Xử lý nước thải để kiểm soát ô nhiễm trước khi xả ra nguồn

Xử lý nước thải để kiểm soát ô nhiễm trước khi xả ra nguồn

Kiểm soát nước thải, còn được gọi là xử lý nước thải, loại bỏ các tạp chất từ ​​nước thải, hoặc nước thải, trước khi chúng đến các tầng chứa nước hoặc các vùng nước tự nhiên như sông, hồ, cửa sông và đại dương. Vì nước tinh khiết không được tìm thấy trong tự nhiên (tức là bên ngoài các phòng thí nghiệm hóa học), bất kỳ sự phân biệt nào giữa nước sạch và nước ô nhiễm phụ thuộc vào loại và nồng độ tạp chất được tìm thấy trong nước cũng như mục đích sử dụng của nó. Theo nghĩa rộng, nước được cho là bị ô nhiễm khi nó chứa đủ tạp chất khiến nó không thích hợp cho một mục đích sử dụng cụ thể, chẳng hạn như uống nước, bơi lội hoặc câu cá. Mặc dù chất lượng nước bị ảnh hưởng bởi các điều kiện tự nhiên, nhưng từ ô nhiễm thường hàm ý hoạt động của con người là nguồn gây ô nhiễm. Do đó, ô nhiễm nước chủ yếu gây ra bởi việc thoát nước thải bị ô nhiễm vào nước mặt hoặc nước ngầm, và xử lý nước thải là một yếu tố chính của việc kiểm soát ô nhiễm nước.

Xả trực tiếp nước thải

Nhiều thành phố cổ đại có hệ thống thoát nước, nhưng chúng chủ yếu nhằm dẫn nước mưa ra khỏi mái nhà và vỉa hè. Một ví dụ đáng chú ý là hệ thống thoát nước của La Mã cổ đại. Nó bao gồm nhiều đường ống dẫn trên bề mặt được kết nối với một kênh hình vòm được gọi là Cloaca Maxima (“Hệ thống thoát nước lớn”), dẫn nước thoát ra sông.

Có rất ít tiến bộ trong hệ thống thoát nước hoặc thoát nước đô thị trong thời Trung cổ. Hầm bí mật và bể chứa đã được sử dụng, nhưng hầu hết chất thải chỉ đơn giản là đổ vào máng xối để xả qua cống khi lũ lụt. Nhà vệ sinh (tủ chứa nước) đã được lắp đặt trong các ngôi nhà vào đầu thế kỷ 19, nhưng chúng thường được kết nối với bể chứa chứ không phải với hệ thống cống rãnh. Ở những khu vực đông dân cư, các điều kiện địa phương sớm trở nên không thể chấp nhận được vì các thùng rác hiếm khi được làm trống và thường xuyên bị tràn. Mối đe dọa đối với sức khỏe cộng đồng trở nên rõ ràng. Ở Anh vào giữa thế kỷ 19, các đợt bùng phát dịch tả được bắt nguồn trực tiếp từ nguồn cung cấp nước giếng bị nhiễm chất thải của con người từ các hầm và bể chứa riêng. Nó sớm trở nên cần thiết đối với tất cả các tủ chứa nước ở các thị trấn lớn hơn phải được kết nối trực tiếp với hệ thống cống thoát nước mưa. Điều này đã chuyển nước thải từ mặt đất gần các ngôi nhà sang các vùng nước gần đó. Do đó, một vấn đề mới đã xuất hiện: ô nhiễm nguồn nước mặt.

Sự phát triển trong xử lý nước thải

Người ta từng nói rằng "giải pháp cho ô nhiễm là pha loãng." Khi một lượng nhỏ nước thải được thải vào dòng nước chảy, một quá trình tự lọc tự nhiên của dòng chảy xảy ra. Các cộng đồng dân cư đông đúc tạo ra một lượng lớn nước thải như vậy, tuy nhiên, chỉ pha loãng đó không ngăn được ô nhiễm. Điều này làm cho nó cần thiết để xử lý hoặc làm sạch nước thải ở một mức độ nào đó trước khi thải bỏ.

Việc xây dựng các nhà máy xử lý nước thải tập trung bắt đầu vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, chủ yếu ở Vương quốc Anh và Hoa Kỳ. Thay vì xả nước thải trực tiếp vào vùng nước gần đó, lần đầu tiên nó được thông qua sự kết hợp của các quá trình vật lý, sinh học và hóa học để loại bỏ một số hoặc hầu hết các chất ô nhiễm. Cũng bắt đầu từ những năm 1900, các hệ thống thu gom nước thải mới đã được thiết kế để tách nước mưa ra khỏi nước thải sinh hoạt, để các nhà máy xử lý không bị quá tải trong thời tiết ẩm ướt.

 

 

Sau giữa thế kỷ 20, mối quan tâm ngày càng tăng của công chúng đối với chất lượng môi trường đã dẫn đến các quy định rộng rãi và nghiêm ngặt hơn về thực hành xử lý nước thải. Mức độ điều trị cao hơn đã được yêu cầu. Ví dụ, tiền xử lý nước thải công nghiệp, với mục đích ngăn chặn các hóa chất độc hại can thiệp vào các quá trình sinh học được sử dụng tại các nhà máy xử lý nước thải, thường trở thành một nhu cầu cần thiết. Trên thực tế, công nghệ xử lý nước thải đã tiên tiến đến mức có thể loại bỏ hầu như tất cả các chất ô nhiễm khỏi nước thải. Tuy nhiên, điều này rất tốn kém nên mức độ điều trị cao như vậy thường không được chứng minh.

Các nhà máy xử lý nước thải trở thành những cơ sở lớn, phức tạp, đòi hỏi lượng năng lượng đáng kể để vận hành. Sau sự gia tăng của giá dầu trong những năm 1970, mối quan tâm đến bảo tồn năng lượng trở thành một yếu tố quan trọng hơn trong việc thiết kế các hệ thống kiểm soát ô nhiễm mới. Do đó, việc xử lý đất và xử lý nước thải dưới bề mặt bắt đầu được quan tâm nhiều hơn nếu khả thi. Các phương pháp kiểm soát ô nhiễm “công nghệ thấp” như vậy không chỉ có thể giúp tiết kiệm năng lượng mà còn có thể phục vụ cho việc tái chế chất dinh dưỡng và bổ sung nguồn cung cấp nước ngầm.

Nguồn gây ô nhiễm nước

Các chất ô nhiễm nước có thể bắt nguồn từ các nguồn điểm hoặc từ các nguồn phân tán. Chất gây ô nhiễm nguồn điểm là chất gây ô nhiễm đến nước từ một đường ống hoặc kênh đơn lẻ, chẳng hạn như ống xả nước thải hoặc đường ống thoát ra ngoài. Các nguồn phân tán là những khu vực rộng, không bị hạn chế mà từ đó các chất ô nhiễm xâm nhập vào một vùng nước. Ví dụ, dòng chảy bề mặt từ các trang trại là một nguồn ô nhiễm phân tán, mang theo chất thải động vật, phân bón, thuốc trừ sâu và phù sa vào các dòng suối gần đó. Hệ thống thoát nước mưa đô thị, có thể mang theo cát và các vật liệu vụn khác, cặn dầu từ ô tô, và hóa chất làm vệ sinh đường, cũng được coi là một nguồn phân tán do có nhiều vị trí mà nó đi vào các suối hoặc hồ địa phương. Các chất ô nhiễm nguồn điểm dễ kiểm soát hơn các chất ô nhiễm nguồn phân tán, vì chúng chảy đến một vị trí duy nhất mà quá trình xử lý có thể loại bỏ chúng khỏi nước. Việc kiểm soát như vậy thường không thể thực hiện được đối với các chất ô nhiễm từ các nguồn phân tán, gây ra một phần lớn vấn đề ô nhiễm nước nói chung. Ô nhiễm nguồn nước phân tán được giảm thiểu tốt nhất bằng cách thực thi các kế hoạch sử dụng đất và các tiêu chuẩn phát triển phù hợp.

Các loại chất ô nhiễm nước chung bao gồm sinh vật gây bệnh, chất thải cần oxy, chất dinh dưỡng thực vật, hóa chất hữu cơ tổng hợp, hóa chất vô cơ, vi nhựa, trầm tích, chất phóng xạ, dầu và nhiệt. Nước thải là nguồn chính của ba loại đầu tiên. Các trang trại và cơ sở công nghiệp cũng là nguồn cung cấp một số trong số đó. Trầm tích từ lớp đất mặt bị xói mòn được coi là chất ô nhiễm vì nó có thể làm hỏng hệ sinh thái thủy sinh, và nhiệt (đặc biệt từ nước làm mát của nhà máy điện) được coi là chất ô nhiễm vì tác động bất lợi của nó đối với mức oxy hòa tan và đời sống thủy sinh trong sông hồ.

