Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt- Giải pháp tiết kiệm chi phí, vận hành hiệu quả

Ngày đăng: 13/09/2023 681 lượt xem
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Chất hữu cơ chứa trong nước thải bao gồm các hợp chất như protein (40-50%), hydrat cacbon (25-50%), các chất béo và dầu mỡ (10%). Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150-450 mg/L theo trọng lượng khô. Có khoảng 20-40% chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học. Các chất vô cơ trong nước thải chiếm một phần nhỏ như: cát, đất sét, sắt, magie, canxi, silic, các axit, bazơ vô cơ. Nước thải vừa xả ra có tính kiềm nhưng dần dần trở nên có tính axit vì thối rữa.

>> Tổng hợp 4 công nghệ xử lý nước thải mời nhất hiện nay 
>> Xử lý các vấn đề liên quan đến hệ thống thu gom nước thải

 

1. ĐẶC TÍNH CỦA NƯỚC THẢI SINH HOẠT

1.1. Nguồn gốc nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân. Chúng được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ và các công trình công cộng khác.
1.2. Thành phần và đặc tính của nước thải sinh hoạt
* Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh.
* Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà.
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Chất hữu cơ chứa trong nước thải bao gồm các hợp chất như protein (40-50%), hydrat cacbon (25-50%), các chất béo và dầu mỡ (10%). Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150-450 mg/L theo trọng lượng khô. Có khoảng 20-40% chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học. Các chất vô cơ trong nước thải chiếm một phần nhỏ như: cát, đất sét, sắt, magie, canxi, silic, các axit, bazơ vô cơ. Nước thải vừa xả ra có tính kiềm nhưng dần dần trở nên có tính axit vì thối rữa.
Nước thải sinh hoạt là một sự kết hợp của chất bài tiết từ con người và động vật (phân và nước tiểu) với nước thải từ quá trình giặt giũ, tắm rửa và nấu ăn. Chất bài tiết từ con người chứa phân có khối lượng ướt 100-500g và khoảng 1 – 1,3L nước tiểu trên 1 người trên ngày. Mỗi một người tạo ra 15-20g BOD5/ngày.Một số thành phần khác của phân và nước tiểu của con người được thể hiện trong bảng 1.1.

 

2. Sự khác biệt giữa nước thải đô thị / nước thải tập trung và nước thải sinh hoạt

Tính gần đúng, nước thải đô thị/nước thải tập trung thường gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt, 14% là các loại nước thấm và 36% là nước thải sản xuất. Do nước thải đô thị/nước thải tập trung có chứa nước thải từ quá trình sản xuất nên nó mang một số đặc thù riêng trong quá trình xử lý. Chúng tôi sẽ đề cập đến vấn đề về nước thải đô thị / nước thải tập trung ở “Tài liệu 67: Sự cố nước thải đô thị/nước thải tập trung”.
Nước thải sinh hoạt bao gồm các thành phần chính như: protein (40 – 60%), carbohydrates (25 – 50%), chất béo và dầu mỡ (10%), urê có nguồn gốc từ nước tiểu và một lượng lớn hợp chất hữu cơ bao gồm: thuốc trừ sâu, chất hoạt động bề mặt, phenol và chất ô nhiễm quan trọng. Nước thải cuối cùng gồm có các chất phi kim (As, Se), kim loại (Cd, Hg, Pb), các hợp chất benzene (benzene, ethylbenzene) và các hợp chất clo (chlorobenzene, tetrachloroethene, trichloroethene). Phần lớn chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dễ dàng bị phân hủy sinh học và gồm có chủ yếu: carbonhydrates, amino acids, peptides và proteins, acid dễ bay hơi, acid béo và các este của chúng.
* Trong nước thải sinh hoạt, chất hữu cơ xuất hiện trong cacbon hữu cơ hòa tan (DOC) và hạt carbon hữu cơ (POC). Hạt carbon hữu cơ tương ứng với 60% carbon hữu cơ và một vài chất hữu cơ có kích thước đủ để bị loại bỏ thông qua sự đóng cặn. Trong quá trình sửa lỗi hệ thống, DOC được hấp thụ trực tiếp bởi màng sinh học, trong khi POC được hấp thụ vào bề mặt màng sinh học để rồi sau đó bị thủy phân bởi hoạt động của vi sinh vật.
Các thông số BOD, COD và TOC cần quan tâm để xác định chất hữu cơ có trong nước thải không phân biệt loại nước thải từ các ngành sản xuất khác nhau.
Ba thông số chính cần được kiểm tra để xác định chất hữu cơ trong nước thải (không phân biệt các loại nước thải từ các ngành sản xuất khác nhau) bao gồm: nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD), tổng carbon hữu cơ (TOC)
Nguồn gốc các chất hữu cơ được tìm thấy và đo đạc, sử dụng các công cụ đo lường phức tạp hơn như sắc ký khí và phổ khối. Đặc tính hóa học của nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý được thể hiện trong bảng 1.2.

