Hệ thống xử lý nước thải đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các thành phần độc hại ra khỏi nguồn nước trước khi xả chúng vào môi trường. Từ đó ngăn chặn được các nguy cơ tổn hại đến chất lượng môi trường tự nhiên cũng như an toàn cho sức khỏe con người và các loài sinh vật. Tham khảo bài viết bên dưới để có được cái nhìn toàn diện về các vấn đề liên quan đến hệ thống xử lý nước thải đang được áp dụng hiện nay.
1 . Định nghĩa chung về hệ thống xử lý nước thải?
Hệ thống xử lý nước thải (tên tiếng Anh: Wastewater Treatment System) là khái niệm chỉ hệ thống ứng dụng các công nghệ đơn lẻ và hóa chất chuyên dụng để thực hiện quá trình loại bỏ những thành phần ô nhiễm, chất bẩn ra khỏi nước thải. Hệ thống này thường được ứng dụng cho mục đích xử lý các vấn đề của nước thải, ngăn chặn nguy cơ gây ô nhiễm môi trường và mang đến khả năng tái sử dụng nguồn nước.
Thông thường, việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải cần phải có kế hoạch thiết kế cụ thể để lựa chọn đúng công nghệ và hóa chất phù hợp với đặc tính nước thải. Đây là yêu cầu bắt buộc để hệ thống có thể đáp ứng tiêu chuẩn cần thiết trước khi cho vào vận hành nhằm mang đến hiệu quả loại bỏ các thành phần độc hại và chất thải ra khỏi nguồn nguồn nước một cách tối ưu và tiết kiệm chi phí.
2 . Phân loại hệ thống xử lý nước thải
Thông thường, dựa theo yêu cầu chất lượng nước đầu ra, đặc tính của nước thải và quy mô xả thải mà chúng ta có thể phân chia hệ thống này thành 3 loại hình cơ bản. Đó là:
2.1. Hệ thống đảm nhận chức năng xử lý nước thải sinh hoạt
Phạm vi áp dụng: Thường được thiết kế để lắp đặt cho các hộ gia đình, khu dân cư, khu nhà văn phòng công ty, doanh nghiệp, cơ quan nhà nước, cơ sở đào tạo giáo dục, trường học và các địa điểm công cộng như rạp chiếu phim, trung tâm thương mại,…
Để đảm bảo khả năng xử lý hiệu quả, hệ thống cần lắp đặt phải phù hợp với tính chất của nước thải từ hoạt động sinh hoạt. Bao gồm:
- Nước thải chứa nhiều hợp chất hữu cơ (chiếm khoảng 70%), bao gồm các thành phần như carbonhydrate, protein, các loại chất béo, chất tẩy rửa,…
- Nước có các thành phần vô cơ (chiếm khoảng 30%) bao gồm các loại kim loại nặng, nitơ, phốt pho, lưu huỳnh, clorua, kiềm,…
- Nước có chứa nhiều loại khí hòa tan như hydro sunfat, khí metan, amoniac, oxy, carbon dioxide,…
2.2. Hệ thống chuyên phụ trách xử lý nước thải công nghiệp
Phạm vi áp dụng: Là hệ thống xử lý với quy mô lớn và thường được thiết kế ứng dụng tại khu nhà máy, xưởng sản xuất, lắp ráp, xí nghiệp công nghiệp,…
Để mang đến hiệu suất xử lý tối ưu, hệ thống sử dụng trong trường hợp này cần có sự tương thích với các đặc điểm của nước thải từ hoạt động sản xuất công nghiệp như:
- Hệ thống xử lý cho các ngành luyện kim, xi mạ,… phải phù hợp nước thải có hàm lượng cao các loại kim loại nặng.
- Nước thải có chứa chất hữu cơ như ở trong công nghệ thực phẩm.
- Nước thải chứa các hóa chất hữu cơ cấu tạo phức tạp như ở trong ngành dược phẩm, ngành sơn, thuốc nhuộm, sản xuất thuốc trừ sâu, hóa dầu,…
2.3. Hệ thống thực hiện xử lý nước thải y tế
Phạm vi áp dụng: Thường được lắp đặt ở các cơ sở y tế, bệnh viện, phòng khám, công ty dược phẩm.
