Tổng quan nước thải sinh hoạt

1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT

1.1  Nguồn phát sinh, đặc thải nước thải sinh hoạt

Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt khi dự án khu đô thi đi vào hoạt động chủ yếu từ quá trình sinh hoạt của dân cư tại:

• Khu căn hộ cao cấp

• Khu biệt thự

• Khu dân cư, thương mại, vui chơi giải trí

• Hoạt động chế biến thực phẩm của các nhà hàng, khách sạn, nhà ăn.

• Mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào:

–  Lưu lượng nước thải

–  Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người

• Tải trọng chất bẩn tính theo đầu người phụ thuộc vào:

–  Mức sông, điều kiện sống và tập quán sông

–  Điều kiện khí hậu

Tải trọng chất bẩn theo đầu người được xác định ở Bảng 1.

Chỉ tiêu ô nhiễm	Hệ số phát thải
	Các quốc gia gần gũi với Việt Nam	Theo tiêu chuẩn Việt Nani (TCXD-51-84)
Chất rắn lơ lửng (SS)	70 – 145	50-55
BOD5 đã lắng	45 – 54	25-30
BOD20 đã lắng	–	30-35
COD	72 – 102	–
N-NH4+	2.4-4.8	7
Phospho tổng	0.8 -4.0	1.7
Dầu mỡ	10-30	–

Nguồn: Xử lý nước thải đô thị và công nghiệp – Tính toán thiết kế công trình, Lâm Minh Triết, 2004.

1.2   Thành phần, tính chất nước thải sinh hoạt

Thành phần và tính chất của nước thải sinh hoạt phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nước thải. Ngoài ra lượng nước thải ít hay nhiều còn phụ thuộc vào tập quán sinh hoạt.

Thành phần nước thải sinh hoạt gồm 2 loại :

–  Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết con người từ các phòng vệ sinh;

–  Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã, dầu mỡ từ các nhà bếp của các nhà hàng, khách sạn, các chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt từ các phòng tắm, nước rửa vệ sinh sàn nhà…

Đặc tính và thành phần tính chất của nước thải sinh hoạt từ các khu phát sinh nước thải này đều giông nhau, chủ yếu là các chất hữu cơ, trong đó phần lớn các loại carbonhydrate, protein, lipid là các chất dễ bị vi sinh vật phân hủy. Khi phân hủy thì vi sinh vật cần lấy oxi hòa tan trong nước để chuyển hóa các chất hữu cơ trên thành CO2, N2, H2O, CH4… Chỉ thị cho lượng chất hữu cơ có trong nước thải có khả năng bị phân hủy hiếu khí bởi vi sinh vật chính là chỉ số BOD5.

Chỉ số này biểu diễn lượng oxi cần thiết mà vi sinh vật phải tiêu thụ để phân hủy lượng chất hữu cơ có trong nước thải. Như vậy chỉ số BOD5 càng cao cho thấy chất hữu cơ có trong nước thải càng lớn, oxi hòa tan trong nước thải ban đầu bị tiêu thụ nhiều hơn, mức độ ô nhiễm của nước thải cao hơn.

2. CÁC THÔNG SỐ Ô NHIỄM ĐĂC TRƯNG CỦA NƯỚC THẢI

2.1   Thông số vật lý

• Hàm lượng chất rắn lơ lửng

Các chất rắn lơ lửng trong nước ((Total) Suspended Solids – (T)SS – SS) có thể có bản chất là:

–  Các chất vô cơ không tan ở dạng huyền phù (Phù sa, gỉ sét, bùn, hạt sét);

–  Các chất hữu cơ không tan;

–  Các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật nguyên sinh…).
Sự có mặt của các chất rắn lơ lửng cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hóa chất trong quá trình xử lý.

• Mùi

Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S mùi trứng thôi. Các hợp chất khác, chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và cercaptan được tạo thành dưới điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cảH2S.

• Độ màu

Màu của nước thải là do các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, thuốc nhuộm hoặc do các sản phẩm được tao ra từ các quá trình phân hủy các chất hữu cơ. Đơn vị đo độ màu thông dụng là mgPt/L (thang đo Pt _Co)

Độ màu là một thông số thường mang tính chất cảm quan, có thể được sử dụng để đánh giá trạng thái chung của nước thải.

2.2. Thông số hóa học

• Độ pH của nước

pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, thường được dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước.

Độ pH của nước có liên quan dạng tồn tại của kim loại và khí hoà tan trong nước. pH có ảnh hưởng đến hiệu quả tất cả quá trình xử lý nước. Độ pH có ảnh hưởng đến các quá trình trao chất diễn ra bên trong cơ thể sinh vật nước. Do vậy rất có ý nghĩa về khía cạnh sinh thái môi trường

• Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand – COD)

Theo định nghĩa, nhu cầu oxy hóa học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước bằng phương pháp hóa học (sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh), về bản chất, đây là thông số được sử dụng để xác định tổng hàm lượng các chất hữu cơ có trong nước, bao gồm cả nguồn gốc sinh vật và phi sinh vật.

