THIẾT KẾ THI CÔNG LẮP ĐẶT HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Xử lý nước thải công nghiệp bằng phương pháp hoá lý 

Phạm vi ứng dụng

Xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ kim loại (Fe, Zn, Pb, Cd…) cao. Nước thải có độ màu cao, pH thấp hoặc quá cao, nước có chất khó phân hủy sinh học. Áp dụng các ngành sản xuất điện tử, luyện kim, xi mạ, sơn, sản xuất dược phẩm, sản xuất kim tiêm, giặt ủi công nghiệp…

Xử lý nước thải công nghiệp loại này bằng cách cho vào nước thải chất phản ứng phù hợp. Hóa chất cho vào sẽ phản ứng với các chất ô nhiễm trong nước thải tạo thành chất khác dễ xử lý. Hoặc các hóa chất này sẽ kết hợp chất ô nhiễm tạo thành bông bùn và tách ra khỏi dòng nước qua quá trình lắng.

Các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp bao gồm keo tụ, tạo bông, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion…

1. Xử lý nước thải công nghiệp bằng keo tụ tạo bông

Xử lý nước thải công nghiệp bằng hóa lý. Áp dụng khử màu nước thải, giảm độ đục, loại bỏ cặn lơ lửng, kim loại có trong nước.

Mục đích cho vào nước chất keo tụ để các chất lơ lững có kích thước nhỏ keo lại thành những hạt lớn. Hóa chất keo tụ liên kết các chất ô nhiễm lại thành bông cặn lớn dễ lắng để tách ra khỏi dòng nước dưới dạng bùn thải.

Cơ chế của quá trình keo tụ là làm mất đi sự ổn định của dung dịch keo có trong nước bằng cách giảm điện thế bề mặt hấp phụ và trung hoà điện tích, hình thành các cầu nối giữa các hạt keo và bắt giữ các hạt keo vào bông cặn

Các hóa chất keo tụ gồm phèn nhôm, phèn sắt, vôi, soda, NaOH… Tùy theo tính chất từng loại nước đơn vị thiết kế sẽ lựa chọn hóa chất và các đơn vị xử lý phù hợp,

Trong quá tình xử lý nước thải công nghiệp có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến xử lý keo tụ tạo bông. Bao gồm pH, nhiệt độ nước, liều lượng chất keo tụ và chất trợ keo tụ, tạp chất trong nước, tốc độ khuấy trộn.

2. Xử lý nước thải công nghiệp bằng Phương pháp tuyển nổi

Xử lý nước thải công nghiệp bằng tuyển nổi là phương pháp tách chất rắn hòa tan, chất khó lắng trong nước thải dựa trên những thay đổi trong độ tan của khí áp khác nhau.

Quá trình tuyển nổi là kết dính phân tử các chất lơ lửng với bề mặt phân chia giữa nước và khí. Khí hòa tan dưới áp lực bơm trực tiếp vào bể. Áp suất không khí được tạo ra kết hợp với chất lỏng trở thành các bong bóng khí siêu bảo hòa có kích thước micro. Bong bóng khí tạo một lực hấp dẫn bám dính vào các phần tử rắn lơ lững trong nước. Các hạt lơ lững bám dính được nâng nổi lên bề mặt chất lỏng. Lớp bùn nổi này được loại bỏ bởi thiết bị tách váng bề mặt. Chất rắn nặng lắng xuống đáy bể và cũng được cào gom lại và hút ra ngoài bằng bơm về bể chứa bùn.

Các phương pháp tuyển nổi trong xử lý nước thải bao gồm:

– Phương pháp Tuyển nổi phân tán bằng thiết bị cơ học;

– Phương pháp Tuyển nổi phân tán bằng máy bơm khí nén; 

– Phương pháp Tuyển nổi tách khí từ nước;

3. Xử lý nước thải công nghiệp bằng Phương pháp hấp phụ

Xử lý nước thải công nghiệp phương pháp hấp phụ loại bỏ chất độc hại như hợp chất hữu cơ, Phenol, Hydroxyl. Các chất hoạt động bề mặt, dung môi Clo hóa, kim loại… trong nước. 

