Nghiên cứu-Thiết kế hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Bạch Đằng

khẩu trước đây. Sản lượng bia nước ta tăng nhanh qua các năm: Năm 1987 sản lượng bia cả nước có 84,5 triệu lít. Năm 1992 tăng lên 169 triệu lít. Năm 1997 tăng lên 667 triệu lít. Năm 1999/2000 tăng lên 1000 triệu lít. Tại Việt Nam, ngành công nghiệp Bia trong những năm trở lại đây phát triển nhanh (tốc độ khoảng 15%/năm). Năm 2003, công suất bia của cả nước đạt 1,29 tỷ lít, đến năm 2004 đã vượt lên 1,37 tỷ lít. Dự kiến năm 2010 sản lượng bia của cả nước sẽ đạt mức 2,5 tỷ lít. Theo báo cáo của bộ công nghiệp, tuy mới hết quí I/2005 nhưng công suất các nhà máy sản xuất bia trong nước đã đạt tới gấn 1,5 tỷ lít/năm. Riêng 10 tỉnh miền Trung trên 500 triệu lít/năm. Công ty bia huế có kế hoạch nâng công suất lên 100 triệu lít/năm, và công ty bia này cón có kế hoạch hợp tác với nhà máy bia Đông Hà (Quảng Trị) nâng công suất lên 30 triệu lít/năm. Tại Nghệ An, một dự án sản xuất bia với công suất trên 100 triệu lít/năm cũng đã đi vào hoạt động. Tổng công ty Rượu Bia và nước giải khát Sài Gòn (Sabeco) cũng đã đạt sản lượng hơn 403 triệu lít/năm, trong đó có 268 triệu lít được sản xuất tại Sabeco, số còn lại gia công từ 10 nhà máy địa phương. Tham gia cuộc chạy đua đầu tư bia với các Doanh nghiệp trong nước còn có các Doanh nghiệp nước ngoài. Sự xuất hiện của các thương hiệu bia nước ngoài nổi tiếng đang khiến cuộc đua giành giật thị phần của các hãng bia khốc liệt hơn. 2.2. VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO SẢN XUẤT BIA GÂY RA 2.2.1. Nguồn gốc phát sinh, thành phần và tính chất của chất thải do sản xuất bia 2.2.1.1. Khí thải Khí thải của các nhà máy bia chủ yếu từ khu vực lò hơi (đốt bằng dầu hoặc than) có chứa nhiều chất ô nhiễm đặc biệt là khí SO2, CO, NOx và bụi than. Khí H2S, CH4, hơi phát sinh từ công đoạn ủ do sự phân huỷ các chất hữu cơ, quá trình vệ sinh nhà xưởng và từ hệ thống xử lý nước thải. Ngoài ra, hơi Clorine, và tác nhân làm lạnh NH3 cũng được sử dụng trong hoạt động sản xuất bia. Hơi Clorine Dung dịch nước Clorine được dùng để khử trùng dụng cụ, thiết bị sản xuất, rửa tay, rửa nguyên vật liệu, vệ sinh giày, ủng trước khi vào phân xưởng, với hàm lượng từ 20-200 ppm. Hơi Clor (được giải phóng từ Chlorine) khuếch tán vào không khí trong khu vực sản xuất với nồng độ cao, gây ảnh hưởng tới sức khoẻ người lao động. Tác nhân làm lạnh NH3 Hơi NH3 có trong không khí khu vực sản xuất trong trường hợp bị rò rỉ từ dàn ống hệ thống làm lạnh. Khí NH3 (Amoniac) có mùi khai đặc trưng, dễ hoà tan trong nước, có phản ứng kiềm mạnh vì thế khí này làm rát mặt, mũi, họng, nách, bẹn. Tiêu chuẩn cho phép 0,02mg/l. Khí NH3 có trong không khí với hàm lượng phát nổ là 15-25%. Khi bồn chứa NH3 phát nổ thì áp lực tạo ra bởi vụ nổ sẽ gây ra các tác động: gây thương tích ảnh hưởng tới sức khỏe con người thậm chí gây tử vong do ngộ độc NH3, gây thiệt hại về tài sản. Ngoài ra, do đặc thù của công nghệ sản xuất bia, một số công đoạn công nghệ (đặc biệt là công đoạn lên men) sinh ra nhiều khí CO2. Khí này được dẫn về bồn nén làm sạch và khử trùng, sau đó hóa lỏng và được nạp vào bình để phục vụ cho các mục đích khác. 2.2.1.2. Bụi Bụi chủ yếu sinh ra từ quá trình nghiền nguyên liệu và lượng bụi này sinh ra là rất lớn. Thành phần bụi chủ yếu là các chất hữu cơ. Tải lượng ô nhiễm bụi phát sinh từ quá trình này tương đối lớn gây ra ô nhiễm nghiêm trọng trong khu vực sản xuất. Do đó cần có biện pháp xử lý bụi hiệu quả để đảm bảo môi trường làm việc tốt cho công nhân. 2.2.1.3. Nhiệt Nhiệt độ phát sinh chủ yếu ở các công đoạn sau: Môi trường có nhiệt độ thấp: Trong khu lên men, nhiệt độ này do yêu cầu của công nghệ lên men phải cần môi trường lạnh và nhiệt độ thấp nhất trong phòng lên