sơ bộ của nước thải sản xuất, công suất 15m3/ngày.đêmNước thải sản xuất được phát sinh từ công việc vệ sinh máy móc, nước thải trong quá trình sản xuất; như trộn bê tông, rửa thết bị, công cụ dùng trong quá trình sản xuất… Từ hệ thống cống thu nước thải của nhà máy được dẫn vào Bể thu gom, ngoài ra tại khu sản xuất cũng xây dựng thêm đường ống dẫn nước thải mới để thu gom nước thải (lưu lượng khoảng 5m3/ngày.đêm). tại Bể thu gom có đặt thiết bị Song chắn rác thô nhằm giữ lại các vật thể rắn có kích thước lớn phát sinh trong quá trình sản xuất (bao ni lông, găng tay, vật dụng, rác thải sản xuất …) nhằm tránh các sự cố về máy móc (nghẹt bơm, gãy cánh bơm, tắc nghẽn đường ống…). Các vật thể rắn được giữ lại tại Song chắn rác và thu gom xử lý cùng với chất thải rắn khác của nhà máy.
Từ Bể thu gom tại đây nước thải được Bơm (P1,2) bơm qua Bể lắng 1 nhằm ổn định lưu lượng và tạo ra quá trình lắng trọng lực của các chất lơ lửng có trong nước thải.
Các tạp chất ô nhiễm có trọng lực trong nước thải sẽ tự lắng nhờ chế độ tĩnh dòng của được thiết kế của Bể lắng, phần cặn lắng này sẽ được Bơm bùn (P3,4) bơm xả bỏ qua Bể chứa bùn, phần nước trong được thu vào máng thu răng cưa tự chảy qua Bể chứa nước trong.
Từ máng thu nước của Bể lắng 1 nước thải được lưa trữ tại Bể chứa, nhằm mục đích điều hòa lưu lượng và cũng là Bể trung gian để trung chuyển nước thải về khu xử lý nước thải tập trung của nhà máy (Phần xử lý chung nước thải sản xuất và nước thải sinh hoạt). Phần nước thải này nhờ Bơm trung chuyển (Pn) bơm về Bể phần ứng tại khu xử lý chung.
Mặt cắt xây dựng hệ thống xử lý nước thải
Nước thải sản xuất là loại nước thải có hàm lượng COD, lượng SS cao, vì vậy không thể xử là bằng phương pháp sinh học, hay bằng các phương pháp xử lý thông thường. Do đó cần phải xử lý triệt để bằng phương pháp hóa lý… ở đây chung ta xử lý bằng phương pháp thông dụng và hiện đại. Đó là nhờ quá trình xử lý bằng phương pháp phản ứng hóa học.
Trong nước thải sản xuất bể tông, một phần chất rắn thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán. Các hạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại. Ta cần tăng kích cỡ các hạt nhờ tác dụng tương hổ giữa các hạt liên kết phân tán vào các tập hợp hạt để có thể lắng được.
Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút VanderWaals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự dính kết giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Tuy nhiên, trong trường hợp phân tán keo, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này gọi là quá trình keo tụ.
Bể keo tụ tạo bông
Xử lý bằng phương pháp keo tụ là cho vào trong nước thải một loại hóa chất gọi là hóa chất keo tụ có tác dụng liên kết các hạt có kích thước nhỏ thành những hạt có kích thước lớn hơn và lắng được.
Cơ chế quá trình keo tụ xảy ra qua hai giai đoạn:
Những hạt rắng lơ lửng mang điện tích âm trong nước (keo sắt, protein…) sẽ hút các ion dương tạo ra hai lớp điện tích dương bên trong và bên ngoài. Lớp ion dương bên ngoài liên kết lỏng lẻo nên có thể dễ dàng bị trượt ra. Do đó điện tích âm của hạt bị giảm xuống, thế điện động hay thế zeta bị giảm xuống.
Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với những hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này gọi là quá trình tạo bông. Quá trình thủy phân các chất keo tụ cặn xảy ra theo các phản ứng sau:
Me3+ + HOH ==> Me(OH)2+ + H+
Me(OH)2+ + HOH ==> Me(OH)2+ + H+
Me(OH)3 + HOH ==> Me(OH)2+ + H+
Me3+ + HOH ==> Me(OH)3 + 3 H+
Chất keo tụ dùng ở đây là PAC (Poly Aluminium Chloric), là chất thông dụng trên thị trường, có giá thành hợp lý dễ sử dụng, là chất không thay đổi pH như các loại chất thông thường.
Sau khi nhờ PAC tạo bông thì các bông bùn có kích thước lớn nhưng trọng lực còn nhỏ, do đó để tạo điều kiện lắng nhanh thì ta dùng chất trợ lắng Polymer.
