Công nghệ xử lý nước thải hiện đại

Công nghệ xử lý nước thải

Công nghệ xử lý nước thải được thiết kế với chi phí thấp có tác dụng bảo vệ môi trường, cung cấp các lợi ích bổ sung từ việc tái sử dụng nước. Công nghệ này sử dụng hệ thống cây trồng thủy sản và mặt đất tự nhiên.

Hệ thống này có thể được phân thành 3 loại chính, như thể hiện trong Hình 1. Hệ thống xử lý cơ học nước thải, sử dụng quá trình tự nhiên trong cấu trúc môi trường. Hệ thống thủy sản được đại diện bởi các đầm. Các hệ thống trên mặt đất sử dụng các chất dinh dưỡng có trong nước thải, hấp thụ các chất dinh dưỡng có sẵn chuyển đổi thành các dạng sinh khối, sau đó ứng dụng để sản xuất khí mê-tan, sản xuất rượu, hoặc bổ sung cho thức ăn gia súc.

Tóm tắt các công nghệ xử lý nước thải
Tóm tắt các công nghệ xử lý nước thải

Hình 1: Tóm tắt các công nghệ xử lý nước thải

Mô tả kỹ thuật

  • Công nghệ xử lý cơ học

Hệ thống cơ học sử dụng kết hợp với quá trình sinh học, hóa học và vật lý để đạt được mục tiêu xử lý nước. Sử dụng các quy trình cơ bản tự nhiên trong môi trường nhân tạo, công nghệ xử lý cơ học sử dụng một loạt các bể chứa, cùng với máy bơm, quạt, màn hình các thành phần cơ khí khác, để xử lý nước thải. Dòng chảy của nước thải trong hệ thống được kiểm soát bởi các loại thiết bị đo đạc. Trình tự các lò phản ứng hàng loạt (SBR), hào oxy hóa và các hệ thống thông khí của quá trình hoạt bùn.

  • Công nghệ xử lý thủy sản

Đầm là hình thức phổ biến nhất của công nghệ xử lý thủy sản. Lớp nước gần bề mặt là háo khí trong khi lớp dưới cùng kỵ khí. Các lớp trung gian là háo khí ở gần đầu và yếm khí ở gần phía dưới, tạo thành một vùng tuỳ ý. Trong hệ thống này, nước thải được thải ra chỉ trong thời gian khi dòng chảy đủ để ngăn chặn sự suy giảm chất lượng nước. Các thông số thiết kế điển hình được tóm tắt trong Bảng 1.

Xây dựng vùng đất ngập nước  cho hoạt động nuôi trồng thủy sản và các bộ lọc cát nói chung là phương pháp thành công nhất của xử lý nước thải từ các đầm phá. Các hệ thống này cũng sử dụng công nghệ xử lý chính như: Bể chứa, bể tự hoại. Ưu điểm chính của nó là cung cấp xử lý nước thứ cấp bổ sung khi có yêu cầu.

Công nghệ Mục tiêu xử lý Thời gian giữ (ngày) Độ sâu (feet) Tải trọng hữu cơ (lb / ac / ngày)
Hồ oxy hóa ( Ao sinh học) Trung cấp 10-40 3-4,5 36-110
Ao tùy ý Trung cấp 25-180 4,5-7,5 20-60
Ao có ngậm khí Trung cấp, Khử sạch 7-20 6-18 45-180
 Ao lưu trữ, ao HCR Thứ cấp, lưu trữ, Khử sạch 100-200 9-15 20-60
Điều trị vùng gốc, ao lục bình Trung cấp 30-50 <4.5 <45

Bảng 1 Thiết kế điển hình của nhà máy xử lý thủy sản

Nuôi trồng thủy sản được phân biệt bởi các loại cây trồng ở các lưu vực giữ nước thải. Các nhà máy này thường sử dụng lục bình (bèo tây) hoặc bèo tấm (Lemna spp).  Mục đích chính của các nhà máy trong các hệ thống này là cung cấp một môi trường sống thích hợp cho vi khuẩn, loại bỏ phần lớn các chất dinh dưỡng hòa tan. Các tính năng thiết kế của hệ thống như vậy được tóm tắt trong Bảng 2.(Xem thêm mục 2.3, trong Chương 2)