men là 6 -80C. Môi trường có nhiệt độ cao: Trong khu vực lò hơi, khu vực nấu, khu vực rửa box. 2.2.1.4. Nước thải Bia chứa chủ yếu là nước (> 90%), còn lại là cồn (3 – 6 %), CO2 và các chất hòa tan khác. Vì vậy sản xuất bia là một trong những ngành công nghiệp đòi hỏi tiêu tốn rất nhiều nước do đó sẽ thải ra môi trường một lượng rất lớn nước thải. Nước thải của nhà máy bia thường gồm những loại sau: Nước làm nguội, nước ngưng tụ. Loại nước này không thuộc loại nước gây ô những nên có thể xử lý sơ bộ và tái sử dụng lại. Nước vệ sinh thiết bị như rửa thùng nấu, rửa bể chứa, rửa sàn nhà sản xuất. Loại nước này chứa nhiều chất hữu cơ, cần phải được tiến hành xử lý để làm sạch môi trường và tái sử dụng lại. Nước vệ sinh các thiết bị lên men, thùng chứa đường ống, sàn nhà lên men. Loại nước thải này chứa nhiều xác nấm men, xác nấm men rất dễ tự phân hủy, gây ra tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng. Loại nước này cần có biện pháp xử lý đặc biệt mới loại hết nguy cơ ô nhiễm. Nước rửa chai đựng bia. Loại nước thải này cũng gây ô nhiễm nghiêm trọng, nước này không chỉ chứa các chất hữu cơ mà còn chứa rất nhiều các hợp chất màu từ mực in nhãn, kim loại (đặc biệt là Zn và Cu). Ở nhiều nhà máy khác nhau lượng nước cấp và lượng nước thải không giống nhau. Sự khác nhau này phụ thuộc vào công nghệ và trình độ quản lý của từng nhà máy. Mặc khác, mức độ ô nhiễm ở các loại nước thải của những nhà máy bia khác nhau cũng khác nhau. Số liệu trung bình của những thông số trên như sau: Lượng nước cấp cho 1000 lít bia là 4 – 8 m3. Nước thải tính từ sản xuất 1000 lít bia là 2,5 – 6 m3. Tải trọng BOD là 3 – 6 kg/1000 lít bia. Tỷ lệ BOD/COD = 0,55 – 0,7. Hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong nước thải như sau: BOD5 1100 – 1500 mg/l. COD 1800 – 3000 mg/l. Tổng Nitơ 30 – 100 mg/l. Tổng phốt pho 10 – 30 mg/l. Bảng 2.1: Thành phần tính chất nước thải sản xuất bia của nhà máy bia Sài Gòn và khoảng trung bình của một số nhà máy khác. Thông số Đơn vị Nhà máy bia Sài Gòn Khoảng trung bình pH SS BOD5 COD PO43- N-NH3 - mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 4.5-5 250-300 1700-2700 3500-4000 20-40 12-15 5.5-9.5 95-650 850-2000 1600-2500 6-15 25-50 (Nguồn : Kết quả nghiên cứu thực nghiệm công nghệ xử lý nước thải bia _CEFINEA) 2.2.1.5. Chất thải rắn Chất thải rắn phát sinh từ quá trình sản xuất Chất thải rắn sản xuất chủ yếu là các nguyên liệu (malt đại mạch và gạo) dư thừa rơi vãi trong quá trình sản xuất, xác nấm men các loại bã gạo sau quá trình lọc Ngoài ra còn có một khối lượng lớn các loại vỏ chai bia làm bằng thiếc, bằng thuỷ tinh, bằng sành và bao bì bằng nilông, bằng nhựa hay giấy… dùng để đựng nguyên vật liệu. Chất thải rắn phát sinh từ sinh hoạt Chất thải chủ yếu là các thực phẩm thừa, các loại giấy báo, vỏ lon, nilông, đồ hộp, vỏ chai…. Các chất thải rắn này nếu không được xử lý thích đáng sẽ gây ảnh hưởng đến môi trường đất, không khí, nước và là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. 2.2.1.6. Tiếng ồn Tiếng ồn phát sinh chủ yếu từ các thiết bị trong dây chuyền công nghệ sản xuất như: máy xay, vận hành lò hơi, các máy móc khác. Ngoài ra, tiếng ồn còn phát sinh do các phương tiện vận chuyển và từ lượng công nhân sản xuất trong nhà máy. Các ô nhiễm vềø tiếng ồn này cũng có thể gây ra các tác động xấu đến con người như gây đau đầu, mệt mỏi và các căn bệnh về tai, ảnh hưởng đến năng suất lao động của công nhân trực tiếp sản xuất. 2.2.2. Ảnh hưởng tới môi trường của chất thải do sản xuất bia 2.2.2.1. Ảnh hưởng của khí thải tới môi trường Các nguồn gây ô nhiễm chính cho môi trường không khí chủ yếu từ các ống khói xả của lò hơi, từ máy phát điện, chủ yếu là các khí: SOx, NOx, CO, CxHy, bụi. Các khí này có ảnh hưởng lớn tới