Sài Gòn List

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang là chủ đề nóng trên các mặt báo và nhận được rất nhiều sự quan tâm của người dân. Ô nhiễm môi trường đất là một trong những vấn nghiêm trọng trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa hiện nay.

Đất ô nhiễm bị gây ra bởi sự có mặt của hóa chất sản phẩm của con người hoặc do các sự thay đổi trong môi trường đất tự nhiên. Hãy cùng Công Ty Môi Trường SGC tìm hiểu bài viết dưới đây là một số nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường đất.

Nguyên nhân nhân tạo (con người, các công ty, xí nghiệp,…)

– Chất thải công nghiệp: dùng than để chạy nhà máy nhiệt điện, khai thác mỏ, sản xuất hóa chất, nhựa dẻo, nylon…

– Chất thải sinh hoạt trong quá trình sinh sống của con người (phân, nước thải, rác, đồ ăn,…).

– Chất thải nông nghiệp như phân và nước tiểu động vật: nguồn phân bón quý cho nông nghiệp nếu áp dụng biện pháp canh tác và vệ sinh hợp lý; những sản phẩm hóa học như phân bón, chất điều hòa sinh trưởng, thuốc trừ sâu, trừ cỏ…

– Do tác động của không khí từ các khu công nghiệp, đô thị cũng gây nên ô nhiễm môi trường đất.

Nguyên nhân từ môi trường tự nhiên

Nhiễm phèn: do nước phèn từ một nơi khác di chuyển đến. Chủ yếu là nhiễm Fe2+, Al3+, SO42-, pH môi trường giảm gây ngộ độc cho cây con trong môi trường đó.

Nhiễm mặn: độ muối trong nước biển, nước triều hay từ các mỏ muối, nồng độ Na+, K+ hoặc Cl- cao làm áp suất thẩm thấu cao gây hạn sinh lý cho thực vật.

Gley hóa trong đất sinh ra nhiều chất độc cho sinh thái (CH4, N2O, CO2, H2S, FeS… ). Thuốc bảo vệ thực vật, trôi theo nước ngầm vào đất hoặc rơi xuống mặt đất, ngấm vào đất, như là kết quả ngoài ý muốn, rồi phản ứng với các chất được hấp thụ khác thành hợp chất gây hại cho vi sinh vật và động vật đất (giun, sâu bọ,…) gây nên ô nhiễm môi trường đất.

Sự lan truyền từ môi trường đã bị ô nhiễm (không khí, nước); từ xác bã thực vật và động vật. Bụi chỉ từ khí thải của xe máy dọc hai bên đường thấm vào đất. Hàm lượng chì và kẽm cao ở những khu vực gần mỏ quặng cũng là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường đất.

Các biện pháp khắc phục ô nhiễm môi trường đất

Ô nhiễm môi trường đất có ảnh hưởng vô cùng lớn đến chất lượng cuộc sống của người dân. Thế nên bất kỳ một thực trạng nào thì cũng cần phải có giải pháp khắc phục và với vấn đề ô nhiễm môi trường đất thì giải pháp là yêu cầu thiết yếu ở thời điểm hiện tại.

Trước hết phải đặt vấn đề bảo vệ đất nông nghiệp lên hàng đầu, hạn chế và tránh được ô nhiễm đất nông nghiệp là cách duy nhất để giữ vững sự phát triển ổn định của nền nông nghiệp. Bởi thế cần phải:

Nâng cao lợi ích của sản xuất nông nghiệp như đảm bảo một số lượng nông nghiệp tương xứng, đáp ứng được nhu cầu cuộc sống của người dân. Nghiêm cấm việc xả các chất thải, nước thải, nước hút bể phốt, … và một số chất hóa học độc hại ra môi trường đất.

Thứ hai có thể tăng năng suất nông nghiệp bằng cách sử dụng các kiểu gen cho năng suất cao, chống chịu sâu bệnh để hạn chế việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, tránh sự ảnh hưởng đến môi trường đất. Đồng thời thích ứng được với các điều kiện khó khăn của thời tiết, duy trì độ phì nhiêu của đất, tính đa dạng của cây trồng, áp dụng phương luân canh luân cư, trồng đan xen kết hợp các loại cây ngắn hạn và dài hạn.

Thứ ba, phải bảo vệ và thường xuyên cải thiện môi trường sống, chống ô nhiễm nguồn nước, giảm và loại bỏ sử dụng chất độc để trừ sâu bệnh, giảm sử dụng phân khoáng,.. Đặc biệt cũng cần phải áp dụng các biện pháp canh tác chống xói mòn như: áp dụng hệ thống nông lâm kết hợp, lâm ngư kết hợp với các mô hình đa dạng và phong phú; kết hợp trồng trọt và chăn nuôi một cách hợp lý; Xây dựng và tu sửa kênh mương với hệ thống thoát nước và tưới tiêu hợp lý,..

Tuy nhiên quan trọng hơn cả vẫn là ý thức của người dân cần được nâng cao, vì thế cần phải thực hiện các công tác truyền thông đại chúng, tuyên truyền và phổ biến cho người dân những kiến thức căn bản về môi trường đất để trên cơ sở đó họ có trách nhiệm hơn về hành động của mình trong việc bảo vệ môi trường đất.

Nạn ô nhiễm là “sản phẩm phụ” mà con người tạo ra trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa. Để đối phó với vấn nạn ô nhiễm môi trường, Tạp chí Discovery giới thiệu 5 công nghệ mới đang được phát triển, có thể giúp chúng ta giải quyết hiệu quả tình trạng ô nhiễm trong tương lai.

Ô nhiễm nước

Trên thế giới hiện nay, cứ khoảng 3 người thì có 1 người thiếu nguồn nước uống sạch. Nguyên nhân là do lượng mưa ngày càng ít, hoặc do những khó khăn trong việc vận chuyển nước từ sông hồ đến khu dân cư, hoặc là do nguồn nước bị ô nhiễm. Việc uống phải nước bị ô nhiễm có thể gây nhiều bệnh nguy hiểm như dịch tả hay kiết lỵ.

Công nghệ nano – công nghệ xử lý vật chất ở cấp độ phân tử – hứa hẹn nhiều triển vọng trong việc làm sạch nước. Công ty Marelize Botes ở Nam Phi đã phát triển thành công mẫu túi lọc nước có hình dáng tương tự một gói trà túi lọc; chiếc túi này được làm từ sợi nano đã được xử lý qua quá trình dioxid để có khả năng diệt khuẩn, bên trong túi chứa đầy hạt than hoạt tính có khả năng hấp thụ cặn bẩn trong nước.

Một thiết bị lọc nước khác là LifeStraw được công ty Thụy Điển Vestergaard Frandsen thiết kế và chế tạo năm 2005 đã được phổ biến rộng rãi và phát huy hiệu quả vô cùng cao. Giá cho mỗi chiếc LifeStraw chỉ khoảng 3 đô-la, hơn nữa nó rất dễ sử dụng, một em bé 3 tuổi cũng có thể dùng ống LifeStraw để uống nước trực tiếp từ nguồn nước mà không sợ bị nhiễm khuẩn.

Ô nhiễm không khí

Năm 2009 các nhà khoa học đã đưa ra kết luận rằng việc hít thở không khí ô nhiễm trước khi sinh sẽ làm giảm chỉ số IQ sau này. Các nghiên cứu đã cho thấy những đứa trẻ thường xuyên ở trong môi trường có không khí ô nhiễm thì điểm số IQ thấp hơn khoảng 5 điểm so với những trẻ ít tiếp xúc với không khí ô nhiễm hơn.

Ở thủ đô Lima của Peru, nơi không khí đang bị ô nhiễm nặng nề, người ta đã cho lắp đặt những “siêu cây” do hãng Tierra Nuestra sản xuất ở vài khu vực xung quanh thành phố. Đây là thiết bị có khả năng bắt chước cơ chế hô hấp của 1 cái cây thực, có nghĩa rằng nó có thể hấp thụ khí CO2 và thải ra khí O2. Không khí ô nhiễm sau khi đi vào hệ thống này sẽ được chạy qua một hệ thống lọc bằng nước để loại bỏ khí CO2 cũng như một vài loại vi khuẩn.

Một “siêu cây” có thể làm sạch khoảng 200.000 mét khối không khí một ngày – tương đương công suất của 6 cây thật – với giá thành đầu tư ban đầu khoảng 100.000 đô-la.

