Giáo trình Công nghệ môi trường - Trịnh Thị Thanh (Phần 1)

74 trang hapham 230

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Công nghệ môi trường - Trịnh Thị Thanh (Phần 1)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_cong_nghe_moi_truong_trinh_thi_thanh_phan_1.pdf

Nội dung text: Giáo trình Công nghệ môi trường - Trịnh Thị Thanh (Phần 1)

Chương 8 CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÍ SINH HỌC 8.1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÍ SINH HỌC 8.1.1. Một số loại vi khuẩn trong hệ thống xử lý nước thải Các nhà máy xử lý nước thải thường dựa trên hoạt động phân hủy các chất hữu cơ dạng dễ phân hủy sinh học của các nhóm vi sinh vật. Sự phân huỷ sinh học này được tiến hành dưới điều kiện có oxy. Ví dụ oxy hoá 2 mg cacbon thì phải cần 2,67 mg oxy. Các nguyên tố hydro, lưu huỳnh và nitơ trong các chất hữu cơ - các nguyên tố chính chứa trong nước thải, đòi hỏi một lượng oxy bổ sung cho quá trình oxy hoá chúng. + 3- Các chất thải hữu cơ + O2 → CO2 + H2O +H2SO4 + NH4 + NO (C, H, O, N) Vi khuẩn Dựa trên phương thức phát triển vi khuẩn được chia thành: + Các vi khuẩn dị dưỡng (heterotrophic): Sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn năng lượng và nguồn cacbon để thực hiện các phản ứng sinh tổng hợp. Trong loại này có các loại vi khuẩn hiếu khí (aerobic) có thể oxy hoá hoà tan khi phân huỷ chất hữu cơ; vi khuẩn kị khí (anaerobic) có thể oxy hoá các chất hữu cơ mà không cần oxy tự do vì chúng có thể sử đụng oxy liên kết trong nitrat và sunphat. {CH2O} + O2 → CO2 + H2O + E Vi khuẩn hiếu khí - {CH2O} + NO3 → CO2 + N2 +E Vi khuẩn kị khí 2- {CH2O} + SO4 → CO2 + H2S + E {CH2O} → các axit hữu cơ + CO2 + H2O + E CH4 + CO2 + E Năng lượng E được dùng để tổng hợp tế bào mới và một phần thoát ra ở dạng nhiệt năng. + Các vi khuẩn tự dưỡng (aototrophic) có khả năng oxy hoá chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Ví dụ: các loại vi khuẩn nitơrat hoá, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt v.v + Quá trình nitrat hoá (nitrification) nitrosomonas + - + 2NH4 + 3O2 → 2NO2 + 4H + 2H2O + E 75
nitrobacter - - 2NO2 + O2 → 2NO3 + E + Các vi khuẩn sắt: Có khả năng xúc tiến cho phản ứng oxy hoá Fe2+ tan trong nước thành Fe(OH)3, [FeO(OH)] kết tủa. vi khuẩn sắt 3+ Fe2+ nước + O2 → Fe (OH)3↓ + E 2+ + 3+ hoặc 4Fe + 4H + O2 → 4Fe + 2H2O + Các vi khuẩn lưu huỳnh: Có thể xúc tiến cho phản ứng gây ăn mòn thiết bị: H2S + O2 → H+SO4 + E Vi khuẩn lưu huỳnh 8.1.2. Động học của phát triển vi sinh vật Trong những thiết kế xử lý môi trường bằng phương pháp sinh học cần thiết phải có sự kiểm soát về môi trường và quần thể sinh vật. Điều kiện môi trường ở đây được thể hiện qua các thông số như độ pH, nhiệt độ, chất dinh dưỡng, hàm lượng oxi hoà tan, các chất vi lượng Những thông số môi trường này được kiểm soát để giữ mức độ thích hợp đối với đời sống và sự phát triển của vi sinh vật. Sinh trưởng phát triển vi sinh vật thường được mô tả như một phản ứng bậc một: trong đó: X là nồng độ chất rắn hữu cơ, khối lượng / đơn vị thể tích t là thời gian Khi cơ chất trở thành yếu tố hạn định thì tốc độ sinh trưởng có thể được mô tả bởi phương trình sau: trong đó: S là nồng độ cơ chất µm là tốc độ phát triển riêng cực đại Ks là hằng số bão hòa hay hệ số bán vận tốc. Với mức độ làm sạch nhất định các yếu tố chịu ảnh hưởng tới tốc độ phản ứng sinh hoá là chế độ thuỷ động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, các nguyên tố dinh dưỡng cũng như các kim loại nặng và các muối khoáng. 76
Tỷ lệ BOD5: N: P trong nước thải để xử lý sinh học cần có giá trị khoảng 100:5:1. Trong quá trình xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học, ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng giữ một vai trò rất quan trọng. Nhiệt độ không những ảnh hưởng tới các hoạt động chuyển hoá của vi sinh vật mà còn gây ảnh hưởng tới chính bản thân cơ thể của chúng như tính chất lắng đọng của các chất sinh học. 8.1.3. Quá trình oxy hoá sinh học Oxy hoá sinh học là quá trình chuyển hoá các nguyên tố từ dạng hữu cơ sang các dạng vô cơ có trạng thái oxy hoá cao nhất dưới tác dụng của vi khuẩn. Vì vậy, quá trình này còn được gọi là sự khoáng hoá. vi khuẩn Cacbon hữu cơ + O2 → CO2 vi khuẩn Hydro hữu cơ O2 → H2O vi khuẩn - Nitơ hữu cơ + O2 → NO3 vi khuẩn 2- Lưu huỳnh hữu cơ + O2 → SO4 vi khuẩn 3- Photpho hữu cơ + O2 → PO4 Vi khuẩn oxy hóa các chất thải nhằm tự cung cấp đủ năng lượng để có thể tổng hợp các phân tử phức tạp như protein và những chất khác cần thiết cho việc tạo nên các tế bào mới. 8.1.4. Phương pháp xử lý sinh hoá Phương pháp này dựa vào khả năng sống của vi sinh vật. Chúng sử dụng các chất hữu cơ có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng như cacbon, nitơ, photpho, kali Trong quá trình dinh dưỡng các vi sinh vật sẽ nhận các chất để xây đựng tế bào và sinh năng lượng nên sinh khối của nó tăng lên. Quá trình diễn ra qua 2 giai đoạn: 1. Giai đoạn hấp phụ các chất phân tán nhỏ, keo và hoà tan (dạng hữu cơ và vô cơ) lên bề mặt tế bào vi sinh vật. 2. Giai đoạn phân huỷ các chất chỉ hấp phụ qua màng vào trong tế bào vi sinh vật. Đó là phản ứng hoá sinh (oxy hóa và khử). 77
Nước thải công nghiệp sau khi đã xử lý bằng phương pháp sinh hoá có thể xả ra nguồn nước tiếp nhận, trong những trường hợp cụ thể còn thực hiện giai đoạn khử trùng trước khi xả ra sông, ao hồ. Có ba nhóm phương pháp xử lý nước thải theo nguyên tắc sinh học: 1 Các phương pháp hiếu khí (aerobic). 2. Các phương pháp thiếu khí (anoxic). 3. Các phương pháp kị khí (anaerobic). Nguyên tắc các phương pháp xử lý + Nguyên tắc các phương pháp xử lý hiếu khí: Phương pháp hiếu khí dùng để loại các chất hữu cơ dễ bị vi sinh phân huỷ ra khỏi nguồn nước. Các chất này được các loại vi sinh hiếu khí oxy hoá bằng oxy hòa tan trong nước. Vi sinh Chất hữu cơ + O2 →H2O + CO2 + năng lượng Vi sinh Chất hữu cơ + O2 → Tế bào mới Năng lượng Tế bào mới + O2 → CO2 + H2O + NH3 Tổng cộng: Chất hữu cơ + O2 → H2O + CO2 + NH3 Trong phương pháp hiếu khí ammoni cũng được loại bỏ bằng oxy hoá nhờ vi sinh tự dưỡng (quá trình nhật hoá) Nitrosomonas 2- + 2NH4+ + 3O2 → 2NO + 4H + 2H2O + Năng lượng Nitrobacter 2- 3- 2NO + O2 → 2NO Vi Sinh + + Tổng cộng: NH4 + 2O2 → NO3 + 2H + H2O + Năng lượng Điều kiện cần thiết cho quá trình: pH = 5,5 - 9,0, nhiệt độ 5 - 40oC. + Nguyên tắc các phương pháp xử lý thiếu khí Trong điều kiện thiếu oxy hoà tan sẽ xảy ra sự khử nitrit. Oxy được giải phóng từ nitrat sẽ oxy hoá chất hữu cơ và nitơ sẽ được tạo thành. vi sinh - NO3 → NO2 + O2 Chất hữu cơ 78
O2 → N2 + CO2 + H2O Trong hệ thống xử lý theo kỹ thuật bùn hoạt hóa sự khử nitric sẽ xảy ra khi không tiếp tục cung cấp không khí. Khi đó oxy cần cho hoạt động của vi sinh giảm dần và việc giải phóng oxy từ nitrat sẽ xảy ra. Theo nguyên tắc trên phương pháp thiếu khí (khử nhật hóa) được sử dụng để loại nitơ ra khỏi nước thải. + Nguyên tắc các phương pháp xử lý yếm khí Phương pháp xử lý kị khí dùng để loại bỏ các chất hữu cơ trong phần cặn của nước thải bằng vi sinh vật tuỳ nghi và vi sinh kị khí. Hai cách xử lý yếm khí thông dụng là: • Lên men axit: Thuỷ phân và chuyển hoá các sản phẩm thuỷ phân (như axit béo, đường) thành các axit và rượu mạch ngắn hơn và cuối cùng thành khí cacbonic. • Lên men metan: Phân huỷ các chất hữu cơ thành metan (CH4) và khí cacbonic (CO2) việc lên men metan nhạy cảm với sự thay đổi pH. pH tối ưu cho quá trình là từ 6,8 đến 7,4. Thí dụ về phản ứng metan hoá: Methanosarcina CH3COOH → CH4 + CO2 2CH2(CH2)COOH3 → CH4 + 2CH3COOH + C2H5COOH + CH4 + CO2 Các phương pháp kị khí thường được dùng để xử lý nước thải công nghiệp và chất thải từ trại chăn nuôi. Tùy theo điều kiện cụ thể (tính chất, khối lượng nước thải, khí hậu, địa hình, mặt bằng, kinh phí ) người ta dùng một trong những phương pháp trên hoặc kết hợp chúng với nhau. Quá trình khử nitrat Trong quá trình phân huỷ hiếu khí, khi dinh dưỡng của môi trường đã suy kiệt, các vi sinh vật có khả năng sử dụng ngay chính tế bào của nó, kết quả của quá trình tạo ra NO3 (còn gọi là quá trình nitrat hóa). NH3 bị oxy hóa theo phản ứng Do vậy, việc khử nitrat là cần thiết sau các quá trình này. Quá trình khử nitrat là biến đổi NH3- thành N2 nhờ các vi sinh vật yếm khí nhận năng lượng để phát triển từ phản ứng khử NO3 song lại yêu cầu nguồn cacbon từ ngoài để tổng hợp tế bào. Thông thường dòng thải chứa 79
- NO3 nghèo dinh dưỡng bởi vậy CH3OH thường được dùng làm nguồn cacbon. Các yếu tố môi trường để đảm bảo duy trì cân bằng hoạt động của các vi khuẩn axitogenes và methanolgen:. - Tránh oxy hoà tan. - Không có các kim loại độc tố kìm hãm quá trình hoạt động của vi khuẩn. - pH: 6,5 - 7,5 và không được dưới 6,2 vì ở điều kiện này các vi khuẩn tạo khí CH4 không hoạt động. - Đủ lượng dinh dưỡng N, P áp cho vi khuẩn. - Nhiệt độ: 30-38oC thích hợp với vi khuẩn mesophilic, 55-60oC thích hợp với vi khuẩn thermophilic. 8.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ 8.2.1. Ao hồ ổn định Phương pháp xử lý sinh học đơn giản nhất là kỹ thuật "ổn định nước thải". Đó là một loại hồ chứa nước thải trong nhiều ngày phụ thuộc vào nhiệt độ, oxy được tạo ra do hoạt động tự nhiên của tảo trong ao. Cơ chế xử lý trong ổn định chất thải bao gồm cả hai quá trình hiếu khí và kị khí. a. Ao ổn định hiếu khí Là loại ao cỡ 0,3 - 0,5 m được thiết kế sao cho ánh sáng mặt trời thâm nhập vào lớp nước nhiều nhất làm phát triển tảo do hoạt động quang hợp để tạo oxy. Điều kiện không khí bảo đảm từ mặt đến đáy ao. Hồ ưa khí (hồ oxy hoá cao tốc) Dạng đơn giản nhất của các hồ ổn định ưa khí là những hồ lớn, nông bằng đất. Chúng được dùng để xử lý nước thải bằng những quá trình tự nhiên bao gồm việc sử dụng cả tảo và vi khuẩn. Mô tả quá trình: Hồ ổn định ưa khí chứa đựng vi khuẩn và tảo ở thể lơ lửng và các điều kiện ưa khí được ngự trị suốt chiều sâu của hồ. Có 2 loại hồ ưa khí chính. Trong loại đầu (cao tốc), mục tiêu là sản xuất tảo ở mức tối đa. Các hồ này thường bị giới hạn ở một độ sâu khoảng 15 - 45 cm. Loại thứ hai (hồ oxy hoá hoặc hồ ổn định), mục tiêu là sản xuất oxy ở mức tối đa và những độ sâu của hồ thường đạt tới 1,5 m. Lượng oxy cung cấp cho nước hồ từ 2 nguồn: - Sản phẩm của quá trình quang hợp. - Khuếch tán từ không khí. 80
Ngoài ra còn có thể nâng cao mức oxy trong nước bằng cách kết hợp sục khí. b. Ao, hồ kị khí Là loại ao sâu, không cần oxy hoà tan cho hoạt động vi sinh. Ở đây các loại vi sinh kị khí và vi sinh tùy nghi dùng oxy từ các hợp chất như nitrat, sunphat để oxy. hoá chất hữu cơ thành mêtan và CO2. Như vậy các ao này có khả năng tiếp nhận khối lượng lớn chất hữu cơ và không cần quá trình quang hợp của tảo. Hồ kị khí thường được dùng để xử lý nước thải có độ ô nhiễm hữu cơ cao và cũng chứa hàm lượng chất rắn lớn. Điển hình đó là một hồ sâu bằng đất với các ống dẫn vào và ra hợp lý. Để bảo toàn nhiệt năng và duy trì điều kiện kị khí, các hồ kị khí đã được xây dựng với chiều sâu lớn hơn 6 m. Thông thường các hồ này ở điều kiện kị khí suốt cả chiều sâu của chúng, trừ vùng rất nhỏ trên bề mặt. Sự ổn định các chất hữu cơ xảy ra bởi sự kết hợp của quá trình kết tủa và chuyển hóa kị khí CO2 và CH4. Các sản phẩm cuối ở thể khí khác, các axit hữu cơ và các mô tế bào. Các chất thải bổ sung vào hồ sẽ lắng xuống đáy. Dòng ra đã được xử lý sơ bộ được đưa tiếp vào các quá trình xử lý khác. Ở đây hiệu suất chuyển hoá BOD thường đạt tới hơn 70%. c. Ao hồ tùy nghi Loại ao này thường được sử dụng nhiều hơn hai loại trên. Ao ổn định chất thải tùy nghi là loại ao hoạt động theo cả quá trình hiếu khí và kị khí. Ao thường sâu từ 1 - 2 m, thích hợp cho việc phát triển tảo và các vi sinh tùy nghi. Ban ngày, khi có ánh sáng quá trình chính xảy ra trong ao là hiếu khí. Ban đêm ở lớp đáy ao quá trình chính là kị khí. Mô tả quá trình: Có 3 vùng trong một hồ tuỳ nghi: 1. Vùng bề mặt trong đó các vi khuẩn ưa khí và tảo tồn tại trong một mối quan hệ cộng sinh. 2. Vùng đáy kị khí trong đó các chất rắn được tích tuy bị phân hủy bởi các vi khuẩn kị khí. 3. Vùng trung gian, vừa có một phần là ưa khí và một phần là kị khí, trong đó sự phân hủy của các chất thải hữu cơ được tiến hành bởi các vi khuẩn tuỳ tiện. Trong thực tiễn, oxy được lưu giữ trong lớp trên bởi sự có mặt của các tảo hoặc bằng cách sử dụng các máy thông khí bề mặt. Nếu sử dụng các máy thông khí bề mặt thì không cần có tảo ưu điểm khi sử dụng các máy thông khí bề mặt là có thể nâng tải trọng hữu cơ lớn hơn. Tuy nhiên, tải 81