Hệ thống được thiết kế phù hợp với đặc điểm của nước thải chất thải y tế, nước thải bệnh viện và các loại rác thải mang mầm bệnh sinh học,…
3. 9 Bước trong quy trình hoạt động của một hệ thống xử lý chất thải phổ biến
Đối với quy trình vận hành của một hệ thống xử lý nước thải sẽ cần diễn ra trong nhiều giai đoạn. Thông thường, nước thải sẽ được dẫn vào bể tiếp nhận, sau đó lần lượt chuyển qua bồn chứa của hệ thống được lắp đặt thiết bị và bổ sung hóa chất chuyên dụng để loại bỏ các thành phần độc hại và chất thải ra khỏi nước dưới dạng bùn. Nước ra khỏi hệ thống là nước sạch có thể tái sử dụng.
Để hiểu rõ hơn về quy trình này, chúng ta cùng đi vào phân tích từng bước xử lý cụ thể. Bao gồm:
Bước 1: Tiến hành trung hòa
Nhiệm vụ: Quá trình trung hòa nhằm mục đích điều chỉnh nồng độ pH của nước về giá trị cần thiết, thông thường là trong khoảng 6.5 – 8.0.
Phương pháp: Sử dụng hóa chất H2SO4 hoặc NaOH với liều lượng phù hợp đặc điểm của nước thải để trung hòa muối kiềm hoặc acid dư. Từ đó giảm hoặc tăng pH của nước về trị số mong muốn.
Bước 2: Giai đoạn keo tụ
Nhiệm vụ: Giai đoạn keo tụ có chức năng kết hợp các thành phần hóa chất trong chất thải để tách các chất rắn lơ lửng và tạp chất ô nhiễm ra khỏi nước.
Phương pháp: Tiến hành keo tụ bằng cách pha trộn hỗn hợp các chất có khả năng phản ứng với nhau. Thông thường, để keo tụ, người ta hay dùng hóa chất gốc nhôm như phèn Kali Alum, và PAC – Poly aluminium clorua.
Bước 3: Quá trình tạo bông
Nhiệm vụ: Tiến hành tạo bông để loại bỏ các cặn nhỏ sinh ra ở bước keo tụ.
Phương pháp: Bơm dung dịch Polymer vào nước để tiến hành trung hòa các điện tích có trong các cặn nhỏ. Từ đó, chúng tạo thành các cặn bông lớn có thể lắng và tách ra khỏi nước dễ dàng hơn.
Bước 4: Giai đoạn lắng cặn
Nhiệm vụ: Quá trình lắng cặn sẽ giúp tách các bông bùn, chất rắn ra khỏi nước sau khi tiến hành tạo bông.
Phương pháp: Dẫn nước vào ống phân phối, sau đó lợi dụng trọng lực và các tấm hướng dòng để ép các bông bùn và chất rắn xuống đáy bể, phần nước sẽ di chuyển lên phía trên.
Bước 5: Kỵ khí
Nhiệm vụ: Kỵ khí giúp xử lý các thành phần chất hữu cơ có khả năng gây ô nhiễm cao ( COD>2000 mg/lít).
Phương pháp: Để tiến hành bước này, cần sử dụng các loại vi sinh ở điều kiện không oxy và nhiệt độ thích hợp ( khoảng 45 -70 độ C), độ pH từ 6.5 đến 7.5, không có hóa chất độc hại và được cấp đủ dinh dưỡng cùng các chất cân bằng.
Bước 6: Hiếu khí
Nhiệm vụ: Thực hiện hiếu khí nhằm mục đích loại bỏ nốt các thành phần chất hữu cơ ô nhiễm thấp (COD<2000 mg/lít).
Phương pháp: Để tiến hành, cần sử dụng các vi sinh trong điều kiện được cung cấp đủ oxy. Khi đó, vi sinh vật sẽ phát triển và tiến hành oxy hóa phân hủy các chất thải ô nhiễm thành carbon dioxide, nước, sunfat và sinh khối.
Bước 7: Lọc
Nhiệm vụ: Quá trình lọc giúp tách bỏ các cặn bẩn và mùi hôi, đồng thời giảm tối đa hàm lượng TSS trong nước.
Phương pháp: Dẫn nước chảy tràn qua bộ lọc trang bị trong bồn lọc.
Bước 8: Khử trùng
Nhiệm vụ: Đây là bước thực hiện chức năng làm sạch các loại vi khuẩn, vi trùng còn sót lại trong nước sau các giai đoạn xử lý bên trên.
