Xử lý nước thải ngành khai thác mỏ và các nghiên cứu điển hình (case study)
Do sự cạn kiệt tài nguyên và sự phát triển của thương mại tài nguyên quốc tế, phần lớn các mỏ than và mỏ kim loại trong nước đã đóng cửa. Tuy nhiên, do nước suối tự nhiên vẫn tiếp tục chảy ra từ các mỏ đã đóng cửa này, các đơn vị quản lý có nghĩa vụ xử lý nước thải nhằm ngăn ngừa ô nhiễm do hoạt động khai thác mỏ gây ra.
Nước thải mỏ, có tính axit cao và chứa kim loại nặng, được thải ra từ các khu mỏ từng khai thác nhiều loại khoáng kim loại như vàng, bạc, đồng và chì, gây ô nhiễm nguồn nước sông ngòi và làm ô nhiễm đất nông nghiệp.
Các phương pháp xử lý nước thải
Việc xử lý nước thải mỏ có tính axit và chứa kim loại đòi hỏi hai công đoạn chính: trung hòa và loại bỏ kim loại nặng.
Phương pháp thường được gọi là phương pháp trung hòa bao gồm quá trình trung hòa bằng chất kiềm, kết hợp với quá trình tách rắn – lỏng nhằm kết tủa và loại bỏ các kim loại được tạo thành dưới dạng hydroxit.
Xử lý nước thải cho sản xuất giấy và nhà máy giấy, cùng các nghiên cứu điển hình (case study)
Ngành công nghiệp bột giấy và giấy là một ngành tiêu thụ nhiều nước điển hình, đòi hỏi lượng nước rất lớn. Do đó, ngành này tất yếu phát sinh lượng nước thải lớn và cần các hệ thống xử lý quy mô lớn. Công nghệ xử lý nước thải và các nỗ lực giảm thiểu chất thải cũng rất tiên tiến; ví dụ, một số nhà máy được trang bị lò hơi đốt bùn và các hệ thống xả thải bằng không (zero discharge).
Nước thải từ nhà máy giấy bao gồm nước thải bột giấy, nước thải tẩy trắng và nước thải xeo giấy, với lưu lượng rất lớn. Trong ngành dệt may, một lượng lớn chất hoạt động bề mặt được sử dụng và thải ra dưới dạng nước thải; vì vậy, việc phân hủy sinh học các chất này trong quá trình xử lý nước thải là rất quan trọng.
Xử lý nước thải cho sản xuất giấy và nhà máy giấy, cùng các nghiên cứu điển hình (case study)
Nước thải ngành giấy thường được xử lý bằng keo tụ – lắng để loại bỏ các chất rắn như sợi mịn và phụ gia trong “nước trắng”; nước sau xử lý được lọc và tái sử dụng hoặc tuần hoàn làm nước rửa hoặc nước pha loãng. Các loại nước thải khác từ bột giấy và tẩy trắng được xử lý bằng keo tụ – lắng hoặc xử lý sinh học, sau đó kết hợp keo tụ – lắng hoặc tuyển nổi áp lực với xử lý sinh học. Mỗi nhà máy và mỗi hệ thống nước thải thường có những đặc tính riêng; do đó, mức độ phù hợp của hóa chất có thể khác nhau đối với từng dòng nước thải cụ thể. Vì vậy, việc xử lý linh hoạt và chi tiết trước các biến động của nước thải là yếu tố hết sức quan trọng.
Xử lý nước thải cho công trình xây dựng dân dụng và nạo vét, cùng các nghiên cứu điển hình (case study)
Nhiều loại nước bùn khác nhau phát sinh từ các dự án xây dựng như đập, đường hầm, cũng như từ các nhà máy khai thác sỏi và đá dăm để sản xuất cốt liệu. Việc xử lý hiệu quả là cần thiết nhằm tái sử dụng lượng nước bùn phát sinh ngay tại công trường hoặc xả ra sông ngòi. Các công trường xây dựng và nhà máy sản xuất này thường nằm trong môi trường tự nhiên, do đó yêu cầu phải xử lý nước bùn một cách phù hợp để không gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.
【Xây dựng đập】
Trong thời gian thi công, nhiều loại nước bùn khác nhau được tạo ra, chẳng hạn như nước mưa chứa bùn đất trong quá trình đào mái dốc, nước ngầm phát sinh khi đào lòng sông và các khu vực khác, nước rửa bê tông và nước phát sinh từ các công đoạn khoan – bơm vữa liên quan đến thi công bê tông, v.v.