trọng hữu cơ đó không được vượt quá số lượng oxy được các máy thông khí cung cấp, không cần phải khuấy trộn toàn bộ thể tích nước trong hồ hoặc các lợi ích của việc phân huỷ kị khí sẽ bị mất đi. d. Các hồ ưa khí có thông khí Các hồ này được cải biên từ hồ ổn định tuỳ tiện (facultitive) khi các máy thông khí ở bề mặt được lắp đặt để khắc phục, hạn chế mùi hôi từ các hồ "quá tải hữu cơ". Mô tả quá trình: Các quá trình trong hồ thông khí về cơ bản giống như quá trình hoạt hoá bùn thông khí kéo dài thông thường (thời gian lưu là 10 ngày) đều là hồ được làm bằng đất và oxy cần thiết cho quá trình được cung cấp bằng bề mặt của các máy thông khí khuếch tán. Trong hồ ưa khí tất cả chất rắn được giữ ở trạng thái lơ lửng. Trước đây các hồ thông khí được vận hành như là dòng chảy qua hệ thống hoạt hoá bùn không có tuần hoàn và thường được tiếp nối bằng các bể lắng lớn. Hiện nay rất nhiều hồ thông khí được dùng nối tiếp với các công trình lắng và kết hợp với tuần hoàn các chất rắn sinh học. Trong tiêu hủy ưa khí thông thường, bùn được thông khí một thời gian dài trong một bể hở không được đốt ẩm, sử dụng các máy khuếch tán không khí thông thường hoặc thiết bị thông khí bề mặt. Quá trình này có thể vận hành theo phương thức liên tục hoặc gián đoạn, trong đó bùn được thông khí và trộn đều trong một thời gian dài, tiếp đó là lắng ở trạng thái tĩnh và gạn trong. Trong các hệ thống làm việc liên tục, người ta dùng một bể riêng để gạn và làm đặc bùn. Ngoài các loại ao hồ trên, theo phương pháp "ao ổn định chất thải" người ta còn kết hợp với các loại ao nuôi cá, thả rau (rau muống, bèo Lục Bình ). Để tăng hiệu quả xử lý nước thải ta nên kết nối các loại ao với nhau. 8.2.2. Quá trình bùn hoạt tính Đây là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải đô thị và công nghiệp. Theo cách này, nước thải được đưa qua bộ phận chắn rác, loại rác, chất rắn được lắng, bùn được tiêu huỷ và làm khô. Quá trình này có thể hồi lưu (bùn hoạt tính xoay vòng) làm tăng khả năng loại BOD (đến 60 - 90%), loại N (đến 40%) và loại coliform (60 - 90%). Một dạng cải tiến của phương pháp bùn hoạt tính là phương pháp "thông khí tăng cường" gần đây đã được sử dụng ở nhiều nước phát triển dưới tên gọi "mương oxy hoá". Trong hệ thống này có thể bỏ qua các giai đoạn lắng bước một và tiêu huỷ bùn. Tuy nhiên quá trình lại cần biện pháp thông khí kéo dài với cường độ cao hơn. 82
Mô tả quá trình phản ứng có khuấy trộn liên tục với sự tuần hoàn các tế bào: Về vận hành, xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học với quá trình bùn hoạt tính được thực hiện theo kiểu dòng chảy (flow sheet). Chất thải hữu cơ được đưa vào một bể phản ứng trong đó một số lượng vi khuẩn cấy được giữ ở thể lơ lửng. Các chất trong bể phản ứng sẽ được khuấy trộn đều. Môi trường ưa khí trong bể phản ứng sẽ đạt được bằng cách dùng đầu khuếch tán hoặc thông khí cơ học. Đồng thời cũng có tác dụng để giữ hỗn hợp chất lỏng ở chế độ khuấy trộn hoàn toàn. Sau một thời gian, hỗn hợp các tế bào mới và cũ được đưa qua một bể lắng, ở đó các tế bào được tách ra khỏi nước thải đã xử lý. Một phần các tế bào đã lắng sẽ được tuần hoàn để giữ sao cho trong bể phản ứng luôn luôn có một "mật độ" các sinh vật theo yêu cầu, còn một phần sẽ được thải ra. Phần được thải ra ứng với sự tăng trưởng mới của khối mô tế bào liên hợp với một loại nước thải nào đó. Mức sinh khối cần được giữ lại trong bể phản ứng phụ thuộc vào hiệu suất xử lý theo yêu cầu và những yếu tố khác liên quan đến động học sinh trưởng, các bể tiêu huỷ ưa khí có thể dùng để xử lý: 1. Riêng đối với các loại bùn hoạt tính hoặc bùn từ lọc sinh học. 2. Những hỗn hợp của bùn lọc sinh học với bùn từ bể lắng sơ cấp. 3. Bùn thải từ các nhà máy xử lý hoạt hoá bùn được thiết kế không có phần lắng sơ cấp. Hiện nay, hai biến thể của quá trình tiêu huỷ ưa khí được dùng rộng rãi là: tiêu huỷ thông thường và tiêu hủy với oxy bổ cập. Quá trình tiêu huỷ ưa khí, ưa nhiệt cũng đang được cứu xét. Mô tả quá trình: Trong tiêu huỷ thông thường, bùn được thông khí một thời gian dài trong một bể hở và không được đốt ẩm có các máy khuếch tán không khí thông thường hoặc một thiết bị thông khí bề mặt. Quá trình này có thể được vận hành theo phương thức liên tục hay gián đoạn. Sự tiêu hủy ưa khí bằng oxy tinh khiết là một biến thể của quá trình tiêu huỷ ưa khí trong đó oxy tinh khiết được sử dụng thay cho không khí. Khối bùn cuối cùng được sinh ra tương tự như bùn được tiêu huỷ thông thường. Sự thay đổi dùng oxy tinh khiết là một công nghệ mới hiện đang được nghiên cứu ở một số nơi trên quy mô thực tiễn. Sự tiêu hủy ưa khí, ưa nhiệt cũng thể hiện hãy còn là một tinh chế khác của quá trình tiêu huỷ ưa khí. Quá trình này được thực hiện với các vi khuẩn ưa nhiệt ở một nhiệt độ lớn hơn từ 25oC-55oC (77-122oF) nhiệt độ 83
của không khí xung quanh. Nó có thể đạt hiệu suất khử phần có thể sinh huỷ cao (cho đến 80%) với thời gian lưu rất ngắn (3 - 4 ngày). 8.3. CÁC QUÁ TRÌNH LỌC SINH HỌC 8. 3.1. Điều kiện ưa khí Thiết bị lọc sinh học (bể lọc nhỏ giọt) Các quá trình xử lý sinh học bằng sinh trưởng ưa khí bám theo bề mặt thường được dùng để khử các chất hữu cơ có trong nước thải. Phương pháp này cũng được dùng để thực hiện quá trình nitrat hoá (chuyển hoá nitrogen ở dạng NH3 thành NO3). Các quá trình sinh trưởng bám theo bề mặt bao gồm: lọc sinh học, lọc nhỏ giọt, lọc thô và lọc quay tròn là những quá trình thông dụng nhất. Các quá trình này sẽ được xét đến một cách chi tiết hơn các quá trình khác. Hình 8.1.Hệ thông xử lý nước thải dùng thiết bị tiếp xúc sinh học có kèm theo bể lắng trong Khái niệm về một bể lọc sinh học, bể lọc nhỏ giọt xuất phát từ việc sử dụng các bể lọc tiếp xúc. Chúng là những bể kín nước chứa đầy đá vụn. Trong lúc vận hành, lớp lọc tiếp xúc được đổ đầy nước thải từ trên xuống cho phép nước thải tiếp xúc với môi trường lọc trong thời gian ngắn. Sau đó tháo cạn nước và bể lọc ngừng làm việc, trước khi lập lại chu kì mới. Một chu kì điển hình cần 12 giờ (6 giờ để vận hành và 6 giờ nghỉ). Những hạn chế của bể lọc tiếp xúc bao gồm: Dễ bị tắc, khoảng thời gian ngừng hoạt động dài và tải trọng tương đối thấp. Mô tả quá trình: Bể lọc sinh học loại nhỏ giọt hiện đại bao gồm một lớp môi trường lọc bằng các vật liệu dễ thấm. Các vi sinh vật bám vào đó và nước thải cần lọc thấm qua hoặc chảy nhỏ giọt qua lớp lọc có tên là "bể lọc nhỏ giọt" (hay còn gọi là bể lọc sinh học). Vật liệu làm môi trường lọc thường bằng đá có đường kính 25 - 100 mm. 84
Độ sâu của lớp đá thay đổi với từng thiết kế cụ thể, thông thường là từ 0,9 - 2,5m và trung bình là 1,8 m. Các bể lọc sinh học có sử dụng nhựa làm môi trường lọc là một kiểu mới, được áp dụng gần đây. Bể lọc này được xây dựng với dạng vuông hay các dạng khác có độ sâu từ 9 - 12 m. Các bể lọc với môi trường lọc bằng đá hiện nay thường là hình tròn và dung dịch nước thải được phân bố đều từ trên xuống bằng một bộ phận quay tròn. Các bể lọc được xây dựng với một hệ thống thoát nước phía dưới để thu thập nước thải đã xử lý và các chất rắn sinh học đã được tách khỏi môi trường lọc. Hệ thống thoát nước phía dưới là rất quan trọng vì nó vừa là bộ phận thu thập nước vừa là một kết cấu rỗng qua đó không khí có thể lưu thông. Chất lỏng thu được sẽ được đưa qua một bể lắng ở đó các chất rắn sẽ được tách khỏi nước thải đã được xử lý. Trong thực tiễn, một phần của nước thu lại từ hệ thống thoát phía dưới hoặc là dòng ra từ bể lắng sẽ được tuần hoàn lại, thường là để pha loãng nước thải đi vào. Chất hữu cơ có trong nước thải được phân huỷ bởi các vi sinh vật bám vào môi trường lọc. Chất hữu cơ của chất lỏng được hấp phụ trên màng sinh học hoặc ở phần ngoài của lớp màng sinh học. Chúng sẽ bị các vi sinh vật ưa khí phân huỷ. Khi các vi sinh vật phát triển, độ dày lớp màng tăng lên. Như vậy một môi trường kị khí được thiết lập gần bề mặt của môi trường lọc. Khi lớp bùn dày lên, chất hữu cơ được hấp phụ sẽ thực hiện quá trình trao đổi chất trước khi nó có thể tiếp cận với các vi sinh vật gần bề mặt của môi trường lọc. Kết quả là không có nguồn hữu cơ từ bên ngoài cho cacbon của các tế bào, nên các vi sinh vật gần bề mặt của môi trường lọc chuyển sang giai đoạn tăng trưởng nội sinh và mất đi khả năng bám vào bề mặt của môi trường lọc. Khi đó chất lỏng rửa trôi lớp bùn khỏi môi trường lọc và một lớp bùn mới bắt đầu phát triển. Hiện tượng mất đi lớp bùn đó gọi là "lột da" và là một chức năng cơ bản của tải trọng hữu cơ và thuỷ lực lên bể lọc. Tải trọng thuỷ lực để tính cho các vận tốc trượt, còn tải trọng hữu cơ để tính cho tốc độ trao đổi chất trong lớp bùn. Trên cơ sở tốc độ nạp tải trọng thuỷ lực và tải trọng hữu cơ, các bể lọc thường được chia ra làm hai loại: tốc độ thấp và tốc độ cao. Thiết bị tiếp xúc sinh học loại quay tròn: Thiết bị tiếp xúc sinh học quay tròn gồm một loại đĩa tròn cách nhau không xa bằng polystiren hoặc ciorua polyvinin. Các đĩa được ngập trong nước thải một phần và quay tròn với tốc độ chậm trong nước thải. 85
Hình 8.2. Thiết bị tiếp xúc sinh học loại quay tròn Mô tả quá trình: Khi vận hành, những khối tăng trưởng sinh học sẽ bám vào bề mặt của các đĩa và có thể hình thành một lớp bùn trên toàn bộ mặt ướt của các đĩa. Sự quay tròn của các đĩa làm cho sinh khối tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đó với không khí để hấp thụ oxy. Sự quay tròn của các đĩa ảnh hưởng đến sự chuyển giao oxy và giữa khối sinh vật trong điều kiện "ưa khí". Sự quay đó cũng là cơ chế để lấy đi các chất rắn thừa từ các đĩa bằng các lực trượt mà nó tạo ra và để giữ các chất rắn được tách rời ra ở thể lơ lửng, như vậy chúng có thể được dùng trong xử lý thứ cấp. 8.3.2. Điều kiện thiếu oxy Việc loại nitrogen dưới dạng nitrat hoá bằng cách chuyển hoá thành khí nitrogen có thể thực hiện theo phương pháp sinh học trong những điều kiện thiếu oxy. Quá trình này gọi là khử nitrat. Trước đây, chuyển hoá thường được coi như là một sự khử nitrat kị khí. Tuy nhiên, các quá trình chính về sinh hoá không phải kị khí mà lại là một biến thể của quá trình ưa khí. Vì vậy, việc sử dụng từ "thiếu oxy" thay cho từ "kị khí" được coi là thích hợp. Các quá trình khử nitrat chính có thể xếp loại là các quá trình sinh trưởng ở thể huyền phù và sinh trưởng bám theo bề mặt. Khử nitrat bằng sinh trưởng ở thể huyền phù Khử nitrat bằng sinh trưởng ở thể huyền phù thường được thực hiện trong một hệ thống hoạt hoá bùn theo kiểu dòng đẩy (nghĩa là tiếp theo sau bất kì quá trình chuyển hoá amoniac và nitrogen ở dạng hữu cơ thành nitrat - nitrat hóa). Các vi khuẩn kị khí nhận được năng lượng để tăng trưởng từ việc chuyển nitrat qua thành khí nitrogen nhưng đòi hỏi một nguồn cacbon từ bên ngoài để thực hiện sự tổng hợp tế bào. Các dòng ra được nitrat hóa thường chứa ít hợp chất có cacbon vì thế metanol thường được dùng làm nguồn cacbon, nhưng các chất thải công nghiệp nghèo chất dinh dưỡng cũng đã được dùng. Vì khí nitrogen tạo thành trong phản ứng khử nitrat cản trở sự lắng xuống của hỗn hợp dung dịch nên một bể phản ứng khử khí 86
nitrogen phải hoạt động trước bể lắng trong cho quá trình khử nitrat. Việc khử metanol dư còn lại, kể cả BOD cũng là một thuận lợi nữa của việc dùng bể khử khí nitrogen. Khử nitrat bằng màng cố định Sự khử nitrat qua một màng cố định được tiến hành trong một bể phản ứng hình tháp trụ chứa đá hoặc một trong những vật liệu tổng hợp làm môi trường lọc để làm chỗ bám cho vi khuẩn sinh trưởng. Tuỳ thuộc vào kích thước của môi trường lọc, quá trình này có thể cần hoặc không cần nối tiếp theo một "bể lắng trong". Việc thải các chất rắn được thực hiện thông qua việc tải đi chất rắn ở thể lơ lửng trong dòng ra ở mức thấp. Việc rửa sạch bảng nước theo chu kì hoặc rửa bằng không khí là điều cần thiết để ngăn cản các chất rắn đóng chặt trong tháp. Điều đó có thể gây ra tổn thất áp suất quá lớn. Cũng như trong quá trình khử nitrat bằng sinh trưởng ở thể huyền phù, thông thường một nguồn cacbon cấp từ ngoài là cần thiết cho quá trình. Hầu hết các ứng dụng của quá trình này bao gồm phương thức "chảy xuống" (bằng trọng lượng hay bằng áp lực). 8.3.3. Điều kiện kị khí Hai quá trình sinh trưởng ở thể huyền phù, kị khí thông dụng nhất để xử lý nước thải là: + Quá trình tiêu huỷ kị khí + Quá trình tiếp xúc kị khí Sự tiêu hủy kị khí Tiêu hủy kị khí là một trong 3 quá trình sử dụng lâu nhất dùng để ổn định các chất bùn. Nó bao gồm sự phân huỷ chất hữu cơ và vô cơ khi không có oxy phân tử. Quá trình này đã và đang được áp dụng chính trong ổn định các chất bùn sinh ra trong xử lý nước thải và trong xử lý một số chất thải công nghiệp. Mô tả quá trình: Trong tiêu huỷ kị khí, chất hữu cơ trong hỗn hợp bùn lắng sơ cấp và bùn sinh học, trong điều kiện kị khí được chuyển hoá sinh học thành mê tan (CH4) và cacbon dioxide (CO2). Quá trình được thực hiện trong một bể phản ứng kín khí. Bùn được đưa vào một cách liên tục hoặc theo đợt và được giữ lại trong bể phản ứng với những thời gian khác nhau. Bùn đã được ổn định sẽ được lấy ra liên tục hoặc theo đợt trong quá trình, không bị thối rữa và số các chất gây bệnh trong bùn được giảm đi rất nhiều. Hiện nay, người ta dùng 2 kiểu bể tiêu huỷ, tốc độ bình thường (chuẩn) và tốc độ cao. Trong quá trình tiêu huỷ tốc độ chuẩn (hình a), các chất 87
