1. Đặc trưng nước thải cần xử lý

Nước thải được phát sinh từ các nguồn chủ yếu sau:

- Nước thải từ khu vực các bể phốt của tòa nhà.

- Nước thải từ khu vực nhà bếp của các hộ dân cư.

- Nước thải từ khu vực nhà tắm, nước thoát sàn.

Chất lượng nước:

- Nước thải chứa nhiều thành phần cặn lơ lửng, chất hữu cơ, dinh dưỡng (N, P) và mùi hôi, tanh gây cảm quan nặng nề.

- Thành phần dinh dưỡng (N, P) trong nước đóng góp chủ yếu do thành phần nước từ các bể tự hoại của tòa nhà.

- Mức độ biến động lưu lượng xả thải phụ thuộc vào chế độ sinh hoạt, hoạt động của khu dân cư. Trung bình thời gian hoạt động từ 6h30 sáng tới 22h tối.

- Các chỉ tiêu chính cần xử lý là COD, BOD và T-N, T-P. Nước thải dược có nồng độ ô nhiễm cao và chứa nhiều tạp chất nên việc xử lý cần qua nhiều công đoạn.

- Nước thải chứa các chất ô nhiễm này nếu thải ra môi trường không qua xử lý sẽ gây ra những nguy hại đáng kể đối với môi trường cũng như sức khoẻ cộng đồng.

2. Thông số thiết kế và phương án xử lý

Với tính chất nước thải và yêu cầu đã nêu trên chúng tôi đã nghiên cứu đưa ra một mô hình xử lý kết hợp cả 3 phương pháp cơ học - hóa lý - sinh học.

Các công đoạn xử lý nước thải được đề xuất như sau:

Xử lý bậc 1 để loại bỏ được chủ yếu các thành phần ô nhiễm gây cảm quan của nước thải (mùi, cặn, dầu mỡ) và xử lý bậc 2 là trọng tâm của hệ thống nhằm loại bỏ thành phần ô nhiễm sâu hơn và cơ bản trong nước thải (COD, BOD, thành phần N, P).

Trong giai đoạn xử lý bậc 2, nước thải cần được xử lý tiếp theo trong bể vi sinh thiếu khí với vai trò là đơn vị xử lý cao tải, loại bỏ khoảng 50 - 60% hàm lượng chất hữu cơ tan (COD, BOD) và 40 – 50% lượng nitrat – NO₃^- có trong dòng hồi lưu. Sau đó, nước thải tiếp tục được xử lý triệt để đạt yêu cầu xả thải trong bể hiếu khí áp dụng kỹ thuật màng vi sinh chuyển động (Moving Bed Biofilm Reactor) và công nghệ màng vi sinh tầng tĩnh (Fixed Bed Biofilm Reactor)..

Sơ đồ công nghệ đề xuất:

3. Thuyết minh công nghệ và tính toán các bể xử lý

3.1. Cụm bể điều hòa, tách rác và tách dầu, mỡ

Trong nước thải sinh hoạt có chứa nhiều cặn thô và dầu mỡ. Thành phần này cần được tách bỏ để đảm bảo hiệu quả xử lý của các bể tiếp theo.

Ngăn tách dầu mỡ được thiết kế riêng cho nguồn thải từ khu vực nhà bếp của các căn hộ và khu vực nhà hàng (nếu có trong tầng dịch vụ). Nước sau khi qua bể tách mỡ được dẫn vào bể điều hòa.

Ngăn tách cặn, rác được thiết kế riêng cho nguồn nước thoát sàn. Cặn và rác được tách tại bể này trước khi nguồn nước được dẫn qua bể điều hòa.

Nguồn nước từ các xí, bệt được dẫn vào hệ thống bể yếm khí (kỵ khí – hoặc bể phốt 3 ngăn) trước khi dẫn vào bể điều hòa.

Bể điều hòa được thiết kế với khả năng đáp ứng chế độ xả thải biến động của tòa nhà ở mức cao (do chế độ, thời gian sinh hoạt của các hộ dân trong tòa nhà). Bố trí các hố côn ở đáy bể để có thể thực hiện vệ sinh định kỳ bể điều hòa do các cặn thô có thể bị lắng lại trong thờig gian lưu tại bể. Bể điều hòa đóng vai trò là một bước “đệm” giúp ổn định nước thải về lưu lượng và chất lượng trước khi được xử lý ở các bể tiếp theo, do đó làm ổn định hiệu quả xử lý của hệ thống.

3.2. Bể thiếu khí

Bể thiếu khí được thiết kế với mục đích xử lý khoảng 70 - 80% hàm lượng chất hữu cơ kết hợp với khử nitrat quay vòng từ bể hiếu khí về.

Bể thiếu khí được thiết kế với theo dạng lọc sinh học tầng tĩnh (Fixed Bed Biofilm Reactor), nước thải sẽ được phân bố đều qua lớp màng vi sinh thiếu khí phía trong bể. Bể được bao gồm 1 ngăn với dòng nước chảy ngược qua các ngăn nhằm nâng cao hiệu quả xử lý.

Sử dụng vật liệu mang Biolen dạng xốp có kích thước 1,2x1,2x2,0 cm hoặc 1,2 x 1,2 x 1,4 cm trong các bể lọc thiếu khí để tăng mật độ vi sinh là tác nhân xử lý nước thải tồn tại ở dạng màng vi sinh bám dính trên vật liệu. Ngoài ra, việc sử dụng vật liệu mang dạng xốp có tác dụng duy trì và tăng hiệu quả xử lý của vi sinh vật (xử lý được các chất khó sinh hủy, chất hoạt động bề mặt,..), tăng cường khả năng chống chịu các điều kiện bất lợi (kim loại nặng, chất kháng sinh, đột biến hàm lượng và lưu lượng nước thải,...), do đó tăng hiệu quả và tính ổn định của bể xử lý.

Quá trình xử lý của vi sinh thiếu khí:

NO₃^- + Chất hữu cơ (BOD – C_xH_yO_z) →→→ CO₂↑ + H₂O + N₂↑ + OH^-

Bể thiếu khí được thiết kế gồm 01 ngăn xử lý. Trong đó, nước được phân phối đều ở dưới đáy, chảy ngược lên qua các ngăn. Thiết kế thu nước trong các ngăn dạng máng thu trên một cạnh của ngăn.

3.3. Hiếu khí

Bể hiếu khí có chức năng xử lý triệt để các thành phần ô nhiễm trong nước đạt đến yêu cầu chất lượng xả thải theo quy định. Bể xử lý hiếu khí áp dụng kỹ thuật màng vi sinh chuyển động – MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) sử dụng vật liệu mang vi sinh dạng xốp có kích thước 1.2x1.2x2 cm.

Việc bổ sung vật liệu mang vi sinh sẽ làm tăng mật độ vi sinh có mặt trong bể để xử lý chất ô nhiễm. Mật độ vi sinh tăng cao dẫn tới nhu cầu cần cung cấp “thức ăn” là chất ô nhiễm trong nước thải cho vi sinh lớn hơn, tức là cần tăng hiệu quả quá trình chuyển khối, tăng sự tiếp xúc giữa vi sinh vật và chất ô nhiễm. Do vậy cần duy trì sự chuyển động hỗn loạn của các vật liệu mang chứa vi sinh với mật độ cao là điều kiện cần thiết của kỹ thuật màng vi sinh chuyển động. Do đặc tính của vật liệu mang có bề mặt riêng lớn, tích lũy được sinh khối lớn và có khối lượng riêng tương đương với nước nên dễ dàng chuyển động trong bể nhờ khí cấp.

Vật liệu mang BIOLEN:

• Sử dụng dạng Poliurethan
• Diện tích bề mặt lớn từ 6000 – 8000 m²/m³,
• Tỷ trọng từ 21 – 29 kg/m³.
• Kích thước: 1,2 x 1,2 x 2,0 cm và 2.0 x 2.0 x 2.0 cm

Kỹ thuật màng vi sinh chuyển động – MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor):

Hiện nay có hai phương pháp màng sinh học được ứng dụng phổ biến: kỹ thuật tầng cố định và tầng chuyển động. Trong kỹ thuật tầng chuyển động có nhiều loại vật liệu mang được sử dụng. Chúng có cùng đặc điểm là khối lượng riêng gần bằng khối lượng riêng của nước và chuyển động lơ lửng trong thiết bị phản ứng nhờ hệ thổi khí (hệ hiếu khí) hay bằng cánh khuấy (hệ thiếu khí).

Kỹ thuật tầng chuyển động kết hợp những ưu điểm của quá trình bùn hoạt tính và quá trình lọc sinh học. Không giống như hầu hết các thiết bị phản ứng màng sinh học, thiết bị phản ứng màng sinh học tầng chuyển động sử dụng toàn bộ thể tích bình phản ứng giống như trong hệ bùn hoạt tính. Mặt khác, cũng như các hệ thống lọc sinh học khác, hệ MBBR không cần bể lắng và hệ tuần hoàn bùn. Điều này được thực hiện do vi sinh sinh trưởng và phát triển trên vật liệu mang trong khi vật liệu mang chuyển động tự do trong toàn bộ thể tích nước của hệ phản ứng.

Hình 1: Mô tả hệ thống lọc sinh học tầng chuyển động (MBBR).

Vi sinh tự dưỡng có tốc độ phát triển chậm nhưng do sinh trưởng, bám dính trên vật liệu mang nên không bị trôi theo dòng nhờ đó mà mật độ vi sinh trong hệ phản ứng cao gấp 2 -3 lần so với hệ bùn hoạt tính thông thường. Cũng vì lý do đó mà diện tích bể lắng thứ cấp giảm đi đáng kể (trong hệ xử lý đồng thời chất hữu cơ và amoni) hoặc không cần bề lắng và hồi lưu bùn, tránh được hiện tượng tắc bùn, việc vận hành hệ xử lý cũng dễ dàng hơn

Quá trình xử lý của vi sinh hiếu khí:
Quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ dạng BOD:

O₂ + Chất hữu cơ (BOD – C_xH_yO_z) →→→ CO₂↑ + H₂O + sinh khối

Quá trình oxy hóa các hợp chất Nito:

O₂ + NH₄⁺ →→→ NO^-₂ + H₂O + sinh khối

O₂ + NO₂^- →→→ NO^-₃ + H₂O + sinh khối

3.4. Bể lắng thứ cấp

Bể lắng thứ cấp làm nhiệm vụ lắng bỏ sinh khối trong nước sau xử lý, nước trong tiếp tục chảy sang bể xử lý cuối là khử trùng trước khi xả thải ra ngoài. Bể được thiết kế theo kiểu bể lắng đứng giữ cặn vi sinh lại tại đáy bể.

Bố trí đường dẫn bùn hồi lưu về ngăn đầu bể hiếu khí để sử dụng khi khởi động hệ thống xử lý. Ở chế độ vận hành bình thường, bùn sinh khối dư được thải bỏ về bể ủ bùn nhằm giảm thiểu khối tích bùn cần đổ bỏ.

3.5. Bể khử trùng

Bể khử trùng làm nhiệm vụ loại bỏ thành phần vi sinh vật gây bệnh trong nước đến mức cho phép.

Các loại vi khuẩn được khử trùng bằng tia cực tím trước khi thải ra môi trường.

3.6. Xử lý bùn thải

Sử dụng để xử lý bùn thải từ bể lắng thứ cấp. Thời gian hút bã thải định kỳ của bể ủ là 6 tháng đến 1 năm (sau khi đã giảm thiểu khối tích) tùy thuộc vào hàm lượng dầu mỡ, cặn trong nguồn thải.