Hệ thống xử lý nước thải sản xuất có nồng độ ô nhiễm cao

Giới thiệu sơ bộ về nước thải sản xuất có nồng độ ô nhiễm cao:

BOD = 18.400mg/l; COD = 35.200 mg/l, TSS = 15.400 mg/l, mặt khác nước thải có hàm lượng diệp lục cao rất khó phân hủy bởi các hóa chất khử màu thông thường.

Quy trình công nghệ xử lý nước thải sản xuất có nồng độ ô nhiễm cao:

Thuyết minh công nghệ: 

Nước thải từ nhà máy sản xuất được thu gom theo một mạng lưới thoát nước riêng có nhiệt độ cao được dẫn vào Bể Điều Hòa (T001), sau đó được bơm cấp đến Cụm Bể Hóa Lý (T002), tiếp đó chảy tràn đến Bể Lắng 1 (T003). Nước sau lắng chảy tràn mặt đến Bể Trung Gian 1 (T004). Hệ thống XLNT bao gồm nhiều công trình đơn vị tiếp sau để đảm bảo quy trình xử lý như: Bể UASB (T005), Bể Khử Nitơ (T006), Bể MBBR (T007), Bể Khử Nitrát (T008), Bể Lắng 2 (T009), Bể Trung Gian 2 (T010), Cụm Bể Fenton (T011), Bể Lắng 3 (T012), Bồn Trung Gian 3 (T013), Cột Lọc (V014), Bể Chứa Bùn (T015). Và bùn thải trong các quá trình xử lý sẽ được đưa về máy ép bùn.

CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC TRONG HỆ THỐNG DIỄN RA NHƯ SAU:

Hố thu (T001):

Là nơi trung chuyển nước thải từ các nguồn sản xuất đến bể điều hòa

Bể Điều Hòa (T002):

Bể Điều Hòa là nơi tiếp nhận nước thải sản xuất, điều hòa lưu lượng, ổn định pH, cho hệ thống tránh tình trạng sốc tải vi sinh. Ngoài ra để tránh tình trạng mùi hôi phát sinh do sự phân hủy hợp chất hữu cơ.

Cụm Bể Hóa Lý (T003):

Tiếp nhận nguồn nước thải từ bể điều hòa. Tại bể được bố trí motor khuấy trộn nước thải với hóa chất nâng pH (dd NaOH).

Quá trình lắng nhanh hơn, hóa chất Phèn sắt, polymer được bổ sung bằng bơm định lượng, giúp liên kết các bông cặn li ti với nhau tạo thành hạt bông cặn lớn hơn, lắng nhanh hơn.

Tốc độ lắng nhanh, thời gian lưu nhanh, bùn tạo ra do lắng hóa lý được đưa về bể chứa bùn.

Bể Lắng 1 (T004):

Bể có chức năng tách bùn hóa lý và nước. Bể Lắng được thiết kế nhằm mục đích tách loại bông bùn hóa lý ra khỏi nước sau xử lý bằng quá trình lắng trọng lực.

Bể Lắng được chia làm 3 phần: Phần nước trong, phần lắng & phần chứa bùn.

Nước đưa vào ống trung tâm rồi từ đó phân phối đều khắp bể. Dưới tác dụng của trọng lực và tấm chắn hướng dòng các bông bùn hóa lý lắng xuống đáy, nước trong di chuyển lên trên. Phần nước trong sẽ được thu gom qua hệ thống máng tràn tiếp tục chảy sang Bể Trung Gian 1.

Bùn được lắng xuống dưới đáy bể, bơm vào Bể Chứa Bùn & được ép định kỳ.

Bể Trung Gian 1 (T005):

Bể là nơi tiếp nhận nước thải sau lắng, điều hòa lưu lượng, ổn định pH, cho hệ thống tránh tình trạng sốc tải vi sinh.

Bể UASB (T006 A – T006B):

Nước thải được bơm cấp vào Bể UASB. Quá trình hoạt động của Bể Kị Khí UASB thường phải trải qua 3 giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử

Trong giai đoạn đầu tiên này, các chất thải phức tạp cũng như chất không tan như (Polysaccharides, Proteins, Lipids) được chuyển hóa thành các chất đơn giản hoặc phân hủy thành chất hòa tan đơn giản như đường, Amoni axit, Axit béo. Quá trình chuyển hóa này có được là nhờ những Enzym do vi khuẩn sinh học tiết ra.