 

3. Ba thông số tiêu biểu để xác định chất hữu cơ của nước thải (không phân biệt các loại nước thải từ các ngành sản xuất khác nhau)

3.1. Nhu cầu oxy sinh hóa – BOD
Nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy hòa tan được sử dụng bởi vi sinh vật cho sự oxy hóa sinh học các chất hữu cơ (carbonaceous BOD) và vô cơ (autotrophic hoặc nitrogenous BOD). Các mẫu cần được pha loãng nếu BOD vượt quá 8 mg/L.
3.1.1 Carbonaceous BOD
3.1.2 Nhu cầu oxy nitơ
Vi khuẩn tự dưỡng như vi khuẩn nitrate hóa cũng yêu cầu oxy để oxy hóa NH4+ thành nitrate. Nhu cầu oxy được đưa vào sử dụng bởi các vi khuẩn nitrate hóa được gọi là BOD tự dưỡng hoặc nhu cầu oxy nitơ (NOD). Trong suốt quá trình xác định BOD trong các mẫu nước thải, vi khuẩn nitrate hóa sử dụng nhu cầu oxy và hoạt động của chúng dẫn đầu trong việc làm tăng cao giá trị BOD, thỉnh thoảng kết quả không làm hài lòng nhà máy xử lý nước thải liên bang hoặc theo quy định của nhà nước. Hiện tượng này cho thấy trong quá trình nitrat hóa nước thải đầu ra, tại đó các vi khuẩn nitrate hóa có thể là lí do cho việc tạo ra 24 – 86% của tổng BOD. Theo lý thuyết nhu cầu oxy nitơ là 4.57g oxy được sử dụng trên 1 g amonia bị oxy hóa thành nitrate.
Chỉ số BOD5 trong nước thải tập trung vào khoảng 100 – 300 mg/L và có thể cao hơn được tìm thấy trong nước thải của một số ngành công nghiệp. Loại bỏ BOD có thể từ 70% trong bể bùn hoạt tính tốc độ cao đến 95% trong bể hiếu khí bùn hoạt tính mở rộng.
3.2. Nhu cầu oxy hóa học – COD
Nhu cầu oxy hóa học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hoàn toàn carbon hữu cơ thành CO2, H2O và amoni. Nhu cầu oxy hóa học được đo đạt thông qua quá trình oxy hóa với kali dichromate (K2Cr2O7) có sự hiện diện của acid sulfuric và bạc được thể hiện trong mg/L. Do đó, COD là đơn vị đo của oxy tương đương với chất hữu cơ cũng như vi sinh vật trong nước thải. Nếu chỉ số COD cao hơn so với chỉ số BOD, mẫu có chứa lượng lớn các chất hữu cơ thì không dễ dàng bị phân hủy sinh học.
Trong nước thải đô thị chưa qua xử lý, COD vào khoảng 250 – 1,000 mg/L. Điển hình trong nước thải đô thị chưa qua xử lý, tỉ lệ BOD5/COD từ 0.4 – 0.8 mg/L. Các giá trị BOD5, COD và tỉ lệ BOD5/COD điển hình trong nước thải thể hiện trong bảng 2.1.
Chú thích:
Để đề xuất ra phương án xử lý nước thải của một nhà máy thông thường dựa vào tỷ lệ BOD/COD như sau:
* BOD/COD ≥ 0.5 —--> xử lý sinh học
* BOD/COD < 0.5 —--> xử lý hóa học
Luôn ghi nhớ Quy tắc bàn tay vàng – Tại sao cần quan tâm đến 5 thông số?
Tuy nhiên có những trường bặc biệt do hàm lượng thành phần của nước thải, có thể xử lý bằng hóa chất hoặc bằng sinh học hoặc kết hợp cả hai phương pháp hóa chất và sinh học cho những bể trong hệ thống được chỉ định rõ.
3.3. Tổng carbon hữu cơ – TOC
Tổng carbon hữu cơ (TOC) tương ứng với tổng carbon hữu cơ trong một mẫu nhất định và không phụ thuộc vào quá trình oxy hóa của chất hữu cơ. TOC được xác định thông qua sự oxy hóa của chất hữu cơ cùng với sự nóng lên và oxy (bước thông khí được loại bỏ nếu VOC’s xuất hiện trong mẫu) hoặc chất oxy hóa hóa học, tiếp theo là đo đạt CO2 được giải phóng cùng với sự phân tích hồng ngoại.
Như vậy nước thải sinh hoạt có hàm lượng các chất dinh dưỡng khá cao, đôi khi vượt cả yêu cầu cho quá trình xử lý sinh học. Thông thường các quá trình xử lý sinh học cần các chất dinh dưỡng (mật rỉ đường, DAP, DSP, Ure) và theo tỉ lệ sau: BOD5:N:P=100:5:1 (nghĩa là 100mg/L BOD5, 5 mg/L N và 1mg/L P). Một tính chất đặc trưng nữa của nước thải sinh hoạt là không phải tất cả các chất hữu cơ đều có thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật và khoảng 20 đến 40% BOD thoát ra khỏi các quá trình trình xử lý sinh học cùng với bùn.

4. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

 

5. CÁC SẢN PHẨM VI SINH TIÊU BIỂU ỨNG DỤNG XỬ LÝ CÁC SỰ CỐ CỦA QUY TRÌNH HỆ THỐNG NƯỚC THẢI SINH HOẠT

5.1. Bùn dư nhiều trong các bể hiếu khí như aerotank, SBR, MBR, MBBR:
Sử dụng sản phẩm BFL 4250HS, BFL 5050BC
5.2. Sinh khối vi sinh trong các bể hiếu khí như aerotank, SBR, MBR, MBBR không đạt yêu cầu xử lý:
Sử dụng sản phẩm BFL 4000SU, BFL 4100FG.
5.3. Dầu mỡ thực vật có trong bể lắng và các bể hiếu khí (như aerotank, SBR, MBR, MBBR): 
Sử dụng sản phẩm BFL 4100FG, BFL Grease Clean Powder.
5.4. Dầu mỡ dầy đặc có trong hầm bơm (pump sump) hay trạm bơm (pumping station / lift station)
Sử dụng sản phẩm BFL 4700PS, BFL Biobag
5.5. Nổi váng bọt nhiều và các chất hoạt động bề mặt trong bể điều hòa, bể lắng, các bể hiếu khí như (như aerotank, SBR, MBR, MBBR):
sử dụng sản phẩm BFL 4100FG, BFL 4300SS.
5.6. Nước bị đục:
Sử dụng sản phẩm BFL 4250HS
5.7. Xử lý sự cố gây ra bởi ni-tơ và phốt –pho:
Sử dụng sản phẩm BFL 4500NT và luôn ghi nhớ quy tắc NIT – Bài toán tính cân bằng khử Nitơ
Quy tắc NIT là Quy tắc bàn tay vàng và xử lý thêm độ kiềm dư có trong bể hiếu khí.
5.8. Mùi hôi nồng nặc có trong bể lắng, các bể hiếu khí (như aerotank, SBR, MBR, MBBR): 
Sử dụng sản phẩm BFL 4600SO
5.9. Mùi hôi bắt nguồn từ các chất rắn như: rác thải, bùn từ nhà máy…. để xử lý mùi hôi trên bề mặt chất rắn: 
Sử dụng sản phẩm dạng nước như sản phẩm BFL Odour Clean, Novozymes Freshen Free.
5.10. Tính linh hoạt của sản phẩm: – Luôn ghi nhớ Quy tắc tỷ lệ vàng của sản phẩm BFL – tỷ lệ nhiều sản phẩm BFL kết hợp để xử lý nhiều sự cố khác nhau cho một ứng dụng cụ thể – bài toán tính liều lượng nuôi cấy vi sinh ở điều kiện hiếu khí và kỵ khí tùy nghi.

6. TÍNH LIỀU LƯỢNG, CHI PHÍ VÀ CÁC BƯỚC NUÔI CẤY VI SINH CHO HỆ THỐNG BỂ KHỞI ĐỘNG MỚI HOÀN TOÀN HOẶC BỂ GẶP SỰ CỐ

6.1. Liều lượng chi phí nuôi cấy vi sinh:
Ví dụ: Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt có các thông số đầu vào như sau: Q = 2.000 m3/ ngày, V = 700 m3, BOD =300 mg/L, COD= 600 mg/L. Giả định m=3.75ppm hoặc m=2ppm. Sử dụng sản phẩm BFL 4000SU. Tính chi phí nuôi cấy vi sinh cho 1 m3/ngày và cho biết kết quả bao lâu thì MLSS đạt được 3000mg/L?
Giải pháp