trong bể tiêu huỷ thường là không được đun ấm lên và không được khuấy trộn. Thời gian lưu cho quá trình này dao động từ 30 - 60 ngày. Trong quá trình tiêu huỷ tốc độ cao (hình b) các chất tiêu huỷ được đốt ấm và khuấy trộn đều. Thời gian lưu là 15 ngày hoặc ít hơn. Một sự phối hợp giữa hai quá trình cơ bản đó được gọi là quá trình hai giai đoạn (hình c). Chức năng chủ yếu của giai đoạn 2 là tách các chất rắn được tiêu hủy khỏi phần nước nổi lên trên mặt. Tuy nhiên, một sự tiêu hủy khác và một sự sản sinh ra khí có thể xảy ra. Hình 8.3. Những bể kiểu tiêu huỷ kị khí điển hình Quá trình một giai đoạn năng suất thông thường: Quá trình một giai đoạn, bể chứa được khuấy trộn, nước thải vào thành dòng liên tục, năng suất cao. Quá trình hai giai đoạn - Quá trình tiếp xúc kị khí Một số chất thải công nghiệp có BOD cao có thể được ổn định rất hiệu quả bởi xử lý kị khí. Trong quá trình tiếp xúc kị khí, các chất thải chưa được xử lý được trộn với các chất rắn trong bùn tuần hoàn lại, xong rồi được tiêu huỷ trong một bể phản ứng gắn vào nơi không khí đi vào. Các chất chứa trong bể được trộn lẫn hoàn toàn. Sau sự tiêu huỷ, hỗn hợp đó được tách ra ở một bể lắng trong hoặc hệ thống tuyển nổi bằng chân không, phần nước trong trên bề mặt được đưa ra để xử lý tiếp. Bùn đặc kị khí đã lắng được đưa vào hệ tuần hoàn lại để "cấy giống" cho nước thải mới đưa vào. Vì các 88
vi sinh vật kị khí có năng suất tổng hợp thấp nên số bùn đặc thừa ra cần phải là nhỏ nhất. Quá trình này đã được dùng có hiệu quả cho việc ổn định chất thải của các nhà máy đóng gói thịt và của các chất thải có độ hoà tan cao. Thiết bị phản ứng dòng ngược qua lớp bùn kị khí (UASB) Ưu thế của thiết bị phản ửng loại này là sự có mặt của lớp bùn lắng có hoạt tính rất cao ở dưới đáy. Trong đó, các vi sinh vật bám vào nhau hoặc vào các chất rất nhỏ ở thể huyền phù để hình thành những hạt nhỏ hoặc những khối kết. Một nét quan trọng khác có liên quan đến sự lấy đi chất khí mà không ảnh hưởng đến sự lắng xuống của các vi sinh vật và sự quay trở lại lớp bùn lắng. Trong quá trình này, chất thải được đưa vào từ dưới đáy của bể phản ứng vào trong lớp bùn, ở đây hầu hết chúng được chuyển hóa thành mêtan và cacbon dioxide. Chất khí phát sinh gây ra một sự rung chuyển đủ để giữ cho các hạt của lớp bùn chuyển động liên tục và giữ cho cả lớp bùn được trộn đều. Một số hạt bị đẩy lên khỏi lớp bùn, nhưng khi mất "bẫy khí" chúng lắng xuống trở lại lớp bùn. Thiết bị UASB được trang bị với một "bộ phận tách" khí và chất rắn ở phần trên của thiết bị (hình 8.4). Hình 8.4. Thiết bị phản ứng ngược dòng qua lớp bùn kị khí Bộ phận tách này hoạt động để tách khí sinh ra trong phản ứng mêtan hoá từ các hạt bùn phân tán. Điều này rất quan trọng đối với sự lưu lại của bùn trong thiết bị phản ứng. Lượng sinh khối được giữ lại tính theo một đơn vị thể tích của bể phản ứng thường lớn hơn là trong bể phản ứng có màng cố định, dòng chảy xuống hoặc trong bể lọc dòng chảy hướng lên trên. Hệ thống này đã được ứng dụng cho cả chất thải có độ ô nhiễm hữu cơ thấp và cao. 8.4. XỬ LÍ THẤM QUA ĐẤT Xử lý nước thải qua đất bao gồm việc sử dụng cây cối, mặt đất và nền đất để xử lý nước thải. Ba phương pháp điển hình để xử lý nước thải qua đất được trình bày ở hình 8.5 là sự "tưới" nước, thấm nhanh qua đất, chảy tràn mặt đất. Các quá trình sử dụng đất ngập nước, sử dụng lớp dưới mặt đất và trồng trọt dưới nước ít được áp dụng hơn trên quy mô lớn. 89
Hình 8. 5. Các quá trình về xử lý bằng đất Tưới nước Tưới bằng nước thải, quá trình xử lý bằng đất được áp dụng phổ biến nhất hiện nay, bao gồm việc tưới nước thải vào đất và để đáp ứng các yêu cầu sinh trưởng của cây cối. Dòng nước thải khi đi vào đất sẽ được xử lý bằng những quá trình vật lý, hoá học và sinh học. Dòng nước thải đó có thể dùng tưới cho các loại cây bằng cách phun mưa hoặc bằng các kỹ thuật tưới bề mặt như là làm ngập nước hay tưới theo rãnh, luống. Có thể tưới cho cây trồng với tốc độ tiêu thụ từ 2,5 - 7,5 cm / tuần. Thấm nhanh vào đất Theo phương pháp này, dòng nước thải được đưa vào đất với tốc độ lớn (10 - 210 cm / tuần) bằng cách rải đều trong các bồn chứa hoặc phun mưa. Việc xử lý xảy ra khi nước chảy qua nền đất (đất dưới mặt) ở những nơi mà nước ngầm có thể dùng để đảo ngược lại gradient thủy lực và bảo vệ nước ngầm hiện có ở những nơi chất lượng nước ngầm không đáp ứng với chất lượng mong đợi nước được phục hồi quay trở lại bằng cách dùng bơm để hút nước đi, hoặc là những đường tiêu nước dưới mặt đất, hoặc tiêu nước tự nhiên. Hố xử lý Trong phương pháp này, nước cần xử lý được cho chảy xuống hố hay rãnh đào. Từ hố hay rãnh này nước thấm vào đất và diễn ra quá trình làm sạch. Phương pháp này chỉ dùng khi lưu lượng nước xử lý nhỏ và lớp đất phía dưới có độ rỗng lớn. Đây là một phương pháp xử lý đơn giản, ít tốn kém trong đầu tư nhưng cần thận trọng để tránh gây ô nhiễm nước ngầm. Chảy tràn mặt đất Chảy tràn mặt đất là quá trình xử lý chủ yếu bằng sinh học, trong đó nước thải được đưa đến các tầng trên của các ruộng bậc thang và cho chảy tràn qua bề mặt trồng trọt đến các hố thu gom nước. Sự phục hồi nước được thực hiện bằng các quá trình vật lý, hoá học và sinh học. Dòng chảy tràn mặt đất có thể sử dụng hoặc như là quá trình xử lý thứ cấp, ở đó dòng thải đã nitrat hoá có nồng độ BOD thấp. Ở những nơi không cho phép tháo nước 90
trên mặt đất nước thải có thể tuần hoàn lại hoặc đưa vào đất trong những hệ thống tưới tiêu hay là hệ thống thấm nhanh. Trong điều kiện diện tích đất cho phép có thể xử lý nước ô nhiễm hay nước thải bằng cách cho chảy tràn lên một vùng đất có độ dốc nhất định. Trên vùng đất này (được gọi là bãi tưới) có thảm thực vật thích hợp. Lớp nước thải chảy tràn có chiều dày, vận tốc và chiều dài (tới rãnh góp) được tính toán sao cho luôn giữ được điều kiện háo khí và có thời gian lưu trên bãi đủ để cho quá trình xử lý thực hiện được thuận lợi và đạt tới mức cần thiết. Cơ chế loại chất ô nhiễm trong trường hợp xử lý này bao gồm: tác dụng lọc ở phần nước thấm xuống đất, tác dụng phân huỷ sinh học xảy ra trên mặt bãi và trong lớp đất sát mặt và do quá trình bốc hơi. Sản phẩm phân huỷ được bộ rễ thực vật hấp thụ. Nước sau khi chảy qua bãi được tập trung vào rãnh đào ở cuối bãi để dẫn đến kênh tiêu ra sông hay hồ. Cũng như phương pháp dùng hố xừ lý, khi dùng phương pháp này cần chú ý đến chiều sâu nước ngầm để tránh làm ô nhiễm nước ngầm. Mặt khác, bãi tưới phải bố trí ở xa vùng dân cư để tránh gây ô nhiễm không khí vùng dân cư. Đất dùng để làm bãi tưới phải đạt độ tơi xốp nhất định. 91
Chương 9 MỘT SỐ QUÁ TRÌNH XỬ LÍ NƯỚC THẢI 9.1. XỬ LÍ CÁC CHẤT VÔ CƠ HOÀ TAN Hầu hết các loại nước thải công nghiệp đều chứa các tạp chất vô cơ hoà tan. Chúng có thể sinh ra do những phản ứng hoá học trong nước thải giữa các chất với nhau, do quá trình rò rỉ nguyên vật liệu trên đường ống, do hoà tan trong nước rửa, do nước thải có độ kiềm hoặc axit cao gây ăn mòn đường ống vận chuyển và cả do chính công nghệ sản xuất sinh ra. Ví dụ: Trong nước thải của cơ khí gia công chế tạo, bột màu vô cơ thường có các hợp chất của xianua CN, của crôm (Cr+6), ion sắt Fe, kẽm Zn, thiếc Sn Trong công nghiệp dược phẩm thường có muối vô cơ gốc -2 - sunphat (SO4 ) hoặc Clo (Cl ). Trong công nghiệp phân bón thường có các muối -3 + gốc photphat (PO4 ), amôn (NH4 ) đều có chứa muối vô cơ. Việc xử lý các chất vô cơ tan trong nước thường ở giai đoạn cuối của công nghệ xử lý nước thải sau khi đã tách các chất rắn không tan, keo, huyền phù. Quá trình xử lý các chất vô cơ là cần thiết trước khi đưa nước trở về nguồn hoặc đưa nước đi sử dụng lại. Tránh ảnh hưởng xấu đến sản phẩm công nghiệp (ví dụ nước sử dụng trong công nghiệp giấy, dệt, thực phẩm ) tránh tạo nên cặn rỉ đường ống, ăn mòn thiết bị kim loại, tránh việc tạo nên nguồn dinh dưỡng cho sự sinh trưởng của tảo và các cây mọc trong nước và tránh gây những biến đổi về màu sắc, mùi vị của nước đối với những nơi sử dụng ở hạ lưu. Phương pháp hoá học Là phương pháp sử dụng hoá chất để tách hoặc chuyển dạng các muối vô cơ hoà tan trong nước thải, thông đụng nhất là phương pháp oxy hoá khử. Phương pháp oxy hoá khử: Là phương pháp sử dụng chất có khả năng oxy hoá (hoặc khử) để chuyển chất vô cơ hoà tan dạng độc sang dạng không độc trong nước thải. Ví dụ xử lý crôm và cyanua. Phương pháp điện hóa: Có thể sử dụng phương pháp điện hoá để tách các chất vô cơ hòa tan trong nước thải. Quá trình này xảy ra ở các điện cực khi cho dòng điện một chiều chạy qua nước thải, không sử dụng các chất hoá học và chỉ sử dụng năng lượng điện, trên các thùng điện phân đã được tự động hoá, có thể tiến hành liên tục hoặc gián đoạn. Sau đây là phương pháp oxy hóa quật và khử canh: 92
1 Bình điện phân 2. Cực Anôt 3. Cực Canh 4. Màng ngăn Hình 9. 1. Phương pháp oxy hoá quật và khử canh (Bình điện phân) Bình điện phân Theo sơ đồ trong bình điện phân chứa nước cần xử lý, ở anot các ion nhường điện tử, nghĩa là xảy ra phản ứng oxy hoá điện hóa, ở catot các ion nhận điện tử nghĩa là xảy ra phản ứng khử điện hoá. Quá trình này dùng để xử lý nước thải chứa các hợp chất hòa tan như cyanua, amin, rượu, các hợp chất nitơ, sunfua và các ion kim loại nặng. Sau khi oxy hóa khử điện hoá, các chất trong nước thải được được phân hủy hoàn toàn thành CO2, NH3, H2O hoặc tạo thành những chất đơn giản và không độc có thể tách bằng phương pháp khác. Thí dụ: Xử lý hợp chất cyanua trong nước thải, người ta đưa nước thải qua bình điện phân. Quá trình oxy hoá atốt của cyanua xảy ra theo phản ứng: - - Sau đó: 2CNO + 4OH - 6e = 2CO2 + N2 + 2H2O Phương pháp trao đổi ion Phương pháp này được ứng dụng truyền thống để làm mềm nước (xử lý nước cứng) và ngày càng được ứng dụng để xử lý các chất vô cơ hoà tan trong nước thải và giảm khó khăn trong việc cấp nước nội bộ và ngay cả trong việc xử lý nước thải, thu hồi lại các kim loại. Ví dụ về xử lý nước thải bằng phương pháp trao đổi ion là việc xử lý nước thải -2 +2 của quá trình mạ kim loại. Trong nước thải chứa ion crommat (CrO4 ), đồng (Cu ), kẽm (Zn) niken (Ni+2) Như vậy quá trình xử lý sẽ gồm hai giai đoạn: xử lý các cation bằng trao đổi cation và xử lý anion bằng trao đổi anion. 9.2. XỬ LÍ CÁC CHẤT HỮU CƠ Khi khử các chất rắn hữu cơ hoà tan chứa trong nước thải, nhờ hoạt động của vi sinh vật có hai hiện tượng cơ bản xảy ra: Các vi sinh vật sử dụng oxy để tổng hợp năng lượng và tế bào mới. Các vi sinh vật thể tự oxy hóa khối xe11ulo của chính cơ thể mình. Các phản ứng này có thể được minh hoạ bằng phương trình tổng quát như sau: tế bào 93
Chất hữu cơ + O2 + NH3 → Tế bào mới + CO2 + H2O Tế bào + O2 → CO2 + H2O + NH3 Quá trình phân huỷ BOD từ bùn sinh học có thể xảy ra theo hai giai đoạn: Giai đoạn đầu: Hiệu quả xử lý cao về chất lơ lửng, keo và màu. Giai đoạn tiếp theo: Phân hủy các chất hòa tan BOD xảy ra với tốc độ chậm. Phụ thuộc vào tính chất lý học, hoá học của các chất hữu cơ mà cơ chế phân huỷ BOD ban đầu có thể là một hoặc một số cơ chế sau đây: 1 Phân huỷ các chất rắn nhờ hoạt động của màng tụ sinh học. Sự phân huỷ này xảy ra nhanh và phụ thuộc vào sự khuấy trộn giữa chất thải với bùn. 2. Phân hủy các chất dạng keo nhờ khả năng hấp thụ lý- hoá học của các màng tụ sinh học. 3. Hấp thụ sinh học các chất hữu cơ hoà tan nhờ hoạt động của vi sinh vật. Hiện tại vẫn còn những tranh luận cho rằng sự phân huỷ này là kết quả tham gia của các tổ hợp men hay là do sự tham gia hoạt động của vi sinh vật hoặc cũng có thể đây là kết quả của hai loại hoạt động trên. Ba cơ chế trên được hình thành ngay từ khi có sự tiếp xúc giữa bùn và các chất thải. Những chất thải lắng đọng và keo cần thiết được phân ly thành các chất có phân tử lượng nhỏ để tế bào dễ tổng hợp. Thời gian để xảy ra quá trình này trước tiên phụ thuộc vào nồng độ các chất bùn hoạt hoá và đặc điểm cụ thể của các chất hữu cơ. Khi có sự thông khí liên tục thì quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nói chung sẽ xảy ra nhanh hơn. Tốc độ phát triển của tế bào sẽ giảm đi cùng với sự giảm nồng độ BOD còn lại trong nước thải. Khi tốc độ phân huỷ bắt đầu giảm, trong bùn bắt đầu chứa các chất hữu cơ cacbon không bị đồng hoá. Trong khi đó, mức phân huỷ đã giảm nhưng cường độ của quá trình hoạt động tổng hợp vẫn liên tục tăng tới mức cực đại cho tới khi hàm lượng cacbon trong tế bào bị giảm đi do chuyển thành xe11ulo. 9.3. XỬ LÍ VÀ THẢI BÙN Để thiết kế các thiết bị xử lý và thải bùn, những điều cần biết là: Nguồn gốc bùn (loại bùn) và bùn sinh ra từ quá trình nào? Các thông số đặc trưng của bùn: nồng độ x, khối lượng riêng p, trở lực riêng khi lọc r, nhiệt trị Q, thành phần hoá học (C, N, P, K, kim loại ) vi sinh vật gây bệnh. Lượng bùn: đây là thông số cần thiết để thiết kế các thiết bị xử lý và thải bùn. Lượng chất rắn ở đầu vào nhà máy xử lý nước hàng ngày thay đổi trong giới hạn rộng. Để đảm bảo khả năng xử lý nước của nhà máy cần xem xét các yếu tố dưới đây: + Tốc độ tạo bùn trung bình và lớn nhất. + Tiềm năng về thể tích chứa của nhà máy. + Các công nghệ xử lý và thải bùn. 94