Chất trợ lắng Polymer là chất bám dính và có trọng lượng lớn nên dễ dàng kết dính với bông bùn và sẽ lắng nhanh nhờ chế độ tĩnh ổn định dòng của Bể lắng 2.
Bể lắng 2 có nhiệm vụ tách pha giữa chất ô nhiễm có trong nước thải ra khỏi pha nước, sau khi chất ô nhiễm đã kết hợp đủ PAC và Polymer thì các bông bùn đủ lớn để lắng xuống đáy Bể, lượng bùn này sẽ được Bơm (P9,10) bơm xả bỏ về Bể chứa bùn. Phần nước trong sẽ được thu vào máng thu răng cưa và tự chảy về Bể điều hòa (Phần xử lý chung).
Bể lắng đứng
Nước thải từ căn tin, nhà vệ sinh, sinh hoạt của công nhân viên… từ hệ thống cống thu nước thải của nhà máy được dẫn vào vào Bể thu gom có đặt thiết bị Song chắn rác thô nhằm giữ lại các vật thể rắn có kích thước lớn (bao ni lông, găng tay, vật dụng, rác thải sinh hoạt …) trong nước thải, nhằm tránh các sự cố về máy bơm (nghẹt bơm, gãy cánh bơm, tắc nghẽn đường ống…). Các vật thể rắn bị giữ lại tại Song chắn rác được thu gom xử lý cùng với chất thải rắn khác của nhà máy.
Từ Bể thu gom tại đây nước thải được Bơm (P5,6) bơm qua Song chắn rác tinh và Thiết bị tách mỡ. Tại đây rác có kích thước nhỏ cũng như dầu mỡ được tách ra khỏi pha nước nhờ Song chắn rác tinh và vách nhăn tách dầu mỡ. Rác và dầu mỡ được thu gom về Bể chứa bùn.
Bể điều hòa với mục đích là điều hòa chất lượng, lưu lượng nước thải. Vì lưu lượng cũng như nồng độ nước thải ở mỗi thời điểm là không giống nhau, nên thông qua Bể điều hòa giúp cho các công đoạn xử lý tiếp theo có hiệu quả hơn. Bể điều hòa được cung cấp không khí từ máy thổi khí theo hệ thống đĩa phân phối khí đều được đặt ở sát đáy bể. Không khí được cung cấp nhằm xáo trộn, tránh hiện tượng phân hủy kị khí tại bể này, đồng thời cân bằng ổn định nồng độ và tính chất nước thải, nhằm ổn định pH, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý hiếu khí. Bể điều hòa cũng là bể trộn đều giữa hai dòng nước thải sản xuất và sinh hoạt và là vùng xử lý Ni tơ nhờ bể được thiết kế tạo ra vùng thiếu khí (Anoxic).
Tại Bể điều hòa được lắp đặt hai bơm chìm (P7,8) nhằm vận chuyển nước thải về Bể anoxic được ổn định.
Vùng anoxic (Quá trình khử Nitơ)
Giai đoạn biến đổi từ NO3– đến N2 là giai đoạn cần ít oxy (thiếu khí – anoxic). Giai đoạn này các vi khuẩn khử nitrat hoạt động cần ít oxy và trong thực tế người ta cần thay đổi chế độ thông khí để tạo ra vùng anoxic trong các công trình xử lý.
Vùng này nhằm mục đích khử Nitrat thành Nitơ phân tử nhờ Vi sinh vật.
Nước thải xử lý trong bể này theo nguyên tắc như sau:
Nước thải từ Bể điều hòa -> vùng xử lý thiếu khí -> vùng xử lý hiếu khí -> nước thải sau xử lý vi sinh thiếu khí tự chảy qua Bể aeroten.
Nước thải từ Bể điều hòa theo đường ống được thiết kế có dòng chảy ngược đi từ dưới lên chảy qua Bể aeroten.
Đây là bể hoạt động của Vi sinh hiếu khí (cần ôxy cho hoạt động sống). Tại đây, máy thổi khí sẽ được vận hành liên tục để cung cấp ôxy cho Vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng. Để tăng hiệu quả xử lý của vi sinh vật và giảm tải bùn ở Bể lắng, trong Bể aeroten có lắp đặt tầng giá thể bám dính.
Bể xử lý sinh học hiếu khí có bổ sung một số chủng vi sinh vật hiếu khí cho qua trình phân huỷ hiếu khí trong nước thải sinh hoạt, không khí được tăng cường bằng các máy thồi khí có công suất lớn qua hệ thống phân phối khí bằng đĩa thổi khí gắn dưới đấy bể để đảm bảo lượng oxy hoà tan trong nước thải.
