Thiết Kế Và Lựa Chọn Sơ Đồ Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Toàn Diện

Vài ngày trước

Kiến Thức Chuyên Ngành

Tổng hợp toàn bộ các công nghệ, các quá trình phân tách cấu phần ô nhiễm và cẩm nang 25 tiêu chí lựa chọn sơ đồ vận hành nhà máy xử lý nước thải tập trung.

NỘI DUNG BÀI VIẾT

Xử Lý Nước Thải - Kỹ Thuật Bảo Vệ Nguồn Nước Mặt Và Thiết Kế Hệ Thống

MỨC ĐỘ CẦN THIẾT XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Tùy thuộc vào yêu cầu của nguồn tiếp nhận và đặc tính của dòng vào, quy trình công nghệ được phân thành 6 cấp độ vận hành:

┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│                   Sơ bộ (Preliminary)                  │ -> Loại bỏ rác, vật nổi, cát, dầu mỡ
└───────────────────────────┬────────────────────────────┘
                            ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    Bậc I (Primary)                     │ -> Loại bỏ một phần SS và chất hữu cơ
└───────────────────────────┬────────────────────────────┘
                            ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    Bậc I tăng cường                    │ -> Keo tụ tạo bông hoặc lọc công nghệ
└───────────────────────────┬────────────────────────────┘
                            ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       Bậc II                           │ -> Khử CHC hòa tan & Khử trùng
└───────────────────────────┬────────────────────────────┘
                            ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       Bậc III                          │ -> Lọc cát/lưới lọc để khử SS & Khử dinh dưỡng
└───────────────────────────┬────────────────────────────┘
                            ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       Bậc cao                          │ -> Tái sử dụng nguồn nước tuần hoàn
└─────────────────────────── As bản vẽ thiết kế ─────────┘

1. Mức độ xử lý sơ bộ

Mục tiêu là loại bỏ các thành phần có kích thước lớn và tạp chất thô như rác, các vật thể nổi, cát và lượng dầu mỡ béo giúp ngăn ngừa các vấn đề trong suốt quá trình vận hành và bảo dưỡng cho các công trình nằm phía sau.

2. Mức độ xử lý bậc I

Sau khi qua giai đoạn sơ bộ, dòng chảy được chuyển tiếp vào các bể lắng trọng lực để loại bỏ một phần chất rắn lơ lửng SS và các hợp chất hữu cơ có khả năng lắng tự nhiên.

3. Mức độ xử lý bậc I tăng cường

Tích hợp thêm quá trình keo tụ tạo bông hóa học hoặc sử dụng các module lọc chuyên dụng giúp tăng năng lực khử cặn lơ lửng SS và các hợp chất hữu cơ (CHC) hòa tan dạng keo.

4. Mức độ xử lý bậc II

Sử dụng các biện pháp sinh học hoặc hóa học để phân hủy và khử các chất hữu cơ ở cả dạng hòa tan và dạng cặn lơ lửng chưa lắng được ở bậc I. Toàn bộ chu trình phân hủy sinh học này biến đổi các hợp chất carbon thành các chất vô cơ. Công tác khử trùng tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh được tích hợp trong xử lý bậc II này.

5. Mức độ xử lý bậc III

Sau khi kết thúc bậc II nhằm loại bỏ lượng chất rắn lơ lửng SS còn sót lại bằng các thiết bị lọc cát thạch anh hoặc hệ thống lưới lọc vi mô. Đồng thời, công đoạn này chịu trách nhiệm khử các chất dinh dưỡng hòa tan khó xử lý.

6. Mức độ xử lý bậc cao

Nhằm loại bỏ triệt để các chất lơ lửng và chất hòa tan còn sót lại sau toàn bộ quá trình xử lý sinh học bình thường. Chỉ được áp dụng khi nhà máy có yêu cầu tận dụng và tái sử dụng lại nguồn nước sau xử lý phục vụ cho các mục đích sản xuất hoặc tưới tiêu cảnh quan.