Trong môi trường nước tự nhiên, ở điều kiện thuận lợi nhất cũng cần đến 20 ngày để quá trình oxy hóa chất hữu cơ được hoàn tất. Tuy nhiên, nếu tiến hành oxy hóa chất hữu cơ bằng chất oxy hóa mạnh (mạnh hơn hẳn oxy) đồng thời lại thực hiện phản ứng oxy hóa ở nhiệt độ cao thì quá trình oxy hóa có thể hoàn tất trong thời gian rút ngắn hơn nhiều. Đây là ưu điểm nổi bật của thông số này nhằm có được số liệu tương đôi về mức độ ô nhiễm hữu cơ trong thời gian rất ngắn.

COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ nói chung và cùng với thông số BOD, giúp đánh giá phần ô nhiễm không phân hủy sinh học của nước từ đó có thể lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp.

• Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand – BOD)

Về định nghĩa, thông số BOD của nước là lượng oxy cần thiết để vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ trong  điều kiện chuẩn: 20°c, ủ mẫu 5 ngày đêm, trong bóng tối, giàu oxy và vi khuẩn hiếu khí. Nói cách khác, BOD biểu thị lượng giảm oxy hòa tan sau 5 ngày. Thông sô BOD5 sẽ càng lớn nếu mẫu nước càng chứa nhiều chất hữu cơ có thể dùng làm thức ăn cho vi khuẩn, hay là các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (Carbonhydrat, protein, lipid..)

BOD là một thông số quan trọng:

• Là chỉ tiêu duy nhất để xác định lượng chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học trong nước và nước thải;

• Là tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng các dòng thải chảy vào các thuỷ vực thiên nhiên;

• Là thông số bắt buộc để tính toán mức độ tự làm sạch của nguồn nước phục vụ công tác quản lý môi trường.

• Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen – DO)

  Tất cả các sinh vật sông đều phụ thuộc vào oxy dưới dạng này hay dạng khác để duy trì các tiến trình trao đổi chất nhằm sinh ra năng lượng phục vụ cho quá trình phát triển và sinh sản của mình. Oxy là yếu tố quan trọng đồi với con người cũng như các thủy sinh vật khác.

Oxy là chất khí hoạt động hóa học mạnh, tham gia mạnh mẽ vào các quá trình hóa sinh học trong nước:

–  Oxy hóa các chất khử vô cơ: Fe2+, Mn2+, S2-, NH3..

–  Oxy hóa các chất hữu cơ trong nước, và kết quả của quá trình này là nước nhiễm bẩn trở nên sạch hơn. Quá trình này được gọi là quá trình tự làm sạch của nước tự nhiên, được thực hiện nhờ vai trò quan trọng của một sô” vi sinh vật hiếu khí trong nước.
Oxy là chất oxy hóa quan trọng giúp các sinh vật nước tồn tại và phát triển.

Các quá trình trên đều tiêu thụ oxy hòa tan. Như đã đề cập, khả năng hòa tan của Oxy vào nước tương đôi thấp, do vậy cần phải hiểu rằng khả năng tự làm sạch của các nguồn nước tự nhiên là rất có giới hạn. Cũng vì lý do trên, hàm lượng oxy hòa tan là thông sô’ đặc trưng cho mức độ nhiễm bẩn chất hữu cơ của nước mặt.

• Nitơ và các hợp chất chứa nitơ

Nitơ là nguyên tố quan trọng trong sự hình thành sự sồng trên bề mặt Trái Đất. Nitơ là thành phần cấu thành nên protein có trong tế bào chất cũng như các acid amin trong nhân tế bào. Xác sinh vật và các bã thải trong quá trình sông của chúng là những tàn tích hữu cơ chứa các protein liên tục được thải vào môi trường với lượng rất lớn. Các protein này dần dần bị vi sinh vật dị dưỡng phân hủy, khoáng hóa trở thành các hợp chất Nitơ vô cơ như NH4+, NO2–, NO3– và có thể cuối cùng trả lại N2 cho không khí.

Như vậy, trong môi trường đất và nước, luôn tồn tại các thành phần chứa Nito: từ các protein có cấu trúc phức tạp đến các acid amin đơn giản, cũng như các ion Nitơ vô cơ là sản phẩm quá trình khoáng hóa các chất kể trên:

• Các hợp chất hữu cơ thô đang phân hủy thường tồn tại ở dạng lơ lửng trong nước, có thể hiện diện với nồng độ đáng kể trong các loại nước thải và nước tự nhiên giàu protein.

• Các hợp chất chứa Nito ở dạng hòa tan bao gồm cả Nito hữu cơ và Nito vô cơ (NH4+,NO3–,NO2–)

Thuật ngữ “Nitơ tổng” là tổng Nito tồn tại ở tất cả các dạng trên. Nitơ là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đôi với sự phát triển của sinh vật.

• Phospho và các hợp chất chứa phospho

Nguồn gốc các hợp chất chứa Phospho có liên quan đến sự chuyển hóa các chất thải của người và động vật và sau này là lượng khổng lồ phân lân sử dụng trong nông nghiệp và các chất tẩy rửa tổng hợp có chứa phosphate sử dụng trong sinh hoạt và một số ngành công nghiệp trôi theo dòng nước.

Trong các loại nước thải, Phospho hiện diện chủ yếu dưới các dạng phosphate. Các hợp chất Phosphat được chia thành Phosphat vô cơ và phosphat hữu cơ.