Các quá trình xử lý nước thải dân dụng và nước thải công nghiệp đều dẫn đến việc tách các chất gây ô nhiễm và chuyển chúng sang pha có thể tích nhỏ hơn. Các quá trình thường được áp dụng là tách pha rắn ra khỏi nước thải bằng lắng, gạn, tuyển nổi, lọc. Dùng các quá trình hóa học để tách các chất gây ô nhiễm ở dạng keo tụ, tạo bông, kết tủa. Dùng các quá trình sinh học để phân huỷ các chất hữu cơ gây ô nhiễm (hiếu khí, yếm khí). Như vậy sau quá trình xử lý và làm sạch nước thải, nước đã qua xử lý được quay trở lại môi trường để sử dụng lại còn bùn tạo thành sẽ được thải đi. Thông thường ta có: (V bùn / V nước thải) x 100% < 1%. Tuy nhiên, việc xử lý và thải bùn rất khó do lượng bùn lớn, thành phần khác nhau, độ ẩm cao và bùn rất khó lọc. Các nghiên cứu cho thấy giá thành xử lý và thải bùn chiếm khoảng 25 - 50% tổng giá thành quản lý chất thải. Sơ đồ công nghệ xử lý bùn: Có nhiều sơ đồ công nghệ xử lý bùn, việc chọn sơ đồ nào tuỳ thuộc vào các yếu tố sau: - Giá thành xử lý. - Đảm bảo tiêu chuẩn môi trường. Hình 9.2. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý bùn Trong công nghệ xử lý và thải bùn có các quá trình cơ bản: 1. Điều hoà (conditioning) 2. Làm đặc (thickening) 3. Tách nước (dewatering) 4. Chuyển hóa (conversion) - Phân hủy yếm khí (anaerobic digestion) - Phân hủy hiếu khí (aerobic digestion - Đốt (combustion) - Chế thành phân bón composting) 95
- Ổn định bằng vôi (lime stabilization) - Tẩy trùng bằng clo (disinfection Cl2) 5. Vận chuyển (transportation). 6. Thải bùn (ultimate disposal). Xử lý bùn có hai hương sau: - Tái sử dụng phần dinh dưỡng và chất hữu cơ có trong bùn: Khi đó sẽ ổn định bùn, loại trừ vi sinh vật gây bệnh, phân huỷ chất hữu cơ độc. - Thải bỏ: Xử lý sơ bộ để giảm thể tích bùn rồi thải bỏ. Các vật liệu chứa trong bùn có thể thải vào: không khí, nước và đất. Các phương án xử lý bùn 1. Điều hoà bùn Điều hoà bùn là sử dụng các tác nhân hoá học và biện pháp vật lý làm thay đổi liên kết ẩm với rắn trong bùn để tăng tốc độ tách nước khỏi bùn. Quá trình này thường tiến hành trước khi tách nước hoặc kết hợp với tách nước. Các tác nhân điều hòa thường là: CaO (hay dùng cho bùn lắng thô), FeCl3 (hay dùng cho bùn sinh học và polyme). Các tác nhân này khi hoà vào nước sẽ tăng tốc độ tạo bông, keo tụ, các hạt rắn và làm dễ dàng cho quá trình tách nước, hoặc có thể dùng biện pháp cấp nhiệt để phá keo. Ví dụ: Khi FeCl3 tan vào nước sẽ tạo bông Fe(OH)3 +3 + Fe + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H Các bông này hấp phụ các hạt keo, làm phá vỡ các vỏ solvat của các hạt hoặc các hạt Fe(OH)3 là keo dương, các hạt bùn trong nước là những hạt keo âm sẽ trung hoà và dính vào nhau, dễ dàng lắng xuống. Còn khi thêm polyme: polycrylamit chỗ tích điện sẽ tích các hạt keo âm vào nó và theo cơ chế bắc cầu, các hạt bùn trong nước sẽ bám vào nó thành tập hợp các hạt lớn hơn. Lượng tác nhân điều hoà tuỳ thuộc loại bùn và loại thiết bị tách nước được xác định bằng thực nghiệm. 2. Làm đặc Các quá trình: + Lắng trọng lực + Tuyển nổi + Lắng ly tâm thường được sử dụng để làm đặc bùn. Các phương pháp này dễ áp dụng và giảm được đáng kể thể tích bùn khoảng 60% ẩm được tách ra. Thể tích bùn giảm và giảm giá thành các khâu xử lý bùn tiếp theo. Các nghiên cứu đã chỉ ra: Nồng độ bùn tăng. Giá thành phân huỷ bùn giảm từ 2%-8%. Lắng trọng lực 96
Thiết bị là các bể lắng làm việc theo nguyên tắc lắng trọng lực nhưng tốc độ chậm hơn lắng tự do. Làm đặc theo nguyên tắc tuyển nổi Tuyển nổi là quá trình làm đặc bùn do sục vào bùn một dòng khí phân tán ở dạng bọt rất nhỏ. Các hạt bùn không thấm ướt sẽ dính vào bọt và cùng với bọt nổi lên trên bề mặt chất lỏng và được hớt ra ngoài. Để thay đổi tính thấm ướt của hạt và giữ cho các hạt nhỏ bền không dính vào với nhau thành bọt lớn làm giảm năng suất quá trình người ta cho thêm tác nhân trợ nổi: Polyme. Bảng 9.1. Các thông số làm việc của thiết bị làm đặc bùn bằng tuyển nổi Tốc độ nạp bùn theo pha tấn Loại bùn Nồng độ bùn (kg/m2 ngày) Trước làm đặc Sau làm Không có có polyme (%) đặc(%) polyme Lắng sơ bộ + bùn hoạt tính 2,0 5,5 9,8 294 Lắng sơ bộ +(bùn hoạt tính + FeCl3) 1,5 3,5 73,5 220,5 (Lắng sơ bộ + FeCl3) + bùn hoạt tính. 1,8 4,0 73,5 220,5 Bùn hoạt tính 1, 0 3,0 49 147 Bùn hoạt tính + FeCl3 Bùn 1,0 2,5 49 147 lắng đã phân huỷ + bùn hoạt 4 10,0 98 294 tính. Bùn lắng đã phân huỷ +bùn 1 8,0 73,5 220,0 hoạt tính + FeCl3 Đính các hạt bùn với bọt khí và nổi cùng với bọt lên trên bề mặt. Để tạo bọt không khí có thể dùng phương pháp sục khí, hút chân không, điện phân dung dịch, sinh học (do sự phát triển và hoạt động sống của vi sinh vật khi đun nóng bùn tới 35 - 550c). Hiệu quả làm sạch tăng khi số bọt n tăng và kích thước bọt thích hợp (rbọt =15 - 50 µm). Làm đặc bằng ly tâm Thường được đo bằng %. Ở đây: Cr là nồng độ rắn trong nước thải đã ly tâm (màu hoặc %) Cc là nồng độ rắn trong bã Cs là nồng độ rắn trong bùn vào ly tâm. 97
Mục đích chính là phân huỷ phần hữu cơ của bùn là phương pháp ổn định bùn, giảm lượng vi sinh vật gây bệnh, giảm lượng bùn. 3. Thay đổi cấu trúc bùn và trên kết ẩm Đây là quá trình làm thay đổi cấu trúc bùn và dạng liên kết ẩm với bùn cho các quá trình tách nước và làm sạch bùn. Quá trình có thể có tác nhân và không có tác nhân tham gia. + Tác nhân keo tụ là các muối Fe và Al: FeSO4, Fe2(SO4)3, FeCl3, Al2(SO4)3, NaAlO2. + Các muối này khi hoà tan trong nước sẽ tạo bông Me(OH)3 3+ + Me + 3HOH = Me(OH)3 + 3H Các bông này lắng xuống đáy sẽ kéo theo các hạt keo, hạt mịn bị phá vỡ, kết quả làm thay đổi dạng liên kết của nước với bùn và thay đổi cấu trúc bùn làm dễ dàng cho quá trình tách nước và làm đặc. Tốc độ kết tụ phụ thuộc nồng độ tác nhân keo tụ, kích thước và hình dạng hạt. Khi độ kiềm của bùn lớn người ta rửa bùn trước khi cho tác nhân keo tụ vào. Tác nhân tăng cường tạo bông là các hợp chất cao phân tử: tinh bột, đường dextrin, este, xe11ulo, polyarerylamit. Các chất này sẽ hấp phụ trên bề mặt hạt và hạt làm tăng cường quá trình kết tụ nhờ lực hấp phụ Vandecvan. Không dùng tác nhân gia công nhiệt, chiếu xạ, điện. Các biện pháp này cũng làm phá vỡ vỏ hạt làm thay đổi cấu trúc và dễ dàng tách nước. Ví dụ: Khi gia công nhiệt bùn được đun ở 170 - 200oC trong 1 giờ khi đó cấu trúc của bùn bị phá vỡ. Bùn sau khi xử lý nhiệt và tách nước có thể dùng làm phân bón hỗn hợp N - P. 4. Tách nước (Dewatering) Mục đích + Giảm thể tích bùn + Tăng giá trị nhiên liệu của bùn Các phương pháp: + Lọc chân không + Lọc ly tâm + Lọc ép: Lọc qua lớp cát, lớp sỏi, lớp than; Sân phơi bùn Sân phơi bùn: là một kiểu lọc bùn qua lớp vật liệu cát sỏi. - Bùn được bơm trải đều trên mặt sân phơi một lớp dày 200 - 300 mm. - Sân có bề mặt diện tích phơi khoảng 6m chiều rộng, 6 - 30m chiều dài. 98
Phía dưới có hệ thống cống ngầm với ống thải ra xa 2,5 - 6m. - Hàm lượng ẩm trong bùn sao cho 10 - 15 ngày phơi khoảng 60%. 5. Chuyển hoá (Conversion) Mục đích: làm phân huỷ các chất hữu cơ và khử các chất độc trong bùn. Các phương pháp: + Phân huỷ yếm khí (Anaerobic digestion) + Phân huỷ hiếu khí (Aerobic digestion)+ Đốt (conbustion) + Chế thành phân bón (Composting) + Cho vôi bột vào (Lime stabilization) + Tẩy bằng chị (Disinfection Clo). a. Phân huỷ yếm khí Các chất hữu cơ trong bùn bị phân hủy trong điều kiện yếm khí bởi 2 nhóm vi khuẩn: Vi khuẩn phân hủy (có sẵn một lượng lớn trong nước thải và bùn thảo sẽ phân huỷ với tốc độ cao các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản hơn có khối lượng phân tử nhỏ hơn thành các axit và rượu. Vi khuẩn tạo khí metan: phân huỷ hoặc tiêu hóa các axit và rượu (sản phẩm của giai đoạn thủy phân) thành CH4 và CO2. Các phương trình phản ứng phân huỷ yếm khí các chất hữu cơ xảy ra như sau: Các vi khuẩn này rất nhạy với sự thay đổi độ pH. Khoảng pH hoạt động là từ 6,5 - đến 8,0; độ pH thích hợp là 7,2 - 7,4. Tốc độ phân huỷ tuỳ thuộc vào lưu lượng cấp bùn, độ pH, đặc trưng của pha rắn, nhiệt độ, mức độ pha trộn giữa bùn thô với phần đã phân huỷ. Chất hữu cơ trong bùn + H2O + dinh dưỡng + vi sinh → CH4 + CO2 Thiết kế dựa trên: - Thời gian lưu trung bình của tế bào. - Tốc độ nạp liệu tính theo pha rắn. - Thể tích sản phẩm phân hủy. - Bùn sau khi phân hủy sẽ được sấy khô hoặc đốt rồi dùng làm phân bón hoặc vùi lấp. b. Phân hủy hiếu khí 99
Phân huỷ các chất hữu cơ trong bùn trong điều kiện có oxy nhờ các vi khuẩn hiếu khí thành CO2,NH3, H2O và giải phóng năng lượng. Ưu điểm - Vận hành đơn giản - Thời gian phân huỷ nhanh Nhược điểm - Tách nước khỏi bùn khó - Tốn năng lượng để sục khí. Các phản ứng có thể viết như sau: Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ quá trình là: - Nồng độ các chất hữu cơ trong bùn - Hàm lượng O2 hoà tan - Nhiệt độ - Độ pH - Các tạp chất trong dung dịch: kim loại nặng, muối khoáng (là các chất kìm hãm). 6. Quá trình chế biến ủ phân (composting) Quá trình phân huỷ hiếu khí cũng được ứng dụng làm phân hữu cơ để xử lý chất thải rắn và bùn. Các vật liệu làm phân được trộn với nhau đảm bảo tỷ lệ C:N = 25; độ ẩm 50 - 60% có bổ sung dinh dưỡng và vi sinh vật hiếu khí. Quá trình được tiến hành như sau: - Ủ đống, đảo trộn định kì để cấp oxy luân chuyển lớp ngoài vào trong để vật liệu tham gia phản ứng. - Ủ đống, thổi khí để cấp oxy. Tiến hành trong thiết bị phản ứng. Nhiệt độ quá trình 50 - 60oc vì vậy các vi sinh vật gây bệnh bị tiêu diệt. Thời gian phân huỷ nếu cấp oxy và đảo trộn tốt: 3 - 4 tuần. Thời gian ủ tiếp sau: 2 - 8 tuần. Nếu đảo trộn kém 11 lần/ năm, thời gian phân huỷ có thể từ 3 - 5 năm. Kết quả của quá trình làm phân bón: - Tách nước của bùn 100
- Khử mùi - Giảm vi sinh vật gây bệnh - Tạo cảnh quan và sản phẩm hữu cơ có lợi - Phân hữu cơ để cải tạo đất, giữ ẩm và cây dễ mọc rẻ. Các thông số kỹ thuật khi làm phân hữu cơ: - Độ ẩm: 50 - 60% - Nhiệt độ: 50 - 60oc - Độ pa gần trung tính - C/N: 20 - 25 - O2 = 5 - 15% Phân huỷ yếm khí Quá trình phân huỷ yếm khí các chất hữu cơ về lý thuyết chia làm 3 bước: Bước l: Chất có khối lượng phân tử lớn → Phân tử thích hợp cho vi sinh vật sử dụng. Bước 2: Các chất sau bước 1 → Chất có phân tử lượng thấp hơn chủ yếu là axit axitogen. Bước 3: Các chất sau bước 2 → CH4 + CO2 Sự ổn định của chất thải trong điều kiện phân huỷ yếm khí được hoàn thành khi CH4 và CO2 được Sinh ra. 7. Đốt Mục đích: Đốt bùn để phân huỷ các chất hữu cơ (cháy trong không khí) thành hơi nước, N2, CO2, tro và tận dụng nhiệt của quá trình đốt, mặt khác khử trùng được bùn. 8. Vận chuyển Tuỳ dạng bùn, điều kiện địa phương có thể dùng các phương tiện khác nhau để chuyển bùn tới chỗ thải (ô tô, tàu hoả, thùng chứa, ống dẫn, tàu biển, ). 9. Thải bùn - Vùi lấp - Cải tạo đất hoang. 101
Chương 10 CÁC VÍ DỤ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỤ THỂ 10.1. XỬ LÍ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN Việc xử lý nước thải trong bệnh viện là một vấn đề rất quan trọng, bởi vì ngoài hàm lượng các chất bẩn thường gặp như nitơ, photpho, clorua, kali, chất béo, hydrocacbon còn chứa thêm một lượng vi khuẩn như: vi trùng lao, vi trùng gan, vi trùng tả, lỵ, thương hàn, sốt rét v.v Chúng được thải ra từ các chất cặn bã của bệnh viện, từ các phòng nuôi cấy vi trùng. Đây là mầm mống ban đầu để phát triển bệnh dịch kéo dài, trên phạm vi rộng lớn khi gặp điều kiện môi trường thích hợp. Hệ thống xử lý nước thải Trạm được thiết kế để thu nguồn nước thải từ bệnh viện. Sau đó đưa nước đã xử lý vào hệ thống nhận nước chung của thành phố. Sơ đồ của trạm được xây dựng theo trình tự: - Sàng lọc khô - trống sàng. - Bể thông khí và các bộ phận thông khí. - Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh hoá. - Bể nổi váng và tách bùn sinh hoá. - Trạm đo kết quả. - Xử lý bùn (bể bùn). Dao động nước trong ngày được điều chỉnh ở bể điều hoà. Hình 10.1. Sơ đồ xử lý nước thải tại bệnh viện Bảo vệ Sức khoẻ Trẻ em Giai đoạn tiền xử lý nước thải được tách thành hai phần: + Phần thô: bao gồm cặn, bã, rác thải nhỏ. Chúng bị giữ lại, đem đi khử trùng bằng vôi. + Phần còn lại bao gồm nước và bùn, chúng tiếp tục được đưa xuống bể thông khí sơ bộ. 102