Phân Tích Các Thành Phần Ô Nhiễm Trong Nước

Việc thiết kế một module xử lý nước thải dựa trên phân loại công nghệ sau:

Cặn lơ lửng (SS): Được phân tách bằng song chắn rác, cụm lắng cát, bể lắng trọng lực, thiết bị tuyển nổi áp lực, hệ thống kết tủa hóa học và các tầng lọc vật lý.
Chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học: Được xử lý qua 4 mô hình sinh học chính: quá trình sinh trưởng lơ lửng hiếu khí, quá trình sinh trưởng bám dính hiếu khí, quá trình sinh trưởng lơ lửng kỵ khí và sinh trưởng bám dính kỵ khí. Ngoài ra, có thể kết hợp hệ thống hồ sinh học tự nhiên, giải pháp xử lý đất, các phản ứng oxy hóa hóa học hoặc công nghệ màng lọc sinh học.
Chất dinh dưỡng dạng Nitơ: Được loại bỏ bằng giải pháp oxy hóa hóa học sử dụng hợp chất chlorine, hệ thống sinh học lơ lửng hoặc màng bám dính hoạt động theo chu trình nitrat hóa và khử nitrat. Các phương án phụ trợ khác bao gồm tháp tách khí, bồn trao đổi ion, xử lý hóa học chuyên dụng và các chu trình xử lý sinh học.
Chất dinh dưỡng dạng Photpho: Áp dụng kết hợp đồng thời biện pháp xử lý hóa học kết hợp chu trình sinh học.
Vi sinh vật gây bệnh: Bị tiêu diệt ở công đoạn khử trùng cuối dòng bằng cách châm các hợp chất chứa chlorine, sử dụng khí chlorine dioxide, sục khí Ozone mạnh mẽ hoặc ứng dụng bức xạ đèn cực tím UV.
Hệ keo và cặn lơ lửng mịn: Phân tách bằng các module màng lọc hoặc áp dụng các phản ứng xử lý hóa học tạo bông.
Mùi phát sinh: xử lý bằng hệ thống tháp hấp phụ than hoạt tính hoặc tầng lọc sinh học bằng phân ủ tự nhiên.

Sơ Đồ Công Nghệ Trạm Xử Lý Nước Thải Điển Hình

1. Sơ đồ công nghệ bằng phương pháp cơ học

Đây là mô hình ứng dụng cho các trạm thô ban đầu. Dòng nước thải đô thị ( $n$ đi vào song chắn rác (1) để giữ lại rác thô ( $r$ chuyển về máy nghiền rác ( $1'$ ) tạo rác mịn ( $r_1$ ) trả lại hệ thống. Nước tiếp tục qua bể lắng cát (2) để tách hỗn hợp cát-nước ( $c$ ) dẫn ra sân phơi cát ( $2'$ ). Nước sau đó vào bể lắng (3) để phân tách bùn tươi ( $b$ ) dẫn về bể Methane (6).

Nước trong qua bể tiếp xúc (4) hòa trộn với nước Clo từ trạm Clo khử trùng (10) rồi xả ra nguồn tiếp nhận (5). Lượng bùn từ bể tiếp xúc ( $b_{tx}$ ) và bùn tươi ( $b$ ) sau khi lên men tại bể Methane (6) tạo ra bùn đã lên men ( $b_1$ ) đưa ra sân phơi bùn (7), nước thu từ sân phơi bùn ( $n_1$ ) quay lại đầu trạm. Khí sinh vật ( $k$ ) sinh ra từ bể Methane được lưu tại bể chứa khí ( $9$ ) rồi dẫn theo đường ( $h$ ) cấp cho nồi hơi (8) để tạo hơi nóng ( $h_n$ ) tuần hoàn ngược lại nuôi nhiệt cho bể Methane.