【Nạo vét】
Nạo vét là phương pháp sử dụng thiết bị cơ giới để bơm hút trầm tích và bùn lắng đọng trong sông, hồ, đầm lầy và khu vực biển. Khoảng 90% lượng nước bùn được bơm hút bằng phương pháp nạo vét là nước.
【Nhà máy sản xuất cốt liệu】
Cốt liệu là cát hoặc sỏi được sử dụng làm vật liệu chính trong sản xuất bê tông hoặc nhựa đường. Cốt liệu có thể là tự nhiên (khai thác từ lòng sông, núi) hoặc nhân tạo (nghiền từ đá). Sau khi khai thác hoặc nghiền, cốt liệu được rửa bằng nước để loại bỏ bùn đất và các tạp chất bám trên bề mặt, sau đó được phân loại theo kích thước hạt trước khi xuất xưởng.
Các phương pháp xử lý nước thải trong các công trình xây dựng dân dụng, công tác nạo vét, v.v.
Xây dựng đập
Nước bùn phát sinh từ các công trình xây dựng dân dụng là nước thải vô cơ, chứa các hạt mịn lơ lửng như khoáng sét. Các hóa chất sử dụng chủ yếu là chất keo tụ vô cơ và chất tạo bông polyme. Nước bùn được tách bằng quá trình lắng trong bể lắng hoặc bể cô đặc, sau đó tiến hành tách rắn – lỏng bằng các thiết bị tách nước như máy ép lọc.
Xây dựng đập
Nước bùn được xử lý để tái sử dụng hoặc xả ra sông, do đó cần có quy trình xử lý phù hợp. Các thiết bị xử lý nước bùn được lắp đặt bao gồm bể lắng, bể cô đặc và các thiết bị tách nước cơ học; việc xử lý đúng cách bằng chất keo tụ vô cơ và chất tạo bông polyme là yêu cầu bắt buộc.
Nạo vét
Do khoảng 90% lượng nước bùn bơm hút bằng phương pháp nạo vét là nước, nên việc tách hiệu quả trầm tích và bùn khỏi nước thông qua quá trình tách rắn – lỏng là rất quan trọng. Vì phải xử lý khối lượng nước bùn rất lớn trong quá trình nạo vét, nên cần loại bỏ độ đục và xử lý một cách hiệu quả, phù hợp.
Trường hợp ứng dụng tại nhà máy sản xuất cốt liệu
Các nhà máy sản xuất cốt liệu cần sử dụng lượng lớn nước rửa, đồng thời phát sinh khối lượng lớn nước bùn cần xử lý; do đó, việc thu hồi và tái sử dụng nước là yếu tố thiết yếu.
Quy trình: Rửa cốt liệu → nước bùn từ quá trình rửa → lắng → tách nước → nước sau xử lý → tái sử dụng
Xử lý nước thải cho nhà máy chế biến thực phẩm và các nghiên cứu điển hình (case study)
Ngành chế biến thực phẩm bao gồm các nhà máy sản xuất rượu, bia, cũng như các cơ sở chế biến thực phẩm như chế biến rau củ và thủy sản. Đặc biệt, nước thải từ quá trình chế biến thực phẩm có đặc trưng là chỉ số BOD cao do chứa nhiều carbohydrate, chất béo và protein. Ngoài ra, lưu lượng và chất lượng nước thải biến động lớn theo thời gian và mùa vụ, đồng thời dễ bị phân hủy, những đặc điểm này gây ảnh hưởng đáng kể đến quá trình xử lý.
【Trung tâm cung cấp suất ăn】
Nước thải nhà bếp từ các trung tâm cung cấp suất ăn và nhà hàng có tải lượng ô nhiễm cao về chất hữu cơ và dầu mỡ, do đó cần chú trọng các yếu tố kỹ thuật để duy trì sự cân bằng giữa hệ thống tuyển nổi áp lực và xử lý bùn hoạt tính. Việc xử lý thích hợp dầu thực vật và các loại dầu mỡ khác là yếu tố quan trọng nhằm đảm bảo hiệu quả xử lý và kiểm soát vệ sinh.