Phospho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đôi với sự phát triển của sinh vật. Việc xác định p tổng là một thông số đóng vai trò quan trọng để đảm bảo quá trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trong các hệ thông xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học (tỉ lệ BOD:N:P = 100:5:1).

Phospho và các hợp chất chứa Phospho có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn 

nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triển mạnh của tảo và vi khuẩn lam.
 

• Chất hoạt động bề mặt

Các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 2 phần: kị nước và ưa nước tạo nên sự phân tán của các chất đó trong dầu và trong nước. Nguồn tạo ra các chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa trong sinh hoạt và trong một số ngành công nghiệp.

2.3   Thông số vi sinh vật học

Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước thải có thể truyền hoặc gây bệnh cho người. Chúng vốn không bắt nguồn từ nước mà cần có vật chủ để sông ký sinh, phát triển và sinh sản. Một sô” các sinh vật gây bệnh có thể sông một thời gian khá dài trong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàng, bao gồm vi khuẩn, vi rút, giun sán.

• Vi khuẩn:

Các loại vi khuẩn gây bệnh có trong nước thường gây các bệnh về đường ruột, như dịch tả (cholera) do vi khuẩn Vibrio comma, bệnh thương hàn (typhoid) do vi khuẩn Salmonella typhosa…

• Vi rút:

  Vi rút có trong nước thải có thể gây các bệnh có liên quan đến sự rốì loạn hệ thần kinh trung ương, viêm tủy xám, viêm gan… Thông thường sự khử trùng bằng các quá trình khác nhau trong các giai đoạn xử lý có thể diệt được vi khuẩn.

• Giun sán (helminths):

Giun sán là loại sinh vật ký sinh có vòng đời gắn liền với hai hay nhiều động vật chủ, con người có thể là một trong số các vật chủ này. Chất thải của người và động vật là nguồn đưa giun sán vào nước. Tuy nhiên, các phương pháp xử lý nước hiện nay tiêu diệt giun sán rất hiệu quả.

Nguồn gốc của vi trùng gây bệnh trong nước là do nhiễm bẩn rác, phân người và động vật. Trong người và động vật thường có vi khuẩn E. coli sinh sông và phát triển. Đây là loại vi khuẩn vô hại thường được bài tiết qua phân ra môi trường. Sự có mặt của E.Coli chứng tỏ nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân rác và khả năng lớn tồn tại các loại vi khuẩn gây bệnh khác, số lượng nhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức độ nhiễm bẩn. Khả năng tồn tại của vi khuẩn E.coli cao hơn các vi khuẩn gây bệnh khác. 

Do đó nếu sau xử lý trong nước không còn phát hiện thấy vi khuẩn E.coli chứng tỏ các loại vi trùng gây bệnh khác đã bị tiêu diệt hết. Mặt khác, việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệng của nước qua việc xác địng số lượng số lượng E.coli đơn giản và nhanh chóng. Do đó vi khuẩn này được chọn làm vi khuẩn đặc trưng trong việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệnh của nguồn nước.

3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

3.1   Phương pháp xử lý cơ học

Những phương pháp loại các chất rắn có kích thước và tỷ trọng lớn trong nước thải được gọi chung là phương pháp cơ học.

Để giữ các tạp chất không hoà tan lớn hoặc một phần chất bẩn lơ lửng: dùng song chắn rác hoặc lưới lọc.

Để tách các chất lơ lửng có tỷ trọng lớn hơn hoặc bé hơn nước dùng bể lắng:

• Các chất lơ lửng nguồn gốc khoáng (chủ yếu lá cát) được lắng ở bể lắng cát.

• Các hạt cặn đặc tính hữu cơ được tách ra ở bể lắng.

• Các chất cặn nhẹ hơn nước: dầu, mỡ, nhựa,ễ.. được tách ở bể thu dầu, mỡ, nhựa (dùng cho nước thải công nghiệp).

• Để giải phóng chất thải khỏi các chất huyền phù, phân tán nhỏ…dùng lưới lọc, vải lọc, hoặc lọc qua lớp vật liệu lọc.

Xử lý cơ học là khâu sơ bộ chuẩn bị cho xử lý sinh học tiếp theo, xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học thường thực hiện trong các công trình và thiết bị như song chắn rác, bể lắng cát, bể tách dầu mỡ … Đây là các thiết bị công trình xử lý sơ bộ tại chỗ tách các chất phân tán thô nhằm đảm bảo cho hệ thông thoát nước hoặc các công trình xử lý nước thải phía sau hoạt động ổn định.

Phương pháp xử lý cơ học tách khỏi nước thải sinh hoạt khoảng 60% tạp chất không tan, tuy nhiên BOD trong nước thải giảm không đáng kể. Để tăng cường quá trình xử lý cơ học, người ta làm thoáng nước thải sơ bộ trước khi lắng nên hiệu suất xử lý của các công trình cơ học có thể tăng đến 75% và BOD giảm đi 10- 15%.

Một số công trình xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học bao gồm.

+ Song chắn rác

Song chắn rác dùng để giữ lại các tạp chất thô như giấy, rác, túi nilon, vỏ cây và các tạp chất có trong nước thải nhằm đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định.

Song chắn rác là các thanh đan xếp kế tiếp nhau với các khe hở từ 16 đến 50mm, các thanh có thể bằng thép, inox, nhực hoặc gỗ. Tiết diện của các thanh này là hình chữ nhật, hình tròn hoặc elip. Bô” trí song chắn rác trên máng dẫn nước thải. Các song chắn rác đặt song song với nhau, nghiêng về phía dòng nước chảy để giữ rác lại. Song chắn rác thường đặt nghiêng theo chiều dòng chảy một góc 50 đến 90°.

Thiết bị chắn rác bố trí tại các máng dẫn nước thải trước trạm bơm nước thải và trước các công trình xử lý nước thải.

+ Bể thu và tách dầu mỡ

• Bể thu dầu:

  Được xây dựng trong khu vực bãi đỗ và cầu rửa ô tô, xe máy, bãi chứa dầu và nhiên liệu, nhà giặt tẩy của khách sạn, bệnh viện hoặc các công trình công cộng khác, nhiệm vụ đón nhận các loại nước rửa xe, nước mưa trong khu vực bãi đỗ xe…

• Bể tách mỡ:

  Dùng để tách và thu các loại mỡ động thực vật, các loại dầu… có trong nước thải. Bể tách mỡ thường được bô” trí trong các bếp ăn của khách sạn, trường học, bệnh viện… xây bằng gạch, bê tông cốt thép, nhựa composite… và bố trí bên trong nhà, gần các thiết bị thoát nước hoặc ngoài sân gần khu vực bếp ăn để tách dầu mỡ trước khi xả vào hệ thông thoát nước bên ngoài cùng với các loại nước thải khác.

+ Bể điều hoà

  Lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải các khu dân cư, công trình công cộng như các nhà máy xí nghiệp luôn thay đổi theo thời gian phụ thuộc vào các điều kiện hoạt động của các đôi tượng thoát nước này. Sự dao động về lưu lượng nước thải, thành phần và nồng độ chất bẩn trong đó sẽ ảnh hưởng không t<Dt đến hiệu quả làm sạch nước thải. Trong quá trình lọc cần phải điều hoà lưu lượng dòng chảy, một trong những phương án tôi ưu nhất là thiết kế bể điều hoà lưu lượng.

  Bể điều hoà làm tăng hiệu quả của hệ thông xử lý sinh học do nó hạn chế hiện tượng quá tải của hệ thông hoặc dưới tải về lưu lượng cũng như hàm lượng chất hữu cơ giảm được diện tích xây dựng của bể sinh học. Hơn nữa các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hoà ở mức độ thích hợp cho các hoạt động của vi sinh vật.

+ Bể lắng

• Bể lắng cát

Trong thành phần cặn lắng nước thải thường có cát với độ lớn thủy lực J = 18 mm/s. Đây các phần tử vô cơ có kích thước và tỷ trọng lớn. Mặc dù không độc hại nhưng chúng cản trở hoạt động của các công trình xử lý nước thải như tích tụ trong bể lắng, bể mêtan,… làm giảm dung tích công tác công trình, gây khó khăn cho việc xả bùn cặn, phá huỷ quá trình công nghệ của trạm xử lý nước thải. Để đảm bảo cho các công trình xử lý sinh học nước thải sinh học nước thải hoạt động ổn định cần phải có các công trình và thiết bị phía trước.

Cát lưu giữ trong bể từ 2 đến 5 ngày. Các loại bể lắng cát thường dùng cho các trạm xử lý nước thải công xuất trên 100m3/ngày. Các loại bể lắng cát chuyển động quay có hiệu quả lắng cát cao và hàm lượng chất hữu cơ trong cát thấp. Do cấu tạo đơn giản bể lắng cát ngang được sử dụng rộng rãi hơn cả. Tuy nhiên trong điều kiện cần thiết phải kết hợp các công trình xử lý nước thải, người ta có thể dùng bể lắng cát đứng, bể lắng cát tiếp tuyến hoặc thiết bị xiclon hở một tầng hoặc xiclon thuỷ lực.

  Từ bể lắng cát, cát được chuyển ra sân phơi cát để làm khô bằng biện pháp trọng lực trong điều kiện tự nhiên.

• Bể lắng nước thải

  Dùng để tách các chất không tan ở dạng lơ lửng trong nước thải theo nguyên tắc dựa vào sự khác nhau giữa trọng lượng các hạt cặn có trong nước thải. Vì vậy, đây là quá trình quan trọng trong xử lý nước thải, thường bô” trí xử lý ban đầu thể bố trí nôi tiếp nhau, quá trình lắng tốt có thể loại bỏ đến 90 – 95% lượng cặn có trong nước hay sau khi xử lý sinh học. Để có thể tăng cường quá trình lắng ta có thể thêm vào chất đông tụ sinh học. Sự lắng của các hạt xảy ra dưới tác dụng của trọng lực .

  Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: bể lắng đợt một trước công trình xứ lý sinh học và bể lắng đợt hai sau công trình xứ lý sinh học.

  Theo cấu tạo và hướng dòng chảy người ta phân ra các loại bể lắng ngang, bể lắng đứng và bể lắng ly tâm…

• Bể lắng ngang

Bể lắng ngang có dạng hình chữ nhật trên mặt bằng, có thể được làm bằng các loại vật liệu khác nhau như bêtông, bêtông ccít thép, gạch hoặc bằng đất tùy thuộc vào kích thước và yêu cầu của quá trình lắng và điều kiện kinh tế.