Hệ số thiết kế an toàn Dòng chảy mặt Lưu lượng nước dưới bề mặt
Diện tích bề mặt tối thiểu 23-115 ac / mgd 2,3-46 ac / mgd
Độ sâu tối đa Tương đối nông Mực nước bên dưới mặt đất
Độ sâu nền N/A 12.30m
Thời gian cư trú thủy lực tối thiểu 7 ngày 7 ngày
Tốc độ tải thủy lực tối đa 0,2-1,0 GDP / sq ft 0,5-10 gpd / sq ft
Tiền xử lý tối thiểu Sơ cấp (trung cấp không bắt buộc) Chính
Phạm vi của các tải trọng hữu cơ 9-18 lb / ac / d 1,8-140 lb / ac / d

Bảng 2 Đặc điểm thiết kế xây dựng điển hình cho các vùng đất ngập nước

Bộ lọc cát được sử dụng cho các mục đích xử lý nước thải trong ít nhất một thế kỷ ở châu Mỹ Latinh và vùng Caribê. Hai loại bộ lọc cát thường được sử dụng: Liên tục và tuần hoàn. Chúng khác nhau chủ yếu trong phương pháp ứng dụng của nước thải.

  • Công nghệ xử lý mặt đất

Hệ thống xử lý trên mặt đất bao gồm: Sự rò rì lớp dưới bề mặt tốc độ chậm, sự rò rỉ nhanh và xâm nhập nhanh chóng. Ngoài việc xử lý nước thải và chi phí bảo trì thấp, các hệ thống này có thể mang lại lợi ích bổ sung bằng cách cung cấp nước cho nước ngầm, trồng rừng, sản xuất nông nghiệp và đồng cỏ chăn nuôi. Chúng phụ thuộc vào đặc tính vật lý, hóa học, sinh học và các phản ứng trên và trong đất.

Tính năng Tốc độc chậm Xâm nhập nhanh Xâm nhập dưới bề mặt Dòng tràn mặt đất
Kết cấu đất Sét có chứa cát đến á sét Cát và Sét có chứa cát Cát sét mùn Bùn đất mùn và sét mùn
Độ sâu nước ngầm 3 ft 3 ft 3 ft Không quan trọng
Thảm thực vật Yêu cầu Tùy chọn N/A Yêu cầu
Hạn chế khí hậu Mùa sinh trưởng Không Không Mùa sinh trưởng
Độ dốc <20%, đất canh tác
<40%, đất hoang hóa
Không quan trọng Không áp dụng 2% -8% dốc thành

Bảng 3 Hạn chế ở các vị trí áp dựng công nghệ ứng dụng đất

Trong hệ thống xâm nhập nhanh chóng, hầu hết nước thải được thấm qua đất và được xử lý chảy tự nhiên trên bề mặt hoặc nạp vào nguồn nước ngầm. Mục tiêu xử lý chính là chuyển đổi nitơ ammoniac trong nước thành nitơ nitơrát trước khi thải ra nguồn tiếp nhận.

Hệ thống xâm nhập dưới bề mặt được thiết kế cho các đô thị với số dân nhỏ hơn 2.500 người. Chúng thường được thiết kế cho nhu cầu cá nhân (bể tự hoại) nhưng cũng có thể được thiết kế cho các cụm nhà.

Mức độ sử dụng

Công nghệ xử lý nước thải được ứng dụng rộng rãi  cho các hệ thống xử lý cơ học hiếu khí và kỵ khí, các nhà máy lò phản ứng theo chiều dọc, đã thử nghiệm thành công với các hệ thống xử lý trên cạn và dưới nước cho xử lý nước thải.