2. Sơ đồ công nghệ sinh học sử dụng vi sinh vật dính bám (Bể lọc sinh học)

Dòng thải sau bể lắng cát (2) được đưa vào bể làm thoáng sơ bộ (T) nhận khí nén ( $k_n$ ) từ gian máy thổi khí (11). Nước chuyển tiếp qua bể lắng đợt 1 ( $3a$ ) để tách bùn tươi ( $b$ ) về bể Methane (6). Dòng lỏng đi vào bể lọc sinh học (B) vận hành nhờ màng lọc sinh học ( $m$ ), qua bể lắng đợt 2 ( $3b$ ) để lắng giữ màng sinh học già. Một phần nước được tuần hoàn lại theo đường ( $n_{th}$ ) để ổn định tải trọng, phần còn lại qua bể tiếp xúc (4) để khử trùng bằng Clo trước khi xả đi. Chu trình xử lý bùn cặn và tận dụng khí sinh học đốt nồi hơi diễn ra khép kín tương tự sơ đồ cơ học.

Công Trình Xử Lý Nước Thải Đã Triển Khai Trong Thực Tế

Nhà máy xử lý nước thải Thủ Dầu Một (Bình Dương)

Công trình có công suất thiết kế lên đến 80.000 $m^3/ngđ$ (hiện tại đang vận hành ổn định ở mức 17.000 - 18.000 $m^3/ngđ$ ). Quy trình công nghệ thực tế bao gồm:

Trạm bơm và đầu vào: Nước thải qua bể tiếp nhận, song chắn rác thô để giữ lại rác lớn đưa về thiết bị rửa và nén rác trước khi đem đi chôn lấp hợp vệ sinh.
Nhà đầu vào: Sử dụng công nghệ bể lắng cát thổi khí giúp phân tách cát sạch ra ngoài qua hệ thống tách nước. Toàn bộ lượng khí phát sinh tại nhà đầu vào và mương hở được hút cưỡng bức đưa về nhà khử mùi chứa hệ thống tháp khử mùi và ống khói xả khí D1400 để triệt tiêu mùi hôi.
Cụm phản ứng sinh học: Áp dụng công nghệ bể bùn hoạt tính phân mẻ dòng liên tục ASBR. Thiết bị thu nước trong tự động thu dòng nước trong sau lắng đưa về bể khử trùng bằng hệ thống đèn cực tím UV tiên tiến, sau đó chảy qua hồ hoàn thiện trước khi xả ra sông Sài Gòn đạt chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT, cột A. Lượng bùn dư từ ASBR qua bể cô đặc bùn, dẫn về nhà tách bùn và đưa đi chôn lấp.

[Nước thải] ──> Song chắn rác ──> Bể lắng cát thổi khí ──> Bể ASBR ──> Đèn UV ──> [Sông Sài Gòn]