Thông thường thì quá trình này diễn ra khá chậm. Tốc độ thủy phân trong giai đoạn này của Bể UASB phụ thuộc vào độ prH, kích thước hạt cũng như đặc tính dễ phân hủy hay khó phân hủy của hợp chất.

Giai đoạn 2: Quá trình Axit hóa

Ở giai đoạn 2, trong Bể Kỵ Khí UASB diễn ra quá trình lên men chuyển hóa các chất đã hòa tan trong bể thành những chất đơn giản hơn như Axit béo, lcohols, Acid lactic, Methanol, CO₂, H₂, NH₃, H₂S và các sinh khối mới.

Do sự hình thành Axit béo trong quá trình này nên độ pH trong bể UASB có thể giảm xuống mức 4.0.

Giai đoạn 3: Quá trình Methane hóa:

Đây là giai đoạn mà trong Bể UASB diễn ra quá trình của các chất đã Methan hóa thành khí CH₄ và khí CO₂ bằng nhiều loại vi khuẩn kị khí.

Các phương trình phản ứng hóa học diễn ra trong giai đoạn 3:

CH₃COOH = CH₄ + CO₂

2C₂H₅OH + CO₂ = CH₄ + 2CH₃COOH

CO₂ + 4H₂ = CH₄ + 2H₂O

Quá trình thủy phân của các protein có khả năng phân hủy:

NH₃ + HOH = NH₄^- + OH^-

Khi OH^- sinh ra sẽ phản ứng với khí CO₂ và tạo thành Ion bicacbonat.

Bể trung gian 3 (T007)

Nước thải sau khi ra khỏi bể kỵ khí UASB sẽ thoát vào ngăn trung gian này, ngăn trung gian có tác dụng giữ là bùn, ổn định nước thải trước khi vào quá trình xử lý tiếp theo, tránh hiện tượng sốc vi sinh

Bể Khử Nitơ (T008)

Trong nước thải, có chứa hợp chất Nitơ và Photpho, những hợp chất này cần phải được loại bỏ ra khỏi nước thải. Tại Bể Khử Nitơ, trong điều kiện thiếu khí hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển xử lý N và P thông qua quá trình Nitrat hóa và Photphoril hóa.

Quá trình khử Nitrat xảy ra như sau:

Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosonas và Nitrobacter. Trong môi trường thiếu Oxy, các loại vi khuẩn này sẻ khử Nitrat (NO3-) và Nitrit (NO₂^-) theo chuỗi chuyển hóa:

NO₃^- → NO₂^- → N₂O → N₂↑.

Khí Nitơ phân tử N₂ tạo thành sẽ thoát khỏi nước và ra ngoài. Như vậy là Nitơ đã được xử  lý.

Quá trình Photphoril hóa:

Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu cơ chứa Photpho sẽ được hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất mới không chứa Photpho và các hợp chất có chứa Photpho nhưng dễ phân hủy đối với chủng loại vi khuẩn hiếu khí.

Để quá trình Nitrat hóa và Photphoril hóa diễn ra thuận lợi, quá trình hồi lưu bùn & nước bằng khí từ bể hiếu khí về bể thiếu khí diễn ra liên tục, có chức năng khuấy trộn dòng nước tạo ra môi trường thiếu Oxy cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển, đồng thời tăng thời gian lưu dòng chảy, giúp quá trình khử Nitơ, Phospho diễn ra triệt để.

Quá trình xử lý BOD diễn ra đồng thời với quá trình khử Nitơ, Photpho theo tỷ lệ BOD:N:P = 100:5:1. Như vậy, khi khử 5 phân tử Nitơ và 1 phân tử Photpho sẽ tiêu thụ 100 phân tử BOD. Các vi sinh vật thiếu khí sẽ phân hủy và chuyển hóa BOD thành CO₂, nước và một phần khí Metan (CH₄), khí H₂S.