Vận hành và bảo trì

Yêu cầu hoạt động và bảo trì thay đổi tùy theo công nghệ được sử dụng. Trong các nhà máy hoạt bùn cơ khí, yêu cầu bảo dưỡng định kỳ bao gồm: kích hoạt các máy bơm bùn, kiểm tra hệ thống để đảm bảo rằng không có tắc nghẽn hoặc rò rỉ trong hệ thống, và kiểm tra nồng độ chất nhũ tương khô trong nước thải nhà máy để đảm bảo hoạt động hiệu quả.

Trong trường hợp hệ thống xử lý thủy sản sử dụng lò phản ứng kỵ khí và đầm phá để xử lý nước thải, hướng dẫn hoạt động sau đây cần được tuân thủ:

  • Định kỳ làm sạch hệ thống loại bỏ cát (thường là 5 ngày trong thời tiết khô và 2-3 ngày 1 lần với thời tiết ẩm ướt).
  • Loại bỏ nhờn tích tụ trong lò phản ứng kỵ khí hàng ngày
  • Loại bỏ tảo tích lũy trong các đầm hàng ngày
  • Mở van bùn để cho bùn vào nền khô
  • Thiết lập chương trình loại bỏ thực vật thủy sinh ngoại lai (tăng trưởng thực vật thủy sinh có thể cản trở khả năng xử lý của các đầm phá).
So sánh chi phí hoạt động và bảo trì của các công nghệ XLNT
So sánh chi phí hoạt động và bảo trì của các công nghệ XLNT

Hình 2: So sánh chi phí hoạt động và bảo trì của các công nghệ xử lý nước thải.

So sánh chi phí vốn của các CN XLNT
So sánh chi phí vốn của các CN XLNT

Hình 3: So sánh chi phí vốn của các công nghệ xử lý nước thải

Mức độ tham gia

Sự tham gia của chính phủ là rất cần thiết trong việc thực hiện các công nghệ xử lý nước thải. Khu vực tư nhân, đặc biệt là ngành du lịch đã lắp đặt thành công các hệ thống quy mô nhỏ, các nhà máy xử lý nước thải khép kín tại các cơ sở cá nhân. Trong một số trường hợp, việc lắp đặt các nhà máy này được kết hợp với việc tái sử dụng nước thải để tưới nước cho sân golf, thảm cỏ và các khu vực tương tự. Việc lựa chọn và xây dựng các công nghệ xử lý nước thải thích hợp thường được khởi xướng và tài trợ ít nhất là một phần từ phía chính phủ.

Chi phí

Chi phí xây dựng, vận hành và chi phí bảo trì cho các hệ thống xử lý nước thải với công suất 0,1 đến 1 triệu gallon mỗi ngày được tóm tắt trong Hình 2 và 3. Hầu hết các dữ liệu của các chi phí này báo cáo từ hệ thống thực hiện tại Hoa Kỳ. Hệ thống tương tự ở châu Mỹ Latinh có thể ít tốn kém hơn, trong một số trường hợp, do chi phí lao động thấp hơn và chênh lệch giá vật liệu xây dựng. Tuy nhiên, so sánh chi phí tương đối giữa các công nghệ có thể được áp dụng cho tất cả các nước.

Hình 2 so sánh chi phí vận hành và bảo dưỡng (lao động, năng lượng, hóa chất, vật liệu như thiết bị thay thế và phụ tùng) của các hệ thống khác nhau của công suất 0,1-1 mgd. Chi phí cho các hệ thống xử lý cơ học là lớn hơn đáng kể so với các hệ thống khác, đặc biệt là ở các dòng nhỏ hơn.

Hình 3 so sánh chi phí vốn của các quá trình xử lý nước thải. Tất cả các hệ thống tự nhiên đều có một đầm phá đóng vai trò xử lý nước chủ yếu. Chi phí nhà máy xử lý cơ học được bắt nguồn như chi phí của một hệ thống xử lý mương oxy hóa, bao gồm các chi phí của bể lắng, quá trình oxy hóa mương, máy bơm, xây dựng, phòng thí nghiệm. Các chi phí này cũng bao gồm các chi phí kỹ thuật và quản lý ngoài các chi phí cho đường ống, hệ thống điện, thiết bị đo đạc, và chuẩn bị địa điểm.

