Hệ thống xử lý nước thải là một khái niệm chung để chỉ một hệ thống tổ hợp bao gồm các hạng mục công trình và thiết bị đi kèm để biến nước thải thành nước sạch ở mức độ chấp nhận được.

Có 4 loại nước thải có thể chảy vào hệ thống xử lý nước:

Nước thải sinh hoạt cư dân (Domestic watsewater): do các hộ dân thải ra qua sinh hoạt gia đình, mua bán, văn phòng, …

Nước thải công nghiệp (Industrial watsewater): do các nhà máy sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp nói chung.

Nước thẩm lậu/nước chảy tràn (infiltration/inflow): nước thẩm lậu là tất cả các loại nước chảy vào hệ thống cống rãnh do sự rò rỉ, bể vỡ đường ống hoặc thấm qua tường chắn. Nước chảy tràn là lượng nước mưa chảy vào hệ thống cống rãnh từ hệ thống tiêu nước mưa, mái nhà, hè phố, … Nước mưa (stormwater): nước tràn mặt do mưa tại chỗ hoặc tuyết tan. Tùy theo nhiệm vụ công trình và khả năng tài chính, người ta có thể tách ra từng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nước mưa riêng rẽ hoặc tổng hợp. Theo thời gian, nước thải có thể tự làm sạch một phần nhờ quá trình chuyển hóa nước toàn cầu. Tuy nhiên, hiện nay con người chưa thể có những tác động lớn vào sự cân bằng nước trong thiên nhiên nhằm làm sạch nguồn nưóc mà chỉ có thể can thiệp, tạo ra các hệ thống xử lý nước thải đã bị ô nhiểm trưóc khi đổ vào nguồn tiếp nhận theo một số tiêu chuẩn đã được nhà nước ban hành.

Các phương pháp cơ bản để xây dựng hệ thống nước thải :

Có nhiều phương pháp khác nhau trong xử lý nước thải, bảng dưới đây cho một tổng quan về từng công nghệ và phương pháp. Trong thực tế tùy điều kiện địa phương, tài chính và chính sách mà ta có các chọn lựa có thể khác nhau (ví dụ như hình 1.2). Sinh viên tham khảo giáo trình Phương pháp xử lý nước thải và tài liệu liên quan để hiểu thêm về việc lựa chọn công trình.

Tổng quan về công nghệ và phương pháp xử lý nước thải :

Các yêu cầu chính của một hệ thống xử lý nước thải:

Một công trình Xử lý nước thải phải được xem xét trên cả 3 chỉ tiêu (3E): kỹ thuật (Engineering), kinh tế(Economics) và môi trường (Environment). 

Tổng quát, một dự án xử lý nước thải tốt cần có một số đặc điểm sau:

Sau khi xử lý, nước thải phải giảm được độ đục, màu, mùi, độ cứng và các chất hữu cơ gây bệnh thỏa các yêu cầu của Nhà nước.

Công trình càng đơn giản, càng bền vững và hiện thực thì càng tốt

Công trình cần xem xét các liên quan đến mức độ lao động với chi phí thấp, giới hạn việc phải nhập khẩu nguyên vật liệu và chuyên gia nước ngoài.

Công trình phải thỏa nhu cầu phát triển dân số.

Công trình cần thiết phải nằm trong khả năng quản lý, vận hành và bảo dưỡng của cộng đồng địa phương. 

Công trình cần được thừa nhận và đồng tình cao của cộng đồng và có sự tham gia càng nhiều càng tốt của cư dân, nguyên vật liệu tại chỗ, …

1.1/ Công nghệ xử lý nước thải mía đường

Nước thải ngành sản xuất đường thuộc loại nước thải ô nhiễm nặng hàm lượng chất hữu cơ rất cao, cặn lơ lửng và nhiệt độ cao, pH thấp. Phần lớn chất rắn lơ lửng là chất vô cơ. Nước rửa mía cây chủ yếu chứa các hợp chất vô cơ. Trong điều kiện công nghệ bình thường, nước làm nguội, rửa than và nước thải từ các quy trình khác có tổng chất rắn lơ lửng không đáng kể. Chỉ có một phần  than hoạt tính bị thất thoát theo nước, một ít bột trợ lọc, vải lọc do mục nát tạo thành các sợi nhỏ lơ lửng trong nước. Nhưng trong điều kiện các thiết bị lạc hậu, bị rò rỉ thì hàm lượng các chất rắn huyền phù trong nước thải có thể tăng cao.

Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mía đường:

Thuyết minh sơ đồ công nghệ xử lý nước thải

Nước thải sản xuất được dẫn theo đường thoát nước riêng ra hệ thống xử lí nước thải.Dòng thải sau khi qua song chắn rác (SCR) Ở đầu mỗi cống thu chảy qua hố thu Ở đây sẽ giữ lại cát và các chất rắn lơ lửng có kích thước lớn. Phần rác thải thu được có thể dùng để sản xuất giấy, phân bón…

Nước thải sau khi lắng cát sẽ tự chảy qua hầm tiếp nhận. Tiếp theo,

Nước thải được bơm qua bể điều hòa, lưu lượng nước thải ra sẽ được điều hòa ổn định. Tại đây nước thải được thổi khí để làm thoáng sơ bộ và phân bố chất bẩn đồng đều khắp bể.

Sau đó tiếp tục bơm nước thải qua bể lắng 1 để loại bỏ 1 phần BOD5 , COD và SS.    Tiếp tục, nước thải tự chảy qua bể kị khí kiểu đệm bùn chảy ngược UASB để xử lí sơ bộ nhờ Áp lực thủy tĩnh , vì nước thải mía đường có đặc trưng là COD đầu vào rất lớn 3000 mg/l . Sau khi xử lí yếm khí  , đầu ra bể UASB là khí sinh học được thu giữ lại làm biogas , phần nước đã được giảm bớt tải lượng chất hữu cơ tự chảy qua aerotank để xử lí hiếu khí . Tại đây xảy ra quá trình xử lí sinh học , khí được thổi vào bể bằng các đĩa phân phối khí nhằm tăng cường sự xáo trộn chất bẩn và oxi trong không khí đồng thời giữ cho bùn Ở trạng thái lơ lửng .

Sau thời gian lưu, nước từ aerotank tự chảy qua bể lắng 2 để lắng bùn .Tiếp theo, nước trong từ máng thu nước aerotank tự chảy qua bể tiếp xúc , khử trùng bằng Clo, sau 20 phút chảy ra cống thu nước.

Bùn từ  bể  lắng được đưa vào bể chứa bùn sau khi ổn định bùn được bơm tuần hoàn 1 phần vào bể aerotank, phần còn lại bơm qua bể nén bùn trọng lực sau đó bơm qua máy ép bùn băng tải, bùn sau khi ra khỏi máy ép bùn băng tải tạo thành bánh bùn được bón ruộng, trồng cây hoặc chôn lắp hợp vệ sinh .

Song chắn rác

Để tách bã mía trong nước thải người ta dùng song chắn rác. Hiệu suất của quá trình tách chất rắn bằng phương phÁp này phụ thuộc vào các yếu tố sau:

Đặc tính cơ học của song, lưới: kích thước mắt sàn, khoảng cách giữa các thanh chắn, lưu lượng dòng chảy và điều kiện dòng chảy.

Tính chất nước thải :nồng độ chất rắn, kích thước của bã mía cần tách,…

Đối với nước thải nhà máy đường, có thể dùng song chắn rác với các thanh đan xếp cạnh nhau trên mương dẫn nước trước hầm bơm và cào rác thủ công. Rác thu được có thể thu hồi cùng với bã mía tại khu ép mía để chế biến thàng các sản phẩm phụ như làm bột giấy, làm chất độn trong sản xuất vật liệu xây dựng.

Ưu điểm:

Đơn giản, rẻ tiền, dễ lắp đặt.

Giữ lại tất cả các tạp vật lớn.

Nhược điểm:

Không xử lý, chỉ giữ lại tạm thời các tạp vật lớn.