6.2. Các bước nuôi cấy vi sinh cho bể khởi động mới hoàn toàn hoặc bể gặp sự cố:

6.2.a.  Nuôi cấy cho hệ thống:
* Cho nước thải đầu vào bắt đầu chảy vào bể hiếu khí
* Thổi khí và duy trì DO từ 2.0-3.0mg/L
* Cho liều lượng sản phẩm BFL 4000SU đã tính được vào bể
* Chạy trong chế độ từng mẻ trong vòng 24 giờ
* Khi đó cho thêm 25% lưu lượng dòng chảy nước thải đầu vào
* Sau 24 giờ sau đó nâng lên thành 50% lưu lượng dòng chảy
* Khi 24 giờ sau nâng lên thành 75% lưu lượng dòng chảy
* Sau 24 giờ sau đó nâng lên thành 100% lưu lượng dòng chảy
* Trong suốt quá trình hoạt động, lưu lượng bùn tuần hoàn phải đạt được 125%.
* Duy trì DO >1mg/L
6.2.b. Chuẩn bị liều lượng sản phẩm BFL 4000SU – nuôi cấy pilot:
* Sử dụng 1m3 bể (IBC) được trang bị một số thiết bị khuếch tán không khí và một dòng không khí hoặc bơm sục khí nhỏ
* Cho vào bể 800 lít nước thải đầu vào cần được xử lý
* Cho vào bể 5kg sản phẩm BFL 4000SU
* Cho thêm vào bể 5kg bột cá, thịt và bột xương hoặc máu khô
* Thổi khí trong vòng 8 giờ và khi đó liều lượng vi sinh được cho vào bể sục khí gần điểm đầu vào

Kết  quả nuôi cấy sau khi dử dụng sản phẩm vi sinh BLF 4000US: 
Sau 1 tuần thì MLSS trong bể đạt được trong khoangr 1.500-2000 mg/L.
Sau 2 tuần thì MLSS trong bể đạt được trong khoangr 3.000-3.500 mg/L.
Trong vòng 10-14 ngà bể đạt được MLSS là 3000 mg/L
Lưu ý: Để đạt được điều này thì BOD phải đạt 300  mg/L , Do phải được duy trì 1.0- 2.0 mg/L và lưu lượng bùn tuần hoàn phải hoạt động ở mức cao

7. TÍNH LIỀU LƯỢNG, CHI PHÍ VÀ CÁC BƯỚC NUÔI CẤY VI SINH DUY TRÌ CHO HỆ THỐNG BỂ:

Sau khi bể ổn định và đạt hiệu quả tốt trong quá trình xử lý,liều lượng vi sinh phải được duy trì trong hệ thống bể để đảm bảo sinh khối cũng như chất lượng nước thải đầu ra.
7.1. Liều lượng chi phí nuôi cấy vi sinh:
Ví dụ: Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt có các thông số đầu vào như sau: Q = 2000 m3/ ngày, V = 700 m3, BOD =300 mg/L, COD= 600 mg/L. Giả định m=0.5ppm hoặc m=0.2ppm. Sản phẩm được sử dụng là BFL 4000SU. Tính chi phí nuôi cấy vi sinh cho 1 m3/ngày và cho biết kết quả bao lâu thì MLSS đạt được 3000mg/L?
Giải pháp
7.2 Các bước nuôi cấy vi sinh duy trì cho hệ thống bể:
* Hoạt hóa sản phẩm bằng cách pha loãng 1kg với 10 lít nước, trong vòng 30 phút đến 1 giờ, sau đó cho thẳng vào hệ thống bể xử lý nước thải.
* Chất dinh dưỡng đảm bảo được tỷ lệ BOD5:N:P = 100:5:1.
* Kiểm tra pH (5 – 9), nhiệt độ (25 – 400C) và DO phải được duy trì 1.0 – 2.0 mg/l.
Kết  quả nuôi cấy sau khi dử dụng sản phẩm vi sinh BLF 4000US: 
Sau 1 tuần thì MLSS trong bể đạt được trong khoangr 1.500-2000 mg/L.
Sau 2 tuần thì MLSS trong bể đạt được trong khoangr 3.000-3.500 mg/L.
Trong vòng 10-14 ngà bể đạt được MLSS là 3000 mg/L
Lưu ý: Để đạt được điều này thì BOD phải đạt 300  mg/L , Do phải được duy trì 1.0- 2.0 mg/L và lưu lượng bùn tuần hoàn phải hoạt động ở mức cao
8. Tham khảo thêm:
Technical Manager of Ecoworld.com.vn
Nguyễn Nhật Dương – Ks. Kỹ Thuật Xử Lý Môi Trường