Hiệu quả của công nghệ

Hệ thống xử lý tự nhiên có khả năng sản xuất nước với chất lượng tương đương với các hệ thống xử lý cơ học. Các kết quả của một dự án được thực hiện ở Bogota, Colombia, để so sánh hiệu suất của quá trình xử lý nước thải khác nhau được tóm tắt trong Bảng 4.

Phù hợp

Hệ thống cơ học phù hợp hơn cho những nơi có diện tích đất là một mối quan tâm, chẳng hạn như khách sạn, khu dân cư.

Đầm phá và công nghệ ao oxy hóa phù hợp ở nơi có nhiều đất đai. Hệ thống tốc độ chậm đòi hỏi nhiều đất. Kỹ thuật trồng thủy canh, sử dụng thực vật thủy sinh trên mặt đất để xử lý nước thải cũng đòi hỏi một lượng đất tương đối lớn và phù hợp nhất với khu vực mà các nhà máy thủy sản phù hợp có thể phát triển một cách tự nhiên.

Lợi thế

Bảng 5 tóm tắt những lợi thế của các công nghệ xử lý nước thải khác nhau. Nói chung, những lợi thế của việc sử dụng quá trình sinh học tự nhiên là tương đối dễ dàng để xây dựng và hoạt động, chi phí thấp, hấp dẫn với cộng đồng với ngân sách hạn chế. Nhiều nơi, cộng đồng thích công nghệ cơ học dựa hơn, có xu hướng đòi hỏi diện tích đất ít hơn và cho phép kiểm soát tốt hơn các hoạt động. Tuy nhiên, các hệ thống này thường có chi phí cao và đòi hỏi nhân viên có tay nghề cao để vận hành.

Quá trình Cung cấp oxy Nồng độ lò phản ứng Thời gian duy trì Hiệu quả loại bỏ
Bùn hoạt tính Không khí bị nén 10 m3 4-6 giờ 90% -95% chất hữu cơ 90% -95% chất nhũ tương khô
Sinh học đĩa quay Không khí 1 m3 1-3 giờ 90% -95% chất hữu cơ
Dòng chảy lên cao Kỵ khí 2 m3 24 giờ 50% -60% chất hữu cơ
57% chất nhũ tương khô
Lọc kỵ khí Kỵ khí 2 m3 36 giờ 40% -50% chất hữu cơ
52% chất nhũ tương khô
Bể tự hoại Kỵ khí 2 m3 36 giờ 25% chất hữu cơ
Trồng thủy canh Hiếu khí / kỵ khí 6 m3 12 giờ 65% -75% chất hữu cơ

Bảng 5 So sánh hiệu suất của hệ thống xử lý nước thải

Nhược điểm

Bảng 6 cũng tóm tắt những nhược điểm của các công nghệ xử lý nước thải khác nhau, thường liên quan đến chi phí xây dựng và hoạt động giảm sút. Hệ thống cơ học có thể tốn kém trong xây dựng và hoạt động, yêu cầu nhân viên chuyên ngành. Tuy nhiên, nó cung cấp mức độ kiểm soát cao hơn, sản xuất nước thải có chất lượng ổn định hơn. Hệ thống sinh học tự nhiên, mặt khác, có nhiều đất thâm canh, yêu cầu các nhà khai thác ít có tay nghề và có thể sản xuất nước thải có chất lượng thay đổi phụ thuộc vào thời gian trong năm, loại cây trồng, và khối lượng tải nước thải. Nói chung, sự phức tạp và chi phí của công nghệ xử lý nước thải tăng với chất lượng nước thải.

Sự chấp nhận văn hóa

Các chính phủ và khu vực tư nhân ở nhiều quốc gia Mỹ Latinh không nhận thức đầy đủ về sự cần thiết phải xử lý nước thải và tầm quan trọng của chất lượng nước trong việc cải thiện chất lượng cuộc sống của các thế hệ hiện tại và tương lai. Ô nhiễm tài nguyên thiên nhiên là một trở ngại chính cho việc đạt được các mục tiêu đã nêu trong Chương trình nghị sự 21 của tăng trưởng kinh tế bền vững.