Ô nhiễm đất

Mỗi ngày con người thải ra hàng tấn rác thải trong quá trình sinh hoạt. Khi được đổ đống ở những bãi rác, những chất thải rắn này sẽ phân hủy và làm nhiễm bẩn đất đai, nước ngầm trong khu vực và tệ hơn nữa là có những chất thải không phân hủy mà cứ nằm đó hàng nhiều thế kỷ. Vì lý do đó mà các nhà khoa học đã nghiên cứu nhiều công nghệ xử lý rác thải giúp giải quyết vấn đề.

Tại Đại học Dublin, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một loại vi khuẩn không những có khả năng tiêu hóa bọt chất dẻo mà còn có thể chuyển hóa nó thành một loại chất dẻo có thể tái sử dụng. Đầu tiên chất dẻo này phải được nấu chảy trong điều kiện không có oxy, sau đó chuyển thành dầu styren. Vi khuẩn sẽ ăn hợp chất này và thải ra PHA – một loại chất dẻo có thể tự phân hủy.

Một vài công nghệ khác giúp chúng ta xử lý vấn nạn rác thải điện tử đang gây đau đầu nhiều nhà chức trách hiện nay. Công nghệ mới hướng tới việc sản xuất các loại điện thoại di động bằng các loại vật liệu có thể tái chế; hay các khoa học gia Trung Quốc đã tìm được cách tái sử dụng các chất keo dán và nhựa cây từ bảng mạch của những chiếc máy tính cũ để chế tạo hàng rào hay ghế ngồi trong công viên.

Ô nhiễm ánh sáng

Trước đây, theo lẽ tự nhiên thì con người sẽ dừng các hoạt động sản xuất khi màn đêm buông xuống, nhưng khoảng 1 thế kỷ trở lại đây, cuộc sống của con người có thể diễn ra cả ngày lẫn đêm, suốt 24 tiếng trong cả 7 ngày.

Mặc dù việc kéo dài thời gian hoạt động này giúp tăng năng suất sản xuất hàng hóa và thêm thời gian cho các hoạt động giải trí khác, tuy nhiên việc sử dụng ánh sáng bừa bãi có thể gây tổn hại lớn đến sức khỏe như làm thay đổi nhịp sinh học, gây ra chứng khó ngủ hoặc mất ngủ, hơn nữa việc sử dụng ánh sáng không khoa học còn có thể phá hoại các hệ sinh thái.

Một giải pháp nhiều hứa hẹn cho vấn đề này là sử dụng đèn thông minh như mẫu đèn BetaLED được một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học California-Davis phát triển. Hiện được sử dụng tại các bãi đỗ xe, mẫu đèn này có một công tắc đặc biệt có thể tự chuyển đổi cường độ ánh sáng yếu/mạnh khi có chuyển động trong bãi xe nhờ vào một thiết bị cảm biến chuyển động. Công nghệ mới này giúp tiết kiệm đến 75% lượng điện tiêu thụ so với kiểu đèn thông thường.

Ô nhiễm tiếng ồn

Ô nhiễm tiếng ồn là hiện tượng đáng lưu ý trong thời đại ngày nay, nhất là ở nước đang phát triển, chưa đạt tới trình độ văn minh cần thiết trong nếp sống.

Tiếng ồn là một tác nhân liên quan đến mọi người, già hay trẻ, đi ra đường hay ở nhà, hoặc đến nơi làm việc… Ô nhiểm tiếng ồn có hại cho sức khoẻ. Tiếng ồn còn có thể là một trong những nguyên nhân làm tăng hiện tượng bạo lực trong giao tiếp.

Hiện tại, cách giải quyết loại ô nhiễm đặc biệt này nằm ở các cơ quan có chức năng quản lý xã hội. Cần đưa ra những quy định nhằm ngăn chặn tình trạng ô nhiễm tiếng ồn trên đường phố (không cho lạm dụng còi xe; không cho các loại xe cũ nát, động cơ kêu to và xả nhiều khói được lưu hành); ở thành phố và nhất là trong những chung cư, không được làm ồn sau 10 giờ đêm; không cho dùng các loa phát thanh công suất lớn để thông tin trên đường phố; hạn chế những tiếng ồn phát ra từ các nhà hàng, vũ trường… nhất là về ban đêm…

Trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng, việc xử lý nước thải trở nên vô cùng quan trọng. SO SÁNH GIỮA HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DÙNG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VỚI MBR giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự khác biệt và ưu điểm của từng công nghệ trong việc xử lý nước thải hiệu quả nhất. Bài viết này sẽ đi sâu vào những khía cạnh cụ thể của hai phương pháp này.

Tổng quan về hệ thống xử lý nước thải

Trước khi tiến hành so sánh, chúng ta cần hiểu rõ về các hệ thống xử lý nước thải hiện nay.

Định nghĩa về xử lý nước thải

Xử lý nước thải là quá trình loại bỏ hoặc làm giảm các chất ô nhiễm có trong nước thải trước khi xả ra môi trường. Điều này không chỉ giúp bảo vệ sức khỏe con người mà còn bảo vệ hệ sinh thái.

Các phương pháp xử lý nước thải

Có nhiều phương pháp xử lý nước thải như cơ học, hóa học và sinh học. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với nhu cầu và điều kiện cụ thể.

Tầm quan trọng của việc xử lý nước thải

Việc xử lý nước thải đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì nguồn nước sạch, ngăn chặn ô nhiễm môi trường và đảm bảo sức khỏe cộng đồng. Hiện nay, ngày càng nhiều công ty và tổ chức nhận thức được tầm quan trọng của việc đầu tư vào công nghệ xử lý nước thải hiện đại.

Công nghệ hóa học trong xử lý nước thải

Công nghệ hóa học đã được sử dụng từ lâu để xử lý nước thải và đang ngày càng phát triển.

Khái niệm về công nghệ hóa học

Công nghệ hóa học trong xử lý nước thải bao gồm các phản ứng hóa học nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm. Chúng thường dùng hóa chất như flocculants, coagulants và oxy hóa để cải thiện chất lượng nước.

Ưu điểm của công nghệ hóa học

Một số lợi ích của công nghệ hóa học bao gồm:

• Tốc độ xử lý nhanh: Các phản ứng hóa học diễn ra nhanh chóng, giúp rút ngắn thời gian xử lý.
• Khả năng loại bỏ hiệu quả: Công nghệ hóa học có thể loại bỏ nhiều loại chất ô nhiễm mà các phương pháp khác không thực hiện được.
• Dễ dàng điều chỉnh: Có thể dễ dàng điều chỉnh liều lượng hóa chất để phù hợp với tình trạng nước thải cụ thể.

Nhược điểm của công nghệ hóa học

Mặc dù có nhiều ưu điểm, công nghệ hóa học cũng tồn tại một số nhược điểm:

• Chi phí cao: Việc sử dụng hóa chất thường dẫn đến chi phí vận hành cao hơn.
• Tác động tiêu cực đến môi trường: Một số hóa chất có thể gây hại cho môi trường nếu không được xử lý đúng cách.
• Tạo ra chất thải mới: Quá trình hóa học có thể tạo ra các chất thải phụ cần phải xử lý thêm.

Công nghệ MBR trong xử lý nước thải

Công nghệ MBR (Membrane Bioreactor) là một phương pháp kết hợp giữa sinh học và lọc màng, đang trở thành xu hướng hiện nay.

Khái niệm về công nghệ MBR

MBR là phương pháp xử lý nước thải bằng cách kết hợp quá trình sinh học với quá trình lọc màng. Các vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ trong nước thải, sau đó nước được lọc qua màng để loại bỏ các chất rắn và vi khuẩn.

Ưu điểm của công nghệ MBR

Một số ưu điểm nổi bật của công nghệ MBR bao gồm:

• Chất lượng nước sau xử lý cao: Nước thải sau khi xử lý bằng MBR đạt tiêu chuẩn chất lượng rất cao, có thể tái sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau.
• Tiết kiệm diện tích: So với các công nghệ truyền thống, MBR yêu cầu diện tích nhỏ hơn để lắp đặt.
• Giảm thiểu sản phẩm phụ: Quá trình này ít tạo ra chất thải phụ hơn so với công nghệ hóa học.