1. Xử lý bằng phương pháp sinh học + Bể thông khí sơ bộ: Một trong những điều kiện cơ bản để bể lọc làm việc bình thường là cung cấp oxy của không khí cho sinh vật hiếu khí. Bên cạnh đó, thông khí còn có tác dụng loại khí CO2 khỏi bể lọc, tạo điều kiện cho quá trình sống và hoạt động của vi sinh vật. Nguồn oxy được đưa vào bể từ môi trường bên ngoài nhờ máy bơm khí. + Bể lọc sinh vật (bao gồm các bể nhỏ): Bể lọc sinh vật nối với bể thông khí bằng một hệ thống bơm tuần hoàn. Trong bể có các đĩa nhựa xếp chéo nhau làm nhiệm vụ lọc sinh học. Nhờ hệ thống bơm tuần hoàn nên nước được phân phối đều trên bề mặt các bể lọc, theo chiều từ dưới lên trên và quá trình này được lặp đi lặp lại nhiều lần. Ở giai đoạn đầu khi tưới nước thải vào các vật liệu lọc sẽ diễn ra quá trình oxy hoá một phần các chất ô nhiễm có trong nước thải và cho hiệu suất làm sạch là thấp nhất. Song khi đó trên bề mặt vật liệu lọc sẽ có vi sinh vật, động vật bậc thấp bám vào và chúng tạo ra màng sinh vật. Trong khi lọc sẽ diễn ra quá trình hấp phụ sinh học, đông tụ và oxy hoá các chất bẩn trong nước chủ yếu ở dạng hoà tan, một phần ở dạng keo và lơ lửng. Quá trình làm sạch nước thải được diễn ra ngay từ khi nước chảy qua bể lọc, nhưng hiệu quả làm sạch cao nhất chỉ đạt được khi đã hình thành màng sinh vật vì chúng có khả năng phá huỷ các liên kết hữu cơ tạo thành nước và giải phóng CO2 Nước được đưa lên bể lọc sinh học rồi đổ xuống bể thông khí nhiều lần. Sau đó chúng tiếp tục được đưa sang bể nổi váng nhờ một van nhỏ. 2. Xử lý bằng phương pháp hoá học 3 Người ta sử dụng hoá chất FeCl3.6H2O Với hàm lượng 100g/m để làm sạch nước, thực chất của quá trình này là: 3- Nhưng do trong nước còn tổn tại lớn PO4 FePO4 là hợp chất kết tủa không tan, chúng có tỷ trọng nhỏ hơn tỷ trọng của nước nên bị đẩy lên bề mặt, tạo thành các váng nổi. Ngoài ra nước đi vào đã bị nén lại, nên khi trả về áp suất bình thường thì chúng tạo ra các hạt bọt khí. Các bọt khí này bị đẩy lên trên bề mặt và chúng kéo theo các màng sinh vật già cỗi có lẫn trong nước, tạo thành kết tủa xốp. Nước trong được đưa ra ngoài qua máng tràn, còn phần kết tủa chủ yếu được chuyển xuống bể bùn nhờ hoạt động của băng gạt và một phần nhỏ được trả về 103
bể không khí nhằm cung cấp thêm hàm lượng photpho cho nước tạo điều kiện cho vi sinh vật hoạt động. Xử lý bùn: Bùn từ quá trình trên được đưa xuống bể bùn và tiến hành xử lý bằng vôi. Giai đoạn khử trùng nước thải: Mục đích của giai đoạn này là nhằm tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh trước khi xả vào nguồn nước thải chung. Theo một số nghiên cứu cho thấy các vi khuẩn đường ruột vẫn còn sót lại trong nước thải đã xử lý, thậm chí ngay cả khi số trực khuẩn đường ruột bị tiêu diệt đến 99%. Vì vậy sau giai đoạn xử lý nước thải nhất thiết phải qua khâu khử trùng để đảm bảo an toàn. Hàm lượng NaClO được sử dụng là 50g/m3, thời gian tiếp xúc 0,5 giờ. Sau đó nước được xả vào hệ thống thoát nước chung của khu vực. 10.2. XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHỨA CRÔM Crôm (thường ở dạng Cr+6) thường có trong nước thải của các nhà máy: hoá chất sản xuất các sản phẩm của crôm như bột màu gốc crôm, mạ điện (mạ crôm), thuộc da (dùng hợp chất crôm để xử lý da). Vì hợp chất có ít độc hơn so với hợp chất Cr+6 nên cơ sở của phương pháp hóa học để xử lý nước thải chứa crôm là phản ứng khử để biến Cr+6 thành Cr+3, tiếp đó tách C+3 ở dạng hydroxyt kết tủa. Những chất khử có thể là Na2S, Na2SO3, NaHSO3, FeSO4, SO2 Quá trình phản ứng có thể tiến hành theo các bước với natri sunfit Na2S, trong môi trường axit: vì natri sunfit bị thuỷ phân rất mạnh nên sẽ tạo ra hydroxyt crôm kết tủa: Với FeSO4 trong môi trường axit: Sau đó cho thêm sữa vôi (hoặc một loại kiềm nào đó) để Cr+3 có thể kết tủa ở dạng hydroxit: Để khử Cr+6 thành Cr+3 các phản ứng luôn diễn ra trong môi trường axit, tốt nhất pH = 2 (do vậy thường phối hợp nước thải chứa crôm với nước thải chứa axit trong cùng một hệ thống xử lý hoặc cho thêm axít vào cho tới khi đạt pH = 2). Sau khi phản 104
6+ 3+ ứng chuyển Cr về Cr đã xong, để kết tủa Cr(OH)3 lại cần bổ sung thêm kiềm để trung hòa nước thải từ pH = 2 (cho tới pH = 7 rồi lại tăng lên pH = 9), ngoài ra còn phải tiêu hao một lượng kiềm nữa cho quá trình liên kết Cr+3 thành hydroxyt crôm kết tủa lắng xuống. Tính chất của loại cặn lắng này tuỳ thuộc vào thành phần, tính chất nước thải, nồng độ crôm, pH và loại kiềm sử dụng. Nếu muốn dùng cặn hydroxyt crôm để làm bột màu xanh ve nên dùng kiềm kali hoặc natri, tuy nhiên việc lắng cặn kết tủa có khó khăn hơn khi dùng sữa vôi. Hình 10.2. Sơ đồ công đoạn xử lý nước thải chứa crôm Nước thải được điều hoà lưu lượng và nồng độ crôm với pH > 4 thì phải bổ sung axit đến pH = 2 (trước khi thực hiện phản ứng khử). Sau đó dựa vào nồng độ crôm tính lượng chất khử cần thiết (thường dư 1,25 lần so với lý thuyết nếu dùng natrisunfit và sắt sunphat). Chất khử được chuẩn bị ở dạng dung dịch 10% được đưa vào bể phản ứng nhờ thiết bị định lượng, thời gian khuấy trộn ở bể phản ứng thường nhỏ hơn 30 phút. Sau đó khi phản ứng khử kết thúc thì cho kiềm vào (sữa vôi hoặc xút NaOH). Vôi được chuẩn bị ở dạng đung dịch 2,5% theo CaO được thêm vào sao cho hỗn hợp đạt pH = 9. Tiếp tục khuấy trộn 3 - 5 phút và cuối cùng cho hỗn hợp sang bể lắng (thường không quá 2 giờ) 10.3. XỬ LÍ CÁC HỢP CHẤT CYANIDES Các hợp chất cyanua chứa trong nước thải sản xuất thuỷ tinh hữu cơ, các xí nghiệp mạ (mạ đồng, kẽm), nhà máy cơ khí chế tạo, nhà máy luyện kim màu, nước thải làm sạch lò cao Vì các muối cyanua (CNO-) thường không độc như cyanua (CN-) nên cơ sở của phương pháp hoá học xử lý nước thải chứa hợp chất cyanua là oxy hóa các cyanua thành cyanat hoặc chuyển các hợp chất độc thành phức chất với sắt (Fe(CN)+4 và (Fe(CN))-3 hoặc tạo các kết tủa từ các cyanua đơn giản, phức chất với cyanua được tách khỏi nước bằng phương pháp lắng hoặc lọc. Trong đó biện pháp oxy 105
hoá cyanua độc thành các sản phẩm không độc là có nhiều ưu điểm hơn cả vì nhanh, CN hoàn toàn bị phân huỷ và nước sẽ không nhiễm bẩn trở lại bởi các hợp chất cyanua. Những chất oxy hoá có thể là do lỏng (Cl2) trong môi trường kiềm, permangatkali (KMnO4), ôzôn (O3) hoặc các gốc hypoclorit. Với Clo lỏng trong môi trường kiềm: Để oxy hóa cyanua đơn giản, tan độc. - - - CN + Cl2 + 2OH = CNO + 2Cl + H2O Rất độc 1000 lần ít độc hơn so với CN- CNO- sẽ bị thuỷ phân dần dần - -2 + CNO + 2H2O = CO3 + NH4 Nếu bổ sung thêm chất oxy hóa - - 2CNO + 3Cl + 4OH = 2CO2 + N2 + 6Cr + 2H2O Để oxy hoá cyanua phức hợp tan, độc 2- - - - Cu(CN) + 3Cl2 + 8OH = 3CNO + 6Cl + CU(OH)2 + 3H2O - - 2CNO + 3Cl2 + 4OH = 2CO2 + N2 + 6Cl + 2H2O Với permangatkali: Để oxy hoá cyanua đơn giản, tan độc - - - 3Cr + 2MnO4 + H2O = 3CNO + 2MnO2 + H2O + 2OH - -2 + CNO + 2H2O = CO3 + NH4 Để oxy hoá cyanua phức hợp tan, độc -2 - - - 3Cu(CN)3 + 7MnO4 + 3H2O = 9CNO +3CU(OH)2 + 7MnO + 4OH - -2 + CNO + 2H2O = CO3 + NH4 Như đã thấy để oxy hoá các cyanua thành cyanat điều kiện tối ưu để phản ứng diễn ra ở môi trường kiềm là với pH = 10 - 11. Sau khi cyanua đã oxy hoá thành cyanat thì cần tiếp tục oxy hoá cyanat thành nitơ phân tử và CO2 diễn ra một cách có hiệu quả. Ngoài ra trong kỹ thuật xử lý thường tính dư liều lượng chất oxy hoá vì trong nước thải ngoài cyanua còn có các tạp chất khác cũng có thể bị oxy hoá bởi chất oxy hoá đưa vào. 10.4. XỬ LÍ NƯỚC THẢI NHÀ MÁY BIA Trong các nhà máy bia 30% khối lượng nước thải là từ quá trình sản xuất bia và 70% là từ quá trình rửa chai lọ. Hỗn hợp nước thải chứa 500 mg/l BOD và khoảng 550mg/l COD, 400 - 700 mg/l SS và độ pH từ 3,5 - 11. Nước thải này được xử lý bằng bùn hoạt tính để tạo ra chất lỏng chứa 20mg/1 BOD, 20 mg/l COD và 70 mg/l rắn lơ lửng. Khi áp dụng thêm các 106
phương pháp keo tụ, lắng lọc cùng với bùn hoạt tính có thể giảm hàm lượng COD, BOD5 xuống mức thấp hơn nhiều. Tiêu chuẩn thiết kế và kích thước của phin lọc dùng cho các mục đích trên được trình bày ở bảng sau: Báng 10. 1. Tiêu chuẩn thiết kê các thiết bị khác nhau đê xử lý nước thải nhà máy bia Thiết bị Tiêu chuẩn thiết kể Bể trung hoà Thời gian lưu giữ 8 mịn Bình không khí Thời gian lưu giữ 22h, tải BOD 1,2 kg/m3/d Bể lắng Thời gian lưu giữ 9h, bề mặt chất tải 10m/d Bể lắng keo tụ Thời gian lưu giữ 2,5h bề mặt chất tải 50m/d Phin lọc cacbon hoạt tính Tốc độ tuyến tính 5 - 20m/h, tốc độ không gian 2,51/h Phin lọc Tỷ lệ lọc 200m/d Antraxit E.S = l,2m L = 200m Cát E.S = O,6m L = 500m Tỷ lệ rửa lại: l m/min Tỷ lệ sục khí: l m/min Thời gian lọc: 12h. 10.5. XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHỨA DẦU Hình 10. 3. Sơ đồ nguyên tắc của hệ thông xử lý nước thải dầu mỡ Như vậy để xử lý nước thải chứa dầu mỡ, thường có 3 giai đoạn chính: 107
- Làm sạch bằng phương pháp cơ học: tách các tạp chất rắn và lỏng có độ phân tán cao. - Làm sạch bằng phương pháp hoá lý: tách các hạt keo, khử độc nước chứa axit, kiềm và hoá chất. - Làm sạch bằng phương pháp sinh học: tách các chất hữu cơ hoà tan. Làm sạch bằng phương pháp cơ học Để làm sạch nước thải chứa đầu mỡ với việc tách các hạt có độ phân tán cao cũng như các hạt rắn huyền phù người ta sử dụng bể lắng cát, bể lắng phân ly dầu, bể lắng thứ cấp, bể lọc cát. a. Bể lắng cát Tại bể lắng cát sẽ tách được hơn 5% hạt có kích thước lớn (0,15 - 0,2 mm và tách được hơn 25% dầu trong nước thải. Cấu tạo, nguyên lý làm việc và cách tính toán bể lắng cát tương tự như đối với phòng lắng thông thường. b. Bể phân ly dầu (bể thu dầu) Để tách dầu và các tạp chất cơ học trong nước thải người ta sử dụng bể phân ly dầu. Đây là thiết bị chính trong sơ đồ trạm xử lý nước thải chứa dầu bằng phương pháp cơ học. Trung bình trong nước thải dầu chiếm 10% tổng số các chất hữu cơ. Có thể tách dầu trong nước thải bằng phương pháp trọng lực. Ở điều kiện tĩnh, một lượng dầu được lắng cùng cặn, còn phần lớn sẽ nổi lên bề mặt. Loại các tạp chất nổi khỏi nước thực chất cũng giống như lắng các hạt rắn chỉ khác là trong trường hợp này khối lượng riêng của dầu nhỏ hơn của nước. Do đó hạt sẽ nổi lên, còn kết cấu thiết bị cũng giống như thiết bị lắng hạt rắn được lật ngược lại. Có thể áp dụng định luật Stoc để tính tốc độ nổi của hạt dầu. Tốc độ tách dầu phụ thuộc vào khối lượng riêng, độ nhớt của tạp chất và nước thải, kích thước hạt dầu, chế độ thuỷ động lực của các pha c. Bể lắng thứ cấp Thực tế để làm sạch triệt để nước thải, sau khi ra khỏi bể phân ly dầu người ta cho nước thải chảy qua bể lắng thứ cấp. Sau khi qua bể này, hàm lượng dầu trong nước thải giảm còn 30 - 60 mg/l. Thời gian lắng của chất thải trong bể từ 3 giờ đến 2 - 3 ngày đêm. Việc thu và tách dầu trên bề mặt bể nhờ ống thu dầu và bằng phương pháp cơ học. Bể lắng thứ cấp có nhược điểm chính sau: khó tách dầu và cặn, chiếm mặt bằng xây dựng lớn, giá thành cao, làm bẩn khí quyển do dầu bay hơi. Chính các nhược điểm này làm cho việc sử dụng nó bị hạn chế. d. Bể lọc cát Để tiếp tục tách dầu trong nước thải, người ta còn sử đụng bể lọc cát. Vật liệu lọc là cát thạch anh hạt lớn có kích thước 0,5 - 2 mm. Chiều cao lớp cát 1 - 1,2m. Thường cho nước thải đi từ dưới lên với tốc độ 5m/giờ. Nước thải trước khi vào bể lọc cát có hàm lượng dầu khoảng 50 - 60mg/l và khi ra là 20 - 30mg/1. Ở chế độ ứng với các 108
thông số lọc tối ưu thì thời gian làm việc của vật liệu lọc sẽ là 150 - 200 giờ. Khi đó dầu nằm trong vật liệu lọc chiếm 0,5%. Việc tái sinh vật liệu lọc bằng cách rửa nước nóng và lạnh có kết hợp thổi khí theo các bước sau: 1- Tháo cạn hết nước thải trong bể 2- Cấp đầy nước nóng ở nhiệt độ 80oc vào bể 3- Thổi không khí trong khoảng 10 - 15 phút với lưu lượng 201m3/s. 4- Rửa bằng nước nóng trong 15 phút với lưu lượng 201m3/s. 5- Thổi không khí trong khoảng 10 - 15 phút với lưu lượng 201m3/s. 6- Rửa bằng nước lạnh khoảng 5 phút với lưu lượng 151m3/s. Làm sạch bằng đông tụ Đông tụ là một trong những phương pháp cơ bản để làm sạch nước thải có dầu mỡ, các hạt nhũ tương và huyền phù. Tác nhân đông tụ có thể sử dụng các bazơ của các muối nhôm, sắt. Trong quá trình làm sạch bằng đông tụ sẽ xảy ra việc lắng các tạp chất tan trong nước vì vậy làm giảm chỉ số BOD, COD trong nước thải. Lượng chất đông tụ phụ thuộc vào nồng độ tạp chất, lượng chất hoạt động bề mặt trong nước thải và các yếu tố khác, thường khoảng 25 - 100mg/l. Hàm lượng dầu trong nước thải sau khi làm sạch không vượt quá 30 - 40mg/l. Chất đông tụ và tuyển nổi được sử dụng: Al2(SO4)3, FeCl3, Poliac rilamid Lượng chất đông tụ phụ thuộc vào chất lượng nước thải (thường >25 mg/l). Hàm lượng dầu trong nước thải sau khi tuyển nổi khoảng 10 - 20 mg/l. Hiệu quả làm sạch các tạp chất cơ học là 80 - 95%. Ngoài ra người ta còn dùng phương pháp tuyển nổi điện để xử lý nước thải chứa dầu, để tách triệt để dầu trong nước thải bằng phương pháp hoá lý, sau khi được làm sạch bằng đông tụ và tuyển nổi nước thải có thể xử lý tiếp bằng phương pháp ozôn hoá, hấp thụ, thẩm thấu ngược Tuy nhiên, các phương pháp này đều phải chi phí lớn do công nghệ và thiết bị phức tạp. Vì vậy chúng ít được sử dụng, trừ trường hợp mức độ yêu cẩu làm sạch cao. Giai đoạn đông tụ sử dụng các hoá chất cần thiết vào để tác dụng với các thành phần gây độ kiềm nhằm tạo ra kết tủa trong giai đoạn keo tụ kế tiếp. Hoá chất thông - dụng nhất có tác dụng gây độ kiềm là Al2(SO4)3xH2O, chất này, ví dụ: HCO3 theo phản ứng Từ phản ứng trên ta thấy khi cho hoá chất Al2(SO4)3xH2O vào thì pH sẽ giảm xuống. Nếu dùng sunphat sắt sẽ diễn ra phản ứng: Khi trong hệ có mặt O2 thì Fe(OH)2 được oxy hoá thành Fe(OH)3 109