Phát triển hơn nữa của công nghệ

Hiệu quả chi phí của tất cả các công nghệ xử lý nước thải cần phải được cải thiện. Mẫu thiết kế mới của hệ thống cơ học nhằm giải quyết mối quan tâm này đang được giới thiệu bởi các nhà máy xử lý nước. Việc sử dụng các lò phản ứng thẳng đứng với một hệ thống hoạt bùn, đang được thử nghiệm ở Brazil để thu thập dữ liệu nhằm cải thiện tương lai của công nghệ này. Phát triển sản phẩm tương tự trong việc sử dụng thực vật thủy sinh và trên cạn như một phương tiện để xử lý nước thải, tuy nhiên, các công nghệ này vẫn còn trong giai đoạn thử nghiệm và sẽ đòi hỏi nhiều thử nghiệm và nghiên cứu trước khi được chấp nhận như là công nghệ xử lý tiêu chuẩn . Ngoài ra, giáo dục để tạo ra nhận thức về sự cần thiết phải xử lý nước thải vẫn còn là một nhu cầu quan trọng ở tất cả các cấp chính quyền và địa phương.

Loại xử lý Lợi thế Nhược điểm
Hệ thống thủy sản
Đầm phá ổn định Chi phí vốn thấp, chi phí hoạt động, bảo trì và nhu cầu nhân lực kỹ thuật cao ở mức thấp Đòi hỏi phải có một diện tích đất lớn, có thể tạo ra mùi không mong muốn
Đầm phá ngậm khí Đòi hỏi diện tích đất tương đối ít
Tạo vài mùi không mong muốn
Đòi hỏi các thiết bị cơ khí để thông khí lưu vực

Sản xuất nước thải có nồng độ chất nhũ tương kho cao

Hệ thống trên mặt đất
Bể tự hoại Có thể được sử dụng tại các hộ gia đình,
dễ dàng hoạt động và bảo trì , có thể được xây dựng ở khu vực nông thôn
Cung cấp một hiệu quả xử lý thấp, phải được bơm thường xuyên
Yêu cầu bãi rác để xử lý định kỳ bùn.
Vùng đất ngập nước Loại bỏ đến 70% chất rắn và vi khuẩn
Chi phí đầu tư, hoạt động và yêu cầu bảo trì ở mức thấp
Chủ yếu vẫn ở mức thử nghiệm
Yêu cầu loại bỏ định kỳ của nguyên liệu thực vật vượt quá
Sử dụng tốt nhất trong khu vực mà thực vật bản địa phù hợp có sẵn
Hệ thống cơ khí
Hệ thống lọc Yêu cầu đất ở mức tối thiểu, có thể được sử dụng cho hộ gia đình có quy môxử lý nhỏ.

Chi phí tương đối thấp, dễ dàng hoạt động

Đòi hỏi các thiết bị cơ khí
Lò phản ứng sinh học theo chiều dọc Hiệu quả xử lý cao

Yêu cầu ít diện tích đất, áp dụng cho các cộng đồng xử lý nước tại địa phương quy mô nhỏ và các thành phố lớn để xử lý quy mô tầm cỡ khu vực

Chi phí cao , công nghệ phức tạp

Yêu cầu nhân lực kỹ thuật cao cho các hoạt động và bảo trì

Yêu cầu phụ tùng luôn phải sẵn sàng

Nhu cầu năng lượng cao

Bùn hoạt tính Phương pháp xử lý hiệu quả cao

Yêu cầu ít diện tích đất, áp dụng cho các cộng đồng xử lý nước tại địa phương quy mô nhỏ và các thành phố lớn để xử lý quy mô tầm cỡ khu vực

Chi phí cao

Yêu cầu khu vực xử lý phải là bùn

Yêu cầu nhân lực kỹ thuật lành nghề để vận hành và bảo trì

Bảng 6 Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ xử lý nước thải thông thường và phi truyền thống

 

Leave your Comment

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Send message via your Messenger App