Nhược điểm của công nghệ MBR

Mặc dù MBR mang lại nhiều lợi ích, nhưng nó cũng gặp phải một số hạn chế:

• Chi phí đầu tư cao: Chi phí ban đầu cho việc lắp đặt hệ thống MBR thường cao hơn so với các công nghệ khác.
• Bảo trì phức tạp: Hệ thống MBR cần được bảo trì thường xuyên để đảm bảo hoạt động ổn định.
• Khó khăn trong việc xử lý các chất khó phân hủy: Một số chất ô nhiễm vẫn có thể khó xử lý trong hệ thống MBR.

So sánh hiệu quả giữa công nghệ hóa học và MBR

Khi so sánh giữa hai hệ thống xử lý nước thải, chúng ta cần xem xét nhiều yếu tố khác nhau để đưa ra quyết định tốt nhất.

Hiệu quả xử lý

Công nghệ hóa học có khả năng xử lý nhanh chóng và hiệu quả đối với nhiều loại chất ô nhiễm. Trong khi đó, MBR cung cấp chất lượng nước sau xử lý cao hơn, đặc biệt là trong việc loại bỏ vi khuẩn và chất rắn lơ lửng.

Chi phí đầu tư và vận hành

Công nghệ hóa học thường có chi phí đầu tư thấp hơn nhưng chi phí vận hành liên tục cao do việc sử dụng hóa chất. Mặt khác, MBR có chi phí đầu tư ban đầu cao nhưng có thể tiết kiệm chi phí vận hành trong dài hạn.

Tác động đến môi trường

Công nghệ hóa học có thể tạo ra các chất thải phụ độc hại, trong khi MBR thường ít tạo ra chất thải hơn. Đây là một yếu tố quan trọng trong bối cảnh bảo vệ môi trường hiện nay.

Công nghệ MBR có thể áp dụng cho loại nước thải nào?

MBR có thể áp dụng cho nhiều loại nước thải, bao gồm nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp, tuy nhiên hiệu quả nhất đối với nước thải chứa nhiều chất hữu cơ.

Công nghệ hóa học có tốn kém không?

Có, công nghệ hóa học thường có chi phí vận hành cao do cần sử dụng nhiều hóa chất.

MBR có dễ dàng bảo trì không?

Không, MBR cần quy trình bảo trì phức tạp và thường xuyên để đảm bảo hoạt động ổn định.

Xử lý nước thải bằng công nghệ nào hiệu quả hơn?

Tùy thuộc vào loại nước thải và mục tiêu xử lý, mỗi công nghệ đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. MBR thường cho chất lượng nước sau xử lý cao hơn, trong khi công nghệ hóa học xử lý nhanh chóng.

Có thể kết hợp cả hai công nghệ không?

Có thể, một số hệ thống hiện đại kết hợp cả công nghệ hóa học và MBR để tối ưu hóa hiệu quả xử lý nước thải.

SO SÁNH GIỮA HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DÙNG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VỚI MBR cho thấy rằng cả hai công nghệ đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Tùy thuộc vào nhu cầu cụ thể, tính chất của nước thải và mục tiêu xử lý, các doanh nghiệp và tổ chức có thể lựa chọn công nghệ phù hợp nhất cho mình.

Quan trọng hơn, việc áp dụng đúng công nghệ không chỉ giúp giải quyết vấn đề nước thải mà còn góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống cho mọi người.

Nhằm đáp ứng các xu hướng này, các màng lọc gốm mới được phát triển để sử dụng trong các hệ thống lọc nước kiểu mới cho các quá trình xử lý nước công nghiệp. Các hệ thống này sẽ đạt hiệu quả năng lượng hơn để làm sạch và tuần hoàn chất lỏng, so với hệ thống truyền thống sử dụng các màng gốm dạng ống.

Chìa khóa của một vấn đề toàn cầu

– Năng lượng và nước luôn có quan hệ gắn kết. Năng lượng cần thiết để sản xuất nước (khai thác, xử lý và vận chuyển), và nước lại cần thiết để sản xuất năng lượng (thủy điện, hơi nước để chạy turbin và là chất làm mát trong các quá trình công nghiệp).

Sự khan hiếm nguyên liệu hóa thạch và nhu cầu nước sẽ ngày càng gia tăng do sự tăng dân số, nhu cầu năng lượng và các hiệu ứng biến đổi khí hậu.

– Do áp lực từ nhu cầu tăng cao về nước, bây giờ là lúc hợp lý nhất đưa vấn đề quản lý các nhà máy sản xuất và các ngành công nghiệp sử dụng nhiều nước cho các quá trình công nghệ vào luật và quy định trách nhiệm trong việc khai thác nước và xả thải nước.

Trong tương lai, các doanh nghiệp áp dụng và phát triển các hệ thống lọc nước riêng của mình; điều này có thể bao gồm việc sử dụng các modul hay các hệ thống lọc cục bộ thay vì xả thải nước thải vào hệ thống xử lý trung tâm. Hệ thống lọc như vậy đòi hỏi các màng lọc thích hợp hơn.

Điều này có nghĩa rằng các sáng tạo đổi mới để tăng hiệu quả lọc nước thải là cần thiết và sẽ được nghiên cứu kỹ hơn trong tương lai gần.

– Theo tạp chí Global Water Interlligence, sự khan hiếm nước sẽ quyết định chính sách tái sử dụng nước của các chính phủ. Tại Trung Quốc, sử dụng nước nông nghiệp đã giảm từ 86% năm 1980 xuống 65% năm 2005; và cũng được định hướng mục tiêu giảm đến 50% vào năm 2050.

Sự tăng dân số và các yếu tố kinh tế, cũng như sự thiếu nước đã khiến Trung Quốc phải có các nỗ lực xử lý nước và tái sử dụng nước. Mục tiêu của Trung Quốc là tăng nước tái sử dụng từ 14% lên 25% đến năm 2015.

Các ví dụ khác bao gồm Saudi Arabia, nơi mà mục tiêu tăng lượng nước tái sử dụng từ 11% lên 65% vào năm 2016, và Tây ban Nha có mục tiêu tăng lượng nước tái sử dụng từ 11% lên 40% vào năm 2015.

– Sự can thiệp của chính phủ sẽ trở nên phổ biến hơn, do nhu cầu cung cấp nước sạch tăng, làm tăng các áp lực tái sử dụng nước thải công nghiệp. Ví dụ, chính quyền bang Sao Paulo, Brazin, đã đưa ra các sáng kiến, để bảo vệ nước sinh họat cho dân cư trong vùng, bằng cách đưa ra quy định cấm sử dụng nước sinh hoạt cho mục đích công nghiệp.

Điều này ép buộc các doanh nghiệp phải tìm kiếm các giải pháp tái sử dụng nước thải của họ, hoặc có nước tái sử dụng từ các nguồn khác. Các thiết bị lọc nước đang được đề xuất và lắp đặt để đáp ứng các nhu cầu nước của Sao Paulo.

Tại Nhật, chiến lược tái sử dụng nước đã được áp dụng từ sớm do vậy hiện có hơn 90 nhà máy xử lý lọc nước bằng màng lọc.

– Tại Mỹ, xử lý nước thải để tái sử dụng chiếm khoảng 11%. Tuy không đặt ra các mục tiêu cụ thể, Ủy ban bảo vệ các tài nguyên quốc gia (NRDC) tuyên bố rằng 10 trong số các thành phố lớn nhất nước Mỹ đang trong nguy cơ thiếu nước trầm trọng trong tương lai gần.

– Một số nhà máy pilot của Mỹ đang sử dụng các màng gốm siêu lọc cho tái sử dụng nước công nghiệp. Hệ thống xử lý nước màng gốm được phát triển bởi Parker Water and Sanitation District (PWSD) cho một trong các nhà máy xử lý nước, xử lý nước từ bể chứa nước thải, bổ sung cho nguồn nước cấp.

Trong nhà máy này, các màng gốm được ưa thích sử dụng do làm giảm các chi phí lắp đặt và được đánh giá là tuổi thọ có thể đạt tới 20 năm.

Thành phần của gốm xốp

– Nhằm đáp ứng các xu hướng này, các màng lọc gốm mới được phát triển để sử dụng trong các hệ thống lọc nước kiểu mới cho các quá trình xử lý nước công nghiệp. Các hệ thống này sẽ đạt hiệu quả năng lượng hơn để làm sạch và tuần hoàn chất lỏng, so với hệ thống truyền thống sử dụng các màng gốm dạng ống.