【Nhà máy sản xuất cồn và nhà máy bia】
Các nhà máy sản xuất cồn thông qua quá trình lên men hoặc chưng cất phát sinh nước thải chưng cất có nồng độ rất cao. Loại nước thải này có tính axit, với chỉ số BOD và hàm lượng chất rắn lơ lửng rất cao. Đối với nhà máy bia, nước thải bao gồm nước rửa bằng áp lực và chất thải từ mạch nha. Nhà máy đường tinh luyện đường nâu và các cơ sở chế biến thủy sản sản xuất đồ hộp, xúc xích… đều yêu cầu các công nghệ xử lý nước thải đặc thù riêng.
Các phương pháp xử lý nước thải cho nhà máy chế biến thực phẩm, v.v.
Tùy theo loại và điều kiện của nước thải, có nhiều tổ hợp thiết bị khác nhau như hệ thống tuyển nổi áp lực, thiết bị tách nước, hệ thống xử lý bùn hoạt tính…, do đó cần lựa chọn loại hóa chất phù hợp nhất cho từng hệ thống xử lý. Trước đây, bùn phát sinh từ xử lý nước thải thường được sấy khô và đốt, chôn lấp, ủ phân compost, làm thức ăn chăn nuôi hoặc chuyển hóa thành khí methane; tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nỗ lực tái chế đã được đẩy mạnh và nhiều công nghệ mới đã được phát triển. Thông thường, dầu mỡ được tách bằng phương pháp tuyển nổi áp lực hoặc bằng cách sử dụng hóa chất như chất tạo bông polyme. Phần dầu mỡ được tách ra sẽ trở thành bùn dư, rất khó tách nước; do đó, cần lựa chọn thiết bị tách nước hiệu quả và loại chất tạo bông phù hợp.
Xử lý nước thải trong chăn nuôi và các nghiên cứu điển hình (case study)
Kể từ khi “Luật về Quản lý thích hợp và Thúc đẩy việc sử dụng phân gia súc” được ban hành (tháng 11 năm 2004), các cơ sở xử lý chất thải chăn nuôi đã được xây dựng và phát triển. Tại nhiều địa phương, các biện pháp bảo vệ môi trường trong chăn nuôi đang được tích cực triển khai; các nỗ lực không chỉ tập trung vào nước thải từ trang trại nuôi heo mà còn mở rộng sang nước thải từ chuồng trại chăn nuôi bò.
【Nước thải từ chuồng trại chăn nuôi bò】
Trước đây, do cân nhắc chi phí, trong một số trường hợp chỉ áp dụng các phương pháp xử lý đơn giản. Tuy nhiên, nước thải từ chuồng trại chăn nuôi bò có lưu lượng lớn, chứa hàm lượng protein và chất béo cao, vượt quá giới hạn của phương pháp xử lý thấm qua đất, từ đó làm dấy lên lo ngại về nguy cơ ô nhiễm sông ngòi. Gần đây, nước thải từ chuồng trại chăn nuôi bò được xử lý bằng cách dẫn vào bể tự hoại và sục khí trong bể hiếu khí.
【Nước thải từ trại nuôi heo】
Nước thải chăn nuôi giàu chất hữu cơ, và cho đến nay, phần bùn tách ra thường được tách nước rồi ủ làm phân compost. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, do vấn đề mùi hôi và dư thừa phân compost, nước thải này đã bị xử lý như chất thải công nghiệp. Hiện nay, trong lượng chất thải chăn nuôi phát sinh từ các trại nuôi heo, phần phân rắn được điều chỉnh và ủ compost bằng cách sử dụng compost hoàn lưu, trong khi nước thải như nước tiểu được xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính trước khi xả ra dưới dạng nước trong (supernatant). Nước thải từ nước tiểu và nước sử dụng tại chỗ được sục khí, lắng và tách lọc bằng thiết bị tách nước để thực hiện phân tách rắn – lỏng; phần chất rắn sau khi tách nước được ủ compost trong nhà ủ phân.
Các phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi
Vấn đề đặt ra là kẽm và đồng – những kim loại thường được bổ sung vào thức ăn chăn nuôi để thúc đẩy sự tăng trưởng của heo – có mặt trong nước thải. Trong thời gian tới, cần tiếp tục giảm nồng độ chất rắn lơ lửng thông qua các phương pháp keo tụ và xử lý bằng màng nhằm làm giảm tổng hàm lượng kẽm và đồng; do đó, các chất tạo bông có hiệu suất cao hơn là rất cần thiết.