môi trường từ đó sẽ ảnh hưởng tới con người, mà trước hết là ảnh hưởng trực tiếp tới người công nhân làm việc trong nhà máy và ảnh hưởng tới những khu dân cư gần đó. Các khí thường ảnh hưởng trực tiếp tới cơ thể thông qua đường hô hấp từ đó gây ra những tác động tới cơ thể tùy vào loại khí. Khí CO có thể gây nhức đầu, chóng mặt và chết đột ngột khi hít phải với hàm lượng nhiều. Các khí như H2S, NH3 có mùi khó chịu ảnh hưởng đến xấu tới xức khỏe con người. Ngoài ra, chúng còn tác động xấu tới hệ động, thực vật nếu nồng độ quá ngưỡng cho phép. Vì vậy, phải thường xuyên kiểm tra, theo dõi nhằm đảm bảo không bị rò rỉ các khí này và phải có biện pháp giải quyết thích hợp. Ảnh hưởng do tiếng ồn Tiếng ồn không chỉ có ảnh hưởng đối với công nhân trực tiếp sản xuất mà còn ít nhiều gây ảnh hưởng đối với khu dân cư xung quanh. Tiếng ồn trước hết có ảnh hưởng tới thính giác của công nhân, tiếp xúc với tiếng ồn cường độ cao trong một thời gian dài sẽ làm thính lực giảm sút, dẫn tới các bệnh điếc nghề nghiệp. Ngoài ra tiếng ồn còn ảnh hưởng tới các cơ quan khác của cơ thể như rối loạn chức năng thần kinh, gây bệnh đau đầu, chóng mặt. Tiếng ồn cũng gây nên các thương tổn cho hệ tim mạch và làm tăng các bệnh về đường tiêu hóa. 2.2.2.3. Ảnh hưởng đến môi trường do chất thải rắn Chất thải rắn: bao bì, giấy, chất bã sau khi lọc, bã hèm còn sót lại sau quá trình thu gom,…từ các công đoạn sản xuất cần được thu gom quản lý chặt chẽ và xử lý hợp lý để tránh gây ảnh hưởng xấu đến nguồn tài nguyên đất cũng như ảnh hưởng đến tài nguyên nước ngầm khi có nước mưa làm thấm sau xuống mực nước ngầm. Rác thải sinh hoạt nếu thu gom, xử lý thích đáng cũng gây ô nhiễm môi trường đất, nước mặt, nước ngầm đồng thời cũng là môi trường thuận lợi cho vi trùng phát triển. 2.2.2.4. Ảnh hưởng của nước thải tới môi trường Hoạt động sản xuất bia có mức độ ô nhiễm khá lớn. Sự ô nhiễm này chủ yếu là do các chất có nguồn gốc hữu cơ hòa tan trong các dòng thải, kèm theo đó là nước thải chung có độ màu và độ đục cao, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao và vi sinh vật, nấm men, nấm mốc. Các tác động điển hình từ việc thải hồi nước thải sản xuất ra hệ thống cống chung của quận như sau: Sự hiện diện của các chất độc hại trong nước thải sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp tới hệ động vật dưới nước và hệ sinh thái thủy vực. Chúng không những làm chết các loài thủy sinh mà còn làm mất khả năng tự làm sạch của nguồn nước nơi tiếp nhận. Hàm lượng chất hữu cơ cao sẽ làm tăng các chất dinh dưỡng có trong nguồn nước, tạo hiện tượng phú dưỡng hóa kênh rạch, thúc đẩy sự phát triển bùng nổ của các loại rong tảo. Trong những điều kiện thiếu hụt các chất dinh dưỡng, chúng có thể bị chết và sự phân rã xác thực vật bậc thấp sẽ làm cho nguồn nơi tiếp nhận bị ô nhiễm lần thứ 2. Hàm lượng chất rắn cao sẽ dễ dẫn đến hiện tượng tắc nghẹt các đường cống thoát nước chung của quận. Sau thời gian tích tụ lâu ngày và dưới những điều kiện yếm khí, chúng có thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật hoại sinh. Kết quả của quá trình này là sản sinh ra các khí CH4, CO2, H2S, trong đó hydrosulfua là chất khí gây ra mùi thối đặc trưng. Ngoài ra trong quá trình xúc rửa chai, cũng tạo ra một lượng kim loại nặng và các chất độc hại khác trong các nhãn chai. Do đó, để gảm lượng kim loại nặng trong nước cần tránh in ấn bao bì bằng các chất có chứa kim loại nặng. 2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DO SẢN XUẤT BIA Tính chất chung của nguồn nước thải này là có nồng độ COD cũng như BOD khá lớn. Ngoài ra, trong nước thải còn có nồng độ chất lơ lửng lớn nhưng ở dạng dễ tách khỏi nước. Thành phần chủ yếu là xác men bia, các nguyên liệu chưa thủy phân hoàn toàn và một phần những sản