Quy trình xử lý nước thải công nghiệp là tập hợp các công đoạn nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm từ nước thải công nghiệp, giúp nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường trước khi thải ra nguồn tiếp nhận hoặc tái sử dụng.

Xử lý nước thải công nghiệp là cả một quá trình lâu dài, và đòi hỏi chi phí đầu tư lớn.

Mục lục bài viết

Tổng quan về xử lý nước thải công nghiệp

1. Các thuật ngữ sử dụng

DO: nồng độ oxy hòa tan, đơn vị mgO2/ l

BOD (Nhu cầu oxy sinh học) : là lượng oxy cần thiết cho vi sinh vật sử dụng để oxy hóa chất hữu cơ có trong nước thải .

COD (Nhu cầu oxy hóa học) : là lượng oxy cần thiết để oxy hoá chất hữu cơ cótrong nước thải bởi các tác nhân hóa học .

VFA (Axit béo bay hơi) : là các axit hình thành trong pha chuyển hóa axit của quá trình sinh học kỵ khí.

Bùn hoạt tính : là tập hợp các vi sinh vật có trong nước thải, hình thành những bông bùn có khả năng hấp thu và phân hủy chất hữu cơ khi có mặt của oxy .

F/ M : tỷ lệ thức ăn (chính là chất hữu cơ) trên một đơn vị vi sinh vật trong bể Aerotank, MBBR oxic .

MLSS : nồng độ vi sinh vật (hay bùn hoạt tính) trong bể Aerotank .

Nitrat hoá : là qu á trình chuyển hoá ammon ia và nitơ hữu cơ thành nitrit và nitrit thành nitrat .

Khử nitrat: là quá trình chuyển hóa nitrat thành nitơ phân tử ở dạng khí .

SVI (Chỉ số thể tích bùn): là thông số chỉ khả năng lắng của bùn hoạt tính .

Tuổi bùn: là thời gian bùn tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính .

2. Định nghĩa hệ thống xử lý nước thải công nghiệp

Đây là một hệ thống có sử dụng nhiều loại hóa chất và ứng dụng công nghệ khác nhau nhằm tạo ra một quy trình khép kín để giải quyết nước thải tại các nhà máy, doanh nghiệp, từ đó giúp ngăn chặn ô nhiễm, bảo vệ môi trường, hệ sinh thái và sức khỏe con người. Chúng giúp loại bỏ, phân hủy những thành phần gây ô nhiễm.

3. Các quá trình xử lý nước thải công nghiệp

Quá trình sơ bộ trong xử lý nước thải khu công nghiệp: Các công trình chủ yếu hoạt động dựa trên lực cơ học và vật lý như song chắn rác, lưới chắn, bể lắng, bể điều hòa, lọc, tuyển nổi
Quy trình bậc hai: gồm các quy trình xử lý bằng hóa chất cùng sinh học
Công đoạn xử lý bậc ba: công đoạn này chủ yếu để khử những chất hóa học có tính độc hại hay khó có thể khử bằng công trình xử lý sinh học thông thường. Nó gồm có: bể lọc hấp thụ tầng than hoạt tính và bể lọc trao đổi ion, lọc qua màng thẩm thấu ngược hay lọc qua màng bán thấm bằng điện phân,…

4. Cơ sở lựa chọn công nghệ xử lý

Tự động hóa qui trình vận hành, phương pháp vận hành của hệ thống đơn giản, phù hợp với điều kiện Việt Nam. Hạn chế thấp nhất các thao tác thủ công, thao tác đóng mở van, tắt mở động cơ nhằm để tăng tuổi thọ thiết bị.
Lựa chọn công nghệ thích hợp, hiện đại, đã được áp dụng thành công tại các công trình có tính chất tương tự.
Công nghệ xử lý phải đảm bảo sự phối hợp đồng bộ giữa các công đoạn, thiết bị, đảm bảo thuận tiện trong công tác vận hành ổn định, dễ dàng khắc phục sự cố.
Dễ dàng trong trong tác đào tạo nhân viên vận hành.
Dễ dàng và chủ động kiểm soát được chất lượng nước thải đầu ra, đảm bảo các yêu cầu về bảo vệ môi trường.