Các vật liệu hấp phụ có diện tích bề mặt lớp sử dụng trong xử lý nước thải bao gồm Than hoạt tính, xỉ tro, silicagen, chất tổng hợp…

Các chất ô nhiễm đi vào thiết bị hấp phụ thải tới bề mặt hạt hấp phụ. Diện tích bề mặt vật liệu lớn tạo ra một lực hấp dẫn để hút các phân tử khác. Lực hấp dẫn này hấp phụ các chất bẩn hoặc bám dính vào bề mặt vật liệu.

Phương pháp hấp phụ bị ảnh ảnh hưởng các yếu tố như Lượng chất hấp phụ, Tính chất phụ của vật liệu hấp phụ, lượng chất ô nhiễm trong nước.

4. Xử lý nước thải công nghiệp bằng Phương pháp trung hòa

Xử lý nước thải công nghiệp phương pháp trung hòa sử dụng phổ biến hiện nay. Nguyên lý của phương pháp là việc phản ứng hóa học giữa các chất như axit  và kiềm, giữa muối và axit (hoặc kiềm) trong quá trình xử lý nước thải.

Tác nhân thúc đẩy quá trình trung hòa trong xử lý nước thải bao gồm:

Nước thải chứa tính axit sử dụng các chất có tính kiềm kiềm. Như NaOH, KOH, Na₂CO₃, NH₄OH, vôi,…

Nước thải mang tính kiềm sử dụng các chất mang tính axit như H₂SO₄, HNO₃, HCl …

Nước thải bị nhiễm kim loại nặng sử dụng các hợp chất như CaO, CaOH, Na₂CO₃ …

Trung hòa làm thay đổi pH về trung tính ít có hại cho môi trường và vi sinh vật.

Các phương pháp trung hòa trong xử lý nước thải công nghiệp:

– Trung hòa bằng cách hòa tan nước thải chứa kiềm và chứa axit để tạo môi trường trung tính.

– Trung hòa bằng cách sử dụng vật liệu lọc. Áp dụng cho nước thải chứa axit HCl, HNO₃ và H₂SO₄. Sử dụng bể lọc vật liệu đá vôi để tủng hòa. Nước thải chạy qua bể lọc vật liệu đá vôi (hoặc đá hoa cương) theo chiều ngang hoặc chiều thẳng đứng. Vận tốc dòng chảy 0,1-0,5 m/h tùy theo kích thước và lượng vật liệu lọc. Phương pháp này không phù hợp cho nước thải chứa nhiều kim loại nặng (liều lượng <5 g/l).

– Trung hòa bằng hóa chất. Áp dụng cho nước thải có độ kiềm và axit cao. Đặc biệt là nước thải axit vì hiệu quả mang lại cao. Nước thải axit thường sử dụng các chất như sửa vôi Ca(OH)₂ 10%, Ca(OH)₂ 20%, xút lỏng (NaOH 32%). Các hóa chất này được đưa vào bể bằng bơm định lượng.

– Phương pháp trung hòa bằng khí. Sử dụng nguồn khí thải hoặc khí dư từ hoạt động sản xuất để trung hòa. Phương pháp xử lý nước thải công nghiệp này đánh giá rất tốt. Không những xử lý được phần khí còn dùng để trung hòa lượng nước thải giúp tiết kiệm chi phí.

5. Phương pháp trao đổi ion

Xử lý nước thải công nghiệp phương pháp trao đổi ion là một quá trình gồm các phản ứng thế giữa các ion. Bao gồm ion trong pha lỏng và các ion trong pha rắn (là nhựa trao đổi). Sử dụng để loại bỏ các kim loại Zn, Cu, Ni, Pb, Hg, Cd, Mn. Hợp chất asen, photpho, xyanua và các chất phóng xạ.

Ưu điểm phương pháp là xử lý và thu hồi các kim loại quý, ít tốn năng lượng.

Nhược điểm là chi phí lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng khá cao. Khả năng trao đổi ion giảm nếu trong nước tồn tại các hợp chất hữu cơ hay ion Fe³⁺. Chúng sẽ bám vào hạt nhựa ion, làm giảm khả năng trao đổi của nhựa.

Xử lý nước thải công nghiệp bằng phương pháp vi sinh

Phạm vi ứng dụng

Xử lý nước thải công nghiệp Ứng dụng xử lý nước thải có nồng độ cao các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh. Bao gồm các ngành công nghiệp sản xuất giấy, chế biến thực phẩm, chế biến thủy sản, chăn nuôi gia súc gia cầm, nhà máy chế biến sữa, sản xuất sản xuất nước ngọt….

1. Xử lý nước thải công nghiệp bằng phương pháp sinh học kỵ khí

Xử lý nước thải công nghiệp Phương pháp kỵ khí dựa trên sự có mặt của vi sinh vật trong điều kiện không có oxi không khí. Các chất hữu cơ và vô cơ có trong nước thải bị phân hủy cho các sản phẩm dạng khí (chủ yếu là CO₂, CH₄).

Các công trình kỵ khí trong xử lý nước thải

a. Kỵ khí dòng ngược UASB

UASB (Upflow Anearobic Sludge Blanket) xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kị khí. Bể UASB thiết kế cho xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao, chất rắn thấp.

 Nồng độ COD đầu vào nhỏ nhất là 100 mg/l, SS < 3.000 mg/l và tốc độ dòng nước dâng < 1m/h.

Bể UASB được tích hợp cả 03 quá trình phân hủy – lắng bùn – tách khí trong cùng một công trình. Trong bể các loại bùn hạt có mật độ vi sinh cao và tốc độ lắng bùn nhanh hơn trong bể truyền thống. Khí Metan (CH4) sinh ra có thể thu hồi làm chất đốt.

QUY TRÌNH VẬN HÀNH BỂ UASB XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

Nước thải đưa vào bể qua hệ thống phân phối nước từ đáy bể. Nước thải đi qua lớp bùn hoạt tính, vi sinh tiếp xúc các chất hữu cơ trong nước thải. Trong điều kiện kỵ khí vi sinh sẽ phân hủy chất hữu cơ làm giảm COD của nước thải.

Dòng nước hòa trộn bùn hoạt tính tạo nên dòng tuần hoàn cục bộ giúp duy trì bùn họat tính dạng hạt. Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt bùn, với khí tự do nổi lên phía mặt bể. Bộ phân tách pha sẽ tách pha khí-lỏng-rắn giải phóng khí và giữ lại các hạt bùn vi sinh.

Khí theo ống thu khí qua ra ngoài. Khí có thể được xử lý qua tháp hấp thụ, hoặc bồn bồn hấp thu (dung dịch NaOH 5-10%) để tách khí H₂S, NH₃. Bùn vi sinh sau khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống bể. Nước thải dẫn theo máng thu nước răng cưa dẫn đến bể xử lý tiếp theo.

CÁC ĐIỀU KIỆN DUY TRÌ TRONG BỂ:

Trong bể UASB vận tốc nước thải duy trì trong khoảng 0,6-0,9 m/h. pH được duy trì phân hủy kỵ khí từ 6,6-7,6. Do đó, bể cần cung cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/l) để duy trì pH luôn > 6,2. Ở pH < 6,2 vi sinh vật chuyển hóa methane bị ức chế không hoạt động được.

Chu trình sinh trưởng của vi sinh vật acid hóa 2-3 giờ ở 35⁰C, ngắn hơn rất nhiều vi sinh vật acetate hóa với 2-3 ngày, ở điều kiện tối ưu.