phẩm lên men hòa tan khác như prôtêin, acid hữu cơ,….Do đó, nước thải được xử lý bằng các phương pháp sau: 2.3.1. Phương pháp xử lý cơ học Phương pháp này thường là giai đoạn sơ bộ, ít khi là giai đoạn kết thúc quá trình xử lý nước thải sản xuất. Phương pháp này dùng để loại các tạp chất không tan (còn gọi là các tạp chất cơ học) trong nước. Các tạp chất này có thể ở dạng vô cơ hay hữu cơ. Các phương pháp cơ học thường dùng là: lọc qua lưới, lắng, xiclon thủy lực, lọc qua các lớp vật liệu cát và quay ly tâm. Xử lý cơ học là giai đoạn chuẩn bị và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý hoá lý và sinh học. Phương pháp hóa học và hóa lý Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản ứng hóa học, các quá trình hóa lý diễn ra giữa chất bẩn với hóa chất cho thêm vào. Các phương pháp hóa học là oxi hóa, trung hòa, đông keo tụ. Thông thường các qúa trình keo tụ thường đi kèm theo quá trình trung hòa hoặc các hiện tượng vật lý khác. Những phản ứng xảy ra là phản ứng trung hòa, phản ứng oxy hóa khử, phản ứng tạo chất kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các chất độc hại. Phương pháp hóa học dùng trong xử lý nước thải cũng rất đa dạng và phức tạp. Đối với những nước thải có tỷ số COD:BOD >2 cần phải tính kỹ nên dùng các phương pháp xác định chính xác các chất gây ô nhiễm nước khó bị phân hủy bằng vi sinh vật để tìm ra các tác nhân và biện pháp loại bỏ chúng ra khỏi nước, đặc biệt là trong nước không được chứa các chất độc và tạp chất, các muối kim loại nặng hoặc nồng độ của chúng không được vượt quá nồng độ cho phép… thì vi sinh vật mới có thể sống và phát triển. Như vậy mới có thể làm sạch nước thải bằng phương pháp sinh học tiếp theo. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Quá trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hóa và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước. Cho đến nay người ta đã xác định được rằng, các vi sinh vật có thể phân hủy được tất cả các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và nhiều hợp chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo. Mức độ phân hủy phụ thuộc trước hết vào cấu tạo các chất hữu cơ, độ hòa tan trong nước và hàng loạt các yếu tố ảnh hưởng khác. Vi sinh vật có trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng. Quá trình dinh dưỡng làm cho chúng sinh sản, phát triển tăng số lượng tế bào (tăng sinh khối), đồng thời làm sạch (có thể là gần hoàn toàn) các chất hữu cơ hào tan hoặc các hạt keo phân tán nhỏ. Do vậy, trong xử lý sinh học, người ta phải loại bỏ các tạp chất phân tán thô ra khỏi nước thải trong giai đoạn xử lý sơ bộ. Đối với các tạp chất vô cơ có trong nước thải thì phương pháp xử lý sinh học có thể khử các chất Sulfit, muối Amon, Nitrat…các chất chưa bị oxy hóa hoàn toàn. Sản phẩm của các quá trình phân hủy này là khí CO2, nước, khí N2, ion Sulfat… Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp kỵ khí và hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình ôxy sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn xử lý sinh học tự nhiên. 2.3.3.1. Phương pháp sinh học tự nhiên Cơ sở của phương pháp là dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và nguồn nước. Ao hồ sinh học Hồ sinh học hay còn gọi là ao hồ ổn định nước thải. Đây là phương pháp xử lý đơn giản nhất và đã được áp dụng từ thời xa xưa. Phương pháp này không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tư ít, chi phí hoạt động rẻ tiền, quản lý đơn giản và hiệu quả cũng khá cao. Cơ sở khoa học của phương pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch của nước, chủ yếu là vi sinh vật và các thủy sinh khác, các chất nhiễm bẩn bị phân hủy thành các chất khí và nước. Như vậy, quá trình làm sạch không phải thuần nhất là