Trong bể lắng ngang, dòng nước chảy theo phương nằm ngang qua bể. Người ta chia dòng chảy và quá trình lắng thành 4 vùng:

- Vùng hoạt động là vùng quan trọng nhất của bể lắng;

- Vùng bùn (vùng lắng đọng) là vùng lắng tập trung;

- Vùng trung gian, tại đây nước thải và bùn lẫn lộn với nhau;

- Vùng an toàn.

  Ứng với quá trình của dòng chảy trên, bể lắng cũng có thể được chia thành 4 vùng:

- Vùng nước thải vào,

- Vùng lắng hoặc vùng tách,

- Vùng xả nước ra

- Vùng bùn.

Các bể lắng ngang thường có chiều sâu H từ 1,5 – 4 m, chiều dài bằng (8 – 12) H, chiều rộng kênh từ 3 – 6 m. Các bể lắng ngang thường được sử dụng khi lưu lượng nước thải trên 15000 m3/ngày. Hiệu suất lắng đạt 60%. Vận tốc dòng chảy của nước thải trong bể lắng thường được chọn không lớn hơn 0,01 m/s, còn thời gian lưu từ 1 – 3 giờ.

• Bể lắng đứng

Bể lắng đứng có dạng hình trụ hoặc hình hộp với đáy hình chóp. Nước thải được đưa và ông phân phối ở tâm bể với vận tốc không quá 30 mm/s. Nước thải chuyển động theo phương thẳng đứng từ dưới lên trên tới vách tràn với vận tốc 0,5 – 0,6 m/s. Thời gian nước lưu lại trong bể từ 45 – 120 phút. Nước trong được tập trung vào mánh thu phía trên, cặn lắng được chứa ở phần hình nón hoặc chóp cụt phía dưới và được xả ra ngoài bằng bơm hay áp lực thủy tĩnh trên l,5mẵ Chiều cao vùng lắng từ 4 – 5 m. 

Góc nghiêng cạnh bên hình nón không nhỏ hơn 50°, đường kính hoặc cạnh có kích thước từ 4 – 9 m. Trong bể lắng, các hạt chuyển động cùng với nước từ dưới lên trên với vận tốc w và lắng dưới tác động của trọng lực với vận tốc W. Do đó các hạt có kích thước khác nhau sẽ chiếm những vị trí khác nhau trong bể lắng. Khi W> w, các hạt sẽ lắng nhanh, khi W< w, chúng sẽ bị cuốn theo dòng chảy lên trên. Hiệu suất lắng của bể lắng đứng thường thấp hơn bể lắng ngang 10 – 20%. Bể có diện tích xây dựng nhỏ, dễ xả bùn cặn.

• Bể lắng ly tâm

Loại bể này có tiết diện hình tròn, đường kính 16 – 40m (có khi tới 60m). Chiều sâu phần nước chảy 1,5 – 5m, còn tỷ lệ đường kính/chiều sâu từ 6 – 30. Đáy bể có độ dốc i > 0.02 về tâm để thu cặn. Nước thải được dẫn vào bể theo chiều từ tâm ra thành bể và được thu vào máng tập trung rồi dẫn ra ngoài. Cặn lắng xuống đáy được tập trung lại để đưa ra ngoài nhờ hệ thông gạt cặn quay tròn. Thời gian nước thải lưu lại trong bể khoảng 85 – 90 phút. Hiệu suất lắng đạt 60%. Bê’ lắng ly tâm được ứng dụng cho các trạm xử lý có lưu lượng từ 20.000 m3/ngày đêm trở lên

3.2. Phương pháp xử lý hoá lý

  Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hóa học để loại bớt các chất ô nhiễm mà không thể dùng quá trình lắng ra khỏi nước thảiễ Các công trình tiêu biểu của việc áp dụng phương pháp hóa học bao gồm:

• Bể keo tụ, tạo bông

Quá trình keo tụ tạo bông được ứng dụng để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và các hạt keo có kích thước rất nhỏ (10-7 -10-8 cm). Các chất này tồn tại ở dạng phân tán và không thể loại bỏ bằng quá trình lắng vì tốn rất nhiều thời gian. ĐỂ tăng hiệu quả lắng, giảm bớt thời gian lắng của chúng thì thêm vào nước thải một số hóa chất như phèn nhôm, phèn sắt, polymer,… Các chất này có tác dụng kết dính các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỷ trọng lớn hơn nên sẽ lắng nhanh hơn.

Các chất keo tụ dùng là phèn nhôm: A12(SO4)3.18H2O, NaA1O2, Al2(OH)3Cl, KA1(SO4)2.12H2O, NH4A1(SO4)2.12H2O; phèn sắt: Fe2(SO4)3.2H2O,FeSO4.7H2O, FeCl3 hay chất keo tụ không phân ly, dạng cao phân tử có nguồn gốc thiên nhiên hay tổng hợp.

  Phương pháp keo tụ có thể làm trong nước và khử màu nước thải vì sau khi tạo bông cặn, các bông cặn lớn lắng xuống thì những bông cặn này có thể kéo theo các chất phân tán không tan gây ra màu.