Làm tăng trỞ lực hệ thống theo thời gian.

Phải xử lý rác thứ cấp

Hố thu gom

Thu gom nước thải từ các dây chuyền sản xuất và nước thải sinh hoạt của nhà máy. Giúp cho hệ thống xử lý nước hoạt động ổn định và hiệu qua

Bể điều hòa (điều hòa lưu lượng và chất lượng)

Đặt sau bể lắng cát và trước bể lắng 1.

Do lưu lượng, thành phần, tính chất nước thải của nhà máy đường tùy thuộc vào dây chuyền sản xuất nên thường dao động nhiều trong một ngày đêm. Để ổn định chế độ dòng chảy cũng như chất lượng nước đầu vào cho các công trình xử lý phía sau, cần thiết phải có một bể điều hòa lưu lượng và nồng độ. Dung tích bể được chọn theo thời gian điều hòa, dựa vào biểu đồ thay đổi lưu lượng, nồng độ nước thải và yêu cầu mức độ điều hòa nồng độ nước thải.

Trong bể phải có hệ thống thiết bị khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ các chất bẩn trong toàn thể tích (để loại trừ các cú sốc về chất lượng cho các công trình xử lý sinh học phía sau và không cho cặn lắng trong bể.

Bể lắng 1

Loại bỏ 1 phần SS  và chất hữu cơ tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý sinh học Ở công trình sau.

Bể UASB

UASB là bể xử lý sinh học kị khí dòng chảy ngược qua lớp bùn, phát triển mạnh Ở Hà Lan. Xử lý bằng phương phÁp kị khí là phương phÁp được ứng dụng để xử lý các loại chất thải có hàm lượng hữu cơ tương đối cao, khả năng phân hủy sinh học tốt, nhu cầu năng lượng thấp và sản sinh năng lượng mới.

Vì quá trình phân hủy kị khí dưới tác dụng của bùn hoạt tính là quá trình sinh học phức tạp trong môi trường không có oxi, nên bùn nuôi cấy ban đầu phải có độ hoạt tính methane. Độ hoạt tính methane càng cao thì thời gian khỞi động (thời gian vận hành ban đầu đạt đến tải trọng thiết kế) càng ngắn. Bùn hoạt tính dùng cho bể UASB nên lấy bùn hạt hoặc bùn lấy từ một bể xử lý kị khí là tốt nhất, có thể sử dụng bùn chứa nhiều chất hữu cơ như bùn từ bể tự hoại, phân gia súc hoặc phân chuồng.

Nồng độ bùn nuôi cấy ban đầu cho bể UASB tối thiểu là 10Kg VSS/ m3. Lượng bùn cho vào bể không nên nhiều hơn 60% thể tích bể.

Trước khi vận hành bể UASB cần phải xem xét thành phần tính chất nước thải cần xử lý cụ thể như hàm lượng chất hữu cơ, khả năng phân hủy sinh học của nước thải, tính đệm, hàm lượng chất dinh dưỡng, hàm lượng cặn lơ lửng, các hợp chất độc, nhiệt độ nước thải …

Khi COD nhỏ hơn 100 mg/L, xử lý nước thải bằng UASB không thích hợp. Khi COD lớn hơn 50.000 mg/L, cần pha loãng nước thải hoặc tuần hoàn nước đầu ra.

UASB không thích hợp đối với nước thải có hàm lượng SS lớn. Khi nồng độ cặn lơ lửng lớn hơn 3000 mg/L, cặn này khó có thể phân hủy sinh học được trong thời gian lưu nước ngắn  và sẽ tích lũy dần trong bể, gây trỞ ngại cho quá trình phân hủy nước thải. Tuy nhiên, nếu lượng cặn này bị cuốn trôi ra khỏi bể thì không có trỞ ngại gì. Cặn lơ lửng sẽ lưu lại trong bể hay không tùy thuộc vào kích thước hạt cặn và hạt bùn nuôi cấy. Khi kích thước của hai loại cặn này gần như nhau, cặn lơ lửng sẽ tích lại trong bể. Khi sử dụng bùn hạt, cặn lơ lửng sẽ dễ dàng bị cuốn trôi ra khỏi bể. Đôi khi, lượng cặn lơ lửng này có thể bị phân hủy trong bể. Lúc đó, cần biết tốc độ phân hủy của chúng để tính thời gian lưu cặn trong bể.