Phương pháp: Bơm các loại hóa chất khử trùng chuyên dụng vào nước thải, chúng sẽ tiến hành quá trình khuếch tán và xuyên qua lớp vỏ của các tế bào sinh vật đang sống trong nước. Rồi từ đó, diễn ra phản ứng với men có trong tế bào dẫn đến phá hủy quá trình trao đổi chất khiến các loại tế bào vi khuẩn, vi trùng bị tiêu diệt.
Bước 9: Công đoạn xử lý chuyên biệt khác theo yêu cầu
8 bước tiến hành trên thường áp dụng phổ biến cho các quy trình xử lý hiện nay. Tuy nhiên, trong những trường hợp cụ thể do yêu cầu về mục đích xử lý cần đáp ứng tiêu chuẩn riêng hoặc nếu trong nước thải có thành phần đặc thù thì có thể phải cần làm thêm một bước xử lý đặc biệt. Ví dụ như nếu cần loại bỏ một số kim loại hay chất hữu cơ đặc thù, lúc đó sẽ phải trang bị thêm thiết bị hoặc sử dụng hóa chất chuyên dụng để thực hiện.
4 . Tiêu chuẩn đạt chuẩn của hệ thống xử lý nước thải
Theo quy định chung, đối với hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn thì cần phải đảm bảo chức năng giải quyết được những vấn đề sau:
- Có khả năng loại bỏ các thành phần độc hại tồn tại trong nước thải như Nitrat NO3, phốt phát PO4; các kim loại nặng/nhẹ (Cd, Fe, Mn, Cr, Ni, As, Cu, Zn, Al, Pb,…), hóa chất tổng hợp (Phthalate, Hydro Peroxit, Digoxin,,…) cùng các loại vi khuẩn, vi trùng có khả năng gây bệnh để đáp ứng được tiêu chuẩn chất lượng nước thải theo quy định Bộ Y tế – QCVN về nước thải.
- Ngân sách cần chi cho việc xây dựng, lắp đặt hợp lý nhưng vẫn phải đảm bảo được chất lượng nước sau xử lý.
- Có thể tiến hành nâng cấp một cách dễ dàng để đáp ứng xử lý trong trường hợp nước thải có sự thay đổi về đặc tính.
- Có thể điều chỉnh một cách linh hoạt mức tăng hoặc mức giảm cho liều lượng hóa chất sử dụng trong các quy trình xử lý khi cần thiết.
Hiện nay, theo quy định được áp dụng tại Việt Nam, tùy vào mục đích sử dụng nước đầu ra mà hệ thống xử lý nước thải sẽ cần phải đảm bảo được khả năng xử lý nước theo một trong số các tiêu chuẩn cụ thể như:
| Tiêu chuẩn | Diễn giải |
| TCVN 5945:2005 | Tiêu chuẩn thải của nước thải công nghiệp |
| TCVN 6772:2000 | Tiêu chuẩn được áp dụng yêu cầu chất lượng nước cần đảm bảo để được phép quy định giới hạn ô nhiễm cho phép đối với nước thải sinh hoạt |
| TCVN 6980:2001 | Tiêu chuẩn được áp dụng yêu cầu về chất lượng nước sau xử lý đủ điều kiện được phép xả vào khu vực sông chuyên dùng để cấp cho nguồn nước sinh hoạt. |
| TCVN 6981:2001 | Tiêu chuẩn chất lượng nước áp dụng cho nước thải công nghiệp xả vào lưu vực hồ dùng cấp nước sinh hoạt |
| TCVN 6982:2001 | Tiêu chuẩn chất lượng áp dụng cho nước thải công nghiệp xả vào lưu vực sông được dùng cho mục đích thể thao và các hoạt động giải trí dưới nước |
| TCVN 6983:2001 | Tiêu chuẩn chất lượng áp dụng cho nước thải công nghiệp xả vào lưu vực hồ được sử dụng cho mục đích thể thao và các hoạt động giải trí dưới nước |
| TCVN 6987:2001 | Tiêu chuẩn chất lượng áp dụng cho nước thải công nghiệp xả vào khu vực nước biển ven bờ thường dùng cho các mục đích thể thao và hoạt động giải trí dưới nước |
5. 9 Hệ thống xử lý nước thải đang được sử dụng phổ biến
Ở phần trên, chúng ta đã cùng tìm hiểu về quy trình các bước tiến hành trong hệ thống xử lý nước thải. Tuy nhiên, trên thực tế tùy vào yêu cầu về tính chất nước đầu ra mà mỗi hệ thống sẽ áp dụng một số phương pháp xử lý cụ thể chứ không phải toàn bộ.