25 Tiêu Chí Lựa Chọn Và Đề Xuất Công Nghệ Xử Lý Nước Thải

STT	Yếu tố	Chú thích và cơ sở đánh giá kỹ thuật
1	Khả năng ứng dụng công nghệ	Đánh giá dựa trên kinh nghiệm thiết kế thực tế từ các trạm, dữ liệu vận hành của các công trình tương tự, các công bố trên tạp chí khoa học, hướng dẫn của EPA/Bộ Xây dựng và kết quả chạy mô hình thử nghiệm pilot.
2	Giới hạn lưu lượng và tải lượng	Thiết bị và bể phản ứng phải đáp ứng được dải biến động lưu lượng tính toán cần xử lý của dự án.
3	Mạng lưới thu gom nước thải	Nắm vững cấu trúc mạng lưới thoát nước dẫn về trạm, tiêu chuẩn quy định đấu nối và công suất của các hệ thống xử lý tại chỗ.
4	Biến thiên lưu lượng dòng chảy	Phải tính toán các bể điều hòa vì các công trình sinh học chỉ hoạt động ổn định ở một lưu lượng và nồng độ tối ưu.
5	Tính chất nước thải đầu vào	Quyết định việc lựa chọn công nghệ theo hướng thuần cơ học, hóa lý hay bắt buộc áp dụng sinh học.
6	Những thành phần gây ức chế	Định lượng các độc chất, kim loại nặng hoặc độ mặn có thể gây chết vi sinh vật hoặc ức chế phản ứng.
7	Yếu tố khí hậu ràng buộc	Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp lên tỷ lệ phản ứng của hầu hết các quá trình. Nhiệt độ cao có thể kích thích tăng nhanh khả năng tạo mùi hôi.
8	Động học phản ứng & tải trọng	Xác định kích thước bể phản ứng dựa trên động học chủ đạo, hệ số truyền khối oxy và tải trọng tiêu chuẩn lấy từ thực nghiệm.
9	Hiệu suất xử lý mục tiêu	Phải kiểm soát chặt chẽ nhằm đảm bảo nước đầu ra đạt đúng các quy chuẩn chất lượng của cơ quan quản lý.
10	Xử lý chất thải phát sinh	Phải định tính và định lượng chính xác lượng chất rắn, lỏng, khí phát sinh trong các công đoạn phụ trợ.
11	Quá trình quản lý bùn thải	Yêu cầu xử lý và thải bỏ lượng bùn phát sinh hằng ngày phải hoàn toàn tương thích với quá trình xử lý nước.
12	Điều kiện môi trường xung quanh	Khảo sát hướng gió chủ đạo, khoảng cách đến các vùng dân cư lân cận (tránh mùi hôi) và đặc điểm của nguồn tiếp nhận dòng ra.
13	Nhu cầu và nguồn cung hóa chất	Xem xét tác động của hóa chất đối với tính chất nước thải, dư lượng độc hại và chi phí mua sắm hằng năm.
14	Nhu cầu năng lượng tiêu thụ	Ước tính tổng chi phí điện năng vận hành cho hệ thống máy thổi khí, máy bơm và cánh khuấy.
15	Yêu cầu về số lượng nhân sự	Xác định số lượng và kỹ năng chuyên môn yêu cầu của công nhân vận hành trạm.
16	Yêu cầu vận hành, bảo trì (O&M)	Xem xét mức độ sẵn có và chi phí của các phụ tùng thay thế thiết bị chuyên dụng trên thị trường.
17	Các công trình phụ trợ kèm theo	Đánh giá khả năng ảnh hưởng đến chất lượng dòng xả ra khi xảy ra sự cố tại các cụm phụ trợ.
18	Mức độ ổn định của hệ thống	Khả năng chịu shock tải của vi sinh vật khi dòng thải biến động nồng độ đột ngột.
19	Mức độ phức tạp vận hành	Yêu cầu về bồi dưỡng kỹ năng lâu dài cho đội ngũ kỹ thuật viên để làm chủ công nghệ.
20	Mức độ tương thích hạ tầng	Khả năng mở rộng module công suất của nhà máy trong tương lai có thực hiện dễ dàng không
21	Mức độ thích nghi tương lai	Khả năng nâng cấp, thay đổi quy trình để đáp ứng các yêu cầu luật định khắt khe hơn trong tương lai
22	Phân tích vòng đời kinh tế	Ước tính chi phí đầu tư ban đầu (CAPEX), chi phí vận hành (OPEX) và nguồn cung cấp vốn lâu dài
23	Yêu cầu diện tích quỹ đất	Diện tích đất yêu cầu cho các bể hiện tại, hướng mở rộng tương lai và diện tích vùng đệm cây xanh tạo cảnh quan
24	An toàn lao động & Cháy nổ	Quy trình an toàn lưu trữ hóa chất nguy hại, an toàn điện, phòng cháy chữa cháy và độc hại khí gas
25	Độ tin cậy của thiết bị cơ điện	Đánh giá dãy lưu lượng ứng dụng, hiệu quả thực tế và tính sẵn có của linh kiện thay thế trên thị trường