Các vi sinh vật đặc hiệu được dùng là hỗn hợp các chủng vi sinh vật có lợi (không gây bệnh), có khả năng phân huỷ hữu cơ với hoạt lực mạnh, đã được phân lập, nuôi cấy và thích ứng trong điều kiện nước thải sinh hoạt. Chúng thuộc các chủng như: Bacillus, Pseudomonas, Proteus, Haemophilus, Nitrosomonas, Nitrobacter… Và một số vi sinh vật hữu hiệu khác (EM – Effective Microogranism). Như vậy tại đây sẽ xảy ra quá trình hiếu khí triệt để, sản phẩm của quá trình này chủ yếu sẽ là khí CO2 , H2O, sinh khối vi sinh, các sản phẩm chứa nitơ và lưu huỳnh sẽ đựơc các vi sinh vật hiếu khí chuyển thành dạng NO3– , SO42- và chúng sẽ tiếp tục khử nitrate, khử sulfate bởi vi sinh vật.
Quá trính phân huỷ sinh học hiếu khí đạt yêu cầu thì tại đây sẽ không có mùi hôi, bể không đậy kín để tăng hiệu quả tiếp xúc của nước thải trên bề mặt bể với không khí và dễ vận hành.
Mặt bằng lắp đặt thiết bị hệ thống thổi khí bể hiếu khí Aerotank
Nước thải từ Bể aeroten mang theo một lượng Bùn tiếp tục chảy vào Ống lắng trung tâm của Bể lắng theo cơ chế nước theo Ống trung tâm đi từ trên xuống. Tại Bể lắng xảy ra quá trình lắng tách pha các cặn lơ lững còn lại trong nước thải. Phần cặn lơ lững sẽ lắng xuống đáy bể nhờ trọng lực và được bơm định kỳ về bể chứa bùn nhờ bơm bùn (P11,12). Phần nước trong sẽ được thu vào máng thu răng cưa và tự chảy qua Bể khử trùng.
Một phần bùn lắng (bùn hoạt tính từ bể hiếu khí) sẽ được bơm tuần hoàn trở lại bể hiếu khí để duy trì nồng độ Vi sinh vật.
Nước trong sau quá trình lắng tiếp tục chảy sang Bể khử trùng. Tại Bể khử trùng hóa chất Chlorine được Bơm định lượng châm vào hòa cùng với lượng nước thải. Chlorine là chất oxy hoá mạnh, chúng sẽ phân huỷ màng tế bào vi sinh vật và tiêu diệt chúng. Thời gian tiêu diệt vi sinh vật trong nước thải khoảng 20-30 phút. Chất khử trùng chứa clo sẽ tác dụng với nước thải theo các phương trình phản ứng như sau:
2CaCl2O + 2H2O ==> Ca(OH)2 + 2HClO + CaCl2
HClO ==> ClO– + H+
HClO ==> HCl + O
Oxi nguyên tử được tạo thành từ phản ứng trên sẽ tác động vào vi sinh vật theo con đường oxi hóa và tiêu diệt vi sinh vật.
Ngoài ra Bể khử trùng còn có tác dụng như một Bể trung gian để tạo điều kiện thuận lợi trung chuyển nước thải qua Bồn lọc áp lực nhờ bơm ly tâm (P7,8).
Nước thải được bơm từ Bể khử trùng vào bồn lọc áp lực nhờ hai bơm ly tâm luân phiên hoạt động.
Tại đây các cặn không thể lắng tại Bể lắng được giữ lại trong màng lọc nhờ vật liệu hấp thụ. Lượng cặn giữ lại sẽ xả bỏ về Bể chứa bùn nhờ quá trình rửa lọc.
Phần nước trong được dẫn ra nguồn tiếp nhận.
Nước thải sau khi xử lý đạt quy chuẩn xả thải Cột A.
Bồn lọc áp lực
Có nhiệm vụ thu gom bùn từ Bể lắng và nước rửa ngược của Bồn lọc áp lực. Tại đây bùn được nén lại nhờ trọng lực và được phân hủy một phần, làm giảm thể tích cần xử lý, bùn sau khi nén và phân hủy sẽ được mang đi chôn lấp hợp vệ sinh hoặc ủ cho oai dùng làm phân vi sinh bón cho cây trồng.
Phần nước dư trên Bể chứa bùn theo đường ống tuần hoàn lại Bể điều hòa.
Ghi chú: Trong hệ thống thiết bị được lắp đặt theo phương thức luân phiên nhằm duy trì độ bền cho máy móc. Vì vậy mỗi loại máy được lắp đặt thường là hai cái để đảm bảo chế độ nghỉ dưỡng và tránh được sự cố không ổn định.