Fe(OH)3 ít tan hơn Fe(OH)2 tại pH thông thường, vì vậy khi trong nước có đủ O2 hòa tan thì người ta dùng FeSO4.7H2O. Trong trường hợp ngược lại, người ta dùng hỗn hợp Cl2 và FeSO4.7H2O để oxy Fe2+ thành Fe3+: 3+ Fe bị thủy phân tạo thành Fe(OH)3 Việc lựa chọn hoá chất gây đông tụ tuỳ thuộc vào đặc tính của nước thải cần xử lý. 10.6. XỬ LÍ CHẤT THẢI NGUY HẠI Các chất thải nguy hại ở dạng khí, lỏng, rắn được thải ra từ các cơ sở công nghiệp trong các dòng thải: khí thải, nước thải, rác thải, các chất độc hại có trong các sản phẩm sử dụng trong sinh hoạt: xăng, dầu, ắc quy, chất tẩy, sơn, thuốc trừ sâu do người dân thải bỏ cùng với nước thải và rác thải gây ô nhiễm không khí, nước bề mặt, nước ngầm, gây ô nhiễm đất, gây tích tụ sinh học, gây cháy nổ làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường sinh thái và gây nguy hiểm cho sức khoẻ cộng đồng. Các chương trình xử lý chất thải nguy hại bao gồm những chiến lược sau: + Giảm lượng và độ độc hại của chất thải nguy hại tại nguồn. + Xử lý để tách riêng các chất thải nguy hại, biến đổi hoá học, sinh học nhằm phá huỷ các chất thải nguy hại hoặc biến đổi chúng thành các chất ít nguy hại hơn. + Thải bỏ chất thải nguy hại theo đúng kỹ thuật để không gây tác hại tới môi trường và sức khoẻ cộng đồng. Các quá trình kỹ thuật cơ bản xử lý chất thải nguy hại: Có nhiều quá trình kỹ thuật được áp dụng để xử lý chất thải nguy hại. Các quá trình điển hình nhất có thể chia ra thành 4 nhóm: - Các quá trình hoá lý: chủ yếu để tách chất thải nguy hại từ pha này sang pha khác hoặc để tách pha nhằm giảm thể tích dòng thải chứa chất thải nguy hại. - Các quá trình hoá học: để biến đổi hóa học các chất thải nguy hại thành chất không độc hay ít độc hơn. - Các quá trình sinh học: để phân huỷ sinh học các chất thải nguy hại hữu cơ. - Các kỹ thuật thải bỏ chất thải nguy hại. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và mặt hạn chế của nó, vì vậy việc lựa chọn phương pháp xử lý là tuỳ thuộc vào: + Bản chất chất thải 110
+ Nồng độ chất thải + Tiêu chuẩn môi trường + Các yếu tố kinh tế - kỹ thuật Mặt khác, không một phương pháp nào có thể xử lý triệt để chất thải do vậy trên thực tế thường áp dụng dây chuyền xử lý bao gồm một tập hợp các quá trình xử lý liên kết và bổ sung cho nhau để đạt được mục tiêu xử lý. Ví dụ: Để tách các kim loại nặng ra khỏi dòng thải người ta dùng nối tiếp 3 quá trình: Kết tủa, tạo bông, lắng. Để tách dầu khỏi nhũ tương dầu - nước, người ta dùng 3 quá trình phá nhũ tương (bằng hoá học), phân ly, gạn. Đốt (inineration) Đốt chất thải là quá trình oxy hoá chất thải bằng oxy không khí ở nhiệt độ cao. Các chất thải nguy hại có thể xử lý bằng phương pháp đốt là dung môi hữu cơ, dầu thải và các chất chứa dầu, plastic cao su, sơn, chất thải bệnh viện, chất thải của các xí nghiệp dược phẩm, phenol, nhựa và sáp, chất thải hữu cơ chứa S, P, N và halogen, thuốc trừ sâu, Các chất thải không nên xử lý bằng phương pháp đốt: chất thải phóng xạ, chất thải dễ nổ. Nhiệt độ quá trình to > 900oC vì: 900 - 10000oC hydrocarbons cháy hết 1100 - 1200oC PCB: hợp chất hữu cơ chứa Cl sẽ cháy hết < 900oC dioxin và furan sẽ hình thành Thời gian lưu của chất thải trong lò đốt đủ để cháy đối với pha khí ít nhất là 2 giây, còn với pha rắn phải 1 vài giờ tuỳ loại và kích thước chất thải, phải đảm bảo tiếp xúc tốt giữa oxy không khí với chất thải bằng đảo trộn pha rắn và tốc độ dòng khí. Sản phẩm của quá trình đốt là khói lò có chứa bụi, các oxit kim loại nặng và các khí axit vì vậy phải xử lý trước khi đưa vào không khí. Xử lý bụi bằng: cyclone, lọc điện, lọc túi, tháp rửa. Xử lý khí bằng tháp lọc bụi: dùng các dung dịch kiềm của sữa vôi, soạn để hấp thụ hoá học. Tro của lò đốt đem vùi lấp. Lò đốt chất thải có nhiều loại: Lò đứng, lò tầng sôi, lò quay, 111
Có thể đốt chất thải trong lò xi măng, lò nung kiểu lò quay vì có nhiệt độ cao và thời gian lưu đủ để phân huỷ chất thải. Cũng có thể đốt chất thải trong lò hơi, song hệ thống sau lò hơi, lò xi măng, lò nung không đủ để xử lý các chất độc trong khói. Nhiệt toả ra khi đốt chất thải được tận dụng để cấp nước nóng, tạo hơi nước, Trao đổi ion (ion exchange) Trao đổi ion là quá trình tương tác của dung dịch với pha rắn có tính chất trao đổi ion trong pha rắn với ion có trong dung địch. Quá trình được dùng để tách các kim loại Pb, Zn, Cu, Hg, Cr Ni, Cd, Mn, hợp chất As, P, CN-, các chất lỏng phóng xạ khỏi nước thải. Pha rắn trao đổi ion gọi là các ionit. Pha rắn trao đổi các ion dương gọi là cation. Pha rắn trao đổi các ion âm gọi là anion. Pha rắn trao đổi cả con dương và con âm gọi là hỗn hợp. Dưới đây là dãy xếp thứ tự các con theo năng lượng đẩy của chúng: Ổn định, đóng rắn (Stabilization/Solidification) Ổn định/đóng rắn là công nghệ trộn vật liệu khác (chất đóng rắn) tạo thành thể rắn bao lấy chất thải hoặc cố định chất thải trong cấu trúc của vật rắn. Quá trình này được sử dụng phổ biến để xử lý chất thải của sản xuất kim loại, mạ kim loại, nóng chảy Pb, chất thải tuyển khoáng, bùn, tro của lò đốt tạo thành khối rắn dễ vận chuyển và thải bỏ. 112
Phần III CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN Chương 11 THU DỌN CHẤT THẢI RẮN Thu dọn chất thải rắn trên địa bàn thành phố là một công việc khó khăn và phức tạp vì sự "sản xuất" chúng ở các khu nhà ở, nhà máy, khu thương mại là quá trình xảy ra rộng khắp mọi nơi, mọi nhà, mọi cơ quan, đường phố, nhà máy, công viên v.v Do sự phức tạp như thế nên phải tập trung một khoản kinh phí khá lớn cho việc quản lý chất thải rắn chi cho khâu thu dọn và vận chuyển. Chẳng hạn ở Mỹ, trong năm 1975 trong số kinh phí dành cho giai đoạn thu dọn chất thải rắn chiếm 60 đến 80%. Các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình thu gom chất thải rắn: - Yếu tố địa hình (vùng trũng hay ngập nước khi trời mưa to sẽ gây khó khăn cho xe, người đến điểm thu gom). - Quy hoạch đô thì, xây dựng nhà ở: quy hoạch các khu dân cư các công trình công cộng, hạ tầng cơ sở - Đường phố, chiều dài, chiều rộng của đường, chất lượng đường. - Thời tiết: thời tiết nóng, ẩm, mưa, gió, băng tuyết - Kinh phí: kinh phí sử dụng cho trang thiết bị, lương trả cho công nhân. - Phương tiện thu dọn chất thải rắn: xe, chổi quét, quần áo bảo hộ lao động. - Ý thức, thái độ công chúng: ý thức gìn vệ sinh chung, hợp tác với cơ quan chuyên trách thu dọn rác. - Quy định, luật lệ về vệ sinh công cộng: quy định về nơi đổ rác, quy định về thùng chứa rác. Ở Hà Nội, tất cả các yếu tố nêu trên đều có nhiều mặt không thuận lợi cho việc thu dọn rác thành phố. Chẳng hạn về mùa mưa, nhiều đường phố, nhiều khu tập thể bị ngập nước, nước rút trong 1 đến 2 giờ, thậm chí có khi 2 đến 3 ngày và còn lâu hơn nữa. Nước ngập làm rác trôi dạt từ nơi này đến nơi khác, xe lấy rác không thể tiếp cận điểm lấy rác, v.v Ở Hà Nội trong mấy năm gần đây, việc xây dựng nhà ở, công sở, công trình công cộng phát triển mạnh nhưng chưa theo một quy hoạch nghiêm ngặt nào nên quá trình thoát nước của thành phố rất kém, việc đó dẫn đến tồn đọng nhiều chất thải rắn. - Phương tiện thu dọn chất thải rắn (xe ôm, xe đẩy tay v.v ) còn thiếu nhiều so với mức yêu cầu và kém về mặt chất lượng. - Sự hợp tác của công chúng trong việc giữ gìn vệ sinh còn chưa cao. Ngoài ra, người dân thiếu tôn trọng các quy định về vệ sinh công cộng (tuân thủ các nội quy về đổ rác, gom rác, v.v ). 113
11.1. CÔNG CỤ VÀ PHƯƠNG TIỆN THU GOM CHẤT THẢI RẮN Trong khâu chuẩn bị và thực hiện thu dọn chất thải rắn (rác thải) thì công cụ thu gom và vận chuyển đóng vai trò rất quan trọng. Thiếu công cụ và phương tiện chất lượng kém có ảnh hưởng rất lớn đến công tác thu gom và vận chuyển rác như mất nhiều thời gian, rác không được thu gom hết và ảnh hưởng đến môi trường, ảnh hưởng đến các hoạt động đi lại trên đường phố 11.1.1. Công cụ thu dọn rác a. Thùng đựng rác Thùng đựng rác có kích thước khác nhau phù hợp với nguồn thải. Ở các nước phát triển, kích thước cũng như chất liệu màu sắc của thùng đựng rác được chuẩn hoá. Thùng đựng rác gia đình thường có kích thước nhỏ từ 10 - 20 lít. Hiện nay các gia đình sử dụng thùng nhựa, bên trong có thêm bao plastic và có nắp đậy chống ruồi nhặng và bốc mùi hôi thối. Ở nước ta, các thùng đựng rác gia đình chưa được chuẩn hoá về kích thước cũng như chất liệu, màu sắc. Việc sử dụng thùng để đựng rác còn rất tuỳ tiện; rất nhiều gia đình sử dụng những thùng nhựa, chậu sắt, nhựa, nhôm hỏng để đựng rác. Thùng đựng rác của khu chung cư có kích thước lớn hơn nhiều khoảng 200l hoặc hơn. Thùng nhựa có nắp đậy quai xách và có gắn bánh quay để dễ di chuyển. Thùng đựng rác kiểu này cũng được trang bị cho các phân xưởng sản xuất, các khu công cộng, Ớ Việt Nam các thùng đựng rác tại các khu tập thể, nhà máy, xí nghiệp, khu công cộng được thay bằng các bể xây gạch, thùng bê tông, hố, thậm chí bãi đất có diện tích vài chục m2. Hiện nay túi plastic đựng rác được sử dụng khá phổ biến ở các hộ gia đình. Ở các nước phát triển kích thước và màu sắc của túi plastic được chuẩn hoá và được bán ở các siêu thị, thí dụ túi màu đen để đựng rác thực phẩm. b. Chổi quét rác Chổi quét rác dùng trong gia đình cũng rất đa dạng về kích thước, chất liệu và được bán ở các cửa hàng đồ gia dụng. Chổi đót (làm từ cây đót) được sử dụng rất phổ biến trong các gia đình nông thôn và thành thị của Việt Nam. Ở châu âu, chổi nhựa (làm từ các sợi nhựa cứng vừa phải) khá thông dụng. Chổi quét đường thường làm bằng chất liệu cứng hơn chổi dùng trong gia đình. Ở Việt Nam, chổi này thường là chổi tre có cán dài tạo cho người quét rác có tư thế thoải mái, không phải khom lưng trong khi làm việc. c Xẻng hót rác Xẻng hót rác bao gồm 2 loại chính: loại dùng cho gia đình và loại dùng cho công nhân quét rác. Loại dùng cho gia đình có cán ngắn khoảng 20cm, làm bằng nhựa hoặc bằng kim loại (tôn, nhôm, ). Loại dành cho công nhân quét rác có cán dài, làm bằng kim loại cứng và to hơn loại xẻng dùng cho gia đình. 114
Loại xẻng này còn được dùng để xúc bùn, xúc cát, đất, v.v d. Giày, ủng, găng tay, khẩu trang, kính, mũ. quần áo Các loại bảo hộ lao động này nhằm giúp công nhân dọn rác bảo vệ da, ngăn ngừa bụi, mùi hôi xâm nhập vào đường hô hấp. Đặc biệt quan trọng đối với những công nhân phải thu dọn các loại chất thải rắn độc hại như chất thải rắn bệnh viện, hóa chất v.v e. Xe đẩy tay Ở các thành phố, thị xã, thị trấn của Việt Nam, các công ty môi trường đô thị đã trang bị các xe đẩy tay có thùng đựng rác khoảng 0,5m3. Cứ 2 - 3 công nhân quét rác phụ trách 1 xe đẩy tay. 11.1.2. Phương tiện vận chuyển rác Ngày nay các phương tiện vận tải như ô tô, tàu hoả, xà lan được sử dụng để chở rác đến khu vực xử lý, tái chế, bãi thải. Ô tô tải có nhiều loại khác nhau về trọng tải, kiểu dáng thiết kế, thiết bị kèm theo. Một số loại ô tô tải chở rác như: ô tô tải thường có gắn thùng phía sau để chở rác rời, xe moóc, xe tải chở các thùng đựng rác, xe tải có gắn thiết bị (khung) đổ thùng rác tự động, xe tải đổ rác có thiết bị nén ép tự động v.v Tàu hỏa, goòng chuyên sử dụng để chở rác từ trạm trung chuyển đến bãi rác. Sử dụng các phương tiện chở rác cần đạt các yêu cầu sau đây: + Chi phí thấp. + Phương tiện chở rác phải được che đậy. + Cần có quy định những con đường dành cho xe chở rác. + Đảm bảo trọng tải, tốc độ. 11.2. HỆ THỐNG, CÁC PHƯƠNG THỨC THU DỌN RÁC 11.2.1. Các loại dịch vụ thu dọn rác a. Dịch vụ thu gom rác tại các khu dân cư Dịch vụ này phụ thuộc vào loại nhà ở, loại khu tập thể, nhà cao tầng, Đối với nhà ít tầng có các loại dịch vụ như sau: Lề đường: theo kiểu dịch vụ này thì gia đình đưa thùng rác (sọt rác) của mình đổ vào điểm đổ rác lề đường trong ngày thu gom rác. Ngõ hay hành lang. Để sẵn thùng rác (bao plastic đựng rác): các gia đình có thể để thùng rác hay bao plastic đựng rác ở nơi thích hợp tạo điều kiện cho nhân viên thu dọn tiếp cận với thùng, bao đựng rác. Phía sân sau: người dọn rác có nhiệm vụ đi vào sân từng gia đình để lấy rác. b. Phương thức đổ thùng rác, lấy rác Hiện nay ở các thành phố, thị xã, thị trấn ở nước ta, việc thu dọn rác được tiến hành như sau: đến ngày thu dọn rác, thông thường người dọn rác (thu rác) đẩy xe (xe 115