UASB không thích hợp với nước thải có hàm lượng amonia lớn hơn 2.000 mg/L hoặc nước thải có hàm lượng sunphate vượt quá 500 mg/L ( tỉ số COD/SO42- < = 5). Bản thân sunphate không gây độc nhưng do vi khuẩn khử sunphate dễ dàng chuyển hóa SO42- thành H2S. Khi hàm lượng SO42- không quá cao (hoặc tỉ số COD/SO42- không vượt quá 10), sẽ không ảnh hưỞng đến quá trình phân hủy kị khí.

Dựa vào các yếu tố trên có thể khẳng định sử dụng UASB cho công nghệ sử lý nước thải mía đường  là hợp lý.

Bể aerotank

Tùy thuộc vào loại chất ô nhiễm có thể sử dụng bể aerotank với các vi sinh vật được nuôi cấy trong bùn hoạt tính để oxy hóa chất hữu cơ trong điều kiện nhân tạo. Mô hình này được thực hiện bằng cách cung cấp oxy cho vi sinh vật sinh trưỞng và phát triển qua việc tiêu thụ chất hữu cơ .

Bùn hoạt tính là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh vật có khả năng oxy hóa và khoáng hóa chất hữu cơ chứa trong nước thải. Để giữ cho bùn hoạt tính Ở trạng thái lơ lửng và để đảm bảo oxy cho vi sinh vật sử dụng trong quá trình phân hủy chất hữu cơ phải luôn cung cấp đầy đủ không khí cho bể aerotank hoạt động. Sau bể aerotank nước thải vào bể lắng đợt 2 để tách bùn hoạt tính. Ở đây, một phần bùn lắng được đưa trở lại bể aerotank để tạo mầm vi sinh vật trong bể, phần khác đưa tới bể nén bùn.

Khối lượng bùn tuần hoàn và lượng không khí cần cung cấp phụ thuộc vào mức độ yêu cầu xử lý của nước thải.

Hiệu quả xử lý BOD5 =90-95%.

Việc lựa chọn công nghệ xử lý tùy theo thành phần tính chất nước thải, chi phí đầu tư quản lý và diện tích mặt bằng khu xử lý .

Bể lắng II

Đặt sau aerotank , nhiệm vụ làm trong nước Ở phần trên để xả ra nguồn tiếp nhận , cô đặc bùn hoạt tính đến nồng độ nhất định Ở phần dưới của bể để tuần hoàn lại aerotank.Thường có dạng tròn ( bể lắng đứng ,bể radial ) , dạng hình chữ nhật ( bể lắng ngang ).Bể lắng ngang , chữ nhật thường có hiệu quả lắng thấp hơn bể lắng tròn vì cặn lắng tích lũy Ở các góc bể thường bị máy gạt cặn khuấy động trôi theo dòng nước vào máng thu nước ra .

Bể khử trùng:

Thu gom cặn chưa ổn định từ  bể lắng 1, bể lắng 2 và cặn đã ổn định từ aerotank nhằm làm giảm bớt độ ẩm .

Bồn lọc Áp lực:

Khử trùng loại bỏ vi sinh và màu nước thải trước khi xã ra nguồn.

1.2/ Xây dựng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là gì? Nước thải sinh hoạt bao gồm nước thải từ khu dân cư, cao ốc văn phòng, resorts, trường học, chợ….lượng nước thải này chủ yếu phát sinh từ các nguồn thải như: tắm giặt, nấu nướng, rửa nhà, nước thải nhà vệ sinh… Với mỗi nguồn nước thải có những đặc trưng riêng, từ đó có thể phân loại để xử lý triệt để, đảm bảo tiêu chuẩn xả thải ra môi trường theo quy định của nhà nước và pháp luật: