Xử lý nước thải là một việc làm quan trọng, góp phần vào việc gìn giữ môi trường cũng như bảo vệ sức khỏe con người. Trong nước thải gồm nhiều thành phần đòi hỏi các kỹ thuật thích hợp để có thể loại bỏ được chúng. Các phương pháp xử lý nước thải được sử dụng chủ yếu hiện nay gồm cơ học, hóa học, sinh học. Hãy cùng VIETCHEM tìm hiểu sơ lược các phương pháp trên qua bài viết dưới đây nhé. 

I. Xử lý nước thải bằng phương pháp lý học

Trong nước thải thường chứa nhiều rác thô cũng như các chất không tan ở dạng lơ lửng. Để tách các chất này ra khỏi nước thải thường dùng các biện pháp cơ học như song chắn, lưới lọc rác, lắng đọng dưới tác dụng của trọng lực, lực ly tâm. Những kỹ thuật này thường ở giai đoạn đầu của hệ thống xử lý nước thải. Tùy theo kích thước, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ cần làm sạch mà lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp.

1.  Song chắn rác

Nước thải dẫn vào hệ thống xử lý trước hết phải qua song chắn rác. Tại đây các thành phần có kích thước lớn như giẻ, vỏ đồ hộp,cành cây, bao nilon… được giữ lại. Đây là bước quan trọng giúp tránh tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn; đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống xử lý nước thải.

Tùy theo kích thước khe hở, song chắn rác được phân thành loại thô, trung bình và mịn. Song chắn rác thô có khoảng cách giữa các thanh từ 60 - 100mm và song chắn rác mịn có khoảng cách giữa các thanh từ 10 - 25mm. 

Song chắn rác được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào kênh dẫn. Tiết diện có thể tròn, vuông hoặc hỗn hợp. Song chắn tiết diện tròn có trở lực nhỏ nhất nhưng nhanh bị tắc bởi các vật giữ lại. Do đó, thông dụng hơn cả là thanh có tiết diện hỗn hợp, cạnh vuông góc phía sau và cạnh tròn phía trước hướng đối diện với dòng chảy.

Song chắn rác

2. Bể lắng cát

 Bể lắng có nhiệm vụ lắng các hạt cặn lơ lửng có sẵn trong nước thải (bể lắng đợt 1) hoặc cặn được tạo ra từ quá trình keo tụ tạo bông hay quá trình xử lý sinh học (bể lắng đợt 2). Các tạp chất vô cơ không tan được tách có kích thước từ 0,2mm đến 2mm ra khỏi nước. Nhờ đó giúp đảm bảo an toàn cho bơm cũng như đường ống phía sau không bị tắc. 

Bể lắng cát có thể phân thành 2 loại là bể lắng ngang và bể lắng đứng. Ngoài ra để tăng hiệu quả lắng cát, bể lắng cát thổi khí cũng được sử dụng rộng rãi. Vận tốc dòng chảy trong bể lắng ngang không được vượt quá 0,3m/s. Vận tốc này cho phép các hạt cát, các hạt sỏ và các hạt vô cơ khác lắng xuống đáy, còn hầu hết các hạt hữu cơ không lắng và được chuyển sang xử lý ở các giai đoạn tiếp theo. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang từ 10 - 20%.

3. Tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng rắn hoặc lỏng) không tan, tự lắng kém khỏi pha lỏng. Ngoài ra các chất hoạt động bề mặt cũng có thể tách bằng phương pháp này. Tuyển nổi giúp khử hoàn toàn các hạt nhỏ nhẹ, lắng chậm trong thời gian ngắn. 

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ vào pha lỏng. Các bọt khí này sẽ kết dính với các hạt cặn. Khi khối lượng riêng của tập hợp bọt khí và cặn nhỏ hơn khối lượng riêng của nước, cặn sẽ theo bọt nổi lên bề mặt.

Hiệu suất quá trình tuyển nổi phụ thuộc vào số lượng, kích thước bọt khí, hàm lượng chất rắn. Trong quá trình tuyển nổi, việc ổn định kích thước bọt khí có ý nghĩa quan trọng. Với bọt khí nằm trong khoảng 15 - 30 micromet sẽ cho hiệu quả cao nhất. Khi nồng độ các hạt rắn cao, giúp tăng tỷ lệ va chạm và kết dính giữa các hạt, làm giảm lượng khí tiêu tốn. 

Bể tuyển nổi

4.  Keo tụ, tạo bông

Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước dao động từ 0,1 – 10 micromet. Các hạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại. 

Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút Vanderwaals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự kết dính giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra nhờ chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn. Tuy nhiên trong trường hợp phân tán cao, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với các hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông.

II. Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa học

Trong xử lý nước thải các phương pháp hóa học thường dùng gồm có: trung hòa, oxy hóa khử, tạo kết tủa hoặc phản ứng phân hủy các hợp chất độc hại. Nguyên lý của phương pháp này là gây biến đổi hoá học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hoà tan nhưng không độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường.

Ưu điểm của phương pháp là có hiệu quả xử lý cao, thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước khép kín, tuy nhiên chi phí vận hành cao.  

1. Trung hòa

Phương pháp này giúp đưa độ pH của nước thải về trung tính, nằm trong khoảng 6,5 – 8,5 trước khi thải vào nguồn nhận hoặc chuyển sang các công nghệ xử lý tiếp theo. Có thể trung hòa nước thải bằng nhiều cách sau:

- Trộn lẫn nước thải acid và nước thải kiềm;

- Sử dụng các tác nhân hóa học;

- Lọc nước acid qua vật liệu có tác dụng trung hòa;

- Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước acid.

2. Tạo kết tủa

Trong nước thải có chứa rất nhiều kim loại nặng và tạp chất cần phải loại bỏ. Phương pháp này sử dụng 2 quá trình kết tủa của canxi cacbonat và hydroxit để loại bỏ kim loại nặng như Cu, Ni, Mg trong nước thải. Cặn sau kết tủa sẽ được loại bỏ nhờ quá trình  lắng cặn. Tùy vào kim loại để điều chỉnh pH trong nước thải phù hợp. 

Các loại hoá chất kết tủa thường dùng gồm: Phèn nhôm, phèn sắt, vôi…

Phương pháp tạo kết tủa

3. Phương pháp oxy hóa - khử

Phương pháp này sử dụng các chất Oxy hóa như Clo dạng khí/hóa lỏng, CaClO, dioxit clo, hypoclorit và natri, kali dicromat, kali pemanganat, oxy, ozon… để làm sạch nước thải. Theo đó trong quá trình Oxy hóa, các chất độc hại sẽ chuyển thành chất ít độc hơn, tách ra khỏi nước thải. Để hoàn thành quá trình này cần một lượng lớn các tác nhân hóa học.

III. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Phương pháp này sử dụng khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để phân huỷ các chất hữu cơ và các thành phần ô nhiễm trong nước thải. Các quá trình xử lý sinh học có năm nhóm chính: quá trình hiếu khí, quá trình anoxic, quá trình kị khí, quá trình kết hợp hiếu khí –  anoxic – kị khí, các quá trình hồ sinh học. Đối với việc xử lý nước thải có yêu cầu đầu ra không quá khắt khe thì quá trình xử lý hiếu khí bằng bùn hoạt tính thường được ứng dụng nhất.

1. Phương pháp kỵ khí

Phương pháp kị khí sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy. Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm và phản ứng trung gian. Quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử;

Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất cao phân tử như proteins, chất béo, carbohydrate, cellulose, lignin,… Trong giai đoạn thủy phân, chúng sẽ được cắt mạch tạo những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn, và chất béo thành các acid béo. 

- Giai đoạn 2+3: Acid hóa, acetate hóa;

Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2. Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid, propionic acid và lactic acid. Bên cạnh đó, CO2 và H2, methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrate.

- Giai đoạn 4: Methan hóa.

Vi sinh vật chuyển hóa methan chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines, và CO.

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

2. Phương pháp hiếu khí

Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục.

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn:

- Oxy hóa các chất hữu cơ;

- Tổng hợp tế bào mới;

- Phân hủy nội bào.

Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí trong bể xử lý nước thải có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. 

Trên đây là ba cách xử lý nước thải phổ biến nhất hiện nay. Tùy từng thành phần và tính chất nước thải, mức độ cần thiết xử lý nước thải, lưu lượng và chế độ xả thải, đặc điểm nguồn tiếp nhận, điều kiện mặt bằng, vận hành và quản lý hệ thống xử lý nước thải, điều kiện cơ sở hạ tầng… để ta chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp nhất.