Xử lý nước thải cho nhà máy hóa chất và các nghiên cứu điển hình (case study)
Trước đây, các ngành có nhiều quy trình sử dụng nhiệt cao như ngành thép và hóa dầu được gọi là “ngành công nghiệp tiêu thụ nhiều nước” do sử dụng lượng lớn nước cho làm mát và vệ sinh. Tuy nhiên, ngày nay, công nghệ xử lý tiên tiến đối với các chất độc hại ở nồng độ rất thấp và dung môi hữu cơ trong nước thải đã trở nên thiết yếu, và phải được kiểm soát nghiêm ngặt trong nhiều ngành như cơ khí, điện tử và các ngành công nghiệp khác, bất kể lượng nước thải phát sinh nhiều hay ít.
【Nhà máy hóa dầu, v.v.】 Phần lớn nước thải là nước thải từ quá trình sản xuất, bao gồm nguyên liệu thô, sản phẩm trung gian, chất xúc tác từ các phân xưởng khác nhau, cũng như nước thải vệ sinh có tính axit hoặc kiềm. Trong nhiều trường hợp, các phương pháp xử lý được thiết lập riêng cho từng loại chất và từng tuyến xả thải, do đó yêu cầu phải xử lý một cách phù hợp và chính xác.
【Ngành điện tử】 Nước thải được chia thành hai loại: nước thải vô cơ như nước thải chứa flo và nước thải axit/kiềm; và nước thải hữu cơ như nước thải chứa dung môi hữu cơ.
【Nhà máy mạ】 Nước thải chứa các chất độc hại phát sinh trong các công đoạn tiền xử lý như tẩy dầu mỡ, tẩy axit, xử lý bề mặt, cũng như trong quá trình mạ, đều được xử lý như nước thải công nghiệp.
【Ngành công nghiệp ô tô】 Các công đoạn sơn tạo ra nước thải từ quá trình tẩy dầu mỡ, buồng sơn, sơn điện di và các loại nước thải liên quan khác trong quá trình sơn.
Các phương pháp xử lý nước thải cho nhà máy hóa chất, v.v.
【Nhà máy hóa dầu, v.v.】 Trong nhiều trường hợp, các phương pháp xử lý được thiết lập riêng cho từng loại chất chứa trong nước thải và từng tuyến xả thải; các thiết bị xử lý cũng được lắp đặt để quản lý phù hợp ngay trong nhà máy và khu sản xuất. Trong những năm gần đây, các nỗ lực kiểm soát và giảm thiểu lượng chất thải phát sinh ngày càng được nâng cao, đặc biệt ở từng cơ sở và từng dây chuyền sản xuất; do đó, vai trò của các loại hóa chất sử dụng trong xử lý nước thải ngày càng trở nên quan trọng.
【Ngành điện tử】 Nước thải vô cơ thường được xử lý bằng phương pháp keo tụ – lắng sau khi trung hòa bằng muối và điều chỉnh pH; trong khi đó, nước thải hữu cơ thường được xử lý bằng phương pháp sinh học.
【Nhà máy mạ】 Tùy theo loại chất độc hại, nước thải chứa xyanua, nước thải chứa crom và nước thải axit/kiềm thường được xử lý riêng biệt; các kim loại nặng được xử lý bằng cách kết tủa dưới dạng hydroxit. Trong những năm gần đây, các công nghệ thu hồi kim loại này đã được nghiên cứu, đồng thời việc tinh chế và chiết tách nhằm nâng cao độ tinh khiết cũng đang được xem xét.
【Ngành công nghiệp ô tô】 Phương pháp xử lý được thiết kế nhằm loại bỏ dầu mỡ; thông thường là xử lý sinh học sau các công đoạn keo tụ và tuyển nổi áp lực, tiếp theo là keo tụ – lắng, lọc, và cuối cùng là xử lý bằng than hoạt tính.
Xử lý nước thải cho cơ sở xử lý nước thải và nhà máy xử lý nước sạch, cùng các nghiên cứu điển hình.