Các giải pháp trong xử lý nước thải công nghiệp ở nước ta hiện nay

1. Phương pháp hóa học

Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến trong trường hợp cần loại bỏ những tạp chất và hóa chất độc hại tồn tại trong hầu hết các loại loại nước thải công nghiệp.
Phương pháp cho hiệu quả nhanh chóng và dễ sử dụng cũng như vận hành, quản lý nhưng nó cũng có thể sinh ra chất gây ô nhiễm thứ cấp và có giá thành cao.
Ứng dụng chủ yếu cho xử lý nước thải trong các nhà máy xi mạ kẽm, mạ crom hay nhà máy dệt nhuộm, sản xuất mực in, đặc biệt khi xử lý amoni trong nước thải công nghiệp
Có hai phương pháp xử lý là:

– Oxi hóa khử: các hóa chất độc hại có trong nước xả thải như clorat canxi, oxy không khí, bicromat kali, clo, ozon,… sẽ có phản ứng oxy hóa khử sau đó chuyển hóa thành những loại hóa chất khác ít độc hại hơn, cuối cùng được tách ra khỏi nước thải.

– Dùng tác nhân trung hòa: sử dụng kiềm, axit hay những vật liệu lọc axit nhằm trung hòa và giảm mức độ ảnh hưởng tới môi trường xung quanh trước khi tiến hành xả thải ra ngoài môi trường.

2. Phương pháp sinh học

Giải pháp thích hợp cho xử lý chất amoni có trong nước thải công nghiệp và được sử dụng đế xử lý nước thải công nghiệp cho các nhà máy chế biến cà phê hay sản xuất mì ăn liền, sữa, bia. Hay nói cách khác, nó dùng cho các loại nước thải phát sinh từ nhà máy sản xuất công nghiệp chứa thành phần chất hữu cơ
Phương pháp này sử dụng các loại vi sinh vật để khử những hợp chất hữu cơ độc hại có trong nước thải, các vi sinh vật đó có thể có sẵn trong nước xả hoặc được cho thêm vào trong quá trình xử lý
Một số công nghệ xử lý nước thải bằng vi sinh vật như: xử lý nước thải AAO, Johkasou, xử lý bằng tảo hay bèo tây,…

3. Phương pháp cơ học

Phương pháp cơ học được dùng để loại bỏ các hóa chất có kích thước và tỷ trọng lớn trong nước.
Ứng dụng cho nhiều ngành sản xuất công nghiệp khác nhau như sản xuất sơn, giấy, xi mạ kẽm, xi mạ crom,…

4. Phương pháp hóa lý

Đây là phương pháp áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để loại bỏ bớt các chất gây ô nhiễm trong nước thải khi không thể sử dụng bể lắng để lược bỏ chúng ra khỏi nước xả thải.

Các công nghệ thường áp dụng:

Công nghệ keo tụ tạo bông: dùng chủ yếu cho xử lý nước thải tại các nhà máy sản xuất mực in, sơn hay sệt nhuộm,… nhờ vào khả năng khử cặn lơ lửng và màu rất tốt. Bên cạnh đó, nó còn áp dụng trong lọc nước thải nhiễm dầu mỡ hay chứa kim loại nặng.
Công nghệ trích ly pha lỏng: thường dùng cho những loại nước thải công nghiệp có chứa các ion kim loại và axit hữu cơ, phenol. Do chi phí sử dụng công nghệ này khá đắt nên thường chỉ ứng dụng trong các trường hợp mà tỷ lệ chất bẩn đặt mức từ 3 đến 4 g/l

5. Phương pháp điện hóa

Ở giải pháp này, người ta sử dụng hai dạng năng lượng là hóa học và điện để loại bỏ một cách triệt để những hóa chất độc hại với môi trường có trong nước xả thải công nghiệp.

Công nghệ thường áp dụng:

Công nghệ keo tụ điện hóa: sử dụng chủ yếu trong xử lý nước thải công nghiệp phát sinh từ các nhà máy dệt nhuộm, sản xuất giấy, mực in với đặc trưng dễ dàng loại bỏ được những chất thải màu hữu cơ khó phân hủy.
Công nghệ oxy hóa điện hóa: áp dụng cho oxy hóa những hợp chất hữu cơ độc hại thành nước cùng CO2. Ngoài ra, nó còn được sử dụng chung với các anot (SnO2, PbO2,…)

Chi tiết về quy trình xử lý nước thải khu công nghiệp

Sơ đồ công nghệ quy trình xử lý nước thải công nghiệp

Thuyết minh công nghệ xử lý nước thải công nghiệp

Trạm bơm: Bể có cao độ thấp nhất so với hệ thống tuyến cống thu gom nước thải, toàn bộ nước thải trong KCN sẽ tự động chảy về bể này dựa vào sự chênh lệch cao độ. Tại đây bố trí 3 bơm chìm, khi nước thải đầy bể, phao tín hiệu mực nước sẽ báo tin hiệu để bơm về Bể điều hòa. Trước khi nước thải đổ vào trạm bơm được tách rác thô tại 02 máy tách rác thô.