Đặc điểm nước thải

Các loại nước thải

Có ba loại nước thải: nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nước thải mưa. Nước thải sinh hoạt dẫn nước đã qua sử dụng từ các ngôi nhà, căn hộ; nó còn được gọi là nước thải vệ sinh. Nước thải công nghiệp là nước đã qua sử dụng từ quá trình sản xuất hoặc hóa chất. Nước thải mưa bão, hay nước mưa, là dòng chảy từ lượng mưa được thu gom trong một hệ thống đường ống hoặc kênh hở.

PHẦN TRĂM NƯỚC (THEO TRỌNG LƯỢNG) TRONG MAY TRONG NƯỚC

Nước thải sinh hoạt chiếm hơn 99,9% trọng lượng nước một chút. Phần còn lại, ít hơn 0,1%, chứa nhiều loại tạp chất hòa tan và lơ lửng. Mặc dù chỉ chiếm một phần rất nhỏ so với trọng lượng của nước thải, nhưng bản chất của các tạp chất này và khối lượng lớn nước thải mà chúng được mang theo làm cho quy trình xử lý nước thải sinh hoạt trở thành một vấn đề kỹ thuật nghiêm trọng. Các tạp chất chính là các vật liệu hữu cơ dễ nung chảy và chất dinh dưỡng thực vật, nhưng nước thải sinh hoạt cũng rất có thể chứa vi khuẩn gây bệnh. Nước thải công nghiệp thường chứa các hợp chất hóa học cụ thể và dễ nhận biết, tùy thuộc vào bản chất của quá trình công nghiệp. Nước thải của bão mang theo các vật liệu hữu cơ, chất rắn lơ lửng và hòa tan, và các chất khác được vớt lên khi nó di chuyển trên mặt đất.

Các chất ô nhiễm chính

CHẤT HỮU CƠ

Lượng vật chất hữu cơ dễ nung chảy trong nước thải được biểu thị bằng nhu cầu oxy sinh hóa, hoặc BOD; Càng có nhiều chất hữu cơ trong nước thải, BOD càng cao, là lượng oxy cần thiết cho vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Đây là một trong những thông số quan trọng nhất đối với việc thiết kế và vận hành các nhà máy xử lý nước thải. Nước thải công nghiệp có thể có nồng độ BOD gấp nhiều lần nước thải sinh hoạt. BOD của nước thải mưa là mối quan tâm đặc biệt khi nó được trộn với nước thải sinh hoạt trong các hệ thống thoát nước thải hỗn hợp (xem bên dưới).

Oxy hòa tan là một yếu tố chất lượng nước quan trọng đối với các hồ và sông. Nồng độ oxy hòa tan càng cao thì chất lượng nước càng tốt. Khi nước thải chảy vào hồ hoặc suối, quá trình phân hủy các vật liệu hữu cơ bắt đầu. Oxy được tiêu thụ khi vi sinh vật sử dụng nó trong quá trình trao đổi chất của chúng. Điều này có thể nhanh chóng làm cạn kiệt lượng oxy có sẵn trong nước. Khi mức oxy hòa tan giảm xuống quá thấp, cá hồi và các loài thủy sinh khác sẽ sớm bị diệt vong. Trên thực tế, nếu mức oxy giảm xuống không, nước sẽ bị nhiễm trùng. Sự phân hủy các hợp chất hữu cơ mà không có oxy gây ra mùi không mong muốn thường liên quan đến tình trạng tự hoại hoặc hôi thối.

RẮN TẠM NGỪNG

Một đặc tính quan trọng khác của nước thải là chất rắn lơ lửng. Khối lượng bùn được tạo ra trong một nhà máy xử lý liên quan trực tiếp đến tổng chất rắn lơ lửng có trong nước thải. Nước thải công nghiệp và nước thải mưa có thể chứa nồng độ chất rắn lơ lửng cao hơn nước thải sinh hoạt. Mức độ mà một nhà máy xử lý loại bỏ chất rắn lơ lửng, cũng như BOD, quyết định hiệu quả của quá trình xử lý.

NUÔI DƯỠNG THỰC VẬT

Nước thải sinh hoạt có chứa hợp chất nitơ và phốt pho, hai nguyên tố là chất dinh dưỡng cơ bản cần thiết cho sự phát triển của thực vật. Trong hồ, lượng nitrat và phốt phát quá cao có thể khiến tảo phát triển nhanh chóng. Tảo nở hoa, thường do nước thải xả ra, đẩy nhanh quá trình lão hóa tự nhiên của các hồ trong một quá trình gọi là phú dưỡng.

MICROBES

Nước thải sinh hoạt chứa hàng triệu vi sinh vật trên mỗi gallon. Hầu hết là vi khuẩn coliform từ đường ruột của con người, và nước thải sinh hoạt cũng có khả năng mang các vi khuẩn khác. Coliforms được sử dụng làm chất chỉ thị ô nhiễm nước thải. Số lượng coliform cao thường cho thấy tình trạng ô nhiễm nước thải gần đây.

Hệ thống thoát nước

Hệ thống thoát nước hay hệ thống thu gom nước thải, là một mạng lưới các đường ống, trạm bơm và các công trình phụ dẫn nước thải từ điểm xuất phát đến điểm xử lý và tiêu hủy.

Hệ thống kết hợp

Hệ thống dẫn hỗn hợp nước thải sinh hoạt và nước thải mưa được gọi là hệ thống cống kết hợp. Hệ thống cống kết hợp thường bao gồm các đường ống hoặc đường hầm có đường kính lớn, do khối lượng lớn nước mưa phải được dẫn đi trong thời tiết ẩm ướt. Chúng rất phổ biến ở các thành phố cũ nhưng không còn được thiết kế và xây dựng như một phần của các công trình thoát nước mới. Do các nhà máy xử lý nước thải không thể xử lý lượng nước mưa lớn nên nước thải phải đi qua các nhà máy xử lý khi thời tiết ẩm ướt và được xả trực tiếp vào nguồn nước tiếp nhận. Các cống kết hợp này tràn, chứa nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý, gây ra các vấn đề ô nhiễm nguồn nước tái diễn và là nguồn ô nhiễm rất phiền toái.

 

 

Ở một số thành phố lớn, vấn đề tràn cống kết hợp đã được giảm thiểu bằng cách chuyển hướng xả nước thải đầu tiên vào một lưu vực lớn hoặc đường hầm ngầm. Sau khi lưu trữ tạm thời, nó có thể được xử lý bằng cách lắng và khử trùng trước khi xả vào cơ quan tiếp nhận nước, hoặc nó có thể được xử lý tại một nhà máy xử lý nước thải gần đó với tốc độ không gây quá tải cho cơ sở. Một phương pháp khác để kiểm soát nước thải kết hợp liên quan đến việc sử dụng thiết bị tập trung xoáy. Nước thải trực tiếp thông qua các thiết bị hình trụ tạo ra hiệu ứng xoáy hoặc xoáy nước. Dòng xoáy giúp cô đặc các tạp chất trong một lượng nước nhỏ hơn nhiều để xử lý.

Hệ thống riêng biệt

Các công trình thu gom nước thải mới được thiết kế như một hệ thống riêng biệt, mang theo nước thải sinh hoạt hoặc nước thải mưa nhưng không phải cả hai. Các cống thoát nước mưa thường mang dòng chảy bề mặt đến điểm xử lý ở sông hoặc suối. Các lưu vực giam giữ nhỏ có thể được xây dựng như một phần của hệ thống, lưu trữ nước mưa tạm thời và giảm cường độ của tốc độ dòng chảy đỉnh. Mặt khác, cống rãnh vệ sinh dẫn nước thải sinh hoạt đến nhà máy xử lý nước thải. Nước thải công nghiệp đã qua xử lý có thể được phép vào hệ thống thoát nước vệ sinh của thành phố, nhưng nước mưa bị loại trừ.