Thời gian đầu tải trọng chất hữu cơ không được quá cao. Nguyên nhân vi sinh vật acid hóa sẽ tạo ra acid béo dễ bay hơi tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần so với tốc độ chuyển hóa các acid này thành acetate.  Tải trọng ban đầu khoảng 3 kg COD/m³.ngđ. Khi ổn định sẽ được tăng lên gấp đôi cho đến khi đạt tải trọng 15 – 20 kg COD/m³.ngđ. Thời gian ổn định kéo dài khoảng 3 – 4 tháng. Sau đó, bể ổn định có khả năng chịu quá tải và nồng độ chất thải khá cao.

CÁC LƯU Ý KHI TÍNH TOÁN BỂ UASB XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

Tải trọng thể tích của bể UASB hoạt động ở 30^oC, hiệu quả xử lý 85-95%

Tải trọng thể tích của bể UASB theo nhiệt độ, hiệu quả xử lý 85-95%, nồng độ bùn trung bình 25 g/L, đối với nước thải có a xít béo dễ bay hơi (VFA) và không có VFA

Thời gian lưu nước áp dụng xử lý nước thải sinh hoạt trong các bể UABS cao 4 m như sau

Vận tốc nước chảy từ dưới lên và chiều cao bể UASB

THỂ TÍCH BỂ UASB:

Khi tính toán bể UASB phải xác định được đặc điểm của bể, bao gồm: Tải trọng hữu cơ của bể, Vận tốc dòng chảy chất lỏng trong bể, Thể tích (V) chiếm chổ của lớp bùn và sinh khối hoạt tính tức là phần V xử lý hiệu quả, V vùng lắng.

– V hữu ích tối thiểu của bể tính toán theo tải trọng hữu cơ theo công thức:

V_n=QS₀/L_org

Trong đó, V_n thể tích hữu ích tối thiểu của bể (m³); Q lưu lượng nước vào bể (m³/h); S₀ Nồng  độ COD nước thải vào (mg/l); L_org Tải trọng hữu cơ của bể

– Đối với nước thải có nồng độ COD < 2.500 mg/l, có thể tính V bể theo thời gian lưu nước:

V_n = Q.HRT 

– Để tính Tổng thể tích chứa hỗn hợp nước thải trong bể (phần dưới tách pha), có thể dùng hệ số hữu ích dao động 0,8 – 0,9. Do đó, tổng thể tích hữu ích trong thiết bị tính như sau:

V_L=V_n/E

Trong đó, V_n  thể tích hữu ích tối thiểu của bể (m³), V_L  thể tích phần chứa hỗn hợp nước thải trong bể (m³), E hệ số hữu ích (0,8-0,9).

– Tiết diện bể tính theo công thức:   A=Q/v

Trong đó, A diện tích hay tiết diện bể (m²), Q lưu lượng nước thải vào bể (m³/h), v vận tốc nước đi từ dưới lên (đối với bùn hạt v = 1,25-2 m/h, tối đa 6 m/h).

– Chiều cao của lớp nước trong bể tính theo công thức:

H_L=V_L/A

Trong đó, H_L chiều cao lớp nước trong bể (m), V_L tổng thể tích phần chứa hỗn hợp nước thải (m³), A diện tích bề mặt của thiết bị (m²).

Thiết bị tách pha chiếm một phần thể tích trong bể làm cho tổng chiều cao của bể tăng thêm từ 2,5-3,0 m. Do đó, tổng chiều cao của bể UASB sẽ là: H_T = H_L + H_G

Trong đó, H_T Tổng chiều cao của bể UASB (m), H_L chiều cao lớp nước trong thiết bị (m), H_G   chiều cao chiếm chỗ bởi thiết bị tách (m).