– Các nhà khoa học vật liệu và kỹ sư phát triển sản phẩm hiện đang làm việc với các thành phần gốm xốp mới với các lớp lọc khoảng 25 µm (khoảng ¼ đường kính sợi tóc). Các hệ thống lọc này được sử dụng cho các ứng dụng vi lọc và siêu lọc. Sau khi lọc, nước thải công nghiệp có thể tái sử dụng hay xả an toàn vào môi trường.

– Độ tin cậy và độ bền của các màng gốm chất lượng cao cho phép các doanh nghiệp giảm chi phí duy trì và sử dụng năng lượng, đạt được hiệu quả tiết kiệm tổng hợp.

– Các màng gốm thể hiện tính năng bền nhiệt môi trường cao, bền trong môi trường có các hóa chất làm sạch mạnh, hoặc đáp ứng nhu cầu lọc các chất lỏng xâm thực và có độ nhớt cao. Các màng gốm này cũng chịu được các môi trường khắc nghiệt trong các thiết bị xử lý nước thải và không phải thay thế thường xuyên như đối với vật liệu polymer.

– Bên cạnh đó, màng gốm cũng được chế tạo với các sai số thấp về kích thước và bảo đảm được hình học phức tạp, đáp ứng các thiết kế linh hoạt và đổi mới, làm cho các modul lọc trở nên hiệu quả năng lượng hơn. Điều này có nghĩa là, các doanh nghiệp có thể tiết kiệm năng lượng và giá thành liên quan đến việc bơm nước qua hệ thống lọc.

– Phát triển bền vững bắt đầu trở thành điều quan trọng, đang tăng lên trong các doanh nghiệp. Các lợi ích môi trường của việc lọc nước đang được nhận biết tốt. Các màng lọc nước bằng gốm đời mới sẽ giúp các doanh nghiệp hoạt động hiệu quả hơn, tiết kiệm tiền và bảo vệ tài nguyên nước.

Sự khan hiếm nước trên thế giới kết hợp với sự tăng phát triển dân số dẫn đến một thực tiễn là việc sản xuất nước và tái sử dụng nước phải trở nên hiệu quả hơn. Các ngành công nghiệp sử dụng nhiều nước – bao gồm các ngành công nghiệp thực phẩm và năng lượng – đang ngày càng phát triển, đang tìm kiếm giải pháp lọc nước bền vững nhằm tái sử dụng nước thải công nghiệp hiệu quả.

– Trong khi đó nhiều ứng dụng rộng rãi của màng lọc dạng ống bằng polyme hoặc gốm và màng gốm xốp chất lượng cao hiện đang được phát triển như một phần của hệ thống lọc hiệu quả, nhằm cải thiện lọc hiệu quả, giảm thời gian dừng bảo dưỡng và giảm năng lượng sử dụng. Những lợi ích từ quá trình vận hành như thế có thể làm giảm giá thành xử lý nước.

Nền tảng của hệ thống lọc

– Các màng lọc polyme hay gốm hiện được sử dụng để làm sạch, bảo tồn và tái sử dụng nước trong một số ứng dụng công nghiệp và tái chế nước thải đô thị, bao gồm các nước thải của các nhà máy, các tòa nhà và thậm chí của tàu biển. Hiện nay, các màng lọc polymer chiếm khoảng 75% thị trường màng lọc, phần còn lại là 25% thị phần thuộc về màng lọc gốm và màng lọc kim loại. Hình 1 mô tả sự đa dạng của các quá trình có thể lọc phân loại và tổng quan sử dụng chúng trong các ứng dụng đặc biệt.

– Việc sử dụng các màng gốm là thông dụng trong sản xuất sữa và lọc nước hoa quả, nhưng trái lại, màng lọc polymer hiện đang chiếm ưu thế trong lĩnh vực xử lý nước thải. Do giá thành thấp nên các hệ thống sử dụng màng lọc polymer được sử dụng rộng rãi trong thị trường lọc nước thải. Tuy nhiên, trong khi các mạng lọc polymer rẻ hơn so với màng lọc gốm tương đương, nhưng các hệ thống lọc polymer lại đòi hỏi phải thay thế các bộ lọc thường xuyên hơn.

– So với các màng gốm, độ bền thấp của các polymer làm hạn chế số lượng lĩnh vực ứng dụng của chúng. Nói chung, bộ modul lọc màng gốm thường có vỏ kim loại nên bị hạn chế sử dụng trong các môi trường xâm thực so với phần lọc gốm của nó. Ngược lại, khi màng polymer được sử dụng trong các môi trường xâm thực khắc nghiệt, thì chúng lại bị ăn mòn trước tiên. Ngoài ra, tốc độ chảy thông qua các màng gốm có thể cao hơn qua các màng polymer với cùng đường kính lỗ rỗng. Các bộ lọc gốm cũng đòi hỏi áp lực thấp hơn (và năng lượng thấp hơn) để tuần hoàn chất lỏng.

– Do việc tái sử dụng nước trở thành vấn đề quan trọng hơn nên trong một số lĩnh vực ứng dụng công nghiệp có đòi hỏi đặc biệt đang đối mặt với nhu cầu lọc tăng cường các môi trường khắc nghiệt. Do màng gốm đặc biệt bền hóa học và mài mòn nên việc sử dụng chúng có ưu thế hơn màng polymer ở một số ứng dụng. Một trong các ví dụ về môi trường khắc nghiệt là sự phân tách dầu, nước và cát trong công nghiệp khai thác dầu – quá trình bao gồm cả xâm thực hóa học và mài mòn.

– Trong khi màng lọc gốm có thể chịu được pH trong khoảng giá trị từ 0 đến 14, thì màng polymer chỉ bền trong khoảng pH hẹp; màng polymer có thể sử dụng có chọn lọc để bền môi trường trung hòa, axít hoặc pH kiềm thấp nhưng nói chung không thể bền trong ba môi trường nêu trên với cùng loại vật liệu polymer. Màng gốm cũng có thể dùng cho các ứng dụng nhiệt độ cao. Chúng có thể được tiệt trùng hay làm sạch bằng hơi nước trong các ứng dụng đặc biệt, ví dụ như trong công nghiệp y tế, nơi mà không thể sử dụng polymer. Hơn nữa, màng lọc gốm bền và cứng hơn làm chúng ổn định hơn về kích thước trong điều kiện có áp suất so với vật liệu polymer.

– Trong việc lọc nước chứa dầu hay axit béo (các chất hoạt động bề mặt), thì các chất phân tán hóa học (phá vỡ huyền phù) thường được sử dụng để hạn chế sự hình thành lớp bám hữu cơ trên bề mặt các màng lọc hữu cơ. Các màng lọc gốm chất lượng cao tỏ ra bền hơn đối với các lớp bám mà không cần sử dụng các hóa chất phân tán.

– Trong khi sự hình thành các lớp bám trên màng lọc polymer và gốm là điều không tránh khỏi, thì màng lọc gốm có thể đáp ứng nhiều ứng dụng hơn do nó phù hợp với các hệ thống có quá trình làm sạch tại chỗ (clean-in-place CIP). Trong một số ứng dụng, màng lọc phải được làm sạch bằng các hóa chất mạnh và phải có khả năng chịu được áp suất cao từ hai phía. Điều này là đặc biệt cần thiết khi thực hiện xả ngược để ngăn sự hình thành lớp bám trên bề mặt màng lọc hoặc trong các lỗ, dẫn đến giảm công suất lọc của màng.

– Ví dụ việc làm sạch bằng các chất làm sạch hóa học peroxide hoặc bằng hơi nước nhiệt độ cao là chấp nhận được đối với gốm, nhưng không thể sử dụng cho polymer. Việc làm sạch bằng quá trình đốt, dùng không khí nhiệt độ cao có thể áp dụng cho màng lọc gốm nhưng sẽ làm chảy màng polymer. Giải pháp làm sạch tại chỗ (clean-in-place CIP) có thể được tiến hành liên tục và tự động trong suốt quá trình lọc nếu sử dụng màng gốm, tuy nhiên sẽ khó hơn đối với màng polymer.