• Bể tuyển nổi

  Tuyển nổi là phương pháp được áp dụng tương đôi rộng rãi nhằm loại bỏ các tạp chất không tan, khó lắng. Trong nhiều trường hợp, tuyển nổi còn được sử dụng để tách các chất tan như chất hoạt động bề mặt.

  Bản chất của quá trình tuyển nổi ngược lại với quá trình lắng và cũng được áp dụng trong trường quá trình lắng xảy ra rất chậm và rất khó thực hiện. Các chất lơ lửng như dầu, mỡ sẽ nổi lên trên bề mặt của nước thải dưới tác dụng của các bọt khí tạo thành lớp bọt có nồng độ tạp chất cao hơn trong nước ban đầu. Hiệu quả phân riêng bằng tuyển nổi phụ thuộc kích thước và số lượng bong bóng khí. Kích thước tốì ưu của bong bóng khí là 15 – 30.103mm.

• Phương pháp hấp phụ

  Hấp phụ là phương pháp tách các chất hữu cơ và khí hòa tan ra khỏi nước thải bằng cách tập trung các chất đó trên bề mặt chất rắn (chất hấp phụ) hoặc bằng cách tương tác giữa các chất bẩn hòa tan với các chất rắn (hấp phụ hóa học).

• Phương pháp trao đổi ion

Là phương pháp thu hồi các cation và anion bằng ccas chất trao đổi ion. Các chất trao đổi ion là các chất rắn trong thiên nhiên hoặc vật liệu nhựa nhân tạo.Chúng không hòa tan trong nước và dung môi hữu cơ, có khả năng trao đổi ion.

Phương phấp này được ứng dụng để làm sạch nước thải khỏi các kim loại: Zn,Cu,Cr,Ni,Mn,Fe…. Cũng như các hợp chát của Asen.

  Ngoài ra còn có phương pháp xử lý nước thải bằng quá trình màng,trích ly.

3.3. Phương pháp xứ lý hoá học

Đó là quá trình khử trùng nước thải bằng hoá chất (Clo, Ozone), xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học thường là khâu cuôì cùng trong dây chuyền công nghệ trước khi xả ra nguồn yêu cầu chất lượng cao hoặc khi cần thiết sử dụng lại nước thải. Các quá trình xử lý hóa học được trình bày trong Bảng 2.

Quá trình	Ứng dụng
Trung hoà	Để trung hoà các nước thải có độ kiềm hoặc axit cao
Oxi hóa và khử	Để loại bỏ các vi sinh vật gây bệnh. Các phương pháp thường sử dụng là: chlorine, chlorine dioxide, bromide chlorine, ozone…
Kết tủa	Nhiều loại hoá chất được sử dụng để đạt được những mục tiêu nhất định nào đó. Ví dụ như dùng hoá chất để kết tủa các kim loại nặng trong nước thải.

Bảng 2. ứng dụng quá trình xử lý hoá học.

3.4. Phương pháp xử lý sinh học

Các chất hữu cơ ở dạng keo, huyền phù và dung dịch là nguồn thức ăn của vi sinh vật. Trong quá trình hoạt động sông, vi sinh vật oxy hoá hoặc khử các hợp chất hữu cơ này, kết quả là làm sạch nước thải khỏi các chất bẩn hữu cơ.

+ Xử lý nưởc thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

  Quá trình xử lý nước thải được dựa trên oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải nhờ oxy tự do hoà tanẵ Nếu oxy được cấp bằng thiết bị hoặc nhờ cấu tạo công trình, thì đó là quá trình sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo. Ngược lại, nếu oxy được vận chuyển và hoà tan trong nước nhờ các yếu tồ” tự nhiên thì đó là quá trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên. Các công trình xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo thường được dựa trên nguyên tắc hoạt động của bùn hoạt tính (bể  Aerotank trộn, kênh oxy hoá tuần hoàn) hoặc màng vi sinh vật (bể lọc sinh học, đĩa sinh học), xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên thường được tiến hành trong hồ (hồ sinh học oxy hoá, hồ sinh học ổn định) hoặc trong đất ngập nước (các loại bãi lọc, đầm lầy nhân tạo).

+ Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí

Qúa trình xử lý được dựa trên cơ sở phân huỷ các chất hữu cơ giữ lại trong công trình nhờ sự lên men kỵ khí. Đôi với các hệ thông thoát nước qui mô vừa và nhỏ người ta thường dùng các công trình kết hợp với việc tách cặn lắng với phân huỷ yếm khí các chất hữu cơ trong pha rắn và pha lỏng. Các công trình được xử dụng rộng rãi là các bể tự hoại, giếng thăm, bể lắng hai vỏ, bể lắng trong kết hợp với ngăn lên men, bể lọc ngược qua tầng kỵ khí (UASB).

+ Xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên

• Các công trình xử lý nước thải trong đất

  Các công trình xử lý nước thải trong đất là những vùng đất quy hoạch tưới nước thải định kỳ gọi là cánh đồng ngập nước (cánh đồng tưới và cánh đồng lọc)ẵ Cánh đồng ngập nước được tính toán thiết kế dựa vào khả năng giữ lại, chuyển hoá chất bẩn trong đất. Khi lọc qua đất, các chất lơ lửng và keo sẽ được giữ lại ở lớp trên cùng. Những chất đó tạo nên lớp màng gồm vô sô” vi sinh vật có khả năng hấp phụ và oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải. Hiệu suất xử lý nước thải trong cánh đồng ngập nước phụ thuộc vào các yếu tố như loại đất, độ ẩm của đất, mực nước ngầm, tải trọng, chế độ tưới, phương pháp tưới, nhiệt độ và thành phần tính chất nước thải. Đồng thời nó còn phụ thuộc vào các loại cây trồng ở trên bề mặt. Trên cánh đồng tưới ngập nước có thể trồng nhiều loại cây, song chủ yếu là loại cây không thân gỗ.

