Phương pháp xử lý nước thải đô thị

Nước thải là gì ?

Nguồn thải: Nước thải sinh hoạt phát sinh của các hộ dân trong khu vực, cao ốc, chung cử được thu gom sau bể tự hoại để đưa về hệ thống xử lý nước thải, tại hệ thống xử lý nước thải tập trung. Nước thải sẽ được xử lý để đạt QCVN 14:2008/BTNMT, Cột A. Sau đó xả ra nguồn tiếp nhận.

Xử lý nước thải sơ bộ

Nước thải bồn cầu (nước thải đen) được xử lý sơ bộ bằng bể tự hoại 3 ngăn, sau đó được đưa đến hệ thống xử lý nước thải tập trung.

Nguyên tắc hoạt động của bể tự hoại:

Bể tự hoại là công trình đồng thời làm 2 chức năng (lắng và phân huỷ cặn lắng). Dưới tác dụng của vi sinh vật kỵ khí, các chất hữu cơ bị phân huỷ, một phần tạp thành các chất kỵ khí và một phần tạo thành các chất vô cơ hoà tan.
Khi phân huỷ xong, nước thải chảy qua ngăn lắng để lắng bỏ lớp cặn và lọc sơ bộ trước khi thải ra ngoài. Cặn lắng sẽ được giữ lại trong bể từ 3-6 tháng và định kì được hút thải bỏ. Để xử lý sơ bộ nước thải đen của các khu nhà ở.

Hệ thống xử lý nước thải tập trung

Công nghệ xử lý nước thải như sơ đồ sau.

Thuyết minh công nghệ xử lý nước thải:

Bể điều hòa 
Bể điều hòa được thiết kế nhằm cân bằng lưu lượng cũng như nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước thải. Bể điều hòa được cấp khí khuấy trộn thông qua hệ thống máy thổi khí, ống và đĩa phân phối khí. Việc cấp khí giúp nước thải được khuấy trộn đều, làm ổn định nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước thải giúp hệ thống xử lý phía sau vận hành ổn định mà không cần phải điều chỉnh nhiều.
Nước thải từ bể điều hòa được bơm vào bể thiếu khí (Anoxic).
Bể Anoxic 
Sau khi được điều hòa ổn định, nước thải được bơm qua bể xử lý sinh học. Có 02 bể sinh học được phối hợp nhằm loại bỏ các chất hữu cơ (BOD5, COD), nitrat hóa (phản ứng chuyển NH4+ thành NO3-) và khử nitrát (chuyển NO3- thành khí N2). Hai (02) bể sinh học này được thiết kế và vận hành ở 2 điều kiện môi trường khác nhau: thiếu khí (thiếu oxy) và hiếu khí (giàu oxy), trong đó bể thiếu khí đặt trước bể hiếu khí .
Bể hiếu khí có nhiệm vụ loại bỏ các chất hữu cơ và nitrát hóa. Bể thiếu khí có nhiệm vụ khử nitrát. Để thực hiện việc khử nitrát, hỗn hợp bùn và nước ở cuối bể MBBR (có chứa nhiều nitrat) sẽ được bơm tuần hoàn lại bể thiếu khí. Bể thiếu khí Anoxic – TK04 được trang bị các máy khuấy chìm nhằm khuấy trộn đều bùn và nước thải, kích thích quá trình phản ứng khử nitrat.
Bể sinh học hiếu khí MBBR
Nước thải từ bể Anoxic được chảy tự động vào bể xử lý màng sinh học hiếu khí MBBR, trong đó sử dụng các giá thể cho vi sinh dính bám để sinh trưởng và phát triển. 
Các giá thể này luôn chuyển động không ngừng trong toàn thể tích bể nhờ các thiết bị thổi khí và cánh khuấy qua đó thì mật độ vi sinh ngày càng gia tăng, hiệu quả xử lý ngày càng cao. 
Bể có nhiệm vụ xử lý các hợp chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời Trinitrate hóa và Denitrate, giúp loại bỏ các hợp chất nitơ, phospho trong nước thải, do đó không cần sử dụng bể thiếu khí. 
Vi sinh vật bám trên bề mặt vật liệu lọc gồm 3 loại: lớp ngoài cùng là vi sinh vật hiếu khí, tiếp là lớp vi sinh vật thiếu khí, lớp trong cùng là vi sinh vật kị khí. Trong nước thải sinh hoạt, nitơ chủ yếu tồn tại ở dạng amoniac, hợp chất nitơ hữu cơ. 
Vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển hóa hợp chất nitơ về dạng nitrite, nitrate. Tiếp tục vi sinh vật thiếu khí và kị khí sẽ sử dụng các hợp chất hữu cơ trong nước thải làm chất oxy hóa để khử nitrate, nitrite về dạng khí N2 bay lên. 
Mặt khác quá trình nitơ một phần còn được thực hiện tại bể lắng sinh học
Chất hữu cơ cấp cho phản ứng (2) có sẵn trong dòng vào của nước thải 
Ngoài ra, nhằm duy trì lượng bùn lớn trong các bể hiếu khí và thiếu khí và giảm lượng bùn thừa sinh ra, bể hiếu khí sẽ được bổ sung thêm các vật liệu đệm sinh học di động (hay còn gọi là giá thể di động Biochip). Các vật liệu này là môi trường cho các vi sinh vật dính bám để phân hủy các chất hữu cơ. Các vật liệu đệm này làm bằng nhựa (PE), có diện tích bề mặt lớn (3.000 m2/m3) giúp tăng cường khả năng tiếp xúc và nhẹ nên hoàn toàn có thể lơ lửng trong xử lý nước thải công nghiệp khi cấp khí vào bể.
Các vật liệu này giúp tăng hàm lượng vi sinh bên trong bể cao hơn so với công nghệ xử lý sinh học cổ điển (5.000 – 8.000 mg/l) giúp tăng cường khả năng chịu “sốc” tải của bể khi chất lượng nước thải thay đổi đột ngột và cũng giúp giảm lượng bùn thừa sinh ra trong quá trình xử lý do phần lớn bùn đã dính bám trên bề mặt vật liệu bên trong bể. Oxy được cấp vào bể hiếu khí nhờ hệ thống máy thổi khí, ống khí được bố trí đều dưới đáy bể.
Để đảm bảo hiệu quả của quá trình xử lý, nồng độ oxy hòa tan của nước thải trong bể hiếu khí cần được luôn luôn duy trì ở giá trị lớn hơn 2 mg/l bằng cách bố trí hệ thống phân phối khí đều khắp mặt đáy bể.
Bể lắng sinh học
Bằng cơ chế của quá trình lắng trọng lực, bể lắng có nhiệm vụ tách cặn vi sinh từ bể xử lý sinh học hiếu khí lơ lửng dính bám mang sang. Nước thải ra khỏi bể lắng có hàm lượng cặn (SS) giảm đến hơn 80%. Bùn lắng ở đáy ngăn lắng sẽ được bơm bùn bơm tuần hoàn về bể xử lý sinh học hiếu khí để bổ sung lượng bùn theo nước đi qua ngăn lắng. Phần bùn dư sẽ được chuyển định kỳ về bể tự hoại, còn nước trong trên mặt bể sẽ chảy tràn sang bể khử trùng.
Bể khử trùng 
Nước sau bể lắng sẽ được chuyển tới bể khử trùng. Tại đây hóa chất khử trùng được bơm định với nồng độ và lưu lượng ổn định vào bể để xử lý triệt để các vi trùng gây bệnh như E.Coli, Coliform,… Quá trình khử trùng nước xảy ra qua 02 giai đoạn: đầu tiên chất khử trùng khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật sau đó phản ứng với men bên trong tế bào và phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt.
Thiết bị lọc áp lực 
Lọc áp lực có tác dụng giữ lại các chất bẩn trong lớp vật liệu lọc, nước sau lọc sẽ chảy qua bể khử trùng, sau một thời gian vận hành lượng chất bẩn tích tụ nhiều sẽ làm tăng áp lực cho 02 bơm WP06A/B, lúc này sẽ tiến hành rửa ngược lọc áp lực. Nước rửa lọc sẽ được đưa về bể điều hòa tái xử lý.
Nước thải sau xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT, cột A, K = 1,0 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt
Bể lọc áp lực
Nước sau khi khử trùng được bơm lên thiết bị lọc áp lực để loại bỏ lượng chất rắn lơ lững còn lại trong nước thải. Nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn Cột A, QCVN 14:2008/BTNMT quy chuẩn về xử lý nước thải sinh hoạt và được đưa sang bể chứa nước sau xử lý và được bơm ra nguồn tiếp nhận
Hóa chất sử dụng
Các loại hóa chất, chế phẩm sinh học sử dụng trong trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải:
- Hóa chất:
+ Hóa chất điều chỉnh pH: NaOH 98% dạng bột
+ Hóa chất khử trùng: nước Javen NaOCl (dạng lỏng)
+ Hóa chất hấp thụ: dung dịch NaOH loãng (10%)
Phương án vận hành hệ thống xử lý nước thải trong giai đoạn thấp tải: 
Nuôi cấy vi sinh hệ thống mới: 
+ Ngày thứ 1: Cho nước thải vào đầy 1/3 bể sinh học có sục khí + 2/3 bể nước đã xử lý, tuần hoàn lại hay nước sạch để giảm tải lượng ô nhiễm, sao cho tải lượng COD trong thời gian nuôi cấy < 2 kg/m3 (<2000 mg/l), cho sản phẩm vi sinh đã tính toán kết hợp chất dinh dưỡng vào bể để vi sinh bắt đầu tăng trưởng sinh khối
+ Ngày thứ 2: cho nước lắng 2h, sau đó cho nước trong ra, cho lượng nước thải mới vào, sục khí và tiếp tục cho sản phẩm vi sinh N100 vào bể, ngày thứ 3 lại cho nước lắng 2h và cho nước trong ra khỏi bể và cứ như vậy cho tới ngày thứ 20;
+ Sau khi nuôi cấy đến ngày 20 thì cho nước trong đã lắng ra ngoài;
+ Nạp nước thải mới vào và bắt đầu hệ thống bình thường, lúc này lượng sinh khối đã tăng lên đến mức ổn định để sử lý chất hữu cơ Tích nước vào bể điều hòa: Điều chỉnh bơm nước thải tại bể điều hòa bơm vào hệ thống duy trì thời gian bơm khoảng 8 – 10 giờ (nếu nước thải phát sinh ít điều chỉnh bơm nước thải tại bể điều hòa với lưu lượng nhỏ)