Bể MBBR (T009):

Tại đây được bố trí giá thể vi sinh bám dính dạng màng MBBR để làm tăng khả năng xử lý sinh học, vi sinh sẽ bám dính và hoạt động trên bề mặt giá thể, làm tăng bề mặt diện tích tiếp xúc giữa vi sinh và các chất ô nhiễm sinh học.

Nước thải trong bể, được cấp khí liên tục để tăng khả năng tiếp xúc của nước thải với bông  bùn hoạt tính và Oxy. Bên cạnh đó còn bổ sung thêm chất dinh dưỡng cho vi sinh vật hoạt động và Oxy hóa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học.

Không khí từ máy thổi khí qua ống dẫn đến các đĩa phân phối khí ở đáy ngăn hiếu khí. Khí được cấp có dạng bọt mịn, dòng bọt khí hòa tan trong nước làm tăng mật độ oxy trong nước giúp quá trình Oxy hóa sinh học các hợp chất hữu cơ BOD, COD bởi vi sinh vật diễn ra nhanh và hiệu quả hơn. Ngoài ra, quá trình cung cấp Oxy giúp chuyển hóa Amoni về dạng Nitrat, quá trình này là tiền đề để quá trình khử nitrat hoàn toàn diễn ra ở bể thiếu khí nhờ quá trình hồi lưu nước từ ngăn lắng.

Nước trong bể hiếu khí sau khi xử lý, sẽ được dẫn qua bể lắng 2 thông qua ống dẫn.

Qúa trình hiếu khí diễn ra như sau:

C₅H₇O₂N + 5O₂ -----vi sinh vật-------> 5CO₂ + NH₄⁺ + 2H₂O + năng lượng

NH₄⁺ + 2O₂ ----------------> NO₃^- + 2H⁺ + H₂0

Bể Lắng 2 (T010):

Bể có chức năng tách bùn hóa lý và nước. Bể Lắng được thiết kế nhằm mục đích tách loại bông bùn hóa lý ra khỏi nước sau xử lý bằng quá trình lắng trọng lực.

Bể Lắng được chia làm 3 phần: Phần nước trong, phần lắng & phần chứa bùn.

Nước đưa vào ống trung tâm rồi từ đó phân phối đều khắp bể. Dưới tác dụng của trọng lực và tấm chắn hướng dòng các bông bùn hóa lý lắng xuống đáy, nước trong di chuyển lên trên. Phần nước trong sẽ được thu gom qua hệ thống máng tràn tiếp tục chảy sang Bể Trung Gian 2.

Bùn được lắng xuống dưới đáy bể, bơm vào Bể Chứa Bùn & được ép định kỳ.

Bể Trung Gian 2 (T011):

Bể là nơi tiếp nhận nước thải sau lắng, điều hòa lưu lượng, ổn định pH cho hệ thống tránh tình trạng sốc tải vi sinh.

Cụm Bể Fenton (T012):

Quá trình Fenton trong xử lý nước thải.

Thông thường qui trình Oxi hóa Fenton đồng thể gồm 4 giai đoạn:

Điều chỉnh pH phù hợp: Trong các phản ứng Fenton, độ pH ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng và nồng độ Fe²⁺ , từ đó ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng và hiệu quả phân hủy các chất hữu cơ, pH thích hợp cho quá trình là từ 2 – 4, tối ưu nhất là ở  mức 2.8. Đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm giảm thiểu khó khăn khi đưa pH về mức thấp rồi sau đó lại nâng pH lên mức trung tính để tách khử Fe, H₂O₂ dư. Nếu ta dùng các chất xúc tác khác như quặng sắt Goethite (a-FeOOH), cát có chứa sắt hoặc sắt trên chất mang Fe/SiO₂, Fe/TiO₂, Fe/than hoạt tính, Fe/Zeolit… thì quá trình này gọi là Fenton dị thể, pH thích hợp ở trường hợp này theo nghiên cứu cao hơn đồng thể, khoảng từ 5 – 9.

Phản ứng Oxi hóa: Trong giai đoạn phản ứng Oxi hóa xảy ra sự hình thành gốc *OH hoạt tính và phản ứng Oxi hóa chất hữu cơ. Cơ chế hình thành gốc *OH hiện nay chưa thống nhất, theo Fenton thì sẻ có phản ứng:

Fe²⁺ + H₂O₂ —> Fe³⁺ + *OH + OH­^–. 