quá trình hiếu khí, mà còn có cả quá trình tùy tiện và kị khí. Ao hồ hiếu khí Là loại ao nông 0,3 - 0,5m, có quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ chủ yếu nhờ các vi sinh vật hiếu khí. Chất hữu cơ trong nước thải được xử lý chủ yếu nhờ sự cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn sống ở dạng lơ lửng. Ôxy cung cấp cho vi khuẩn nhờ sự khuếch tán qua bề mặt và quang hợp của tảo. Chất dinh dưỡng và CO2 sinh ra trong quá trình phân hũy chất hữu cơ được tảo sử dụng. Để đạt hiệu quả tốt có thể cung cấp ôxy bằng cách thổi khí nhân tạo. Hồ hiếu khí có hai dạng: dạng (1) có mục đích là tối ưu sản lượng tảo, hồ này có chiều sâu cạn 0,15 – 0,45m; dạng (2) tối ưu lượng ôxy cung cấp cho vi khuẩn, chiều sâu hồ này khoảng 1,5m. Ao hồ tùy nghi Là loại ao hồ rất phổ biến trong thực tế. Đó là loại kết hợp có hai quá trình song song: phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hòa tan có đều ở trong nước và phân hủy kỵ khí (sản phẩm chủ yếu là CH4) cặn lắng ở vùng đáy. Trong hồ tùy tiện tồn tại 03 khu vực: Khu vực bề mặt: Nơi đó chủ yếu vi khuẩn và tảo sống cộng sinh. Khu vực đáy: Tích lũy cặn lắng và cặn này bị phân hủy nhờ vi khuẩn kỵ khí. Khu vực trung gian, chất hữu cơ trong nước thải chịu sự phân hủy của vi khuẩn tùy tiện. Có thể sử dụng máy khuấy để tạo điều kiện hiếu khí trên bề mặt khi tải trọng cao. Tải trọng thích hợp dao động trong khoảng 70 – 140 kg BOD5/ha ngày. Ao hồ kỵ khí Là loại ao sâu, ít có hoặc không có điều kiện hiếu khí. Các vi sinh vật kỵ khí hoạt động sống không cần oxy của không khí. chúng sử dụng oxy ở các hợp chất như Nitrat, Sunfat… để oxy hóa các chất hữu cơ, các loại rượu và khí CH4, H2S, CO2… và nước. Thường được áp dụng cho xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ cao và cặn lơ lửng lớn, đồng thời có thể kết hợp phân hủy bùn lắng. Hồ này có chiều sâu lớn, có thể sâu đến 9m. Tải trọng thiết kế khoảng 220 – 560 kg BOD5/ha ngày. Ao hồ xử lý bổ sung Có thể áp dụng sau quá trình xử lý sinh học (Aeroten, bể lọc sinh học hoặc sau hồ sinh học hiếu khí, tùy tiện, …) để đạt chất lượng nước ra cao hơn, đồng thời thực hiện quá trình Nitrate hóa. Do thiếu chất dinh dưỡng, vi sinh còn lại trong hồ này sống ở giai đoạn hô hấp nội bào và Ammonia chuyển hóa sinh học thành Nitrate. Thời gian lưu nước trong hồ này khoảng 18 – 20 ngày. Tải trọng thích hợp 67 – 200 kg BOD5/ha ngày. Kết luận: Tất cả các phương pháp xử lý nước thải đã trình bày ở trên có thể phân ra 2 nhóm: nhóm các phương pháp phục hồi và nhóm các phương pháp phân hủy. Đa số các phương pháp hóa lý được dùng để thu hồi các chất có thể tái sử dụng lại trong nước thải và thuộc nhóm các phương pháp phục hồi. Còn các phương pháp hỗn hợp và sinh học thuộc nhóm các phương pháp phân hủy. Gọi là phân hủy vì các chất bẩn trong nước thải sẽ bị phân hủy chủ yếu theo các phản ứng oxi hóa và một ít theo phản ứng khử. Các sản phẩm tạo thành sau khi phân hủy sẽ được loại khỏi nước thải ở dạng khí, cặn lắng hoặc còn lại trong nước nhưng không độc. Những phương pháp phục hồi và cả phương pháp hỗn hợp thường chỉ dùng để xử lý các loại nước thải đậm đặc riêng biệt, còn đối với các loại nước loãng với khối lượng nhiều thì dùng những phương pháp đó không hợp lý. Nước thải công nghiệp sau khi xử lý bằng phương pháp sinh hóa có thể xả ra nguồn sông hồ nếu đảm bảo được các tiêu chuẩn vệ sinh và nuôi cá. Nhiều khi còn có thể dùng lại được trong các dây chuyền sản xuất. Hỗn hợp nước thải sinh hoạt và sản xuất có thể xử lý bằng phương pháp sinh hóa nhưng trước đó phải qua xử lý sơ bộ bằng phương pháp cơ học. Có thể xử lý sơ bộ chung hoặc riêng đối với từng loại nước thải đó. Nhất thiết phải xử lý sơ bộ riêng nếu nước thải sản xuất chứa chủ yếu là các chất bẩn vô cơ hoặc chúng