tay) đi dọc theo phố mà mình chịu trách nhiệm thu rác gia đình. Hiện nay ô tô tải có thùng đi dọc phố để nhận rác từ gia đình. Khi có chuông, xe thu rác qua nhà nào thì nhà đó đưa sọt rác đổ vào xe. Người thu dọn rác còn có nhiệm vụ quét rác đường phố, khu vực công cộng nơi mình chịu trách nhiệm. Hiện nay người quét rác được trang bị chổi cán dài và xe tay. 11.2.2. Loại hệ thống thu dọn chất thải rắn thành phố Trong thực tế có nhiều loại hệ thống thu dọn chất thải rắn nhưng có thể chia làm hai loại hệ thống chính dựa trên hình thức hoạt động, thiết bị sử dụng và loại chất thải rắn thu gom. a. Hệ thống chở thùng (HCS) Trong hệ thống này thùng có rác được chở đến địa điểm bãi rác, tại bãi rác được dỡ ra sau đó thùng chứa này hoặc được chở về chỗ cũ hoặc được đưa đến chỗ khác (hình 11.1). Thiết bị thu gom rác: có 3 hệ thống thiết bị thu gom rác sử dụng trong hệ thống vận chuyển thùng: (i) Xe tải có hệ thống gắn nâng cơ học (hoist truck mechanism). (ii) Xe tải có khung nghiêng (track with tilt-frame loading). (iii) Xe moóc chở các chất thải rắn nặng như gạch vở, đất, cát, que gỗ. 116
Hình 11.1. Sơ đồ hoạt động của hệ thông thùng được chở (a) Hệ thông quy ước; b Hệ thông đổi thùng Xác định các thông số trong hệ thống chở thùng: (l) Ở đây: Thcs: thời gian cho một chuyến đối với hệ thống thùng được chở (giờ/chuyến) Phcs : thời gian nhặt cho một chuyến đối với hệ thống thùng được chở (giờ/chuyến) s: thời gian tại địa điểm đặt thùng (giờ/chuyến) h: thời gian chuyến chở (đi lại) (giờ/chuyến) W: thời gian lãng phí không làm ra sản phẩm Thời gian chuyên chở h trong công thức (l) có thể tính như sau: h = a + bx (2) ở đây: a : hằng số kinh nghiệm không đổi (giờ/chuyến) b: hằng số kinh nghiệm không đổi (giờ/km) x: khoảng cách tuyến vận chuyển (km/chuyến) Kết hợp hai phương trình (l) và (2) trên ta có: Thời gian nhặt thùng đổ và đặt thùng trong hệ thống thung được chở được tính theo công thức sau: Phcs : (PC + UC + dbc) (4) 117
Ở đây: PC: thời gian cần thiết để nhặt thùng đã nạp rác (giờ/chuyến) UC: thời gian cần thiết để đổ thùng rác (h/chuyến) dbc: thời gian cần thiết để lái xe đi đến các điểm có thùng rác (giờ/chuyến) Trong hệ thống thùng được chở, số lượng chuyến cho một xe trong 1 ngày được tính như sau: Ở đây: Nd: số chuyến trong 1 ngày (chuyến/ngày) H: thời gian làm việc trong một ngày (giờ/ngày) Giả sử biết được số thùng rác được đổ trong một tuần thì thời gian cần thiết trong tuần được tính theo công thức sau: Ở đây: Dw: thời gian cần thiết trong một tuần (số ngày/tuần) tw : số nguyên chuyến trong một tuần (chuyến/tuần) Số chuyến trong tuần có thể được tính như sau: Ở đây: Nw: số chuyến trong tuần (chuyến/tuần) 3 Vw: lượng rác thải ra hàng tuần (m /tuần) C: kích thước trung bình của thùng đựng rác (m3/chuyến) f: yếu tố sử dụng thùng (theo trọng lượng trung bình). f có thể hiểu là một phàn nhỏ thể tích thùng rác thải chiếm mất. b. Hệ thống để thùng tại chỗ (Statuinary container system – SCS) Trong hệ thống này, các thùng sử dụng để chứa rác được để tại chỗ có rác, trừ trường hợp khi có khoảng cách ngắn đến xe thu dọn rác (hình 11.2). Có hai loại hệ thống thiết bị thu dọn rác chính: (i) Hệ thống xúc ép hoạt động xúc rác và đổ rác tự động. (ii) Hệ thống trong đó việc đổ rác vào xe chủ yếu bằng tay. Xác định các thông số 118
Trong hệ thống này có hai hình thức đổ rác: bằng thủ công (tay) và bằng cơ học, do đó cách tính thời gian, số chuyến, số xe cần để chuyên chở rác cũng khác nhau. Đổ rác bằng cơ học (xe). Ở đây: Tscs : Thời gian của một chuyến cho hệ thống thùng đặt tại chỗ (giờ/chuyến) Pscs: Thời gian nhặt cho một chuyến trong hệ thống đặt thùng tại chỗ (giờ/chuyến) S: Thời gian tại điểm rác trong 1 chuyến (giờ chuyến) a : Hệ số kinh nghiệm không đổi (giờ/chuyến) b: Hệ số kinh nghiệm không đổi (giờ/km) X: Độ dài của tuyến dọn rác/chuyến (km/chuyến) W: Thời gian lãng phí, không làm ra sản phẩm Hình 11.2. Sơ đồphôí hợp hoạt động cho hệ thông đế thùng tại chỗ (theo tài liệu 12) Trong hệ thống này, thời gian Pscs được tính như sau:. Pscs = Ct (uc) + (np - 1)dbc (3) Ở đây: Ct: Số lượng thùng đổ hết rác trong một chuyến (thùng/chuyến) uc: Thời gian trung bình xúc rác (dỡ, ra khỏi) một thùng (giờ/thùng) 119
np: số điểm nhặt thùng trong một chuyến dbc: Thời gian trung bình để lái xe từ điểm này đến điểm tiếp theo (giờ/điểm). Số thùng có rác được đem đi đổ trên một chuyến thu dọn có liên quan trực tiếp đến khối lượng (thể tích) của xe thùng và tỷ lệ ép nén có thể đạt được. Số thùng đó có thể xác định: Ở đây: Ct là số lượng thùng đã đổ hết rác (thùng/chuyến) V là thể tích thùng xe (m3/chuyến) r là tỷ lệ nén C là thể tích thùng rác (m3/chuyến) f là yếu tố sử dụng thùng cân Số chuyến cần thiết trong một tuần Nw được tính bằng công thức sau: Ở đây: Nw là số chuyến thu gom trong tuần (chuyến/tuần) Vw là lượng rác thải (mtuần) Thời gian cần thiết trong một tuần có thể xác định bằng công thức sau: Ở đây: Dw là thời gian cần thiết trong tuần (ngày/tuần) tw là giá trị của (Nw) được làm tròn tới số nguyên cao nhất mặc dù trong chuyến cuối cùng có thể xe chở rác không có đủ rác để chở nhưng trọn bộ chuyến đi đến bãi đổ rác vẫn được tính. H là khoảng thời gian của ngày làm việc (giờ/ngày) c. Xe nạp rác thủ công Nếu thu dọn rác bằng xe nạp rác thủ công thì việc tính toán một thông số có thể tiến hành như sau: Giả sử H là khoảng thời gian làm việc trong một ngày và số chuyến cần có trong một ngày cũng được biết hoặc đã định sẵn, thời gian cần thiết để nhặt rác có thể tính theo công thức sau: Ở đây: Nd: Số chuyến thu dọn trong một ngày (chuyến/ngày) 120
Số điểm nhặt rác trong một chuyến thu dọn, Np (điểm/chuyến) được tính theo công thức: Ở đây: 60 : Đổi 1 giờ ra phút, 60 phút/giờ n : Số người thu dọn (người) tp : Thời gian nhặt tại một điểm (người - phút/điểm) 11.2.3.Tuyến thu dọn Nếu phương tiện và lực lượng lao động đã xác định thì tuyến thu dọn cũng phải được bố trí để làm sao hai thành phần nêu trên được sử dụng một cách có hiệu quả nhất. Nhìn chung bố trí tuyến thu dọn là việc làm có tính thử nghiệm và còn sai sót. Tất nhiên không có một quy luật định sẵn nào có thể áp dụng cho tất cả mọi tình huống. Một vài yếu tố sau đây có thể xét tới khi bố trí các tuyến thu dọn: 1. Cần nắm được các chính sách, quy định hiện có liên quan đến các hạng mục trong quản lý rác (thu dọn rác, số lần thu dọn trong tuần). 2. Cần phải kết hợp các điều kiện hiện có như cỡ nhóm, loại xe, v.v 3. Tuyến thu dọn có thể được bố trí sao cho tuyến bắt đầu và kết thúc gần những đường chính (phố chính - arterial streets). Sử dụng vật cản vật lý hay địa hình làm ranh giới của tuyến. 4. Ở khu vực miền núi, tuyến thu dọn nên bắt đầu từ đỉnh đốc và đi dần xuống chân dốc (downhi11) ở đó xe bắt đầu bốc nạp rác. 5. Tuyến thu dọn nên bố trí làm sao để thùng rác cuối cùng trên tuyến được đặt ở địa điểm gần nhất vôi bãi đổ rác. 6. Rác thải tại địa điểm giao thông dày đặc (confested) cần được thu dọn vào thời gian sớm nhất trong ngày. 7. Những khu vực có nhiều rác thải cần phải thu dọn trước (vào đầu buổi sáng của ngày làm việc). 8. Đối với các điểm nằm rải rác có tượng rác ít thì có thể thu dần trên cùng một tuyến hay trong một ngày làm việc. Bố trí tuyến thu dọn Trong khi bố trí tuyến thu dọn cần phải quan tâm đến các bước sau đây: 1. Chuẩn bị bản đồ khu vực trong đó có chứa số liệu về điểm rác, nguồn rác. 2. Phân tích số liệu, các bảng tổng hợp về khối lượng rác, thành phần lý, hoá, cơ học của rác. 3. Bố trí sơ bộ tuyến thu dọn. 121
4. So sánh tuyến sơ bộ và mở rộng, phát triển tuyến cân đối theo thử nghiệm và sai sót. Thí dụ về bước 1 : Lập ký hiệu trên sơ đồ tuyến thu dọn Hệ thống thùng đặt tại chỗ Hệ thống thùng Xe nạp rác chở Nạp rác bằng tay trong đó: F: Tần số thu dọn rác N: Số lượng thùng đựng rác SW: Lượng rác được thu gom (m3/chuyến) O: 1 thùng, 1 lần trong tuần ; 2 thùng, 1 lần trong tuần : Phục vụ không hạn định, 1 lần trong tuần : 1 thùng, 2 lần trong tuần : 2 thùng, 2 lần trong tuần : Phục vụ không hạn định, 2 lần trong tuần Thí dụ về bước 2: F/N: 2/1 F : Tần số thu dọn (lần/tuần) N : Số lượng thùng —: Tuyến thu dọn điển hình cho ngày thứ hai Hình 11. 3. Sơ đồ chức năng sử dụng khu vực 122
Hình 11.4. Sơ đồ thu dọn rác cho khu vực thương mại Lịch hoạt động (thu gom rác) Trong hoạt động thu dọn rác, cần phải có lịch cho từng ca, kíp, tuyến thu dọn. Đặc biệt người lái xe đến các điểm rác cần có trong tay lịch trình (giờ, điểm lấy rác v.v ), có lịch trình tốt thì công việc thu dọn mới có hiệu quả cao. 11.2.4. Kỹ thuật phân tích hệ thống thu gom chất thải rắn Sự quan tâm về phân tích hệ thống thu dọn rác nảy sinh từ thực tế là phải nâng cao chất lượng hoạt động của hệ thống hiện có và mở rộng kỹ thuật xử lý số liệu mà có thể sử dụng để thiết kế đánh giá các hệ thống mới trong tương lai. Những năm trước đây việc thiết kế và hoạt động của hệ thống thu dọn rác chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và trực giác. Kỹ thuật phân tích tiên trên bao gồm a. Phân tích hệ thống Phân tích hệ thống có liên quan đến sự lựa chọn các mối quan hệ hợp lý, quy trình và các thành phần để đạt được một mục tiêu riêng biệt nào đó. Tất nhiên, định nghĩa này mang tính chất chung và áp dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau. Có thể áp dụng phân tích hệ thống trong thiết kế hệ thống thu dọn chất thải rắn hay trong sự lựa chọn tổ hợp thiết bị xử lý chất thải rắn. Kỹ thuật điều tra, kỹ thuật phân tích hệ thống nghiên cứu hoạt động, mô phỏng, v.v có thể được sử dụng rộng rãi trong việc phân tích hệ thống. b. Nghiên cứu hoạt động Nghiên cứu hoạt động được phát triển trong lĩnh vực quân sự ở Anh ngay từ những năm 40 của thế kỷ XX. Nói chung, nó là cách tiếp cận khoa học khi đưa ra quyết định cho bất cứ hệ thống có tổ chức nào. Nghiên cứu hoạt động có thể bao gồm: 1. Hình thành vấn đề. 2. Xây dựng mô hình toán học để trình bày hệ thống đang được nghiên cứu. 3. Tìm lời giải từ mô hình. 4. Kiểm tra mô hình và lời giải thu được từ mô hình. 5. Thiết lập kiểm tra trên lời giải. 123
6. Đưa lời giải vào công việc thực hiện. c. Mô phỏng Mô phỏng có thể được hiểu là sự tiến hành thí nghiệm bao gồm vật lý, sự tương đồng hay mô hình biểu tượng được sử dụng để mô tả câu trả lời của hệ thống (hay các hợp phần của nó) đang được nghiên cứu. Trong khi nghiên cứu hoạt động người ta quan tâm nhiều đến xây dựng và tìm lời giải của mô hình toán học. Để trình bày những hệ thống thực tế thì mô phỏng được sử dụng để mô tả hoạt động của cả hệ thống thực tế lẫn hệ thống đề xuất theo các thành phần riêng lẻ. Theo một vài tài liệu thì thí nghiệm tiến hành với mô hình bởi vì thử nghiệm trên bất cứ một hệ thống thu dọn chất thải rắn hiện tại có thể không thực thi được, bằng mô phỏng hoạt động của một hệ thống được đề xuất có thể được sử dụng để dự báo nó và để nghiên cứu các ảnh hưởng của việc thay đổi về xe cộ, tuyến, trạm trung chuyển và địa điểm đổ rác. Mô hình có thể được định nghĩa như sau: là sự mô tả, biểu diễn một số đối tượng nghiên cứu (chẳng hạn các mục tiêu, sự việc, quá trình, hệ thống). Thông thường thì những mô hình như thế được sử dụng cho mục đích kiểm tra hoạt động hay dự báo. Một số loại mô phỏng cơ bản được sử dụng cho mục đích mô tả như: tương đồng, hình tượng, ký hiệu (inconic, analog, symbolie). d. Áp dụng Những kỹ thuật nêu trên đã được áp dụng để: 1. Đánh giá hệ thống hiện có. 2. Thiết kế các hợp phần mới trong hệ thống hiện có. 3. Thiết kế hệ thống đề xuất mới. 11.2.5: Bom động trung chuyển rác Trong lĩnh vực quản lý rác thải, khâu chuyển dời và vận tải rác cũng đóng vai trò hết sức quan trọng. Khâu này liên quan đến thiết bị, phương tiện dời rác từ các điểm gom rác nhỏ, từng xe ô tô rác đến các khu vực lớn hơn hay đến xe ô tô rác to hơn và cuối cùng chở rác từ các điểm trung gian đó đến bãi thải rác của thành phố hay đến khu tái chế rác. a. Sự cần thiết có các hoạt động trung gian trong vận chuyển chất thải rắn Hoạt động trung gian này (trung chuyển) có thể áp dụng thành công cho hầu hết các loại hệ thống thu dọn rác. Các yếu tố tạo ra việc sử dụng hoạt động trung chuyển bao gồm: + Sự hình thành các biểu đồ rác không hợp lệ và có nhiều rác thải. + Địa điểm bãi rác của thành phố nằm tương đối xa tuyến thu dọn (thông thường trên khoảng 10 dặm). + Sử dụng các xe ô tô có sức chứa nhỏ. + Mật độ khu nhà ở thấp hoặc khoảng cách đường đi xa. 124