Sau đây, chúng ta cùng điểm qua một số hệ thống xử lý nước thải đang được ứng dụng phổ biến hiện nay. Cụ thể ở đây là:
Hệ thống xử lý nước thải với công nghệ điều lưu
Nhiệm vụ:
Thực hiện chức năng điều chỉnh, giảm thiểu và ngăn chặn những biến động của nước thải liên quan đến tính chất, hàm lượng chất hữu cơ, chỉ số pH và lưu lượng nước theo giờ. Bên cạnh đó, nó cũng đóng vai trò giảm thiểu các tác động xấu đến môi trường và cố định một số chất độc hại giúp quá trình xử lý sinh học kế tiếp diễn ra hiệu quả hơn.
Cách tiến hành:
- Tiến hành trữ nước thải ở trong một bể chứa lớn.
- Bơm định lượng nước phù hợp vào hệ thống các bể xử lý tiếp theo.
Hệ thống dùng công nghệ xử lý nước thải trung hòa
Nhiệm vụ: Công nghệ trung hòa sẽ có chức năng tăng/giảm chỉ số pH về mức cân bằng theo yêu cầu.
Cách tiến hành: Tùy theo tính chất nước thải có pH tính acid hay tính bazơ mà cân nhắc việc chọn một trong các phương pháp sau:
- Cách 1: Pha trộn hai loại nước thải có độ pH khác nhau (nước thải có tính acid và nước thải có tính bazơ) trong một bể chứa đủ lớn để chúng tự trung hòa.
- Cách 2: Áp dụng để xử lý nước thải tính acid bằng cách dẫn nó chảy qua một lớp đá vôi hoặc bổ sung vôi bột vào bể chứa nước thải.
- Cách 3: Áp dụng để xử lý nước thải tính bazơ bằng cách sử dụng acid mạnh hoặc sục CO2 vào bể. CO2 gặp nước sẽ tạo thành acid carbonic H2CO3 rồi phản ứng với chất kiềm trong nước để tiến hành trung hòa. Sử dụng CO2 được thường được đánh giá kinh tế hơn so với dùng acid mạnh.
Hệ thống xử lý nước thải sử dụng công nghệ keo tụ và tạo bông
Nhiệm vụ: Nâng cao hiệu suất tạo bông cặn.
Cách tiến hành: Đây là hệ thống sử dụng 2 công nghệ keo tụ và bông cặn nên quá trình tiến hành cần qua hai bước:
- Cho muối sắt hoặc muối nhôm hóa trị 3 vào bể chứa nước thải để tạo keo tụ.
- Bơm một số hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn hay còn gọi là cao phân tử, ví dụ như polyacrylamide để tạo bông cặn.
Hệ thống xử lý nước thải ứng dụng công nghệ kết tủa
Nhiệm vụ: Công nghệ kết tủa thực hiện chức năng loại bỏ các kim loại nặng và khử phosphate ra khỏi nước thải.
Cách tiến hành:
- Tách các thành phần chất ô nhiễm có thể giảm hiệu suất hoặc ngăn cản quá trình kết tủa diễn ra.
- Công đoạn kết tủa được thực hiện thông qua việc bơm bazơ vào nước sao cho chỉ số pH đạt đến mức độ nhất định mà tại đó, các thành phần kim loại nặng có trong nước cần được xử lý không thể hòa tan hoặc mức độ hòa tan thấp nhất.
Hệ thống áp dụng công nghệ xử nước thải bằng tuyến nổi
Nhiệm vụ: Công nghệ tuyến nối được lắp đặt nhằm mục đích loại bỏ các thành phần có khả năng nổi trên bề mặt nước thải như mỡ, dầu và các chất rắn lơ lửng.
Cách tiến hành:
- Dẫn không khí vào bể chứa tạo áp suất lớn ép lên nước thải.
- Sau đó, rút không khí ra để trả lại áp suất tự nhiên trong bồn chứa, nước thải sẽ tạo nên các bọt khí.