Gốc *OH sau khi hình thành sẽ tham gia vào phản ứng Oxi hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước cần xử lý, chuyển chất hữu cơ từ dạng cao phân thành các chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp. 

CHC (cao phân tử) + *HO —> CHC (thấp phân tử)  + CO₂ + H₂O + OH^-

Trung hòa và keo tụ: Sau khi xảy ra quá trình Oxi hóa cần nâng pH dung dịch lên >7 để thực hiện kết tủa Fe³⁺ mới hình thành, nằng việc châm Ca(OH)₂

 Fe³⁺ +  3OH^-    –> Fe(OH)₃. 

Kết tủa Fe(OH)₃ mới hình thành sẽ thực hiện các cơ chế keo tụ, đông tụ, hấp thụ một phần các chất hữu cơ chủ yếu là các chất hữu cơ cao phân tử.

Quá trình lắng: Để quá trình lắng diễn ra nhanh hơn hệ thống sử dụng thêm hóa chất Polymer. Các bông keo sau khi hình thành sẽ lắng xuống  khiến làm giảm COD, màu, mùi trong nước thải. Sau quá trình lắng các chất hữu cơ còn lại (nếu có) trong nước thải chủ yếu là các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp sẽ được xử lý bổ sung bằng phương pháp sinh học hoặc bằng các phương pháp khác.

Bể Lắng 3 (T013)

Bể có chức năng tách bùn hóa lý và nước. Bể Lắng được thiết kế nhằm mục đích tách loại bông bùn hóa lý ra khỏi nước sau xử lý bằng quá trình lắng trọng lực.

Bể Lắng được chia làm 3 phần: Phần nước trong, phần lắng & phần chứa bùn.

Nước đưa vào ống trung tâm rồi từ đó phân phối đều khắp bể. Dưới tác dụng của trọng lực và tấm chắn hướng dòng các bông bùn hóa lý lắng xuống đáy, nước trong di chuyển lên trên. Phần nước trong sẽ được thu gom qua hệ thống máng tràn tiếp tục chảy sang Bể Trung Gian 3.

Bùn được lắng xuống dưới đáy bể, bơm vào Bể Chứa Bùn & được ép định kỳ.

Bồn Trung Gian 3 (T014)

Bồn Trung Gian có nhiệm vụ chứa nước phục vụ cho máy bơm áp lực. Tránh hiện tượng hụt nước cho máy bơm. Nước sau khi qua bồn Trung Gian 3 sẽ được bơm qua Bể Lọc. Tại đây nước thải sẽ được khử trùng bằng ống xáo trộn tĩnh có chứa Clorine dạng viên nén. Nước thải tiếp tục được bơm sang cột lọc để xử lý.

Cột Lọc Áp Lực

Quá trình hấp thụ: Các tạp chất gây màu, mùi được hấp thụ tại lớp vật liệu than hoạt tính. 

Quá trình lọc cơ học: Tại lớp lọc bằng vật liệu lọc cát lọc thạch anh các kết tủa Hiđroxit kim loại nặng, cặn lơ lửng được lọc sâu triệt để. 

Nước thải sau xử lý đạt chuẩn sẽ được thải ra ngoài kênh thoát nước đạt cột B, QCVN 40:2011/BTNMT_Quy chuẩn kỹ thuật Quốc Gia về nước thải công nghiệp.

Bể Chứa Bùn (T015)

Tại công trình đơn vị này, bùn lắng định kỳ sẽ được bơm cấp đến máy ép bùn, bùn sau khi ép khô sẽ được các đơn vị xử lý chất thải rắn thu gom xử lý hoặc đem chôn lấp.

ƯU ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Do dùng các chất Oxi hóa mạnh nên có khả năng phá hủy triệt để các chất hữu cơ cao phân tử

Tiết kiệm chi phí vận hành, điện năng tiêu thụ ít.

Qúa trình vận hành đơn giản, chạy tự động theo đầu dò pH

Chất lượng nước đầu ra ổn định đạt đạt cột B, QCVN 40:2011/BTNMT_Quy chuẩn kỹ thuật Quốc Gia về nước thải công nghiệp.

 

Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Sản Xuất - Đại Nam