CÁC LƯU Ý KHI THIẾT KẾ THIẾT BỊ TÁCH BA PHA RẮN-LỎNG-KHÍ TRONG BỂ:

• Gốc nghiêng của thành thiết bị tách pha từ 45-60^oC
• Diện tích bề mặt của phần khe hở phải < 15-20% tổng diện tích bề mặt của bể
• Chiều cao của thiết bị tác pha dao động trong khoảng 1,5-2,0 m đối với bể UASB có chiều cao 5-7 m
• Mặt phân cách lỏng-khí phải được duy trì trong thiết bị tách pha để bảo đảm hiệu quả tách bọt khí và khống chế sự hình thành váng
• Đường kích ống thoát khí phải đủ lớn để bảo đảm thoát khí dễ dàng, nhất là trong trường hợp có hình thành váng nổi
• Có thể thiết kế hệ thống phá bọt bên trên nếu cần.

b. Xử lý nước thải công nghiệp bằng phương pháp kỵ khí dính bám

Xử lý nước thải công nghiệp Bể sinh học kỵ khí dòng chảy ngược với vi sinh dính bám (Upflow Packed-Bed Attached Growth Reactor – UPAG). Bể còn gọi là lọc UAF dạng hình tròn hay chữ nhật. Đường kính hoặc bề rộng bể từ 2-8 m và chiều cao 3-13 m. Giá thể tiếp xúc chiếm khoảng 50-70% thể tích bể. Giá thể hat vật liệu tiếp xúc thường sử dụng plastic dạng dòng chảy ngang hay dạng ống. Diện tích tiếp xúc trung bình khoảng 100 m²/m³.

Các giá trị đặc trưng tải lượng chất hữu cơ, thời gian lưu nước và hiệu quả xử lý COD như sau:

2. Xử lý nước thải công nghiệp bằng công nghệ sinh học thiếu khí

Ứng dụng xử lý các chất hữu cơ của Ni tơ, Photpho trong nước thông qua  quá trình Nitrat hóa và quá trình photphorit. 

Ở điều kiện thiếu oxi, các chủng vi sinh vật như Nitrosomonas và Nitrobacter giữ vai trò Nitrat hoá  các hợp chất của Nito. Chủng vi sinh vật acinetobector giữ vai trò chính trong quá trình photphoryl.

Trong bể thiếu khí phải được bố trí máy khuấy chìm với tốc độ phù hợp. Vi sinh vật trong bể thiếu khí có khả năng khử Nitơ từ sự chuyển hóa nitrate thành khí Nitơ tự do. Nitrate này được cung cấp từ bể hiếu khí (trước hoặc sau bể thiếu khí) thông qua hệ bơm tuần hoàn. Nước thải sau khi khử Nitơ tại bể anoxic sẽ tiếp tục được xử lý tại bể hiếu khí bằng việc oxy hóa các chất hữu cơ kết hợp với quá trình nitrate hóa.

3. Xử lý sinh học hiếu khí – Aerotank

Xử lý nước thải công nghiệp sinh học hiếu khí là quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ thành các chất đơn giản. Quá trình này diễn ra với điều kiện cung cấp oxy không khí. Kết quả sẽ làm giảm bớt nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước trong điều kiện được cung cấp đầy đủ oxi không khí.

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí được thực hiện như  sau:

– Oxy hoá các chất hữu cơ

CxHyOz + O2 => CO2 + H2O + DH

– Quá trình tổng hợp tế bào mới

CxHyOz + NH3 + O2 => CO2 + H2O + DH 

– Quá trình phân huỷ nội bào

C5H7NO2 + 5O2 => 5CO2 + 5 H2O + NH3 ± DH

Điều kiện áp dụng xử lý nước thải bằng bể Aerotank:

– Thường được áp dụng để xử lí nước thải có tỉ lệ BOD/COD > 0.5 chẳng hạn như nước thải sinh họat, nước thải chế biến thủy hải sản, mía đường, thực phẩm, giấy…

– Duy trì Oxy phù hợp (DO = 1,5 – 2 mg/l)

– Nhiệt độ tối ưu là 25⁰C.

– Khoảng pH tối ưu dao động trong một khoảng hẹp từ 6,5 – 7,5.

– Duy trì hàm lượng dinh dưỡng theo tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1.