• Hồ sinh học

Hồ sinh học là các thuỷ vực tự nhiên hoặc nhân tạo, không lớn mà ở đấy diễn ra quá trình chuyển hoá các chất bẩn. Quá trình này diễn ra tương tự như quá trình tự làm sạch trong nước sông hồ tự nhiên với vai trò chủ yếu là các vi khuẩn và tảo. Khi vào hồ, do vận tốc chảy nhỏ, các loại cặn lắng được lắng xuống đáy.

Các chất bẩn hữu cơ còn lại trong nước sẽ được vi khuẩn hấp phụ và oxy hoá mà sản phẩm tạo ra là sinh khôi của nó, CO2, các muối nitrat, nitrit,.. Khí CO2 và các hợp chất nitơ, phốt pho được rong tảo sử dụng trong quá trình quang hợp. Trong giai đoạn này sẽ giải phóng oxy cung cấp cho quá trình oxy hoá các chất hữu cơ và vi khuẩn. Sự hoạt động của rong tảo tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Tuy nhiên trong trường hợp nước thải đậm đặc chất hữu cơ, tảo có thể chuyển tự hình thức tự dưỡng sang dị dưỡng, tham gia vào quá trình oxy hoá các chất hữu cơ. Nấm nước, xạ khuẩn có trong nước thải cũng thực hiện vai trò tương tự.

Theo bản chất quá trình xử lý nước thải và điều kiện cung cấp oxy người ta chia hồ sinh học ra hai nhóm chính: hồ sinh học ổn định nước thải và hồ làm thoáng nhân tạo.

Hồ sinh học ổn định nước thải: Có thời gian nước lưu lại lớn (từ 2 – 3 ngày đến hàng tháng) nên điều hoà được lưu lượng và chất lượng nước thải đầu ra. Oxy cung cấp cho hồ chủ yếu là khuếch tán qua bề mặt hoặc do quang hợp của tảo. Quá trình phân huỷ chất bẩn diệt khuẩn mang bản chất tự nhiên.

Theo điều kiện khuấy trộn hồ sinh học làm thoáng nhân tạo: Có thể chia thành hai loại là hồ sinh học làm thoáng hiếu khí và hồ sinh học làm thoáng tuỳ tiện. Trong hồ sinh học làm thoáng hiếu khí nước thải trong hồ được xáo trộn gần như hoàn toàn. Trong hồ không có hiện tượng lắng cặn. Hoạt động hồ gần giồng như bể Aerotank. Còn trong hồ sinh học làm thoáng tuỳ tiện còn có những vùng lắng cặn và phân huỷ chất bẩn trong điều kiện yếm khí. Mức độ xáo trộn nước thải trong hồ được hạn chế.

+ Xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo

• Xử lý sinh học bằng phương phápbám dính

Các màng sinh vật bao gồm các loại vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn tuỳ tiện, động vật nguyên sinh, giun, bọ, … hình thành xung quanh hạt vật liệu lọc hoặc trên bề mặt giá thể (sinh trưởng bám dính) sẽ hấp thụ chất hữu cơ. Các công trình chủ yếu là bể lọc sinh học, đĩa lọc sinh học, bể lọc sinh học có vật liệu lọc nước,

Các công trình xử lý nước thải theo nguyên lý bám dính chia làm hai loại: Loại có vật liệu lọc tiếp xúc không ngập trong nước với chế độ tưới nước theo chu kỳ và loại có vật liệu lọc tiếp xúc ngập trong nước ngập oxy. Điều kiện làm việc bình thường của các loại công trình xử lý nước thải loại này là nước thải có pH từ 6,5- 8,5; đủ oxy, hàm lượng cặn lơ lửng không vượt quá 150mg/l.

• Bể lọc sình học nhỏ giọt

Bể lọc sinh học nhỏ giọt dùng để xử lý sinh học hoàn toàn nước thải, đảm bảo BOD trong nước thải ra khỏi bể lắng đợt hai dưới 15mg/l.

Bể có cấu tạo hình chữ nhật hoặc hình tròn trên mặt bằng. Do tải trọng thủy lực và tải trọng chất bẩn hữu cơ thấp nên kích thước vật liệu lọc không lớn hơn 30mm thường là các loại đá cục, cuội, than cục.   Chiều cao lớp vật liệu lọc trong bể từ 1,5 đến 2m. Bể được cấp khí tự nhiên nhờ các cửa thông gió xung quanh thành với diện tích bằng 20% diện tích sàn thu nước hoặc lấy từ dưới đáy với khoảng cách giữa đáy bể và sàn đỡ vật liệu lọc cao 0,4 đến 0,6m. Để lưu thông hỗn hợp nước thải và bùn cũng như không khí vào trong lớp vật liệu lọc, sàn thu nước có các khe hở. Nước thải được tưới từ trên bờ mặt nhờ hệ thông phân phôi vòi phun, khoan lỗ hoặc máng răng cứa.