Bể điều hòa: Nước thải khi đầy theo phao sẽ báo tín hiệu để bơm tự động về Bể điều hòa. Nhiệm vụ của bể điều hòa là điều hòa lưu lượng và chất lượng nước. Khí được cấp liên tục từ dưới đáy bể thông qua các đĩa tán khí nhằm xáo trộn lượng nước trong bể. Mực nước thấp nhất trong bể sẽ được giới hạn nhằm đảm bảo khả năng điều hòa. Tại đây đặt 4 con bơm luân phiên, tự động theo mực phao, nước thải được bơm lên bể trung hòa – keo tụ.

Bể trung hòa – keo tụ: Nước thải được cung cấp NaOH, PAC, Polymer với liều lượng thích hơp từ các bơm định lượng và được khuấy trộn bằng các máy khuấy được đặt tại bể trung hòa – keo tụ nhằm đảm bảo quá trình phản ứng và tạo bông tốt nhất trước khi nước thải được tự chảy qua bể tuyển nổi siêu nông.

Bể tuyển nổi siêu nông: Tai đây diên ra quá trình tách bùn, bông căn ra khỏi nước thải. Phần nước trong tự chảy sang bể khử nitrat, phần bùn nổi được vớt xả bể bể nén bùn.

Bể khử nitrat: Tận dụng nguồn chất ô nhiễm đầu vào, nước thải chứa NO3 đã được Nitrate hóa tại bể sinh học hiếu khí, tại đây có lắp đặt máy khuấy chìm, tạo điều kiện thiếu khí, kích thích quá trình Denitrification chuyển hóa NO3 thành khí N2 bay lên, đây là công trình chuyên dụng dùng để xử lý Nitơ trong nước thải.

Tại Bể khử nitrat có bố trí 1 bơm dinh dưỡng nhằm cung cấp dưỡng chất đảm bảo quá trình Khử Nitrate diễn ra hiệu quả.

Bể Nitrat hóa: Nước thải tự chảy từ bể khử nitrat sang bể nitrat hóa, tại đây các quá trình sinh học sẽ diễn ra bởi Bùn hoạt tính – hình thái của các vi sinh vật trong nước có khả năng xử lý các chất ô nhiễm trong nước.

Trong điều kiện được sục khí liên tục bằng hệ thống cung cấp và phân tán khí Oxy đặt dưới đáy bể, hệ thống này có nhiệm vụ cung cấp khí Oxy và xáo trộn hoàn toàn, tạo điều kiện tiếp xúc giữa vi sinh vật và nước thải và giá thể. Các vi sinh vật hiếu khí (như, vi sinh vật Nitrate hóa, vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc,…) sẽ phân giải các hợp chất hữu cơ có trong nước thải. Những chủng loại vi sinh vật này sử dụng chất hữu cơ (thể hiện qua chỉ số BOD và COD) như là thức ăn để tổng hợp sinh khối là Bùn hoạt tính, động học của quá trình này như sau:

Oxy hóa các chất hữu cơ:

CxHyOz + O2 + Enzyme → CO2 + H2O + ∆H

Tổng hợp tế bào mới:

CxHyOz + NH3 + O2 + Enzyme → Tế bào vi khuẩn + CO2 + H2O + C5H7NO2 + ∆H

Oxy hóa nội bào:

4C5H7NO2 + 29O2 + Enzyme → 20CO2 + 14H2O + 4NO3 H

Nói đơn giản hơn, các quá trình sinh học hiếu khí chuyển hóa các hợp chất hữu cơ và các hợp chất chứa Nitơ về dạng đơn giản hơn là CO2, H2O và NO3. Nồng độ Oxy hòa tan trong nước phải luôn được duy trì từ 3 – 5 mg/l.

Khí được cấp liên tục bằng máy thổi khí, các đĩa phân tán khí có nhiệm vụ phân tán khí Oxy hòa tan vào nước.

Quá trình sinh học hiếu khí có thể xử lý hầu hết các chất hữu cơ trong nước, chỉ số BOD và COD đều giảm, hiệu suất xử lý đạt từ 80 – 95%, hiệu suất chuyển hóa Amoni thành Nitrate đạt 90 – 100 %.