Cống thoát nước mưa thường được xây dựng bằng các đoạn ống bê tông cốt thép. Ống kim loại dạng sóng có thể được sử dụng trong một số trường hợp. Các cửa xả nước mưa hoặc lưu vực hứng nước được đặt tại các khoảng cách thích hợp trên một con phố dành riêng cho quyền ưu tiên hoặc ở các vị trí đối diện với khu đất tư nhân. Các đường ống thường được bố trí để cho phép trọng lực xuống dốc chảy đến một dòng suối gần đó hoặc đến một bể chứa. Nếu có thể thì tránh các trạm bơm nước mưa vì công suất máy bơm rất lớn cần để xử lý các dòng chảy gián đoạn.

Hệ thống thoát nước thải hợp vệ sinh bao gồm các cống bên, rãnh phụ và các chốt chặn. Ngoại trừ các kết nối nhà riêng lẻ, các đường bên là cống nhỏ nhất trong mạng. Chúng thường có đường kính không dưới 200 mm (8 inch) và dẫn nước thải bằng trọng lực vào các vùng phụ lớn hơn, hoặc cống thu gom. Các cống thu gom nối với một cầu chặn chính, hoặc đường trục, dẫn nước thải đến một nhà máy xử lý. Các chốt chặn thường được xây dựng bằng các đoạn ống bê tông cốt thép đúc sẵn, đường kính lên đến 5 mét (15 feet). Các vật liệu khác được sử dụng cho cống vệ sinh bao gồm đất sét thủy tinh hóa, xi măng amiăng, nhựa, thép hoặc gang dẻo. Việc sử dụng nhựa cho các bức tường ngày càng tăng vì tính nhẹ và dễ lắp đặt. Ống sắt thép được sử dụng cho các đường dây dẫn lực hoặc trong các trạm bơm. Nguồn lực là đường ống dẫn nước thải dưới áp lực khi nó phải được bơm.

Hệ thống thay thế

Đôi khi chi phí của hệ thống cống tự chảy thông thường có thể cao đến mức nghiêm trọng do mật độ dân số thấp hoặc các điều kiện địa điểm như mực nước ngầm cao hoặc nền đá. Ba hệ thống thu gom nước thải thay thế có thể được sử dụng trong những trường hợp này bao gồm cống tự chảy đường kính nhỏ, cống áp lực và cống chân không.

Trong các hệ thống trọng lực đường kính nhỏ, bể tự hoại lần đầu tiên được sử dụng để loại bỏ các chất rắn có thể lắng và nổi khỏi nước thải từ mỗi ngôi nhà trước khi nó chảy vào mạng lưới các đường ống thu gom (đường kính thường là 100 mm hoặc 4 inch); những hệ thống này phù hợp nhất cho các cộng đồng nhỏ ở nông thôn. Bởi vì chúng không mang theo dầu mỡ, sạn và chất rắn trong nước thải, các đường ống có thể có đường kính nhỏ hơn và được đặt ở các độ dốc hoặc độ dốc giảm để giảm thiểu chi phí đào rãnh. Hệ thống cống áp lực được sử dụng tốt nhất ở những khu vực bằng phẳng hoặc những nơi cần đào đất đá đắt tiền. Máy bơm máy xay xả nước thải từ mỗi nhà vào cống áp lực chính, có thể theo độ dốc của mặt đất. Trong hệ thống thoát nước chân không, nước thải từ một hoặc nhiều tòa nhà chảy theo trọng lực vào bể chứa hoặc bể chứa, từ đó được hút ra bằng máy bơm chân không đặt tại trạm chân không trung tâm và sau đó chảy vào bể thu gom. Từ bể thu gom chân không, nước thải được bơm đến nhà máy xử lý.

Máy bơm

Các trạm bơm được xây dựng khi nước thải phải được nâng từ điểm thấp đến điểm cao hơn hoặc nơi có địa hình ngăn dòng chảy tự chảy xuống dốc. Máy bơm không tắc nghẽn đặc biệt có sẵn để xử lý nước thải thô. Chúng được lắp đặt trong các cấu trúc được gọi là trạm nâng. Có hai loại trạm nâng cơ bản: giếng khô và giếng ướt. Hệ thống lắp đặt giếng ướt chỉ có một khoang hoặc bể chứa để tiếp nhận và giữ nước thải cho đến khi được bơm ra ngoài. Máy bơm chìm và động cơ được thiết kế đặc biệt có thể được đặt ở dưới cùng của buồng, hoàn toàn dưới mực nước. Hệ thống lắp đặt giếng khô có hai khoang riêng biệt, một khoang để tiếp nhận nước thải và một khoang để bao bọc và bảo vệ các máy bơm và bộ điều khiển. Buồng khô bảo vệ cho phép dễ dàng tiếp cận để kiểm tra và bảo trì. Tất cả các trạm nâng nước thải, dù là loại giếng ướt hay giếng khô, nên có ít nhất hai máy bơm. Một máy bơm có thể hoạt động trong khi máy bơm kia được tháo ra để sửa chữa.

Tốc độ dòng chảy

Có một sự khác biệt lớn về tốc độ dòng chảy của nước thải trong suốt một ngày. Hệ thống thoát nước phải đáp ứng được sự thay đổi này. Ở hầu hết các thành phố, lưu lượng nước thải sinh hoạt cao nhất vào các giờ buổi sáng và buổi tối. Chúng thấp nhất vào lúc nửa đêm. Số lượng dòng chảy phụ thuộc vào mật độ dân số, lượng nước tiêu thụ và mức độ hoạt động thương mại hoặc công nghiệp trong cộng đồng. Lưu lượng nước thải trung bình thường ngang với lưu lượng sử dụng nước trung bình của cộng đồng. Trong cống bên, tốc độ dòng chảy đỉnh ngắn hạn có thể gần gấp bốn lần tốc độ dòng chảy trung bình. Trong hệ thống cống trục chính, tốc độ dòng chảy đỉnh có thể gấp 2,5 lần mức trung bình.

Mặc dù lưu lượng nước thải phụ thuộc vào các kết nối khu dân cư, thương mại và công nghiệp, tốc độ dòng chảy của nước thải có thể trở nên cao hơn do dòng chảy và sự thẩm thấu (I&I) vào hệ thống cống vệ sinh. Dòng chảy tương ứng với việc nước mưa đi vào hệ thống cống rãnh từ các kết nối không phù hợp, chẳng hạn như cống mái, cống thoát nước mưa, đường thoát nước thải và máy bơm bể phốt. Một lượng lớn nước mưa chảy tràn có thể đến hệ thống cống trong các sự kiện lượng mưa và dòng chảy bão hoặc trong mùa xuân lũ lụt của các con sông ngập trong băng tan. Xâm nhập là nước ngầm đi vào hệ thống cống rãnh thông qua các đường ống bị lỗi hoặc bị hỏng. Trong cả hai trường hợp này, các tiện ích hạ lưu và nhà máy xử lý có thể gặp lưu lượng cao hơn dự kiến ​​và có thể trở nên quá tải về mặt thủy lực. Trong thời gian quá tải như vậy, các tiện ích có thể yêu cầu cư dân được kết nối với hệ thống hạn chế sử dụng máy rửa bát và máy giặt, thậm chí có thể hạn chế xả nước trong nhà vệ sinh và sử dụng vòi hoa sen để giảm bớt căng thẳng. Các vấn đề I&I như vậy có thể đặc biệt nghiêm trọng trong các cơ sở hạ tầng cấp nước cũ và cũ.

Xử lý và tiêu hủy nước thải

Quy mô và công suất của hệ thống xử lý nước thải được xác định bởi khối lượng nước thải ước tính được tạo ra từ các khu dân cư, doanh nghiệp và ngành công nghiệp được kết nối với hệ thống cống cũng như dòng chảy và thẩm thấu dự kiến ​​(I&I). Việc lựa chọn cấu hình nhà máy xử lý theo lô, cụm hoặc tập trung cụ thể phụ thuộc vào các yếu tố như số lượng khách hàng được phục vụ, bối cảnh địa lý, hạn chế về địa điểm, kết nối cống, lưu lượng trung bình và đỉnh, đặc điểm nước thải đầu vào, giới hạn nước thải quy định, tính khả thi về công nghệ, mức tiêu thụ năng lượng và các chi phí vận hành và bảo trì liên quan.

Phương pháp xử lý nước thải phổ biến ở các thành phố và thị trấn lớn là xả vào một vùng nước mặt.