+ Sử dụng rộng rãi các loại thùng thu rác có cỡ trung bình từ các nguồn thương mại. + Sử đụng hệ thống thu dọn thủy lực. b. Trạm trung chuyển Trạm trung chuyển đóng vai trò bán hoàn thành (hoàn thành một phần công việc) vận chuyển rác đến khu vực bãi thải của thành phố hay đến khu vực xử lý, tái chế rác. Trạm trung chuyển đảm nhiệm nhận rác từ các điểm rác nhỏ, từ các loại xe nhỏ rồi chuyển nó bằng thiết bị lớn hơn đến bãi thải chung. Phân loại các trạm trung chuyển rác theo kích thước của nó. Bé: ít hơn 100 tấn/ngày Trung bình: 100 - 500 tấn/ngày Lớn: trên 500 tấn/ngày Các yếu tố cần quan tâm khi thiết kế trạm trung chuyển rác: - Kiểu hoạt động trung chuyển đang được sử dụng. - Yêu cầu về khả năng hoạt động. - Yêu cầu về thiết bị và phụ tùng. - Yêu cầu về vệ sinh. Loại trạm trung chuyển Dựa trên phương pháp (cách) bốc dỡ rác lên ô tô vận tải, có thể chia các trạm trung chuyển thành 3 loại như sau: Thải trực tiếp. Gom giữ thải. Kết hợp cả hai loại thải trực tiếp và gom giữ rác thải. c. Địa điểm của trạm trung chuyển Tùy thuộc vào điều kiện (sử dụng đất ) địa điểm của trạm trung chuyển nên: • Gần trung tâm của từng Chu sản xuất ra rác. • Trong khu vực dễ đi vào các tuyến đường cao tốc chính cũng như gần với phương tiện vận tải cấp hai bổ sung. • Ở khu vực ít các ý kiến phản đối về cộng đồng và môi trường đối với hoạt động trung chuyển. • Ở nơi mà việc xây dựng và hoạt động (trung chuyển) là kinh tế nhất. 125
Chương 12 PHÂN LOẠI VÀ GIẢM KÍCH THƯỚC CHẤT THẢI RẮN Công nghệ chế biến chất thải rắn đóng vai trò quan trọng nhằm nâng cao hiệu quả của hệ thống quản lý chất thải rắn. Mục đích của công nghệ này nhằm tận thu các phế thải, tạo ra các nguyên liệu, bán thành phẩm, thành phẩm, năng lượng. 12.1. PHÂN LOẠI CHẤT THẢI RẮN Trước khi chất thải rắn được sử dụng lại (reuse), tái chế (recovery), làm nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp, làm phân compost, tạo khí mê tan, cần thiết phải qua giai đoạn phân loại. Hoạt động phân loại chất thải rắn có thể được tiến hành tại các hộ gia đình, các điểm trung chuyển, các bãi thải. Tại các hộ gia đình Phân loại chất thải rắn tại các hộ gia đình là bước đầu tiên giúp cho công tác xử lý tiếp theo được thuận lợi hơn. Đây là hoạt động mang tính hợp tác của mỗi người dân với cơ quan phụ trách vệ sinh môi trường khu vực. Ngay tại các gia đình, chung cư, các chất thải rắn đã được phân loại có thể theo đặc điểm lý, hóa hoặc theo kích thước của nó. Thí dụ: túi đựng riêng rác thực phẩm, túi đành cho giấy loại, báo cũ, túi đựng chai mảnh thủy tinh vỡ Ở các nước phát triển việc phân loại chất thải rắn tại gia đình đã trở thành quy định và mọi gia đình đều tuân thủ. • Tại các điểm tập trung rác trung gian, trạm trung chuyển Trong trạm trung chuyển, công tác phân loại rác được tiến hành. Tại đây người ta phân loại rác bằng các phương pháp như ly tâm, thổi khí, từ tính và các thiết bị kèm theo. Ở các đô thị của nước ta, trạm trung chuyển rác chưa được hình thành mà đang tồn tại các điểm rác tạm thời là nơi tập trung rác thu gom được từ 1 hay 2, 3 đường phố, khu chung cư v.v Thời gian lưu giữ của những đống rác này chỉ khoảng 2 - 3 giờ, sau đó nó được chở đốn bãi thải chung của địa phương. • Phân loại rác tại bãi thải Ở các nước phát triển, loại rác thải không còn được sử dụng vào mục đích nào khác sẽ được chở đến bãi thải và được chôn lấp cẩn thận. Do đó công tác phân loại ít được tiến hành tại đây. 126
Nhưng ở nước ta, nhặt rác (một hình thức phân loại rác) không chỉ tiến hành tại các bãi rác tập trung của đô thị mà còn được thực hiện tại các điểm đổ rác nhỏ trong thành phố, thị xã. Hàng ngày những người nhặt rác đào bới các đống rác để thu nhặt những loại rác có thể sử dụng được cho nhiều mục đích khác nhau. Công việc này thực hiện chủ yếu bằng tay và không an toàn về mặt vệ sinh. Phương pháp và thiết bị phân loại rác • Phương pháp thủ công Trong phương pháp này người phân loại dùng tay để nhặt từng loại rác theo mục đích. Các công cụ thô sơ được sử dụng kèm theo như que gắp, xẻng bới rác, xúc rác • Phân loại bằng luồng khí thổi Phương pháp này sử dụng trong sản xuất công nghiệp, nhằm tách các vật liệu, các sản phẩm hỗn hợp khô. Trong phân loại chất thải có trọng lượng nhẹ (hữu cơ) lẫn chất thải rắn có trọng lượng nặng hơn (vô cơ) người ta sử dụng phương pháp khí thổi rất có hiệu quả. Thiết bị thổi khí hình 12.l: Loại máng quy ước, loại đường ống Zigzag, loại đường ống rung hở. • Phân loại bằng từ tính Phương pháp này dựa vào đặc tính hút kim loại (sắt) của nam châm để tách kim loại thải với các thành phần phi kim loại khác trong đống rác. Phương pháp phân loại này được sử dụng đối với chất thải rắn sau khi đã nghiền và trước khi đưa vào hệ thống phân loại bằng thổi khí hoặc cả sau khi nghiền và thổi khí. Nếu thiết bị có đầu nam châm lớn thì có thể sử dụng cả đối với chất thải rắn trước khi đập, nghiền. Phương pháp từ tính cũng được áp dụng để hút kim loại từ tro tàn sau khi thiêu đốt chất thải rắn và cả ở bãi thải. 127
Hình 12. 1. Các thiết bị phân loại bằng thổi khí điển hình Thiết bị có mang từ tính (hình 12.2) để phân loại chất thải rắn bao gồm: loại đặt lơ lửng (suspended magetic drum), loại bằng từ tính (belt type magetic seperator) hoặc phân loại bằng 2 trống từ. • Sàng phân loại chất thải rắn Đối với phân loại chất thải rắn hỗn hợp nhiều thành phần có kích thước khác nhau người ta sử dụng hệ thống sàng động hoặc tĩnh nhiều lớp. Sàng phân loại sử dụng cho cả chất thải rắn khô lẫn ướt, nặng và nhẹ. Thông thường phương pháp này được áp dụng đối với chất thải rắn trước và sau khí đập, nghiền và sau khi phân loại bằng thổi khí. Thiết bị sàng bao gồm các loại như sau: loại sàng rung (vibrating screen), loại sàng hình trụ tròn quay (rotary drum screen). Ngoài các phương pháp phân loại chất thải rắn nói trên, người ta còn áp dụng các phương pháp khác như "rác nổi trong nước (flotation process), "quán tính" (inertial), "quang học" (optical sorting) hoặc tĩnh điện (electrostatic), v.v 12.2. GIẢM KÍCH THƯỚC CHẤT THẢI RẮN Giảm kích thước chất thải rắn là giảm thể tích, có (size) trọng lượng từ lớn xuống bé. Giảm thể tích, cỡ có thể không làm thay đổi trọng lượng của chất thải rắn (nếu là chất thải rắn khô) nhưng khi làm giảm trọng lượng thì sẽ giảm đáng kể về thể tích. Giảm kích thước chất thải rắn nhằm nâng cao hiệu quả thu gom, vận chuyển chất thải rắn: thu gom, vận chuyển được nhiều chất thải rắn hơn, sử dụng ít chuyến xe hơn, giảm thời gian đi lại và chi phí. Tại bãi thải giảm thể tích chất thải rắn nhằm tăng thời gian hoạt động và giảm diện tích đất của bãi thải. 128
1 Chất thải rắn từ thiết bị chặt mảnh 5 Nam châm cố định treo 2. Trục lăn 6. Vật liệu sắt 3. Dải băng chuyền 7. Vật liệu phi sắt 4. Dải băng liên tục 8. Nam châm điện Hình 12.2. Thiết bị tách nam châm điển hình a. Công nghệ nén, ép Nén, ép nhằm làm giảm thể tích ban đầu của chất thải rắn. Các yếu tố sau đây cần xem xét khi lựa chọn thiết bị nén ép: Đặc điểm của rác cần phải ép nén (bao gồm kích thước, thành phần, độ ẩm, mật độ rác). • Phương pháp chuyển rác và nạp rác vào thiết bị ép nén. • Phương pháp gom giữ và sử dụng rác đã nén ép. • Đặc điểm thiết kế thiết bị ép, nén. • Đặc điểm hoạt động bao gồm yêu cầu về năng lượng. yêu cầu cơ chế làm việc về bảo dưỡng, về mức độ tiếng ồn, yêu cầu về kiểm soát ô nhiễm khí và nước. Công nghệ nén, ép được sử dụng trong khâu trung chuyển và đổ thải tại bãi 129
• Thiết bị nén, ép: lựa chọn thiết bị nén ép thích hợp cho từng loại chất thải rắn sau đây: + Bụi nhẹ (đùng cho khu vực nhà ở). + Rác công nghiệp nhẹ, thương mại. + Rác công nghiệp nặng. + Trong trạm trung chuyển. • Máy ép dùng trong trạm trung chuyển có thể còn phân ra nhiều loại tuỳ thuộc vào độ nén ép áp lực: + Áp lực nhỏ hơn 100 lb/in2 = 0,45 kg, (in = 2,54cm) + Áp lực cao hơn 100 lb/in2 Đối với thiết bị nép ép lớn, rác có thể được ép, nén: (1) trực tiếp vào xe vận tải; (2) vào những thùng thép; (3) vào một buồng thép được thiết kế đặc biệt. b. Công nghệ thiêu đốt Thiêu đốt rác cũng được áp dụng để làm giảm thể tích ban đầu của các loại chất thải rắn cháy được. Sử dụng công nghệ này có thể giảm thể tích từ 80 đến 90%. Trong quá trình thiêu đốt, vấn đề ô nhiễm không khí cần được quan tâm một cách thích đáng. Sản phẩm của quá trình thiêu đốt chất thải rắn là tro tàn. Nếu công việc phân loại chất thải rắn được thực hiện tốt và loại chất thải rắn đưa vào lò thiêu là chất hữu cơ thì tro tàn nên được sử dụng để làm phân bón. Thiết bị lò thiêu chất thải rắn đó được trình bày trong hình 12.3. Hình 12.3. Lò thiêu chất thải thành phố với phương pháp nạp liên tục 1 Xe thùng rác 7. Buồng đốt 2. Thùng chứa 8. Thiết bị ]ọc 3. Cần nâng 9. Quạt 4. Phễu nhận 10. Ống khói 5. Sàng di chuyển 11 Phễu hứng vật liệu thừa 6. Quạt 12. Kênh thải tro 130
c. Công nghệ nghiền, cắt, băm nhỏ Sử dụng công nghệ này nhằm biến những chất thải rắn có kích thước lớn thành những mảnh, cục vỡ vụn nhỏ, nhằm nâng cao hiệu quả thu gom và vận chuyển. Thí dụ: các hộp giấy to, các mảng bê tông, hòn đá, bàn, ghế cần phải được cắt, chặt, đập nhỏ. Công nghệ đập, nghiền nhỏ đã được áp dụng cho một số ngành công nghiệp như sản xuất xi măng, sản xuất giấy, v.v Thiết bị nghiền, chặt Để tăng hiệu quả của hoạt động nghiền chặt cần phải quan tâm đến các yếu tố sau đây: + Đặc điểm rác được chặt mảnh và đặc điểm rác sau khi chặt nhỏ. + Yêu cầu kích thước chặt nhỏ. + Phương pháp nạp rác vào máy chặt nhỏ. + Loại hoạt động. + Đặc điểm hoạt động bao gồm yêu cầu về năng lượng, cơ chế làm việc, bảo dưỡng, tiếng ồn, ô nhiễm không khí, nước. + Địa điểm bao gồm: Không gian, độ cao, yếu tố hạn chế về môi trường. + Cất giữ chất thải rắn sau khi đã làm giảm kích thước Một số thiết bị nghiền, chặt điển hình được trình bày ở hình 12.4. b. Đĩa đập nhỏ thuận nghịch Hình 12.4. Thiết bị đập nhỏ để giảm kích thước chất thải rắn 1. chất thải rắn 2. Phễu chứa 3. Búa ra. 4. Vít búa 5. Đĩa 6. Trục 8. Bản lề nắp đậy 9. Phễu chứa rác đã đập 10. Rác đã đập nhỏ 11. Sàng 12. Tấm chắn có thể di chuyển 13. Địa dập nhỏ thuận nghịch 131
Chương 13 CHẾ BIẾN CHẤT THẢI RẮN VÀ BÃI THẢI 13.1. CÁC MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG CHẤT THẢI RẮN Sử dụng lại, làm nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp, thủ công nghiệp, làm nhiên liệu, chất đốt, vật liệu xây dựng, làm phân bón, làm thức ăn cho gia súc là những hoạt động nhằm tận dụng và giảm thiểu khối lượng chất thải rắn. a. Sử dụng lại: Nhiều loại chất thải rắn được sử dụng lại mà không cần thêm kỹ thuật nâng cấp, tái chế. Loại chất thải rắn này sau khi sử dụng đang còn nguyên vẹn, chất lượng tốt, bao gồm: chai thuỷ tinh, chai, hộp, túi plastic, đồ dùng không thích hợp, cũ của chủ nhân này được chuyển sang cho chủ nhân khác v.v b. Tái chế. Một số loại chất thải rắn được sử dụng như là một phần nguyên liệu, phụ gia cho nhiều ngành sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp như: thuỷ tinh vỡ, lốp xe hỏng, nhựa hỏng, sắt, xỉ than (làm phụ gia cho sản xuất xi măng) v.v c. Làm chất đốt: Rơm, rạ, lá cây, cành cây, que tre, nứa, gỗ, mạt cưa, vỏ bào là nguồn chất đốt rất tốt. Từ trước đến nay ở nông thôn nước ta, đặc biệt ở các tỉnh đồng bằng sông Hồng các chất thải nói trên đóng vai trò rất quan trọng trong cán cân sử dụng chất đốt. d. Vật liệu xây dựng. Gạch, ngói vỡ, xỉ than, được sử dụng để rải đường nông thôn, ngõ phố hẹp, gạch ba banh được làm từ xỉ than trộn với xi măng, vôi. f. Làm thức ăn cho gia súc: Rơm, rạ, dây khoai lang, cây lạc, rác thực phẩm như cơm, rau thừa, bã mía, bã rượu, phân gia súc đều được các gia đình ở nông thôn sử dụng làm thức ăn cho gia súc và cá. 13.2. CHẾ BIẾN PHÂN VI SINH (COMPOST) a. Quá trình phân huỷ sinh học chất thải rắn Quá trình phân huỷ sinh học chất thải rắn tạo ra sản phẩm mới bao gồm phân compost, khí mê tan, các protein, alcohol và các thành phản hữu cơ trung gian khác. Tóm tắt các quá trình trên được trình bày ở bảng 13.1. b. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình phân huỷ sinh học chất thải rắn Các vi sinh vật tham gia quá trình phân huỷ chất thải rắn tạo ra những sản phẩm hoặc bán thành phẩm mới là PKOTIST (nguyên sinh), các vi sinh vật trong nhóm này có thể là đơn bào hoặc đa bào nhưng không có sự khác biệt về cấu tạo tế bào. Đại diện cho nhóm PROTIST là các vi khuẩn, nấm, nấm men (Yeast), actinomycites, động vật nguyên sinh (Protozoa) và tảo 132