– Đồng thời, khi các ngành công nghiệp áp dụng quy trình tái sử dụng nước và các phương pháp lưu giữ nước thì các ngành này cũng đang làm giảm tác động xâm thực của sản xuất này đến các thiết bị sản xuất của mình. Việc lựa chọn màng lọc và thiết kế hệ thống lọc là nhằm làm giảm tác động đến thiết sử dụng trong các hệ thống lọc.Các màng gốm mới được phát triển gần đây có thể đạt được tính gọn nhẹ (tăng diện tích bề mặt của màng trên một đơn vị thể tích) do tính linh hoạt của thiết kế và hình học của chúng. Tính gọn nhẹ và thiết kế đã được cải thiện của các modul lọc gốm cũng góp phần làm tăng hiệu quả năng lượng của các hệ thống lọc.

Để thực hiện quá trình thuỷ phân, các vi sinh vật này phải có hệ enzyme các loại như proteinase, lipase, cellulase … Sau thuỷ phân, các sản phẩm đố sẽ được tạo thành như các amino acid, đường, rượu, các acid béo mạch dài …

Xử lý kị khí nước thải

Quy trình xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học trong điều kiện kỵ khí là quy trình sinh học phân huỷ một cách yếm khí các chất hữu cơ chứa trong nước thải để tạo thành khí CH4, các sản phẩm vô cơ kể cả CO2 và NH3.

Quy trình này có những ưu điểm sau:

– Nhu cầu về năng lượng không nhiều.

– Ngoài vai trò xử lý nước thải, bảo vệ môi trường, quy trình còn tạo được nguồn năng lượng mới là khí sinh học, trong đó CH4 chiếm tỷ lệ 70 – 75%.

– Cũng như xử lý sinh học hiếu khí, ở quy trình này, bùn hoạt tính cũng được sử dụng làm tác nhân gây biến đổi thành phần của nước thải. Bùn hoạt tính được sử dụng ở đây có lượng bùn dư thấp, có tính ổn định khá cao, để duy trì hoạt động của bùn không đòi hỏi cung cấp nhiều chất dinh dưỡng, bùn có thể tồn trữ trong thời gian dài.

– Về mặt thiết bị: Công trình cấu tạo khá đơn giản, có thể làm bằng vật liệu tại chỗ với giá thành không cao.

Bên cạnh những ưu việt nêu trên, cho đến nay quy trình xử lý sinh học kị khí cũng còn có nhưng hạn chế sau :

– Quy trình này nhạy cảm với các chất độc hại, với sự thay đổi bất thường về tải trọng của công trình. Do vậy, khi sử dụng cần có sự theo dõi sát sao các yếu tố của môi trường.

– Xử lý nước thải chưa triệt để, cần phải xử lý hiếu khí sau đó.

Thấy được những ưu điểm của loại quy trình này nên các nhà khoa học đã cố gắng đầu tư nghiên cứu từ quy mô pilot với các mô hình có khối tích nhỏ: 6m3, 30 m3, 200 m3… đến quy mô lớn. Đến nay đã có trên dưới vài chục nhà máy xử lý sinh học kỵ khí nước thải ở các nước như Hà Lan, Hoà Kỳ, Thuỵ Sĩ, Cộng hoà Liên bang Đức ….

Các quá trình chuyển hoá chủ yếu trong phân huỷ kỵ khí:

– Quá trình thuỷ phân (Hydrolysis):

Muốn hấp thụ được các chất hữu cơ có trong nước thải, vi sinh vật phải thực hiện các công đoạn chuyển hoá các chất này. Việc đầu tiên là phải thuỷ phân các chất có phân tử lượng cao thành các polymer có phân tử lượng thấp và monomer. Vì chỉ khi đó các chất này mới có khả năng được hấp thụ qua màng tế bào vi sinh vật. Để thực hiện quá trình thuỷ phân, các vi sinh vật này phải có hệ enzyme các loại như proteinase, lipase, cellulase … Sau thuỷ phân, các sản phẩm đố sẽ được tạo thành như các amino acid, đường, rượu, các acid béo mạch dài …

Quá trình thuỷ phân xảy ra khá chậm, phụ thuộc vào nhiều yếu tố của môi trường như nhiệt độ, pH, cấu trúc của các chất hữu cơ cần phân giải.

– Quá trình acid hoá (Acidogenesis) :

Các sản phẩm của quá trình thuỷ phân sẽ được tiếp tục phân giải dưới tác động của các vi sinh vật lên men acid béo dễ bay hơi như acid acetic, acid formic, acid propionic. Ngoài ra còn có một số dạng như rượu methanol, ethanol, aceton, NH3, CO2. H2 …

– Quá trình acetate hoá (Acetogenesis) :

Các acid là sản phẩm của quá trình trên lại được tiếp tục thuỷ phân để tạo lượng acid acetic cao hơn. Sản phẩm của quá trình này phụ thuộc vào áp suất riêng phần của H2 trong môi trường. Áp suất riêng phần của H2 được giữ < 10-3 atm để vi sinh vật có thể thực hiện biến đổi H2 thành CH4 theo phản ứng sau:

4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O

Thực tế cho thấy khi áp suất riêng phần của H2 lớn thì sản phẩm của quá trình này chứa nhiều acid béo trung gian như acid propionic (C3). acid butyric (C4) … Do vậy, làm chậm quá trình tạo methane.

– Quá trình methane hoá (Methanogenesis) :

Đó là giai đoạn cuối cùng của quá trình phân hủy các sản phẩm hữu cơ đơn giản của những giai đoạn trước để tạo thành CH4 và CO2 nhờ các vi khuẩn lên men methane. Chúng có hai nhóm sau :

+ Nhóm biến đổi acetate: Nhóm này có tốc độ phát triển chậm và đây là nguyên nhân đòi hỏi công trình xử lý kỵ khí phải có thời gian lưu các chất thải ở công trình lâu.

+ Nhóm biến đổi hydrogen : Nhóm này có tốc độ phát triển nhanh hơn nhiều, do đó có khả năng giữ áp suất riêng phần của H2 thấp, tạo điều kiện tốt cho quá trình biến đổi acetate từ các acid béo.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ kị khí 

– Oxygen : Trong xử lý kị khí nước thải, oxygen được coi là độc tố đối với các vi sinh vật. Do đó lý tưởng nhất là tạo được điều kiện kị khí tuyệt đối trong bể xử lý.

– Chất dinh dưỡng : Chất dinh dưỡng có ảnh hưởng đến sự trưởng thành và phát triển của vi sinh vật, liên quan mật thiết đến các quá trình phân huỷ các chất hữu cơ chứa trong chất thải. Do đó việc cung cấp đầy đủ các dinh dưỡng cho vi sinh vật trong quá trình phân hủy nói trên là rất cần thiết. Cũng như các vi sinh vật khác, vi sinh vật phân giải kị khí đòi hỏi các chất dinh dưỡng chính yếu bao gồm các hợp chất chứa carbon, nitrogen, phosphor và một số các nguyên tố vi lượng với một tỷ lệ thích hợp. nếu không cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng sẽ ảnh hưởng đến các quá trình phân giải các chất trong nước thải. Chẳng hạn, nếu không đủ nitrogen sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành các enzyme thực hiện quá trình phân giải. Nhưng nếu cung cấp quá nhiều nitrogen sẽ làm hạn chế sự phát triển của vi sinh vật có trong nước thải. Việc cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết sẽ tạo cho bùn có tính lắng tốt và hoạt tính cao, hoạt động tốt trong quá trình xử lý.

– Nhiệt độ:

Nhóm các vi sinh vật kị khí có 3 vùng nhiệt độ thích hợp cho sự phân huỷ các hợp chất hữu cơ, và ở mỗi vùng nhiệt độ sẽ thích hợp với mỗi nhóm vi sinh vật kị khí khác nhau.

+ Vùng nhiệt độ cao: 450C – 65 0C (thermophilic).

+ Vùng nhiệt độ trung bình : 200C – 450C (mesophilic)

+ Vùng nhiệt độ thấp : dưới 200C (psychrophilic).

Hai vùng nhiệt độ đầu thích hợp cho hoạt động của nhóm các vi sinh vật lên men methane, ở vùng nhiệt độ này lượng khí methane tạo thành cao. Đối với vùng nhiệt độ cao (450C – 650C), để duy trì nhiệt độ này cần thiết phải cung cấp thêm lượng nhiệt, điều này sẽ gây tốn kém cho công trình, tính kinh tế của công trình xử lý sẽ bị hạn chế.

Ở nước ta, nhiệt độ trung bình từ 200C – 320C, sẽ thích hợp cho nhóm vi sinh vật ở vùng nhiệt độ trung bình phát triển.