Phương pháp xử lý nước thải phổ biến ở các thành phố và thị trấn lớn là xả vào một vùng nước mặt. Các khu vực ngoại thành và nông thôn phụ thuộc nhiều hơn vào việc xử lý rác thải dưới bề mặt. Trong cả hai trường hợp, nước thải phải được làm sạch hoặc xử lý ở một mức độ nào đó để bảo vệ sức khỏe cộng đồng và chất lượng nước. Các hạt lơ lửng và các chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học phải được loại bỏ ở các mức độ khác nhau. Vi khuẩn gây bệnh phải bị tiêu diệt. Nó cũng có thể cần thiết để loại bỏ nitrat và phốt phát (chất dinh dưỡng thực vật) và trung hòa hoặc loại bỏ chất thải công nghiệp và hóa chất độc hại.

Mức độ nước thải phải được xử lý khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện môi trường địa phương và tiêu chuẩn của chính phủ. Hai loại tiêu chuẩn thích hợp là tiêu chuẩn dòng và tiêu chuẩn xả thải. Các tiêu chuẩn về dòng chảy, được thiết kế để ngăn chặn sự suy giảm chất lượng nước hiện có, đặt ra các giới hạn về lượng chất ô nhiễm cụ thể cho phép trong các dòng suối, sông và hồ. Các giới hạn phụ thuộc vào việc phân loại "mức độ sử dụng có lợi tối đa" của nước. Các thông số chất lượng nước được quy định bởi các tiêu chuẩn dòng chảy bao gồm oxy hòa tan, coliforms, độ đục, độ chua và các chất độc hại. Mặt khác, tiêu chuẩn nước thải liên quan trực tiếp đến chất lượng của nước thải sau xử lý thải ra từ một nhà máy xử lý nước thải. Các yếu tố được kiểm soát theo các tiêu chuẩn này thường bao gồm nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), chất rắn lơ lửng, độ axit và coliform.

Có ba cấp độ xử lý nước thải: sơ cấp, cấp hai và cấp ba (hoặc nâng cao). Xử lý sơ cấp loại bỏ khoảng 60% tổng chất rắn lơ lửng và khoảng 35% BOD; các tạp chất hòa tan không được loại bỏ. Nó thường được sử dụng như một bước đầu tiên trước khi điều trị thứ cấp. Xử lý thứ cấp loại bỏ hơn 85% cả chất rắn lơ lửng và BOD. Mức độ điều trị thứ cấp tối thiểu thường được yêu cầu ở Hoa Kỳ và các nước phát triển khác. Khi hơn 85 phần trăm tổng chất rắn và BOD phải được loại bỏ, hoặc khi mức nitrat và photphat hòa tan phải giảm, các phương pháp xử lý bậc ba được sử dụng. Các quy trình cấp ba có thể loại bỏ hơn 99% tất cả các tạp chất từ ​​nước thải, tạo ra một loại nước thải có chất lượng gần như nước uống. Điều trị cấp ba có thể rất tốn kém, thường tăng gấp đôi chi phí điều trị thứ cấp. Nó chỉ được sử dụng trong những trường hợp đặc biệt.

Đối với tất cả các cấp độ xử lý nước thải, bước cuối cùng trước khi xả nước thải vào vùng nước mặt là khử trùng, tiêu diệt bất kỳ mầm bệnh nào còn sót lại trong nước thải và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Khử trùng thường được thực hiện bằng cách trộn nước thải đầu ra với khí clo hoặc với dung dịch lỏng của hóa chất hypoclorit trong bể tiếp xúc ít nhất 15 phút. Vì dư lượng clo trong nước thải đầu ra có thể gây ảnh hưởng xấu đến đời sống thủy sinh, một loại hóa chất bổ sung có thể được thêm vào để khử clo trong nước thải đầu ra. Bức xạ tia cực tím, có thể khử trùng mà không để lại bất kỳ dư lượng nào trong nước thải, đang trở nên cạnh tranh hơn với clo làm chất khử trùng nước thải.

Điều trị chính

Xử lý sơ cấp loại bỏ vật liệu sẽ nổi hoặc dễ dàng lắng ra ngoài nhờ trọng lực. Nó bao gồm các quy trình vật lý như sàng lọc, trộn lẫn, loại bỏ sạn và lắng cặn. Màn hình được làm từ các thanh kim loại dài, khít nhau, hẹp. Chúng chặn các mảnh vụn trôi nổi như gỗ, giẻ lau và các vật cồng kềnh khác có thể làm tắc nghẽn đường ống hoặc máy bơm. Trong các nhà máy hiện đại, các tấm chắn được làm sạch bằng cơ học, và vật liệu được xử lý ngay lập tức bằng cách chôn lấp trong khuôn viên nhà máy. Có thể sử dụng dụng cụ thông thường để nghiền và cắt nhỏ các mảnh vụn lọt qua màn hình. Vật liệu vụn được loại bỏ sau đó bằng quá trình lắng hoặc tuyển nổi.

Buồng sạn là những bể dài hẹp được thiết kế để làm chậm dòng chảy để các chất rắn như cát, bã cà phê và vỏ trứng lắng ra khỏi nước. Đá mạt gây ra sự hao mòn quá mức đối với máy bơm và các thiết bị khác của nhà máy. Việc loại bỏ nó là đặc biệt quan trọng ở các thành phố có hệ thống cống kết hợp, mang theo rất nhiều phù sa, cát và sỏi cuốn trôi đường phố hoặc đổ bộ khi có bão.

Các chất rắn lơ lửng đi qua lưới lọc và các ngăn sạn được loại bỏ khỏi nước thải trong bể lắng. Những bể này, còn được gọi là bể lắng sơ cấp, cung cấp thời gian tạm giam khoảng hai giờ để quá trình lắng trọng lực diễn ra. Khi nước thải chảy qua chúng từ từ, các chất rắn dần dần chìm xuống đáy. Các chất rắn lắng - được gọi là bùn thô hoặc bùn sơ cấp - được di chuyển dọc theo đáy bể bằng máy nạo cơ học. Bùn được thu thập trong một phễu, nơi nó được bơm ra ngoài để loại bỏ. Các thiết bị hớt bề mặt cơ học loại bỏ dầu mỡ và các vật liệu nổi khác.

Điều trị thứ cấp

Xử lý thứ cấp loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan thoát ra khỏi xử lý sơ cấp. Nó cũng loại bỏ nhiều chất rắn lơ lửng hơn. Việc loại bỏ thường được thực hiện bằng các quá trình sinh học, trong đó vi khuẩn tiêu thụ các tạp chất hữu cơ làm thức ăn, chuyển hóa chúng thành carbon dioxide, nước và năng lượng cho sự phát triển và sinh sản của chính chúng. Nhà máy xử lý nước thải cung cấp một môi trường thích hợp, mặc dù bằng thép và bê tông, cho quá trình sinh học tự nhiên này. Loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan tại nhà máy xử lý giúp bảo vệ sự cân bằng oxy hòa tan của dòng tiếp nhận, sông hoặc hồ.

Có ba phương pháp xử lý sinh học cơ bản: lọc nhỏ giọt, xử lý bùn hoạt tính và ao oxy hóa. Một phương pháp thứ tư, ít phổ biến hơn là máy tiếp xúc sinh học quay.

LỌC TỪNG GIỌT

Một bộ lọc nhỏ giọt chỉ đơn giản là một bể chứa đầy đá sâu. Nước thải lắng đọng được phun liên tục lên phía trên của các viên đá và chảy nhỏ giọt xuống phía dưới, nơi nó được thu gom để xử lý tiếp. Khi nước thải chảy xuống, vi khuẩn tập hợp và sinh sôi trên đá. Dòng chảy ổn định của nước thải qua những sinh trưởng này cho phép vi sinh vật hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan, do đó làm giảm nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) của nước thải. Không khí lưu thông lên trên các khoảng trống giữa các viên đá cung cấp đủ oxy cho quá trình trao đổi chất.

Các bể lắng, được gọi là bể lắng thứ cấp, đi theo các bộ lọc nhỏ giọt. Các bể lắng này loại bỏ các vi sinh vật bị rửa trôi khỏi đá theo dòng nước thải. Hai hoặc nhiều bộ lọc nhỏ giọt có thể được kết nối nối tiếp và nước thải có thể được tuần hoàn lại để tăng hiệu quả xử lý.