• Đĩa lọc sinh học

Đĩa lọc sinh học được dùng để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theo nguyên lý bám dính.  
Đĩa lọc là các tấm nhựa, gỗ,… hình tròn đường kính 2 – 4m dày dưới 10mm ghép với nhau thành khôi cách nhau 30 – 40mm và các khôi này được bố trí thành dãy nôi tiếp quay đều trong bể nước thải. Đĩa lọc sinh học được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải sinh hoạt với công suất không hạn chế. Tuy nhiên người ta thường sử dụng hệ thông đĩa để cho các trạm xử lý nước thải công suất dưới 5000 m3/ngày.
• Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập trong nước:
Bể lọc sinh học có vật liệu lọc ngập trong nước hoạt động theo nguyên lý lọc dính bám. Công trình này thường được gọi là Bioten có cấu tạo gần giông với bể lọc sinh học và Aerotank. Vật liệu lọc thường được đóng thành khôi và ngập trong nước. Khí được cấp với áp lực thấp và dẫn vào bể cùng chiều hoặc ngược chiều với nước thải. Khi nước thải qua lớp vật liệu lọc, BOD bị khử và NH4+ bị chuyển hoá thành NO3- trong lớp màng sinh vật. Nước đi từ dưới lên, chảy vào máng thu và được dẫn ra ngoài.
• Xử lý sinh học bằng phương pháp bùn hoạt tính:

Bùn hoạt tính là tập hợp vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh,… thành các bông bùn xốp, dễ hấp thụ chất hữu cơ và dễ lắng (vi sinh vật sinh trưởng lơ lững). Các công trình chủ yếu là các loại bể Aerotank, kênh oxy hoá hoàn toàn, ẳẳ. Các công trình này được cấp khí cưỡng bức đủ oxy cho vi khuẩn oxy hoá chất hữu cơ và khuấy trộn đều bùn hoạt tính với nước thải.

Khi nước thải vào bể thổi khí (bể Aerotank), các bông bùn hoạt tính được hình thành mà các hạt nhân của nó là các phân tử cặn lơ lửng. Các loại vi khuẩn hiếu khí đến cư trú, phát triển dần, cùng với các động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn,… tạo nên các bông bùn màu nâu sẫm, có khả năng hấp thụ chất hữu cơ hòa tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ. Vi khuẩn và sinh vật sông dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ không hoà tan và thành tế bào mới. Trong Aerotank lượng bùn hoạt tính tăng dần lên, sau đó được tách ra tại bể lắng đợt hai. Một phần bùn được quay lại về đầu bể Aerotank để tham gia quá trình xử lý nước thải theo chu trình mới.

Theo nguyên lý làm việc ta có các công trình xử lý bằng bùn hoạt tính:

• Các công trình xử lý sinh học không hoàn toàn

Thông thường đây là các loại bể Aerotank trộn hoặc không có ngăn khôi phục bùn hoạt tính, thời gian nước lưu lại tronh bể từ 2 đến 4 giờ. Nồng độ chất bẩn tính theo BOD5 của nước thải sau xử lý lớn hơn hoặc bằng 20mg/l. Trong nước thải sau xử lý chưa xuất hiện Nitrat.

• Các công trình xử lý sinh học hoàn toàn

Các loại bể Aerotank, kênh oxy hoá, trong các công trình này thời gian lưu nước lại từ 4 đến 8 giờ và không quá 12 giờ. Trong thời gian này các chất hữu cơ khó bị oxy hoá sẽ được oxy hoá và bùn hoạt tính được phục hồi. Giá trị BOD5của nước thải sau xử lý thường từ 10 đến 20mg/l. Trong nước thải đã xuất hiện Nitrat hàm lượng từ 0,1 đến 1,0 mg/1.

• Các công trình xử lý sinh học nước thải kết hợp ổn định bùn

Đây là các bể Aerotank, hồ sinh học thổi khí hoặc kênh oxy hoá tuần hoàn với thời gian làm thoáng (cấp khí) kéo dài. Trong thời gian này, chất hữu cơ trong nước sẽ bị oxy hoá hầu hết. Nước thải sau xử lý có BOD5 dưới lmg/1. Một phần bùn hoạt tính được phục hồi, một phần khác được ổn định (oxy hoá nội bào). Bùn hoạt tính dư được đưa đi khử nước và vận chuyển đến nơi sử dụng.

• Các công trình xử lý sinh học nước thải có tách các nguyên tố dinh dưỡng N và P

Trong các công trình này ngoài việc oxy hoá các chất hữu cơ cacbon, còn diễn ra quá trình Nitrat hoá (trong điều kiện hiếu khí), khử Nitrat (trong điều kiện thiếu khí – anoxic) và hấp thụ phốt pho trong bùn. Các công trình điển hình là các Aerotank hệ Bardenpho, kênh oxy hoá tuần hoàn, Aerotank hoạt động theo mẻ SBR,… Thời gian nước thải lưu lại trong các công trình này thường 15 đến 20 giờ. Sau quá trình xử lý, BOD trong nước thải thường giảm trên 90%, nitơ tổng số giảm 80%, phốt pho tổng có thể giảm đến 70%.