– pH :

Trong quy trình xử lý kị khí, pH của môi trường có ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân huỷ các chất hữu cơ, cụ thể là ảnh hưởng đến 4 quá trình chuyển hoá của sự phân huỷ kị khí. Ở các quá trình xử lý, người ta nhận thấy các quá trình cơ bản chịu ảnh hưởng trực tiếp lẫn nhau, khi một trong các quá trình này bị cản trở hoặc thúc đẩy sẽ ảnh hưởng tới quá trình xảy ra tiếp theo, do đó sẽ làm tốc độ phân huỷ các chất chậm lại hoặc nhanh hơn. Ví dụ : Khi nhiệt độ thay đổi hoặc khi thành phần nước thải thay đổi (do nạp mới vào công trình) thì nhóm vi sinh vật acid hoá thích nghi hơn so với nhóm vi sinh vật sinh methane. Khi pH giảm mạnh (ví dụ: pH < 6) sẽ làm giảm quá trình sinh khí CH4. Hơn nữa khi pH giảm, các acid trung gian tích luỹ nhiều, làm các phản ứng phân hủy khó thực hiện và dẫn đến dừng quá trình acetate hoá…

pH tối ưu trong quá trình phân huỷ kị khí là 6,5 – 8,5.

– Các độc tố:

Qua tìm hiểu đặc điểm sinh lý các vi sinh vật tham gia xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí, người ta nhận thấy:

+ Một số các hợp chất như CCl4, CHCl3, CH2Cl2… và các ion tự do của các kim loại nặng có nồng độ 1mg/l sẽ thể hiện tính độc đối với các vi sinh vật kị khí.

+ Các hợp chất như formadehyde, SO2­, H2S với nồng độ 50 – 400mg/l sẽ gây độc hại với các vi sinh vật kị khí trong công trình xử lý.

+ S2- được coi là tác nhân gây ức chế quá trình tạo methane. Sở dĩ có lập luận này là do nhiều nguyên nhân khác nhau: S2- làm kết tủa các nguyên tố vi lượng như Fe, Ni, Co, Mo … do đó hạn chế sự phát triển của vi sinh vật, đồng thời, các electron giải phóng ra từ quá trình oxy hoá các chất hữu cơ sử dụng cho quá trình sulfate hoá và làm giảm quá trình sinh methane.
+ Các hợp chất NH4+ ở nồng độ1,5 – 2mg/l gây ức chế quá trình lên men kị khí.

Các dạng công trình xử lý kị khí nước thải

Các công trình xử lý kị khí đã được ứng dụng từ rất lâu đời và có quá trình phát triển từ đơn giản đến phức tạp, ngày một hoàn thiện hơn, đáp ứng yêu cầu xử lý nước thải.

Vào nửa đầu thế kỷ XX, Công nghệ sinh học kị khí đã được ứng dụng để xử lý cặn, chất thải đậm đặc … được thể hiện qua một số công trình quen biết cổ điển như:

– Bể tự hoại: Đây là công trình xử lý nước thải loại nhỏ dùng cho từng hộ gia đình. Loại công trình này thực hiện hai chức năng: lắng và chuyển hoá cặn lắng của nước thải (chủ yếu là nước thải từ các nhà vệ sinh) bằng quá trình phân giải sinh học kị khí.

– Bể lắng hai vỏ: Có nguyên tắc hoạt động và thực hiện hai chức năng tương tự như bể tự hoại, nhưng ở quy mô lớn hơn, xử lý nước thải với công suất lớn hơn.

Từ những năm của thập niên 70 trở về sau, công trình xử lý nước thải áp dụng biện pháp sinh học kị khí đã phát triển thêm một bước mới hoàn thiện hơn. Thời gian này xuất hiện hàng loạt các công trình nghiên cứu đã được đưa vào ứng dụng thực tế để xử lý nước thải sinh hoạt và cả một số loại nước thải công nghiệp giàu chất hữu cơ. Trong số đó, đáng lưu ý có các dạng công trình sau :

– Bể methan cổ điển: Được ứng dụng để xử lý cặn lắng (từ bể lắng) và bùn hoạt tính dư của trạm xử lý nước thải. Hầu hết các trạm xử lý nước thải của thành phố đều xử dụng loại công trình này.

– Bể lọc kị khí AF (Anaerobic Filter) : Ở công trình này quá trình xử lý thực hiện qua vật liệu lọc để vi sinh vật kị khí dính bám vào và thực hiện quá trình chuyển hoá sinh hoá các chất hữu cơ chứa trong nước thải và đồng thời tránh sự rửa trôi của màng vi sinh vật.

– Bể xử lý sinh học kị khí với dòng chảy ngược qua bông bùn hoạt tính UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket): Loại công trình này không có vật liệu đỡ (vật liệu học) như ở bể lọc kị khí AF. Ở đây các vi sinh vật kị khí liên kết và tập hợp lại thành đám lớn dạng hạt và có vai trò chủ yếu để chuyển hoá các hợp chất hữu cơ. Chúng đủ nặng để tránh hiện tượng rửa trôi ra khỏi công trình. Bể UASB có cấu tạo gồm hai ngăn: ngăn lắng và ngăn phân hủy. Bằng biện pháp thiết kế khá đặc biệt của ngăn lắng cùng với tính lắng tốt của bùn kị khí sử dụng trong công trình, người ta giải quyết được vấn đề lưu lại nồng độ sinh khối bùn cao trong bể và giảm được thời gian lưu nước.

– Ngoài các kiểu công trình trên, trong thực tế người ta còn nghiên cứu hình thành các dạng công trình kết hợp giữa công trình UASB và AF hoặc công trình bùn lỏng (Fluidized sludge bed).

Các dạng bể  xử lí kị khí (tiếp theo)

a. Hình chụp hệ thống xử lí nước thải bằng phương pháp hiếu khí. Bể ở gần có thể nhìn rõ là bể lắng. Bể ở xa là bể lọc với những tia nước thải được tưới xuống các lớp vật liệu lọc (đá, cát…)

b. Hình chụp hệ thống xử lí nước thải bằng phương pháp kị khí. Hệ thống các bể chứa nước thải và bùn hoạt tính. Phần lớn của bể nằm chìm dưới đất.

,

Dưới đây là 4 công nghệ xử lý nước thải: bằng công nghệ keo tụ tạo bông; công nghệ kết tủa; công nghệ thẩm thấu, và công nghệ siêu lọc (Ultra filtration, Micro filtration).

Xử lý nước thải bằng công nghệ keo tụ tạo bông

Các hạt cặn không tan hoặc hòa tan trong nước thải thường đa dạng về chủng loại và kích thước, có thể bao gồm các hạt cát, sét, mùn, vi sinh vật, sản phẩm hữu cơ phân hủy….. Kích thước hạt có thể dao động từ vài micromet đến vài mm. Bằng các phương pháp xử lý cơ học (lý học) chỉ có thể loại bỏ được những hạt kích thước lớn hơn 1mm.

Với những hạt kích thước nhỏ hơn 1mm, nếu dùng quá trình lắng tĩnh thì phải tốn thời gian rất dài và khó đạt hiệu quả xử lý cao, do đó cần phải áp dụng phương pháp xử lý hóa lý.

Mục đích quá trình keo tụ hóa bông để tách các hạt cặn có kích thước 0.001mm < 1mm không thể tách loại bằng các quá trình lý học thông thường như lắng, lọc hoặc tuyển nổi. Cơ chế của quá trình keo tạo tụ bông gồm:

Quá trình nén lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta nhờ ion trái dấu: khi bổ sung các ion trái dấu vào nước thải với nồng độ cao, các ion sẽ chuyển dịch đến lớp khuếch tán vào lớp điện tích kép và tăng điện tích trong lớp điện tích kép, giảm thế điện động zeta và giảm lực tĩnh điện.

Quá trình keo tụ do hấp thụ ion trái dấu trên bề mặt, trung hòa điện tích tạo ra điểm đẳng điện zeta bằng 0. Trong trường hợp này, quá trình hấp thụ chiếm ưu thế.

Cơ chế hấp thụ – tạo cầu nối: các polymer vô cơ hoặc hữu cơ có thể ion hóa, nhờ cấu trúc mạch dài chúng tạo ra cầu nối giữa các hạt keo qua các bước sau:

–       Phân tán polymer.

–       Vận chuyển polymer đến bề mặt hạt.