NƯỚC THẢI ĐÃ XỬ LÍ

Hệ thống xử lý bùn hoạt tính bao gồm bể sục khí sau đó là bể lắng thứ cấp. Nước thải đã được lắng, trộn với bùn mới được tuần hoàn từ bể lắng thứ cấp, được đưa vào bể sục khí. Sau đó, không khí nén được đưa vào hỗn hợp thông qua các bộ khuếch tán xốp nằm ở đáy bể. Khi nó nổi bọt lên bề mặt, không khí khuếch tán cung cấp oxy và hoạt động trộn nhanh chóng. Không khí cũng có thể được thêm vào nhờ hoạt động khuấy trộn của các máy trộn giống cánh quạt cơ học đặt ở bề mặt bể chứa.

Trong điều kiện được cung cấp oxy như vậy, vi sinh vật phát triển mạnh mẽ, tạo thành một thể huyền phù hoạt động, lành mạnh của chất rắn sinh học - chủ yếu là vi khuẩn - được gọi là bùn hoạt tính. Khoảng sáu giờ giam giữ được cung cấp trong bể sục khí. Điều này giúp vi sinh có đủ thời gian để hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải, làm giảm BOD. Sau đó, hỗn hợp này chảy từ bể sục khí vào bể lắng thứ cấp, tại đây bùn hoạt tính sẽ lắng ra ngoài nhờ trọng lực. Nước trong được lọc từ bề mặt của bể lắng, được khử trùng và thải ra ngoài dưới dạng nước thải thứ cấp. Bùn được bơm ra từ một phễu ở đáy bể. Khoảng 30% lượng bùn được tuần hoàn trở lại bể sục khí, nơi nó được trộn với nước thải đầu ra. Sự tuần hoàn này là đặc điểm chính của quá trình bùn hoạt tính. Các vi sinh tái chế thích nghi tốt với môi trường nước thải và dễ dàng chuyển hóa các vật liệu hữu cơ trong nước thải đầu tiên. 70% bùn thứ cấp còn lại phải được xử lý và thải bỏ theo cách có thể chấp nhận được.

Các biến thể của quá trình bùn hoạt tính bao gồm sục khí kéo dài, ổn định tiếp xúc và sục khí oxy độ tinh khiết cao. Hệ thống ổn định tiếp xúc và sục khí mở rộng bỏ qua bước lắng sơ cấp. Chúng hiệu quả để xử lý các dòng nước thải nhỏ từ nhà nghỉ, trường học và các nguồn nước thải tương đối biệt lập khác. Cả hai phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt này thường được cung cấp trong các bể thép đúc sẵn được gọi là nhà máy trọn gói. Hệ thống sục khí oxy trộn oxy tinh khiết với bùn hoạt tính. Nồng độ oxy phong phú hơn cho phép rút ngắn thời gian sục khí từ sáu đến hai giờ, giảm thể tích bể cần thiết.

ĐIỂM OXI HÓA

Ao oxy hóa, còn được gọi là đầm phá hoặc ao ổn định, là những ao nông, lớn được thiết kế để xử lý nước thải thông qua sự tương tác của ánh sáng mặt trời, vi khuẩn và tảo. Tảo phát triển bằng cách sử dụng năng lượng từ mặt trời và carbon dioxide và các hợp chất vô cơ do vi khuẩn thải ra trong nước. Trong quá trình quang hợp, tảo giải phóng ôxy cần thiết cho vi khuẩn hiếu khí. Các thiết bị sục khí cơ học đôi khi được lắp đặt để cung cấp thêm oxy, do đó làm giảm kích thước yêu cầu của ao. Các cặn bùn trong ao cuối cùng phải được loại bỏ bằng cách nạo vét. Tảo còn lại trong nước thải ao có thể được loại bỏ bằng cách lọc hoặc bằng cách kết hợp xử lý hóa học và lắng.

XOAY CHIỀU LIÊN HỆ SINH HỌC

Trong hệ thống xử lý này, một loạt các đĩa nhựa lớn gắn trên một trục nằm ngang được ngập một phần trong nước thải sơ cấp. Khi trục quay, các đĩa tiếp xúc luân phiên với không khí và nước thải, cho phép một lớp vi khuẩn phát triển trên đĩa và chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải.

Điều trị bậc ba

Khi nguồn nước tiếp nhận dự kiến ​​rất dễ bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm, nước thải thứ cấp có thể được xử lý thêm bằng một số quy trình cấp ba.

ĐÁNH BÓNG HIỆU QUẢ

Để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và BOD bổ sung từ nước thải thứ cấp, đánh bóng nước thải là một phương pháp xử lý hiệu quả. Nó thường được thực hiện bằng cách sử dụng các bộ lọc phương tiện dạng hạt, giống như các bộ lọc được sử dụng để làm sạch nước uống. Các bộ lọc đánh bóng thường được chế tạo dưới dạng các đơn vị đúc sẵn, với các bể chứa được đặt ngay phía trên các bộ lọc để chứa nước rửa ngược. Việc đánh bóng nước thải cũng có thể đạt được bằng cách sử dụng bộ lọc vi sinh loại được sử dụng trong xử lý nguồn cấp nước thành phố.

LOẠI BỎ HẠT NHÂN THỰC VẬT

Khi các tiêu chuẩn xử lý yêu cầu loại bỏ các chất dinh dưỡng thực vật khỏi nước thải, nó thường được thực hiện như một bước thứ ba. Phốt pho trong nước thải thường tồn tại dưới dạng các hợp chất hữu cơ và phốt phát có thể dễ dàng loại bỏ bằng cách kết tủa hóa học. Tuy nhiên, quá trình này làm tăng thể tích và trọng lượng của bùn. Nitơ, một chất dinh dưỡng thực vật quan trọng khác, có trong nước thải dưới dạng amoniac và nitrat. Amoniac là chất độc đối với cá và nó cũng tạo ra nhu cầu oxy trong nước tiếp nhận khi nó được chuyển hóa thành nitrat. Nitrat, giống như phốt phát, thúc đẩy sự phát triển của tảo và sự phú dưỡng của các hồ. Một phương pháp được gọi là nitrat hóa-khử nitrat có thể được sử dụng để loại bỏ nitrat. Đây là một quá trình sinh học gồm hai bước, trong đó nitơ amoniac lần đầu tiên được chuyển hóa thành nitrat bởi vi sinh vật. Nitrat tiếp tục được chuyển hóa bởi một loài vi khuẩn khác, tạo thành khí nitơ thoát ra ngoài không khí. Quá trình này đòi hỏi phải xây dựng nhiều bể sục khí và lắng hơn và làm tăng đáng kể chi phí xử lý.

Một quá trình hóa lý được gọi là tách amoniac có thể được sử dụng để loại bỏ amoniac khỏi nước thải. Hóa chất được thêm vào để chuyển đổi ion amoni thành khí amoniac. Nước thải sau đó được dẫn xuống qua một tháp, cho phép khí thoát ra khỏi dung dịch và thoát ra ngoài không khí. Tước ít tốn kém hơn quá trình nitrat hóa-khử nitrat, nhưng nó hoạt động không hiệu quả trong thời tiết lạnh.

 

 

XỬ LÝ ĐẤT

Ở một số địa điểm, nước thải thứ cấp có thể được đưa trực tiếp xuống mặt đất và nước thải được đánh bóng thu được bằng các quá trình tự nhiên khi nước thải chảy qua thảm thực vật và thấm qua đất. Có ba hình thức xử lý đất: tốc độ chậm, thấm nhanh và dòng chảy trên đất liền.

Trong phương pháp tưới chậm, hoặc tưới tiêu, nước thải được tưới lên đất bằng cách rải theo rãnh và rãnh (trong rãnh) hoặc bằng hệ thống phun nước. Phần lớn nước và chất dinh dưỡng được hấp thụ bởi rễ của thảm thực vật đang phát triển. Trong phương pháp thẩm thấu nhanh, nước thải được lưu trữ trong các ao lớn gọi là bể nạp lại. Hầu hết nó thấm vào nước ngầm, và rất ít bị cây cối hấp thụ. Để phương pháp này có hiệu quả, đất phải có tính thấm cao. Trong dòng chảy trên cạn, nước thải được phun lên một sân thượng nghiêng có thảm thực vật và từ từ chảy ra mương thu gom. Quá trình lọc được thực hiện bằng các quá trình vật lý, hóa học và sinh học, và nước thu được thường được xả vào một dòng suối gần đó.