– Nước thải có độ ô nhiễm vừa (BOD < 1000 mg/l)

– Không có hàm lượng kim loại nặng như Mn, Pb, Hg, Ag, Cr…. vượt quá quy định

4. Xử lý nước thải công nghiệp bằng công nghệ sinh học dạng mẻ SBR

Xử lý nước thải công nghiệp Công nghệ SBR (Sequencing Batch Reactor) hay còn gọi bể phản ứng theo mẻ. Bể hoạt động theo kiểu gián đoạn với các quy trình xử lý được thực hiện trong cùng một bể. 

Quá trình xảy ra trong bể SBR được thực hiện lần lượt theo 5 pha:

– Pha làm đầy: Thời gian từ 2 đến 4 giờ. Bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau. Với hệ thống 2 bể, thời gian làm đầy bằng tổng thời gian phản ứng, lắng, thu nước và nghỉ vì vậy khi 1 bể làm đầy thì bể còn lại hoàn thành chu trình của nó. Quá trình lắng hữu cơ, điều kiện anoxic trong pha làm đầy yêu cầu khuấy trộn mà không thổi khí.

– Pha phản ứng: Tiến hành sục khí cho bể xử lý để tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính. Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, thường khoảng 2 giờ. Trong pha phản ứng, quá trình nitrat hóa có thể thực hiện, chuyển Nitơ từ dạng N-NH₃ sang N-NO₂^– và nhanh chóng chuyển sang dạng N – NO₃^–. Tỉ số giữa thời gian làm đầy và phản ứng là 2:1, đây là yếu tố quan trọng trong quá trình lắng của bùn.

– Pha lắng: Thời gian lắng thông thường khoảng 30 đến 60 phút.

– Pha rút nước: Thời gian thu nước khoảng 0,5 giờ 

– Pha ngưng: Thời gian ngưng khoảng từ 0 đến 1 giờ hoặc hơn, được quyết định bởi lưu lượng vào bể.

Các lưu ý khi xử lý nước thải bằng công nghệ SBR

– Lưu lượng thiết kế nằm trong khoảng từ 1,2 – 4,3 lần lưu lượng trung bình ngày. Giá trị tiêu biểu thường dùng là gấp 2 lần. Nếu không có bể điều hòa sục khí mở rộng trong bể 0,24 kg BOD₅/m³ thể tích bể.ngày. Kèm theo tỉ số F/M là 0,05 và 0,1 kg BOD₅/ kg MLVSS.ngày.

– Thời gian tuần hoàn thường nằm trong khoảng 4 đến 8 giờ. Khoảng 6 giờ là khoảng được áp dụng nhiều nhất trong các hệ thống xử lý nước thải nhỏ.

– Nồng độ MLSS từ 2000 – 5000 mg/l (Metcalf & Eddy). Một số nghiên cứu cho thấy MLSS từ 1700 – 3000 mg/l sẽ tốt cho quá trình lắng.

– Thời gian lưu bùn thường kéo dài từ 10 – 30 ngày để oxi hóa BOD cacbon và nitrat hóa, 20 – 30 ngày cho quá trình khử nitrat, 20 – 40 ngày cho quá trình thải bỏ photpho sinh học (Metcalf & Eddy).

– DO cho quá trình nitrat hóa thường DO khoảng 2 mg/l. Tỉ lệ nitrat hóa tăng lên khi DO 3 hoặc 4 mg/l.

– Thiết bị thu nước (Decanter) có thể thiết kế nổi hoạt cố định.

Trên đây là các công nghệ xử lý nước thải công nghiệp sử dụng tốt hiện nay với chi phí đầu tư tiết kiệm nhất. Quá trình vận hành xử lý không quá phức tạp, chi phí vận hành thấp, an toàn. Tuy nhiên để có Phương án xử lý nước thải tối ưu nhất cho doanh nghiệp, giá thành tốt nhất. Quý khách hàng hảy liên hệ với Hưng Phương để được tư vấn miễn phí và nhận bảng báo giá xử lý nước thải tốt nhất.