–       Hấp thụ polymer lên bề mặt hạt. – Liên kết giữa các hạt đã hấp phụ polymer với nhau hoặc với các hạt khác.

Xử lý nước thải bằng công nghệ kết tủa

Quá trình kết tủa thường gặp trong xử lý nước thải là kết tủa carbonate canxi và hydroxit kim loại. Ví dụ ứng dụng quá trình kết tủa làm mềm nước theo phương pháp sau:

Sử dụng vôi: Ca(OH)2 + Ca(HCO)3 = 2CaCO3 + 2H2O

Sử dụng carbonate natri: Na2CO3 + CaCl2 = 2NaCl + CaCO3

Sử dụng xút: 2NaOH + Ca(HCO)2 = Na2CO3 + CaCO3 + H2O

Kim loại chứa trong nước thải có thể tách loại đơn giản bằng cách tạo kết tủa kim loại dưới dạng hydroxit. Giá trị pH tối ưu để quá trình kết tủa xảy ra hiệu quả nhất của các kim loại khác nhau không trùng nhau. Do đó, cần xác định giá trị pH thích hợp đối với từng kim loại nước thải cụ thể cần xử lý. Bên cạnh đó, quá trình kết tủa còn được ứng dụng trong quá trình khử SO42-, F, PO43-.

Xử lý nước thải bằng công nghệ thẩm thấu

Các kỹ thuật như điện thẩm tích, thẩm thấu ngược, siêu lọc và các quá trình tương tự khác ngày càng đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải.

Màng được định nghĩa là lớp đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau. Đó có thể là chất rắn, hoặc 1 gel (chất keo) trương nở do dung môi hoặc thậm chí cả một chất lỏng. Việc ứng dụng màng để tách các chất, phụ thuộc vào độ thấm của các hợp chất qua màng.

Thẩm thấu ngược – Reverse Osmosis (RO)

Thẩm thấu được định nghĩa là sự di chuyển tự phát của dung môi từ một dung dịch loãng vào một dung dịch đậm đặc qua màng bán thấm. Khi áp suất tăng lên áp suất thẩm thấu ở phía dung dịch của màng thì có dòng dịch chuyển ngược, nghĩa là dung môi sẽ di chuyển từ dung dịch qua màng vào phía nước sạch. Đây là khái niệm cơ bản của thẩm thấu ngược. Vì vậy có thể định nghĩa thẩm thấu ngược là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thấm dưới một áp suất cao hơn áp suất thẩm thấu.

Công nghệ siêu lọc (Ultra filtration, Micro filtration)

Cả siêu lọc và thẩm thấu ngược đều phụ thuộc vào áp suất, động lực của quá trình và đòi hỏi màng cho phép một số cấu tử thấm qua và giữ lại một số cấu tử khác.

Sự khác biệt giữa hai quá trình là ở chỗ siêu lọc thường được sử dụng để tách dung dịch có khối lượng phân tử trên 500 và có áp suất thẩm thấu nhỏ (ví dụ các vi khuẩn, tinh bột, protein, đất sét….). Còn thẩm thấu ngược thường được sử dụng để sử dụng để khử các vật liệu có khối lượng phân tử thấp và có áp suất thẩm thấu cao.

,

Tư vấn hệ thống xử lý nước thải – Cùng với sự phát triển của dân số và kinh tế, lượng chất thải nhựa phát sinh ngày càng tăng. Một phần chất thải nhựa được chôn lấp cùng với chất thải rắn sinh hoạt, một phần khác được tái chế nhưng chủ yếu với công nghệ thô sơ, lạc hậu do đó phát sinh nhiều vấn đề về môi trường và chất lượng sản phẩm tái chế không cao. 

Vì vậy việc hiểu và áp dụng các hệ thống xử lý nước thải cùng những phương pháp xử lý nước thải công nghiệp trong hoạt động sản xuất công nghiệp là vấn đề lớn cần quan tâm của xã hội.

Công ty CP-DV Công Nghệ Sài Gòn (SGC) cung cấp dịch vụ tư vấn thiết kế hệ thống xử lý nước thải áp dụng nhiều công nghệ xử lý nước thải phù hợp với từng loại nước thải như: nước thải sinh hoat, nước thải sản xuất, nước thải chăn nuôi heo, nước thải công nghiệp, nước thải thủy sản, nước thải bệnh viện, nước thải phòng khám đa khoa, nước thải y tế, xử lý nước thải xi mạ, nước thải dệt nhuộm…

Ngoài ra, SGC còn hướng dẫn bảo trì hệ thống xử lý nước thải và tư vấncải tạo hệ thống xử lý nước thải với các công nghệ hiện đại tiết kiệm chi phí tối đa.

Một số hệ thống và sơ đồ xử lý nước thải:

Việc xử lý nước thải nhìn chung bao gồm 3 giai đoạn được xử lý sơ cấp, thứ cấp và hoàn thiện, để loại bỏ một cách tối đa tác dụng các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải. Bao gồm các quá trình vật lý, hóa học và sinh học để loại bỏ các chất ô nhiễm có nguồn gốc vật lý, hóa học và sinh học. Mục tiêu là để tạo ra một dòng chất thải an toàn với môi trường, điều này góp phần bảo vệ môi trường và chính yếu là bảo vệ chính sự sống của con người chúng ta.

Nhờ năng lượng do vi sinh vật khai thác được trong quá trình hô hấp mà chúng có thể tổng hợp các chất để phục vụ cho quá trình sinh trưởng, sinh sản… Kết quả là số lượng tế bào vi sinh vật không ngừng được tăng lên.

Nguyên lý chung của quá trình oxy hoá sinh học trong điều kiện hiếu khí 

Khi nước thải tiếp xúc với bùn hoạt tính, các chất thải có trong môi trường như các chất hữu cơ hoà tan, các chất keovà phân tán nhỏ sé được chuyển hoá bằng cách hấp phụ và keo tụ sinh học trên bề mặt các tế bào vi sinh vật.

Tiếp sau đó là giai đoạn khuếch tán và hấp thụ các chất bẩn từ mặt ngoài của tế bào vào trong tế bào quan màng bán thấm (tức màng nguyên sinh). Các chất vào trong tế bào dưới tác động của hệ enzym nội bào sẽ được phân huỷ.

Quá trình phân giải các chất bẩn hữu cơ xảy ra trong tế bào chất của tế bào sống là các phản ứng oxy hoá khử, có thể biển diễn ở dạng tổng quát như sau :

Sự oxy hóa các chất hữu cơ và một số chất khoáng trong tế bào vi sinh vật nhờ vào quá trình hô hấp. Nhờ năng lượng do vi sinh vật khai thác được trong quá trình hô hấp mà chúng có thể tổng hợp các chất để phục vụ cho quá trình sinh trưởng, sinh sản… Kết quả là số lượng tế bào vi sinh vật không ngừng được tăng lên.

Các quá trình trên liên tục xảy ra, nồng độ các chất ở xung quanh tế bào sẽ giảm dần. Các thành phần thức ăn mới từ môi trường bên ngoài (nước thải) lại khuếch tán và bổ sung thay thế vào. Thông thường quá trình khuếch tán các chất trong môi trường xảy ra chậm hơn quá trình hấp thụ qua màng tế bào, do vậy nồng độ các chất dinh dưỡng xung quanh tế bào bao giờ cũng thấp hơn nơi xa tế bào. Đối với sản phẩm của tế bào tiết ra thì ngược lại, nhiều hơn so với nơi xa tế bào.

Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến môi trường xử lý

Để bảo đảm quá trình xử lý bằng biện pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí được tiến hành tốt, người ta theo dõi và điều chỉnh các yếu tố môi trường sau đây:

– Oxygen (O2) : Trong các công trình xử lý hiếu khí, O2 là một thành phần cực kỳ quan trọng của môi trường. Công trình phải bảo đảm cung cấp đầy đủ lượng O2 một cách liên tục và hàm lượng O2 hoà tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt hai không nhỏ hơn 2mg/l.

– Nồng độ các chất bẩn hữu cơ phải thấp hơn ngưỡng cho phép. Có nhiều chất bẩn hữu cơ nếu nồng độ quá cao, vượt quá mức cho phép sẽ ảnh hưởng xấu đến hoạt động sống của vi sinh vật tham gia xử lý, cần kiểm tra các chỉ số BOD và COD của nước thải.