Xử lý nước thải trên đất có thể cung cấp độ ẩm và chất dinh dưỡng cho sự phát triển của thảm thực vật, chẳng hạn như ngô hoặc ngũ cốc làm thức ăn gia súc. Nó cũng có thể nạp lại hoặc bổ sung các tầng chứa nước ngầm. Thực tế, xử lý đất đai cho phép nước thải được tái chế để sử dụng có lợi. Tuy nhiên, cần phải có diện tích đất lớn và tính khả thi của phương pháp xử lý này có thể bị hạn chế hơn nữa bởi kết cấu đất và khí hậu.

Hệ thống xử lý nước thải theo cụm

Trong một số trường hợp không khả thi khi kết nối các khu dân cư hoặc các đơn vị với hệ thống thoát nước công cộng, cộng đồng có thể lựa chọn hệ thống xử lý nước thải tập trung. Các cơ sở như vậy là phiên bản nhỏ hơn của các nhà máy xử lý tập trung và chỉ phục vụ một số kết nối hạn chế. Công nghệ được sử dụng để xử lý nước thải theo cụm có thể giống như công nghệ được sử dụng cho các hệ thống tập trung hoặc cho các hệ thống tại chỗ riêng lẻ, tùy thuộc vào các ứng dụng cụ thể và mức độ xử lý được yêu cầu. Sau khi xử lý, nước thải từ các hệ thống nước thải tập trung có thể được thải ra ngoài thông qua các phương pháp xử lý bề mặt hoặc bề mặt.

Bể tự hoại tại chỗ và ruộng rửa trôi

Ở những vùng ngoại ô hoặc nông thôn thưa dân cư, việc xây dựng hệ thống thu gom nước thải và nhà máy xử lý nước thải công nghiệp tập trung thường không kinh tế. Thay vào đó, một hệ thống xử lý và tiêu hủy riêng biệt được cung cấp cho mỗi nhà. Các hệ thống tại chỗ cung cấp các giải pháp lâu dài, hiệu quả, chi phí thấp để xử lý nước thải miễn là chúng được thiết kế, lắp đặt và bảo trì phù hợp. Tại Hoa Kỳ, khoảng một phần ba số nhà riêng sử dụng hệ thống xử lý chất thải dưới bề mặt tại chỗ.

Loại hệ thống tại chỗ phổ biến nhất bao gồm bể tự hoại chôn kín, kín nước và trường hấp thụ dưới bề mặt (còn được gọi là trường thoát nước hoặc trường rửa trôi). Bể tự hoại đóng vai trò là một ngăn lắng và chứa bùn sơ cấp, loại bỏ hầu hết các chất có thể lắng và nổi ra khỏi nước thải đầu vào. Mặc dù bùn phân hủy kỵ khí nhưng cuối cùng vẫn tích tụ ở đáy bể và phải được bơm ra ngoài định kỳ (hai đến bốn năm một lần). Các chất rắn nổi và dầu mỡ bị giữ lại bởi một vách ngăn ở đầu ra của bể chứa, và nước thải lắng đọng chảy ra trường hấp thụ, qua đó nó thấm xuống đất. Khi nó chảy chậm qua các lớp đất, nước thải lắng được tiếp tục xử lý và làm sạch bằng các quá trình vật lý và sinh học trước khi chảy xuống mực nước ngầm.

Một trường hấp thụ bao gồm một số đường ống đục lỗ được đặt trong các rãnh dài, nông, chứa đầy sỏi. Các đường ống phân phối nước thải ra một khu vực khá lớn khi nó thấm qua sỏi và vào các lớp đất bên dưới. Nếu bãi thải quá nhỏ so với ruộng rửa trôi thông thường, có thể sử dụng hố thấm sâu hơn thay cho rãnh nông; hố thấm cần ít diện tích đất hơn ruộng rửa trôi. Cả rãnh ruộng rửa trôi và hố thấm phải được đặt trên mực nước ngầm cao theo mùa.

Để xử lý nước thải tại chỗ dưới bề mặt thành công, độ thấm hoặc độ dẫn thủy lực của đất phải nằm trong phạm vi chấp nhận được. Nếu nó quá thấp, nước thải sẽ không thể chảy qua đất một cách hiệu quả, và nó có thể thấm ra bề mặt của trường hấp thụ, do đó gây nguy hiểm cho sức khỏe cộng đồng. Nếu độ thẩm thấu quá cao, có thể không được lọc đủ trước khi nước thải đầu ra đến mực nước ngầm, do đó làm ô nhiễm nước ngầm. Khả năng hấp thụ nước thải đã lắng của mặt đất phụ thuộc phần lớn vào kết cấu của đất (tức là lượng tương đối của sỏi, cát, phù sa và đất sét). Độ thấm có thể được đánh giá bằng cách quan sát trực tiếp đất trong các hố thử nghiệm đã đào và cũng có thể tiến hành thử nghiệm thấm, hay “mỗi lần thử”. Thử nghiệm perc đo tốc độ nước thấm vào đất trong các lỗ thử nghiệm nhỏ được đào trên bãi thải. Tỷ lệ perc đo được có thể được sử dụng để xác định tổng diện tích cần thiết của trường hấp thụ hoặc số lượng hố thấm.

Ở những nơi không thuận lợi về địa điểm hoặc điều kiện đất đai cấm sử dụng cả trường hấp thụ và hố thấm, hệ thống gò có thể được sử dụng để xử lý nước thải tại chỗ. Một gò đất là một trường hấp thụ được xây dựng trên bề mặt đất tự nhiên nhằm cung cấp vật liệu thích hợp cho quá trình thấm và ngăn cách trường thoát nước khỏi mực nước ngầm. Nước thải của bể tự hoại được bơm gián đoạn từ một buồng và được đưa vào gò. Các phương pháp xử lý thay thế tại chỗ khác bao gồm sử dụng các bộ lọc cát gián đoạn hoặc các đơn vị xử lý hiếu khí nhỏ, đúc sẵn. Khử trùng (thường bằng cách khử trùng bằng clo) nước thải đầu ra từ các hệ thống này là bắt buộc khi nước thải đầu ra được xả vào một dòng gần đó.

Tái sử dụng nước thải

Nước thải có thể là một nguồn tài nguyên quý giá ở các thành phố hoặc thị trấn nơi dân số ngày càng tăng và nguồn cung cấp nước bị hạn chế. Ngoài việc giảm bớt căng thẳng về nguồn cung cấp nước ngọt hạn chế, việc tái sử dụng nước thải có thể cải thiện chất lượng của các suối và hồ bằng cách giảm lượng nước thải xả ra mà chúng nhận được. Nước thải có thể được thu hồi và tái sử dụng để tưới tiêu cho cây trồng và cảnh quan, bổ sung nước ngầm hoặc các mục đích giải trí. Về mặt kỹ thuật, việc cải tạo để uống là có thể thực hiện được, nhưng việc tái sử dụng này vấp phải sự phản đối đáng kể của công chúng.

Có hai hình thức tái sử dụng nước thải: trực tiếp và gián tiếp. Khi tái sử dụng trực tiếp, nước thải đã qua xử lý được dẫn vào một số loại hệ thống nước mà trước tiên không được pha loãng trong suối hoặc hồ tự nhiên hoặc trong nước ngầm. Một ví dụ là việc tưới tiêu cho một sân gôn với nước thải từ một nhà máy xử lý nước thải đô thị. Tái sử dụng gián tiếp liên quan đến việc trộn nước thải thu hồi với một khối nước khác trước khi tái sử dụng. Trên thực tế, bất kỳ cộng đồng nào sử dụng nguồn cung cấp nước mặt ở hạ lưu từ đường ống xả của nhà máy xử lý của cộng đồng khác đang gián tiếp tái sử dụng nước thải. Tái sử dụng gián tiếp cũng được thực hiện bằng cách xả nước thải tái chế vào tầng chứa nước ngầm và sau đó rút nước để sử dụng. Việc phóng điện vào tầng chứa nước (được gọi là nạp lại nhân tạo) được thực hiện bằng cách bơm vào giếng sâu hoặc trải bề mặt nông.

Các yêu cầu về chất lượng và xử lý đối với nước thải tái chế trở nên nghiêm ngặt hơn do cơ hội tiếp xúc trực tiếp của con người và nuốt phải nước thải tăng lên. Các tạp chất phải được loại bỏ phụ thuộc vào mục đích sử dụng của nước. Ví dụ, việc loại bỏ phốt phát hoặc nitrat là không cần thiết nếu mục đích sử dụng là tưới tiêu cảnh quan. Nếu dự định tái sử dụng trực tiếp như một nguồn cung cấp có thể uống được, cần phải xử lý bậc ba với nhiều rào cản chống lại các chất gây ô nhiễm. Điều này có thể bao gồm xử lý thứ cấp, tiếp theo là lọc môi trường dạng hạt, bức xạ tia cực tím, hấp phụ than hoạt tính dạng hạt, thẩm thấu ngược, tách khí, ozon hóa và khử trùng bằng clo.