Nước sau xử lý được khử trùng và xả ra nguồn nước công cộng hoặc tái sử dụng làm nước công nghiệp hay các mục đích không dùng cho sinh hoạt. Để bảo vệ môi trường thủy sinh như sông và đại dương, các nhà máy xử lý nước thải cần quản lý chất lượng nước một cách nghiêm ngặt. Chúng ta đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường nước thông qua việc sử dụng nước và hệ thống thoát nước đúng cách, đồng thời giảm tải cho đường ống thoát nước và các nhà máy xử lý nước thải.
Nhà máy xử lý nước thải là các cơ sở có chức năng làm sạch nước thải và xả ra sông, hồ hoặc biển. Tính đến năm 2006, Nhật Bản có khoảng 2.000 nhà máy xử lý nước thải đang hoạt động, với tổng công suất xử lý hằng năm khoảng 14,1 tỷ tấn (tương đương khoảng 11.320 lần dung tích của Tokyo Dome) (theo dữ liệu của Hiệp hội Công trình Thoát nước Nhật Bản). Các nhà máy xử lý nước thải được xây dựng và vận hành chủ yếu nhằm xử lý nước mưa và nước thải. Quá trình xử lý chủ yếu là loại bỏ các chất hữu cơ trong nước thải, thông qua các phương pháp xử lý vật lý và sinh học.
Các phương pháp xử lý nước thải cho cơ sở xử lý nước thải và nhà máy xử lý nước sạch, v.v.
【Nước thải】 Nước thải bao gồm chất thải sinh hoạt từ nhà vệ sinh xả nước, nước thải sinh hoạt phát sinh từ nấu ăn và giặt giũ trong gia đình, cũng như nước thải công nghiệp (không bao gồm nông nghiệp) từ các cơ sở kinh doanh, từ cửa hàng, khách sạn, nhà xưởng nhỏ cho đến các nhà máy quy mô lớn.
【Nước sau xử lý】 Xử lý vật lý bao gồm các bể lắng nhằm tách và loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng lắng trong nước thải, cũng như các phương pháp tuyển nổi và lọc. Trong xử lý sinh học, các chất hữu cơ hòa tan và lơ lửng trong nước thải được cung cấp cho vi sinh vật nuôi cấy, các vi sinh vật này sẽ oxy hóa và phân hủy chúng thành nước, khí carbon dioxide và các chất khác. Phương pháp bùn hoạt tính là một ví dụ điển hình. Phương pháp này được sử dụng như một công đoạn xử lý thứ cấp tại hầu hết các nhà máy xử lý nước.
【Nguồn nước】 Ngoài ra, trước khi xả thải cuối cùng, nước còn được xử lý hóa học như khử trùng. Nước sau khi được làm sạch qua các công đoạn xử lý sẽ được khử trùng và xả ra các nguồn nước công cộng, hoặc tái sử dụng làm nước công nghiệp hay các loại nước không dùng cho sinh hoạt khác. Tại các đô thị lớn, nơi khó khai thác nguồn nước ngầm, nước đã qua xử lý ở mức độ cao – có chất lượng vượt trội so với nước mặt – là một nguồn tài nguyên nước quan trọng. Bên cạnh đó, nguồn nước này còn được sử dụng cho mục đích duy trì dòng chảy sông ngòi, tạo cảnh quan, phòng cháy chữa cháy, chống tuyết, tưới tiêu và nhiều mục đích khác.
【Ví dụ về việc sử dụng hóa chất】
※ Trong quá trình làm sạch nước thải, một lượng lớn bùn hữu cơ được tạo ra, do đó cần có công đoạn xử lý bùn nhằm giảm thể tích và xử lý bùn theo cách hợp vệ sinh. Bùn sau khi cô đặc thường ở dạng bùn nước với hàm lượng nước trên 95%, và sẽ được tách nước để giảm hàm lượng nước xuống còn 85% hoặc thấp hơn.
※ Quá trình tách nước được thực hiện bằng cách tạo bông (floc) trong bùn cô đặc, sau đó tách nước bằng các thiết bị tách nước sử dụng lực ly tâm, phương pháp lọc hoặc nén ép. Các hóa chất được sử dụng gồm chất keo tụ vô cơ và chất tạo bông polyme; việc lựa chọn đúng loại hóa chất và liều lượng phù hợp là yếu tố quan trọng để tạo ra bông bùn phù hợp với từng loại thiết bị tách nước.