Cụ thể: hỗn hợp nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt chảy vào công trình xử lý là bể lọc sinh học phải có BOD toàn phần (BODtp) ≤ 500mg/l, nếu dùng bể aeroten, thì BODtp không được quá 1000mg/l. Nếu nước thải có chỉ số BODtp vượt quá giới hạn nói trên, cần thiết phải dùng nước thải đã qua xử lý hay nước sông đã pha loãng.

– Nồng độ các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật : Để vi sinh vật tham gia thực hiện các quá trình oxy hoá nước thải một cách có hiệu quả, cần thiết phải cung cấp cho chúng đầy đủ các chất dinh dưỡng trong môi trường sống. Lượng các chất dinh dưỡng cần thiết để các quá trình sinh sản xảy ra bình thường không được thấp hơn giá trị nêu ở bảng 7.5.

Nồng độ các chất dinh dưỡng cần thiết (Theo M.X. Moxitrep, 1982)

Ngoài nguồn nitrogen, phosphor có nhu cầu như đã nêu ở bảng 7.5, các yếu tố dinh dưỡng khoáng khác như K, Ca, S … trong nước thải thường cũng đủ cung cấp cho nhu cầu của vi sinh vật, ta không cần phải cho thêm vào nữa.

Các chất dinh dưỡng nói trên rất cần cho hoạt động sống của vi sinh vật tham gia sử lý nước thải, nếu thiếu sẽ kìm hãm và ngăn cản các quá trình oxy hoá sinh học. Nếu thiếu nitrogen một cách lâu dài, ngoài việc cản trở các quá trình sinh hoá, còn làm cho bùn hoạt tính khó lắng và dễ trôi theo nước ra khỏi bể lắng.

Để xác định sơ bộ lượng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết đối với nhiều loại nước thải công nghiệp, có thể chọn tỉ lệ sau :
BODtp : N : P = 100 : 5 : 1

Ngoài ra các yếu tố khác của môi trường như pH, t0 cũng có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hoạt động của vi sinh vật trong các thiết bị xử lý. Qua thực nghiệm cho thấy, thường giá trị pH tối ưu cho hoạt động phân giải của các vi sinh vật trong bể xử lý hiếu khí là 6,5 – 8,5 và nhiệt độ của nước thải trong các công trình nằm trong khoảng 60C – 370C.
Các dạng công trình xử lý hiếu khí nước thải

Để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện hiếu khí, thường sử dụng hai loại công trình là bể lọc sinh học (biofilter) và bể sục khí (aeroten).

– Bể lọc sinh học (biofilter) :

Là thiết bị xử lý nước thải dựa theo nguyên tắc lọc với sự tham gia của vi sinh vật. Thiết bị này làm bằng bêtông có dạng hình tròn hay hình chữ nhật có hai đáy (hình 7.8).

Đáy trên gọi là đáy dẫn lưu, được cấu tạo bằng bêtông cốt thép có thủng lỗ với tổng diện tích các lỗ thủng không nhỏ hơn 5 – 8% diện tích của đáy. Đáy dưới được xây kín, có độ dốc nhất định (để nước dễ dàng chảy về một phía) và thông với bể lắng thứ cấp, là nơi nước thải sau khi xử lý xong đổ ra.

Ở bể này nước được lưu lại một thời gian ngắn để được lắng cặn trước khi đổ ra ngoài hoà vào hệ thống thoát nước của thành phố. Chiều cao của bể lọc (hay chiều cao của cột nguyên liệu) sẽ phụ thuộc vào thành phần của nước thải cũng như khả năng oxy hoá của màng sinh vật.

Bể lọc sinh học

Để tạo điều kiện hiếu khí cho quá trình xử lý, từ phía dưới của đáy dẫn lưu, người ta cho không khí đi lên qua vật liệu lọc hoặc tấm mang bằng thông khí tự nhiên (do chênh lệch nhiệt độ trong bể lọc) hay thổi khí bằng quạt.

Vật liệu dùng trong bể lọc là các loại đá cuội, đá dăm và xỉ than đá (theo phương pháp cổ điển). Hiện nay để tăng diện tích tiếp xúc giữa vi sinh vật và hệ thống nước lọc sinh học, người ta thay các vật liệu lọc bằng những tấm mang làm bằng vật liệu nhẹ, xốp có cấu tạo dạng ống hoặc dạng miếng, được thiết kế sao cho có nhiều nếp gấp khúc (để tăng diện tích bề mặt).

Nước thải có chứa vi sinh vật tham gia xử lý được tưới từ trên xuống lớp vật liệu lọc hay tấm mang theo nguyên tắc chênh lệch thế năng. Khi dòng nước thải chảy qua vật liệu lọc hay tấm mang, vi sinh vật sẽ phát triển tạo thành màng sinh vật bám vàp khắp bề mặt của nguyên liệu lọc và tấm mang, và khu trú ở đây.

Như vậy, khi dòng nước thải chảy liên tục với một vận tốc nhất định từ trên bề mặt của bể lọc xuống sẽ tiếp xúc trực tiếp với màng sinh vật. Và lúc đó sẽ xảy ra quá trình oxy hoá các chất bẩn có trong nước thải, để cuối cùng khi đến bể lắng thứ cấp, nước thải sẽ có chỉ số BOD5 giảm đi rất nhiều so với nước thải chưa xử lý.

Trong quá trình vận hành của bể lọc sinh học, sự sinh trường và chết đi của màng sinh vật xảy ra không ngừng. Màng sinh vật bị chết sẽ bị tách ra khỏi nơi bám và bị cuốn theo dòng chảy, chảy ra khỏi bể lọc, cuối cùng sẽ được lắng lại ở bể lắng thứ cấp vùng nơi cặn bùn.

Hiệu quả làm sạch nước thải của bể lọc sinh học khá cao. Nếu hệ thống bể lọc hoạt động tốt có thể xử lý làm giảm 90% chỉ số BOD5 của nước thải.

– Bể sục khí (Aeroten):

Ngoài việc dùng bể lọc sinh học, trong xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học ở điều kiện hiếu khí, người ta có thể sử dụng bể sục khí (aeroten).

Bể sục khí là hệ thống bể oxy hoá (1) có dạng hình chữ nhật được ngăn ra làm nhiều buồng (3 đến 4 buồng) nối với bể lắng (2). Giống như ở bể lọc sinh học, quá trình xử lý nước thải ở bể sục khí được tiến hành nhờ hoạt động của hệ vi sinhvật ở bùn hoạt tính.

Nhưng quá trình này được thực hiện trong điều kiện có thông khí mạnh nhờ hệ thống sục khí từ dưới đáy bể lên (3). Cường độ thông khí: 5m3/m2/giờ, bảo đảm oxygen tối đa cho quá trình oxy hoá. Ở bể oxy hoá, bùn hoạt tính lấy từ bùn gốc sau khi qua giai đoạn khởi động hay sử dụng bùn lắng lấy từ bể lắng cặn (2) chuyển vào.

Ở đây bùn hoạt tính gặp oxygen của không khí được bơm vào bể sẽ tiến hành quá trình oxy hoá và khoáng hoá các chất bẩn trong nước thải một cách khá triệt để. Sau khi chảy suốt qua các buồng của bể oxy hoá, nước thải sẽ chảy vào bể lắng. Ở đây cũng sẽ xảy ra quá trình lắng cặn xuống đáy bể, phần nước ở trên là nước đã được xử lý sẽ được dẫn ra ngoài.

Trong quá trình vận hành, ở bể oxy hoá, theo thời gian lượng bùn hoạt tính sẽ tăng lên, đồng thời cũng tích lũy nhiều tế bào vi sinh vật già cỗi khiến hoạt tính của bùn sẽ giảm.

Người ta nói bùn bị già. Vì vậy khi cho bùn thu ở bể lắng trở lại bể oxy hoá, không nhất thiết cho toàn bộ số bùn có trong bể lắng, mà chỉ cho một phần, để bảo đảm nồng độ bùn hoạt tính là 2 – 4g/l.

Xử lý nước thải bằng bể aeroten phức tạp và đòi hỏi nhiều công sức hơn so với bể lọc sinh học. Người ta phải theo dõi liên tục và kịp thời điều chỉnh các chỉ số sau:

• + Nồng độ bùn hoạt tính
• + Chế độ thông khí
• + Nồng độ các chất bẩn trong nước thải
• + Nồng độ các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật.

,