Tại bể Nitrat hoá có lắp đặt 4 bơm tuần hoàn, mục đích là bơm nước thải chứa Nitrate (đã được chuyển hóa từ Amoni) về bể Khử Nitrat, tận dụng chất hữu cơ đầu vào (BOD) diễn ra quá trình khử Nitrate, làm giảm Nitơ trong nước thải.

Bể lắng: Bùn hoạt tính khi được hình thành sẽ rất dễ tách pha với nước, bể lắng sinh học có nhiệm vụ tách bông bùn hoạt tính lắng xuống đáy, nước trong tự chảy ra ngoài bằng máng thu nước. Bùn sinh học phần lớn sẽ được tuần hoàn về bể Anoxic, một phần bùn hoạt tính dư được xả về bể nén bùn.

Phải cho bùn hoạt tính tuần hoàn trở về vì phải giữ nồng độ bùn trong bể bùn hoạt tính ở mức ổn định, chỉ xả đi lượng bùn dư – tương ứng với lượng tăng sinh khối – không cần thiết cho quá trình mà thôi.

Bể lắng sinh học được thiết kế có 4 bơm bùn tuần hoàn. Trong quá trình vận hành, sẽ xác định lượng bùn hoạt tính phù hợp rồi điều chỉnh duy trì.

Bể SBS: Tại đây được cung cấp lượng giá thể lơ lững MBBR với mật độ cao nhằm mục đích xử lý một phần chất ô nhiễm còn sót lại sau bể lắng sinh học. Sau đó nước thải tự chảy sag bể trung gian và được bơm trung gian bơm lên bồn lọc cát.

Bồn lọc cát: Lọc cát là quá trình tách các chất ô nhiễm (chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ còn sót lại,…) ra khỏi nước khi hỗn hợp nước và chất rắn lơ lửng đi qua lớp vật liệu lọc. Chất ô nhiễm được giữ lại và nước tiếp tục chảy qua. Bể lọc cát là 1 loại bể lọc khép kín được chế tạo bằng thép có dạng hình trụ đứng. Nước sau khi được lọc qua nước thải chảy về ngăn khử trùng và tự chảy về Hồ sinh học. Nước rữa lọc định kỳ xả về chảy về bể điều hoà.

Khử trùng: Các chất có tính Oxy hóa mạnh như nước Javen có hiệu quả cao trong việc tiêu diệt các vi sinh vật gây hại. Dung dịch khử trùng sẽ được châm vào bể khử trùng bằng bơm định lượng, đảm bảo chất lượng nước thải đầu ra (chỉ tiêu: Mùi, màu, Coliform).

Bể nén bùn: Có chức năng cô đặc bùn dư từ các bể lắng bơm về. Cấu tạo bể nén bùn làm tăng mật độ bùn, nước dư sẽ tràn về bể điều hòa để xử lý lại. Bùn cô đặc được bơm về bể chứa bùn và được máy ép bùn băng tải ep sau đó được chuyển sang máy sấy bùn sấy khô và được thu gom xử lý hàng ngày.

Hệ thống xử lý mùi: Hệ thống xử lý mùi trang bị 1 quạt hút ly tâm, hút khí liên tục cấp vào Tháp hấp thụ bao gồm vật liệu xử lý mùi, khí thoát ra sẽ giảm đáng kể mùi hôi, không gây ô nhiễm không khí.

Bể khử trùng: nước thải tại đây sẽ được khử trùng bằng cách trộn đều clorua vôi trước khi được xả thải ra ngoài môi trường.
Bể chứa bùn: bùn từ các bể SBR được bơm hút qua bộ phận này. sau đó qua máy ép bùn bằng bơm bùn ở dạng nén trục vít cùng hàm lượng polymer được cung cấp thêm thì bùn sẽ chuyển sang dạng bánh bùn.

Tái sử dụng hoặc thải ra môi trường

Sau khi qua các bước xử lý, nước thải có thể đạt tiêu chuẩn để thải ra môi trường hoặc được tái sử dụng cho mục đích công nghiệp khác, như tưới tiêu hoặc làm mát hệ thống.

Các công nghệ xử lý nước thải tiên tiến

Công nghệ màng lọc (MBR, RO): Dùng để lọc nước thải sạch hơn, loại bỏ vi khuẩn, vi sinh vật và các chất ô nhiễm nhỏ hơn.
Công nghệ oxy hóa nâng cao (AOPs): Dùng các chất oxy hóa mạnh như ozone, hydrogen peroxide kết hợp với tia UV để phá hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy.
Công nghệ điện hóa: Sử dụng điện phân để khử các chất ô nhiễm và kim loại nặng.