Việc sử dụng hệ thống tái chế nước xám trong các tòa nhà thương mại mới cung cấp một phương pháp tiết kiệm nước và giảm tổng lượng nước thải. Các hệ thống này lọc và khử trùng bằng clo từ bồn tắm và bồn rửa và tái sử dụng nước cho các mục đích không dùng được (ví dụ: xả bồn cầu và bồn tiểu). Nước tái chế có thể được đánh dấu bằng thuốc nhuộm màu xanh lam để đảm bảo rằng nó không được sử dụng cho các mục đích uống được.

Xử lý và thải bỏ bùn

Cặn tích tụ trong các nhà máy xử lý nước thải được gọi là bùn (hoặc chất rắn sinh học). Bùn thải là chất rắn, bán rắn hoặc bùn cặn được tạo ra như một sản phẩm phụ của quá trình xử lý nước thải. Cặn này thường được phân loại là bùn sơ cấp và thứ cấp. Bùn sơ cấp được tạo ra từ quá trình kết tủa hóa học, lắng và các quá trình sơ cấp khác, trong khi bùn thứ cấp là sinh khối chất thải hoạt tính thu được từ quá trình xử lý sinh học. Một số nhà máy xử lý nước thải cũng tiếp nhận chất rắn bể phốt hoặc bể phốt từ hệ thống xử lý nước thải tại chỗ của hộ gia đình. Thông thường, các bùn thải được kết hợp với nhau để xử lý và tiêu hủy thêm.

Xử lý và tiêu hủy bùn thải là những yếu tố chính trong thiết kế và vận hành của tất cả các nhà máy xử lý nước thải. Hai mục tiêu cơ bản của việc xử lý bùn trước khi thải bỏ lần cuối là giảm thể tích và ổn định các vật liệu hữu cơ. Bùn ổn định không có mùi khó chịu và có thể được xử lý mà không gây phiền toái hoặc nguy hiểm cho sức khỏe. Khối lượng bùn nhỏ hơn làm giảm chi phí bơm và lưu trữ.

Phương pháp điều trị

Xử lý bùn thải có thể bao gồm sự kết hợp của các quá trình cô đặc, phân hủy và khử nước.

DÀY

Làm đặc thường là bước đầu tiên trong xử lý bùn vì việc xử lý bùn loãng, dạng bùn lơ lửng trong nước là không thực tế. Quá trình làm đặc thường được thực hiện trong một bể chứa được gọi là chất làm đặc trọng lực. Chất làm đặc có thể giảm tổng khối lượng bùn xuống dưới một nửa khối lượng ban đầu. Một giải pháp thay thế cho quá trình làm đặc bằng trọng lực là tuyển nổi không khí hòa tan. Trong phương pháp này, các bọt khí mang chất rắn lên bề mặt, tại đây sẽ hình thành một lớp bùn dày.

TIÊU HÓA

Phân hủy bùn là một quá trình sinh học, trong đó các chất rắn hữu cơ được phân hủy thành các chất ổn định. Quá trình tiêu hóa làm giảm tổng khối lượng chất rắn, tiêu diệt mầm bệnh và giúp khử nước hoặc làm khô bùn dễ dàng hơn. Bùn phân hủy không chứa caffein, có hình dạng và đặc điểm của một bầu đất giàu dinh dưỡng.

Hầu hết các nhà máy xử lý nước thải lớn sử dụng một hệ thống phân hủy hai giai đoạn, trong đó các chất hữu cơ được chuyển hóa bởi vi khuẩn một cách kỵ khí (trong điều kiện thiếu oxy). Trong giai đoạn đầu, bùn đặc đến hàm lượng chất rắn khô (DS) khoảng 5%, được đun nóng và trộn trong một bể kín trong vài ngày. Vi khuẩn tạo axit thủy phân các phân tử lớn như protein và lipid, phá vỡ chúng thành các phân tử hòa tan trong nước nhỏ hơn, sau đó lên men các phân tử nhỏ đó thành các axit béo khác nhau. Sau đó, bùn sẽ chảy vào bể thứ hai, nơi các chất hòa tan được các vi khuẩn khác chuyển hóa thành khí sinh học, một hỗn hợp của carbon dioxide và methane. Khí mêtan dễ cháy và được sử dụng làm nhiên liệu để đốt nóng bể phân hủy đầu tiên cũng như tạo ra điện cho nhà máy.

Phân hủy kỵ khí rất nhạy cảm với nhiệt độ, độ chua và các yếu tố khác. Nó đòi hỏi sự giám sát và kiểm soát cẩn thận. Trong một số trường hợp, bùn được cấy thêm enzym thủy phân vào đầu giai đoạn phân hủy đầu tiên để bổ sung hoạt động của vi khuẩn. Người ta thấy rằng phương pháp xử lý bằng enzym này có thể tiêu diệt nhiều mầm bệnh không mong muốn hơn trong bùn và cũng có thể dẫn đến việc tạo ra nhiều khí sinh học hơn trong giai đoạn thứ hai của quá trình phân hủy.

Một cải tiến khác của quá trình phân hủy kỵ khí hai giai đoạn truyền thống là quá trình thủy phân bằng nhiệt, hoặc sự phân hủy các phân tử lớn bằng nhiệt. Điều này được thực hiện trong một bước riêng biệt trước khi tiêu hóa. Trong trường hợp điển hình, quá trình bắt đầu với một loại bùn đã được khử nước đến hàm lượng DS khoảng 15 phần trăm. Bùn được trộn với hơi nước trong máy nghiền bột, và hỗn hợp đồng nhất nóng này được đưa đến lò phản ứng, nơi nó được giữ dưới áp suất khoảng 165 ° C (khoảng 330 ° F) trong khoảng 30 phút. Tại thời điểm đó, khi các phản ứng thủy phân hoàn thành, một phần hơi nước bị chảy ra (được đưa đến máy nghiền bột) và bùn, vẫn còn dưới một số áp suất, được giải phóng đột ngột vào một "bể chứa nhanh", nơi giảm đột ngột áp suất làm vỡ thành tế bào của phần lớn chất rắn. Bùn thủy phân được làm nguội, pha loãng một chút với nước, và sau đó được đưa trực tiếp sang giai đoạn thứ hai của quá trình phân hủy kỵ khí.

Quá trình phân hủy bùn cũng có thể diễn ra theo nhịp điệu - nghĩa là khi có oxy. Bùn được sục khí mạnh trong bể hở trong khoảng 20 ngày. Khí mêtan không được hình thành trong quá trình này. Mặc dù các hệ thống hiếu khí dễ vận hành hơn các hệ thống kỵ khí, nhưng chúng thường tốn nhiều chi phí hơn để vận hành vì cần năng lượng cho quá trình sục khí. Quá trình phân hủy hiếu khí thường được kết hợp với các hệ thống ổn định tiếp xúc hoặc sục khí mở rộng nhỏ.

Phân hủy hiếu khí và kỵ khí thông thường chuyển khoảng một nửa lượng chất rắn hữu cơ trong bùn thành chất lỏng và khí. Thủy phân nhiệt sau đó là phân hủy kỵ khí có thể chuyển khoảng 60 đến 70% chất rắn thành chất lỏng và khí. Không chỉ khối lượng chất rắn được tạo ra nhỏ hơn so với quá trình phân hủy thông thường, mà việc sản xuất khí sinh học lớn hơn có thể khiến một số nhà máy xử lý nước thải tự cung tự cấp năng lượng

VẬN CHUYỂN

Bùn thải đã tiêu hóa thường được khử nước trước khi xử lý. Bùn khử nước vẫn chứa một lượng nước đáng kể - thường là 70% - nhưng, ngay cả với độ ẩm đó, bùn không còn hoạt động như một chất lỏng và có thể được xử lý như một vật liệu rắn. Giường làm khô bùn cung cấp phương pháp tách nước đơn giản nhất. Bùn bùn đã phân hủy được trải trên lớp cát lộ thiên và được để cho đến khi khô. Quá trình làm khô diễn ra bằng sự kết hợp của bay hơi và thoát nước tự chảy qua cát. Một mạng lưới đường ống được xây dựng dưới cát thu thập nước và được bơm trở lại phần đầu của nhà máy. Sau khoảng sáu tuần làm khô, bánh bùn, như nó được gọi, có thể có hàm lượng chất rắn khoảng 40%. Sau đó, nó có thể được lấy ra khỏi cát bằng một cái chĩa ba hoặc một máy xúc lật phía trước. Để giảm thời gian làm khô trong điều kiện thời tiết ẩm ướt hoặc lạnh giá, có thể xây một vách ngăn bằng kính trên các luống cát. Vì cần nhiều diện tích đất để làm luống phơi, phương pháp khử nước này thường được sử dụng ở các vùng nông thôn hoặc thị trấn ngoại ô hơn là ở các thành phố đông dân cư.

Các giải pháp thay thế cho giường làm khô bùn bao gồm bộ lọc chân không thùng quay, máy ly tâm và máy ép lọc băng tải. Các hệ thống cơ học này yêu cầu ít không gian hơn so với các giường làm khô bùn và chúng cung cấp mức độ kiểm soát hoạt động cao hơn. Tuy nhiên, chúng thường phải được thực hiện trước một bước gọi là điều hòa bùn, trong đó hóa chất được thêm vào bùn lỏng để làm đông tụ chất rắn và cải thiện khả năng thoát nước.

GIẢI PHÓNG

Điểm đến cuối cùng của bùn thải đã qua xử lý thường là đất. Bùn khử nước có thể được chôn dưới đất trong một bãi chôn lấp hợp vệ sinh. Nó cũng có thể được rải trên đất nông nghiệp để tận dụng giá trị của nó như một chất điều hòa đất và phân bón. Vì bùn có thể chứa các hóa chất công nghiệp độc hại, nó không được lan truyền trên đất nơi trồng cây cho con người.

Nếu không có địa điểm thích hợp để xử lý đất, như ở các khu vực đô thị, bùn có thể được đốt. Quá trình đốt làm bay hơi hoàn toàn độ ẩm và chuyển các chất rắn hữu cơ thành tro trơ. Tro phải được xử lý, nhưng khối lượng giảm làm cho việc xử lý tiết kiệm hơn. Kiểm soát ô nhiễm không khí là một cân nhắc rất quan trọng khi đốt bùn thải. Phải sử dụng các thiết bị làm sạch không khí thích hợp như máy chà và bộ lọc.

Đổ bùn ra biển, từng là một phương pháp xử lý kinh tế đối với nhiều cộng đồng ven biển, không còn được coi là một lựa chọn khả thi. Hiện nó bị cấm ở Hoa Kỳ và nhiều quốc gia ven biển khác.

Công nghệ mới nổi

Các chuyên gia trong lĩnh vực xử lý nước thải đã và đang làm việc để triển khai các công nghệ đã được thiết lập và cải thiện các quy tắc và quy định về môi trường để đáp ứng các mục tiêu chất lượng nước và bảo vệ sức khỏe con người. Đồng thời, ngành công nghiệp cũng đang chuyển đổi để chuẩn bị cho những thách thức trong tương lai, chẳng hạn như biến đổi khí hậu, thay đổi dân số và cơ sở hạ tầng già cỗi.

Cải tiến phương pháp điều trị

Nhiều cơ sở xử lý nước thải cũ yêu cầu nâng cấp vì các tiêu chuẩn chất lượng nước ngày càng khắt khe, nhưng điều này thường khó khăn do không gian mở rộng hạn chế. Để cho phép nâng cao hiệu quả xử lý mà không cần thêm diện tích đất, các phương pháp xử lý mới đã được phát triển. Chúng bao gồm quy trình lò phản ứng sinh học màng, lò phản ứng tạo bông dằn và quy trình bùn hoạt tính dạng màng cố định tích hợp (IFAS).

Trong quá trình phản ứng sinh học màng, các mô-đun màng vi lọc sợi rỗng được chìm trong một bể duy nhất, trong đó có thể xảy ra quá trình sục khí, làm sạch thứ cấp và lọc, do đó cung cấp cả xử lý thứ cấp và thứ ba trong một diện tích đất nhỏ.

Trong một bể phản ứng tạo bông có balát, tốc độ lắng của chất rắn lơ lửng được tăng lên bằng cách sử dụng cát và polyme để giúp đông tụ các chất rắn lơ lửng và tạo thành khối lượng lớn hơn gọi là bông cặn. Cát được tách khỏi bùn trong một hydroclone, một thiết bị tương đối đơn giản, trong đó nước được đưa vào gần đỉnh của hình trụ theo phương tiếp tuyến để các vật liệu nặng như cát được “quay” bằng lực ly tâm về phía thành bên ngoài. Cát thu thập bằng trọng lực ở đáy hydroclone và được tái chế trở lại lò phản ứng.

Bộ lọc sinh học sục khí sử dụng một bồn chứa với giá thể ngập nước vừa là bề mặt tiếp xúc để xử lý sinh học vừa là bộ lọc để tách chất rắn ra khỏi nước thải. Sục khí bọt mịn được áp dụng để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình và rửa ngược thường xuyên được sử dụng để làm sạch vật liệu in. Diện tích đất cần thiết cho một bộ lọc sục khí sinh học chỉ bằng khoảng 15 phần trăm diện tích cần thiết cho một hệ thống bùn hoạt tính thông thường.

Tự động hóa

Các quy trình lọc nước thải tiên tiến liên quan đến các phương pháp xử lý sinh học nhạy cảm với các thông số xử lý và môi trường. Để đảm bảo hoạt động ổn định và đáng tin cậy của các quá trình vật lý, hóa học và sinh học, các nhà máy xử lý nước thải công nghiệp thường cần triển khai các công nghệ phức tạp liên quan đến hệ thống kiểm soát quá trình và thiết bị đo lường phức tạp. Việc sử dụng các công cụ phân tích trực tuyến, bộ điều khiển logic có thể lập trình (PLC), hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA), giao diện người máy (HMI) và phần mềm điều khiển quy trình khác nhau cho phép tự động hóa và tin học hóa các quy trình xử lý với việc cung cấp cho các hoạt động từ xa . Những đổi mới như vậy cải thiện đáng kể hoạt động của hệ thống, do đó giảm thiểu nhu cầu giám sát.

Cân nhắc về môi trường

Cải tiến phương pháp điều trị

Nhiều cơ sở xử lý nước thải cũ yêu cầu nâng cấp vì các tiêu chuẩn chất lượng nước ngày càng khắt khe, nhưng điều này thường khó khăn do không gian mở rộng hạn chế. Để cho phép nâng cao hiệu quả xử lý mà không cần thêm diện tích đất, các phương pháp xử lý nước thải mới đã được phát triển. Chúng bao gồm quy trình lò phản ứng sinh học màng, lò phản ứng tạo bông dằn và quy trình bùn hoạt tính dạng màng cố định tích hợp (IFAS).

Trong quá trình phản ứng sinh học màng, các mô-đun màng vi lọc sợi rỗng được chìm trong một bể duy nhất, trong đó có thể xảy ra quá trình sục khí, làm sạch thứ cấp và lọc, do đó cung cấp cả xử lý thứ cấp và thứ ba trong một diện tích đất nhỏ.

Trong một bể phản ứng tạo bông có balát, tốc độ lắng của chất rắn lơ lửng được tăng lên bằng cách sử dụng cát và polyme để giúp đông tụ các chất rắn lơ lửng và tạo thành khối lượng lớn hơn gọi là bông cặn. Cát được tách khỏi bùn trong một hydroclone, một thiết bị tương đối đơn giản, trong đó nước được đưa vào gần đỉnh của hình trụ theo phương tiếp tuyến để các vật liệu nặng như cát được “quay” bằng lực ly tâm về phía thành bên ngoài. Cát thu thập bằng trọng lực ở đáy hydroclone và được tái chế trở lại lò phản ứng.

Bộ lọc sinh học sục khí sử dụng một bồn chứa với giá thể ngập nước vừa là bề mặt tiếp xúc để xử lý sinh học vừa là bộ lọc để tách chất rắn ra khỏi nước thải. Sục khí bọt mịn được áp dụng để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình và rửa ngược thường xuyên được sử dụng để làm sạch vật liệu in. Diện tích đất cần thiết cho một bộ lọc sục khí sinh học chỉ bằng khoảng 15 phần trăm diện tích cần thiết cho một hệ thống bùn hoạt tính thông thường.

 

Xem thêm Cách xử lý bùn thải cho các khu công nghiệp tại Việt Nam