phải qua xử lý sơ bộ bằng các phương pháp hóa lý. Việc tính toán những công trình xử lý cơ học riêng biệt đối với nước thải sản xuất và nước thải sinh hoạt được thực hiện theo các chỉ dẫn thiết kế thoát nước bên ngoài của các xí nghiệp công nghiệp. Trong đó còn phải xét đến hiện tượng dao động lưu lượng và nồng độ nước thải, và phải đặt các bể điều hòa nếu cần thiết. Việc xử lý hỗn hợp nước thải sinh hoạt và sản xuất bằng phương pháp cơ học chỉ có lợi khi nước thải sản xuất tương tự nước thải sinh hoạt, chứa chủ yếu là các chất hữu cơ dễ bị oxi hóa, không đòi hỏi phải xử lý sơ bộ đặc biệt gì. Đôi khi phải dùng nước thải sinh hoạt để pha loãng nước thải sản xuất, tạo điều kiện cho quá trình sinh hóa sau đó diễn ra bình thường. Khi xử lý nước thải sản xuất sẽ tạo ra một lượng lớn cặn hữu cơ, vô cơ. Những loại cặn đó phải được xả đi và được chế biến để sử dụng lại như: làm vật liệu lọc (cặn của công nghiệp luyện kim), dùng làm chất trung hòa hoặc keo tụ các loại nước thải khác. Cặn hữu cơ sau khi xử lý là chất bón ruộng rất quý hoặc có thể dùng làm nhiên liệu đốt lò nhất là cặn chứa các chất như dầu hoặc dung môi hữu cơ. Tùy theo thành phần và tính chất của cặn mà chọn phương pháp xử lý và chế biến thích hợp. Độ ẩm và khả năng nhả nước của cặn là những yếu tố quan trọng nhất vì nó quyết định các chỉ tiêu kinh tế của từng phương pháp xử lý. Xử lý nước thải ở mức độ cao được ứng dụng trong các trường hợp yêu cầu giảm bớt nồng độ bẩn (theo chất lơ lửng, BOD, COD, Nitơ, Photpho và các chất khác…) sau khi đã xử lý sinh học trước khi xả vào nguồn nước. Cần lưu ý rằng, nước thải sau xử lý mức độ cao có thể ứng dụng lại trong các quá trình công nghệ của nhà máy và do đó giảm được lượng nước thải xả vào nguồn, giảm được nhu cầu sử dụng nước cho sản xuất. Để loại bỏ ở mức độ cao các chất lơ lửng, thường ứng dụng các bể lọc cấu trúc khác nhau, tuyển nổi dạng bọt. Để loại bỏ các tạp chất khó oxi hóa có thể sử dụng các phương pháp keo tụ và hấp phụ. Khử Nitơ và Photpho trong nước thải được tiến hành trong những trường hợp khi xả nước thải vào nguồn nước có khả năng gây ra hiện tượng phú dưỡng. Sự phú dưỡng nước là một vấn đề đặc biệt quan trọng đối với nguồn nước sử dụng cho ăn uống sinh hoạt. Chúng tạo điều kiện thuận lợi cho các loại tảo độc lục - xanh gây nguy hiểm cho con người và động vật. Để loại bỏ nitơ trong nước thải sau khi xử lý sinh học dưới dạng NO2-, NO3- và các muối Ammonia, thường sử dụng các phương pháp hóa - lý (trao đổi ion, hấp phụ bằng than hoạt tính sau khi thực hiện clorua hóa sơ bộ, thẩm thấu ngược…) hoặc phương pháp sinh học (quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat). Để loại các liên kết Photpho ra khỏi nước thải, thường áp dụng phương pháp hóa học (dùng vôi, Sunfat nhôm, Sunfat sắt). Đối với các loại nước thải không thể dùng phương pháp trên để xử lý, hoặc không lợi về kinh tế, kĩ thuật thì có thể dùng các phương pháp cô đặc, nung, đốt cháy hay bơm sâu xuống lòng đất qua các giếng khoan. Cô đặc các dung dịch: được dùng để thu hồi các sản phẩm (như trong công nghiệp chế biến hóa chất) hoặc để giảm dung tích nước bẩn (các loại nước bẩn chứa chất phóng xạ trong công nghiệp điện tử). Đốt cháy được dùng để khử các chất độc hữu cơ. Ngày nay ở nhiều nước đã dùng phương pháp “nung đốt” tức là oxi hóa nước thải đậm đặc bằng oxy của không khí ở nhiệt độ 3000C và áp suất 100at. Phương pháp này sẽ kinh tế nếu thu hồi và tận dụng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy các chất. Khử hoạt tính nước thải chứa các chất phóng xạ bằng cách chứa trong các bể, đầm, hồ trong một thời gian trước khi xả ra nguồn nếu các chất đó có chu kỳ phân hủy ngắn, hoặc loại chúng cùng chất lơ lửng của nước thải nếu chúng có chu kỳ phân hủy dài. Nhìn chung khi chọn các phương pháp xử lý nước thải công nghiệp phải căn cứ vào đặc điểm về khối lượng, chất lượng của các chất ô nhiễm và các điều kiện địa phương khác. Trong mọi trường hợp phải chọn phương pháp xử lý và sử dụng nước thải một cách hiệu quả nhất, kinh tế nhất về xây dựng và quản lý. Cánh đồng tưới và bãi lọc Việc xử lý nước thải được thực hiện trên những cánh đồng tưới và bãi lọc và dựa vào khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nhờ có oxy trong các lỗ hổng và mao quản của lớp đất mặt, các vi sinh vật hiếu khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Càng sâu xuống, lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa các chất hữu có nhiễm bẩn giảm dần. Cuối cùng đến độ sâu ở đó chỉ diễn ra quá trình khử Nitrat. Đã xác định được quá trình oxy hóa nước thải chỉ xảy ra ở lớp đất mặt sâu tới 1,5m. Vì vậy, các cánh đồng tưới và bãi lọc chỉ được xây dựng ở những nơi có mực nước nguồn thấp hơn 1,5m so với mặt đất. 2.3.3.2. Phương pháp sinh học nhân tạo a. Quá trình kỵ khí Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc Đối với nước thải có BOD cao, xử lý bằng phương pháp kỵ khí tiếp xúc rất hiệu quả. Nước thải chưa xử lý được khuấy trộn với bùn tuần hoàn và sau đó được phân hủy trong bể phản ứng kín không cho không khí vào. Sau khi phân hủy, hỗn hợp bùn nước đi vào bể lắng hoặc tuyển nổi: nước trong đi ra, nếu chưa đạt yêu cầu xả vào các nguồn nước thì phải xử lý tiếp bằng phương pháp hiếu khí với Aroten hoặc lọc sinh học. Bùn kỵ khí sau khi lắng được hồi lưu để nuôi cấy trong nước thải mới. Lượng sinh khối vi sinh vật kỵ khí thấp nên bùn dư thừa là rất ít. Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB) Đây là một trong những quá trình kỵ khí ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do: Cả ba quá trình phân hủy – lắng bùn – tách khí được lắp đặt trong cùng một công trình. Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng. Ít tiêu tốn năng lượng vận hành. Ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn và lượng bùn sinh ra dễ tách nước. Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng. Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí Methane. Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám Đây là phương pháp xử lý kỵ khí nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám với vi khuẩn kỵ khí trên các giá mang. Hai quá trình phổ biến của phương pháp này là lọc kỵ khí và lọc với lớp vật liệu trương nở, được dùng để xử lý nước thải chứa các chất cacbon hữu cơ. Quá trình xử lý với sinh trưởng gắn kết cũng được dùng để khử Nitrat. Bể lọc kỵ khí Bể lọc kỵ khí là một bể chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa carbon trong nước thải. Nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên hoặc từ trên xuống, tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó có vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển. Vì vi sinh vật được giữ trên bề mặt vật liệu tiếp xúc và không bị rửa trôi theo nước sau xử lý nên thời gian lưu của tế bào sinh vật rất cao (khoảng 100 ngày). Bể phản ứng có dòng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật liệu lọc cố định Đây là dạng kết hợp giữa quá trình xử lý kỵ khí lơ lửng và dính bám. b. Quá trình hiếu khí Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng Trong quá trình bùn hoạt tính, các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan chuyển hóa thành bông bùn sinh học – quần thể vi sinh vật hiếu khí – có khả năng lắng dưới tác dụng của trọng lực. Nước chảy liên tục vào bể Aeroten, trong đó khí được đưa vào cùng xáo trộn với bùn hoạt tính nhằm cung cấp ôxy cho vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ. Dưới điều kiện như thế, vi sinh vật sinh trưởng tăng sinh khối và kết thành bông bùn. Hỗn hợp bùn và nước thải chảy đến bể lắng đợt 2 và tại đây bùn hoạt tính lắng xuống đáy. Lượng lớn bùn hoạt tính (25 – 75% lưu lượng) tuần hoàn về bể Aeroten để giữ ổn định mật độ vi khuẩn, tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ. Lượng sinh khối dư mỗi ngày cùng với lượng bùn tươi từ bể lắng 1 được dẫn tiếp tục đến công trình xử lý bùn. Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị ôxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3-, SO42-, …Một cách tổng quát, vi sinh vật tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm: Pseudomonas, Zoogloea, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium,… và hai loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas, Nitrobacter. Một số dạng bể ứng dụng quá trình bùn hoạt tính lơ lửng như sau: Bể aeroten thông thường Đòi hỏi chế độ dòng chảy nút (plug – flow), khi đó chiều dài bể rất lớn so với chiều rộng. Trong bể này nước thải vào có thể phân bố ở nhiều điểm theo chiều dài, bùn hoạt tính tuần hoàn đưa vào đầu bể. Ở chế độ dòng chảy nút, bông bùn có đặc tính tốt hơn, dễ lắng. Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể. Quá trình phân hủy nội bào xảy ra ở cuối bể. Hình 2.1: Bể aeroten thông thường Bể Aeroten mở rộng Hạn chế lượng bùn dư sinh ra, khi đó tốc độ sinh trưởng thấp, sản lượng bùn thấp và chất lượng nước ra cao hơn. Thời gian lưu bùn cao hơn so với các bể khác (20 – 30 ngày). Hàm lượng bùn thích hợp trong khoảng 3.000 – 6.000 mg/L. Bể Aeroten xáo trộn hoàn toàn Bể này thường có dạng tròn hoặc vuông, hàm lượng bùn hoạt tính và nhu cầu ôxy đồng nhất trong toàn bộ thể tích bể. Đòi hỏi chọn hình dạng bể, trang thiết bị sục khí thích hợp. Thiết bị sục khí cơ khí (motour và cánh khuấy) hoặc thiết bị khuếch tán khí thường được sử dụng. Bể này có ưu điểm chịu được quá tải rất tốt. Hình 2.2: Bể aeroten khuấy trộn hoàn toàn Bể hoạt động gián đoạn (SBR) Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cạn. Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, chỉ có điều tất cả quá trình xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước: làm đầy, phản ứng, lắng, xả cạn, ngưng. Mương ôxy hóa Là mương dẫn dạng vòng có sục khí để tạo dòng chảy trong mương có vận tốc đủ xáo trộn bùn hoạt tính. Vận tốc trong mương thường được thiết kế lớn hơn 3 m/s để tránh cặn lắng. Mương ôxy hóa có thể kết hợp quá trình xử lý Nitơ. Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám Bể lọc sinh học Bể lọc sinh học là công trình trong đó nước thải được lọc qua lớp vật liệu có kích thước hạt lớn. Bề mặt các hạt vật liệu đó được bao bọc bởi một màng sinh vật do loại vi sinh vật hiếu khí tạo thành. Sau khi lắng trong các bể lắng đợt 1 nước thải được cho qua bể lọc sinh vật. Ở đó màng sinh học sẽ hấp phụ các chất phân tán nhỏ, chưa kịp lắng, cả các chất ở dạng keo và hoà tan. Các chất hữu cơ bị màng sinh vật giữ lại sẽ bị oxy hoá bởi các vi sinh vật hiếu khí. Chúng sử dụng các chất hữu cơ, một phần để sinh ra năng lượng cần thiết cho sự sống và hoạt động, một phầøn để xây dựng tế bào (nguyên sinh chất) và tăng kối lượng cơ thể. Như vậy một phần các chất bẩn hữu cơ bị loại khỏi nước thải, mặt khác khối lượng màng sinh vật hoạt tính trong vật liệu lọc đồng thời cũng tăng lên. Màng đó sau một thời gian già cỗi, chết đi và bị dòng nước mới và xói cuốn đi khỏi bể lọc. Thực chất quá trình oxy hoá diễn ra trong bể lọc sinh vật cũng tương tự như các quá trình diễn ra ở cánh đồng tưới, cánh đồng lọc. Song nhờ những điều kiện nhân tạo thuận lợi đối với sự sống hoạt động của vi sinh vật hiếu khí nên các quá trình oxy hoá sinh hoá trong các bể sinh vật diễn ra mạnh hơn nhiều do đó kích thước công trình cũng nhỏ hơn nhiều. Theo chế độ làm việc các bể lọc chia ra làm 2 loại: ._.