- Vật chất nhẹ như dầu hay mỡ và các loại cặn bẩn, chất rắn lơ lửng đang tồn tại trong nước sẽ bám dính vào bọt khí và nổi lên.
- Thanh gạt bên trên của hệ thống sẽ tiến hành tách các bọt khí này ra khỏi nước.
Hệ thống xử lý nước thải sử dụng bể lắng
Nhiệm vụ: Bể lắng có chức năng loại bỏ hết các thành phần chất rắn lơ lửng và các chất ô nhiễm có tỉ trọng lớn hơn nước.
Cách tiến hành:
- Thiết kế bể lắng ở dạng hình tròn hoặc chữ nhật.
- Áp dụng tính chất khác biệt về tỉ trọng các thành phần có trong nước nước để tiến hành quy trình lắng. Chất rắn và chất ô nhiễm có trọng lượng lớn hơn sẽ chìm xuống đáy tạo thành lớp bùn.
- Dưới đáy bùn có lắp cánh gạt, nó sẽ chuyển động về phía đầu vào của nước và gom bùn vào hố ở vị trí này. Sau khi bùn được gom đầy vào hố đến mức nhất định sẽ được máy bơm hút ra ngoài hoặc xả theo đường ống lắp cho bể lắng.
Hệ thống xử lý áp dụng công nghệ sinh học hiếu khí
Nhiệm vụ: Tiến hành phân hủy và hòa tan các chất thải hữu cơ có trong nước thải.
Cách tiến hành:
- Sử dụng bể bùn hoạt tính hay còn gọi là bể aerotank chứa các vi khuẩn có khả năng phân hủy thành phần chất hữu cơ trong nước thải.
- Quá trình phân hủy sẽ tạo thành bông cặn kích thước đủ lớn và được đưa vào bể lắng.
- Bông cặn trong bể lắng sẽ được tách khỏi nước thông qua quá trình lắng cơ học.
Hệ thống xử lý nước thải cấp 3
Nhiệm vụ: Tiến hành loại bỏ các chất độc hại, chất rắn lơ lửng, thành phần hữu cơ và ion kim loại có trong nước thải
Cách thực hiện: Hệ thống xử lý cấp 3 có 3 bước tiến hành:
- Cấp lọc: Dùng các loại vật liệu có lỗ rỗng để giữ lại các cặn bẩn, chất rắn kích thước lớn hơn lỗ. Có hai loại bể lọc được dùng phổ biến là bể lọc cát và bể trống quay.
- Cấp hấp phụ: Dùng than hoạt tính ở dạng hạt phù hợp với tính chất các thành phần hữu cơ trong nước thải để hấp thụ chúng.
- Cấp trao đổi ion: Tại các bể trao đổi, các hạt nhựa ion sẽ được bơm vào bình để tiến hành quá trình trao đổi thuận/nghịch diễn ra giữa các ion âm/dương của chất rắn với các ion âm/dương của chất lỏng. Những cation hay còn gọi là ion dương được trao đổi với H+ hoặc Na+, còn những anion hay còn gọi là ion âm sẽ được trao đổi với ion hydroxyl trong hạt nhựa. Quá trình trao đổi được thực hiện với nguyên tắc không gây ra các ảnh hưởng làm biến đổi cấu trúc thành phần của chất rắn.
Hệ thống ứng dụng bể sục khí xử lý nước thải
Nhiệm vụ: Bể sục khí có tác dụng phân hủy các chất hữu cơ và tiến hành khử sắt cùng magnesium trong nước thải.
Cách tiến hành:
- Trang bị máy sục khí để bơm oxy vào bể.
- Khi vi khuẩn trong bể được cung cấp thêm oxy sẽ kích thích hoạt động làm tăng hiệu quả phân hủy các thành phần chất hữu cơ, tiến hành phản ứng khử sắt và cả magnesium.
Nhìn chung, mỗi một hệ thống đều có ưu nhược điểm và chức năng riêng phù hợp với từng nhu cầu sử dụng cụ thể cho từng giai đoạn hay mục đích xử lý nước thải. Điều quan trọng là chúng phải được cân nhắc thiết kế phù hợp cho đặc tính tính nước thải để có được hiệu suất xử lý cao nhất.
Bài viết liên quan: