Quy Trình Kỹ Thuật: Phương Án Thanh Lọc Phế Thải Lỏng
TS.Mai Thanh Truyết
Nước thải sinh hoạt gia cư là một vấn đề quan trọng cho những thành phố lớn và đông dân cư, nhất là đối với các quốc gia đã phát triển. Riêng đối với các quốc gia còn trong tình trạng đang phát triển, vì hệ thống cống rãnh thoát nước còn trong tình trạng thô sơ, không hợp lý cũng như không theo kịp đà phát triển dân số nhanh như trường hợp ở các thành phố ở Việt Nam như Hà Nội, Sài Gòn, Hải Phòng, Nha Trang, Đà Nẳng, Cần Thơ v.v…, việc giải quyết và xử lý nước thải nầy hầu như không thể thực hiện được. Nước thải sau khi qua mạng lưới cống rãnh được chảy thẳng vào sông rạch và sau cùng đổ ra biển cả mà không qua giai đoạn xử lý.
Thêm nữa, hầu hết các cơ sở sản xuất công kỹ nghệ cũng không có hệ thống xử lý nước thải, do đó tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngày càng trầm trọng hơn nữa. Nếu tình trạng trên không chấm dứt, nguồn nước mặt và dọc theo bờ biển Việt Nam sẽ không còn được sử dụng được nữa trong một tương lai không xa.
Hiện nay tại nhiều nơi, ở những vùng phát triển công nghệ tập trung cao như Hà Nội, Sài Gòn, Vũng Tàu, có nhiều chỉ dấu đã cho thấy các vùng nước nơi đây đã hoàn toàn bị nhiễm độc.
Nếu chỉ tính riêng cho nước thải gia cư ở Việt Nam, nếu tính trung bình mỗi đầu người tiêu dùng 100 lít nước cho sinh hoạt hàng ngày, và với dân số 9 triệu nhân khẩu, Tp Sài Gòn thải vào sông rạch một lượng nước thải là 900.000 m3/ngày, một số lượng không nhỏ đổ vào khúc sông Sài Gòn. Cũng cần nên biết thêm là chu kỳ thuỷ triều nơi đây xảy ra theo cung cách bán nhật triều, nghĩa là trong vòng 24 giờ có hai chu kỳ nước ròng và nước rong (lớn); do đó, nước thải không đủ thời gian để chảy ra biển và chỉ "ngưng đọng" trong một phạm vi trong lòng sông mà thôi.
Theo thời gian, nước sông nguyên thủy không đủ khả năng "làm loãng" nước thải nữa vì mức độ ô nhiễm tăng quá khả năng điều tiết tự nhiên của sông (khả năng tới hạn – threshold limit). Tình trạng nhiễm độc nguồn nước sẽ xảy ra từ thời điểm nầy. Và điều nầy đang xảy ra cho sông Sài Gòn và các phụ lưu chung quanh Hà Nội và một số thành phố lớn khác ở Việt Nam.
Trường hợp điển hình: Thanh lọc nước thải sinh hoạt gia cư ở San Diego, CA
Hàng ngày, thành phố San Diego và vùng phụ cận thải hồi 230 triệu gallon nước sinh hoạt cho mọi nhu cầu trong gia đình và nước thải đã qua xử lý của các cơ sở sản xuất kỹ nghệ. Thành phố có bổn phận phải xử lý tất cả nguồn nước thải nầy. Do đó, hệ thống xử lý phải là một hệ thống có quy mô lớn và nằm trong một chính sách thường trực và ưu tiên của thành phố.
Qua cống rãnh, nước thải được chuyển vào nhiều nhà máy (Point Loma Plant, North City và South Bay Plant như trường hợp San Diego). Trên nguyên tắc, nước thải được xử lý cơ học nghĩa là qua giai đoạn gạn lọc bằng sạn, cát v.v… Sau đó đến giai đoạn xử lý hoá học cấp một. Và sau cùng nước xử lý được chuyển thẳng ra đai dương qua những đường ống nằm sâu dưới đáy biển (320 bộ sâu) và miệng ống cách bờ trên 7 km. Một lượng nước thải khác được xử lý cấp hai và sẽ được dùng lại cho hệ thống tưới tiêu cho các công viên và cây xanh dọc theo xa lộ.
Một số lượng nước đã đã qua giai đoạn xử lý cấp hai, sẽ được xử lý hoá học tiếp. Lượng nước nầy có tên là nước "tái dụng" (reclaimed water) sẽ là nguồn nước tưới tiêu cho các công viên và cây xanh dọc theo xa lộ. Một lượng nước đã được xử lý sau cùng được chuyển vào các hồ chứa, từ đó qua phương pháp thẩm thấu tự nhiên (percolation) nước sẽ thấm vào mạch nước ngầm dưới lòng đất sâu, góp phần vào việc cung cấp nước sinh hoạt trở lại cho thành phố.
Theo dõi phẩm chất nước đại dương
Vì nguồn nước thải dù đã qua xử lý nhưng cũng cần theo dõi sự biến đổi phẩm chất của nguồn nước đại dương, nơi tiếp nhận nước thải để ngõ hầu bảo đảm môi trường nước nơi đây, bảo đãm hệ sinh thái của thuỷ động vật và thực vật sống dưới nước, cũng như người dân sống gần bờ hay các bãi tắm chung quanh. Hàng ngàn mẫu nước đã được lấy từ những điểm khác nhau và phân tích theo định kỳ rõ ràng để có thể khám phá kịp lúc khi nào sự ô nhiễm bắt đầu manh nha. Đồng thời các mẫu đất tích tụ (sediment) dưới đáy biển, động vật và thực vật trong môi trường cũng đã được theo dõi cùng một lúc với mẫu nước biển. Các mẫu cũng được lấy tận ngoài khơi, xa hơn 17 Km và sâu trên 600 bô.
Quy trình thanh lọc nước thải trước khi thải hồi vào đại dương
Khi đã khám phá ra một vùng biển nào bị thay đổi về phẩm chất dù nhỏ đến đâu đi nữa, vùng biển đó bị khoanh vùng ngay tức khắc và dân chúng không được lai vảng cho đến khi phẩm chất nước trở lại bình thường.
Thanh lọc bùn trong nước thải sinh hoạt
Trong công đoạn xử lý nước thải sinh hoạt, lượng bùn (sludge) lắng đọng chứa hợp chất hữu cơ sẽ được chuyển đổi thành khí sinh học (bio gas) dựa theo phương pháp nén yếm khí. Đây là một phó phẩm quan trọng để chuyển đổi thành điện năng. Lượng năng lượng nầy được dùng để làm nóng hệ thống nén kỵ khí và sưới ấm nhà máy, cùng cung cấp điện năng (điện năng sinh ra trong trường hợp của nhà máy xử lý ở San Diego là 1,35MW) cho toàn thể nhà máy xử lý nước thải. Vì vậy, đây là một hệ thống dây chuyền có chu kỳ kín hoàn hảo và thoả mãn yêu cầu làm giảm thiểu hiệu ứng nhà kính và sự hâm nóng toàn cầu.
Sau hết, bùn sau khi được hoàn tất giai đoạn tách sinh khí, còn được sử dụng như là một loại phân bón hữu cơ rất tốt cho cây trồng trong các công viên và dọc theo xa lộ.
Kết luận
Qua quá trình xử lý nước thải sinh hoạt thành phố như thành phố San Diego, đây là một chu trình kín để biến đổi nước thải và các phó sản trở thành những nhân tố khác cung ứng cho nhu cầu điện năng, phân bón, và tái chế lại nước sạch nguyên thuỷ cho nhu cầu của con người. Có thể nói, kinh nghiêm San Diego cũng là bước đầu cho nhiều thành phố lớn khác ở Hoa Kỳ tiếp nối chu trình kín trên.
Trước vấn nạn khan hiếm nước sạch trên thế giới trong một tương lai không xa, trước vấn nạn ô nhiễm nguồn nước do phát triển không có kế hoạch bảo vệ môi trường như ở Việt Nam và Trung Cộng, nguồn nước tái chế là một giải pháp tối ưu cho các quốc gia đang phát triển. Thiết nghĩ, Việt Nam cần xem đây là một bài học cho việc giải quyết và tái tạo lại nguồn nước sạch đã bị ô nhiễm sau hơn 20 năm phát triển quốc gia.
Quy trình kỹ thuật thanh lọc
Quy trình thanh lọc nước rỉ trong rác sinh hoạt của Cty BKK, West Covina, CA
Quy trình kỹ thuật dưới đây có mục đích xử lý nước thải sinh hoạt trong nhà và phế thải kỹ nghệ lỏng thải hồi từ các công nghệ chế biến và xản xuất ở Việt Nam.
Công nghệ chế biến và sản xuất ở Việt Nam tương đối chưa phức tạp nhiều và có thể chia ra làm nhiều loại sản xuất chính như sau:
- Công nghê. bào chế và biến chế dược phẩm;
- Công nghệ biến chế cao su: a) biến mũ cao su thành cao su lá; b) lưu hóa cao su; c) công nghệ chế biến các sản phẩm cao su;
- Công nghệ thực phẩm: a) trái cây hộp; b) cá hộp, thịt hộp; c) các lò sác sinh; d) nhà máy sản xuất xì dầu, bột ngọt v.v.
- Công nghệ hóa chất: a) nhà máy sản xuất acid chlorhydric, sulfuric; b) nhà máy sản xuất sodium hydroxide, potassium hydroxide..
- Công nghệ phân bón gồm có: phân chứa nitrogen (phâm đạm), phosphate (phân lân) và potassium (phân kiềm).
Nói chung, đa số trong các công trình sản xuất kể trên chất phế thải được thải hồi song song với các thành phẩm gồm có:
- Các hợp chất hữu cơ nhẹ cùng các dẫn xuất có chứa chlor, lưu huỳnh, phosphorus;
- Các kim loại nặng như chì, thủy ngân, selenium, sắt đồng, cobalt, nickel;
- Các vi khuẩn mang mầm bịnh như E. Coli.;
- Các hợp chất chứa dầu mỡ;
- Và một số hóa chất độc hại như các thuốc diệt cỏ dại, thuốc diệt trừ côn trùng dù có hàm lượng rất thấp.
Các chất trên có độ pH thay đổi từ thấp (acid) lên cao (base), có độ oxy hòa tan (Dissolved oxygen – DO), độ oxy hóa (Chemical oxygen demand – COD) cũng như cường độ sinh hóa (Biochemical oxygen demand – BOD) cao.
Đây là một quy trình xử lý liên tục dựa theo các kỹ thuật hóa học và sinh hóa nhắm mục đích giải quyết các hóa chất độc hại có trong nước thế thải kỹ nghệ và nước đã được xử lý có thể được tái dụng trong công việc tướI tiêu hay đi vào nguồn nước chính như cống rãnh, sông ngòị và không gây tác hại lên nguồn nước và ảnh hưởng đến môi trường sống chung quanh. Công nghệ thanh lọc sử dụng phương pháp sinh vật lý (bio-physical method) lấy than hoạt tính (activated carbon) làm căn bản.
Nước phế thải cần thanh lọc được luân chuyển trong một hồ phản ứng kín, chứa than hoạt tính và được thông hơi bằng cách bơm không khí liên tục.
Nguyên tắc xử lý: Các phản ứng vi sinh học trong điều kiện hiếu khí (aerobic) làm cho các hợp chất hữu cơ bị phân hủy thành những chất không độc hại. Dung dịch phế thải sau đó được đưa qua một hồ chứa khác để được lắng đọng và khử các vi khuẫn trước khi đi vào hồ chứa sau cùng kết thúc quy trình xử lý. Đây là một phản ứng dây chuyền liên tục do đó có thể áp dụng cho mọi sản xuất hàng ngày.
Quy trình kỹ thuật gồm:
1 – HỒ CHỨA (Equalization tank)
Để có thể kiễm sóat và theo dõi các thông số kỹ thuật cần thiết như độ pH, độ oxy hòa tan, độ oxy hóa của nước phế thải trước khi đưa vào hồ phản ứng, hồ chứa kín cần có những đặc tính sau đây:
Tỷ lệ giữa đường kính/độ cao của hồ bằng khoảng 0.3 để có độ quậy đều giữa chất lỏng và rắn trong nước trước khi được bơm vào hồ phản ứng.
- Một khóa an tòan ở trên nóc hồ để phòng ngừa áp suất gia tăng khi có phản ứng hóa học trong nước phế thải và tạo ra các chất khí.
- Một động cơ được thiết kế trên nóc hồ và vi trí của cánh quạt ở cách đáy hồ là 1/3 của chiều cao, có công dụng để quậy đều các chất lỏng và rắn trong nước để tránh tình trạng lắng đọng dưới đáy hồ.
- Hồ chứa cũng cần phải có lổ hổng hình tròn đường kính độ 60 cm (được đóng kính trong khi hoạt động); nơi nầy dùng để tháo rữa hồ định kỳ hay tách rời các chất rắn kết tụ nhiều quá nơi đáy hồ.
- Một bơm để bơm nước phế thải và chất rắn từ đáy hồ chứa lên đỉnh hồ phản ứng.
- Hồ chứa trên được đề nghị làm bằng plastic thường (PE) hay fiberglass; trong điều kiên khắc nghiệt cũng có thể làm bằng xi măng đúc và trán thêm một lớp sơn epoxy để dễ rửa và tránh việc kết tụ các vi sinh vật trong hồ có thể gây phản ứng bất lợi cho dây chuyền phản ứng.
2 – HỒ PHẢN ỨNG (Aeration tank)
Đây là một hồ kín có những đặc tính sau:
- Một máy thổi (air blower) có mục đích tạo một luồng không khí liên tục từ đáy hồ lên trên mặt hồ. Bọt khí cần phải liên tục để tạo điều kiện tối ưu cho các phản ứng vi sinh trong điều kiện hiếu khí.
- Một nấp thông hơi trên đỉnh có đường kính độ 40 cm không cần đậy kính để tránh trường hợp làm tăng áp suất trong hồ cũng như được sử dụng như lỗ thoát của bọt phản ứng (foam) trong một vài trường hợp đặc biệt. (Điều nầy khó thể xảy ra nếu việc kiểm sóat và điều chỉnh các thông số kỹ thuật kịp thời).
- Một valve ở trên nóc dùng để đưa thức ăn cho vi sinh vật như acid phosphoric, nguồn tạo phosphate, hydroxide ammonium, nguồn tạo nitrogen và than hoạt tính. Trong điều kiện Việt Nam và vớI quy mô nhỏ, có thể dùng tay thay máy bơm để tiết giảm chi phí.
- Thời lượng phản ứng (detention time) được ước tính khoảng 48 giờ.
Tiếp theo đó, nước đã được xử lý trộn lẫn cùng với than hoạt tính và các chất rắn khác sẽ được đưa vào hồ lắng.
3 – HỒ LẮNG (Clarifier tank)
Đây là một hồ mở trên mặt có những đặc tính sau:
- Hồ có hai ngăn thông nhau từ phía đáy với ngăn trong cách đáy hồ độ 15 cm. Ngăn trong có hình trụ phía trên và phía dưới hình phễụ. Nước đã xử lý được đưa vào phần giữa của ngăn trong và các chất rắn sẽ lắng đọng từ từ xuống phần hình phễu. Trong khi đó, nước xử lý không còn chứa chất rắn, khi đầy tràn ở ngăn trong sẽ chảy vào ngăn ngoài và từ đó chảy thẳng vào hồ chứa (phía trên của ngăn trong thấp hơn mặt trên cùng của ngăn ngoài khoảng độ 10 cm.). Nơi đây, ống dẫn nước sẽ được nối với một ống phụ chứa khí chlor dã được pha loãng trong nước có công dụng tiêu diệt các mầm vi khuẫn gây bịnh như các loại Coliform và E. Coli.
- Gần sát đáy của ngăn hình phễu đặt một bơm dùng để bơm một phần bùn (tức than hoạt tính còn có tính hấp thu (adsorption)) về hồ phản ứng để tiếp tục dây chuyền phản ứng và giảm thiểu lượng than hoạt tính thêm vào hàng ngày cũng như bơm bùn lắng đọng dưới đáy Hồ lắng vào một hồ chứa khác có tên là Hồ chứa bùn (Sludge storage tank). (Vì chi phí để ép bùn phế thải thành filter cake cao, nên đề nghị làm khô bùn phế thải bằng phương pháp bốc hơi tự nhiên (evaporation).
Điều cần nói thêm ở đây là ống dẫn nước đã được xử lý từ hồ phản ứng vào hồ lắng phải được thông với một ống phụ dùng để bơm chất kết dính (polymer) được pha loãng; chất nầy có mục đích làm giảm thời gian lắng đọng của chất rắn.
Sau cùng, nước đã được xử lý được chuyển thẳng từ Hồ Lắng qua Hồ chứa (Effluent tank). Trên đường ống dẫn nước, có thiết lập một hệ thống khử trùng để khử các loại vi khuẩn Coliform.
Nước đã được xử lý sẽ được tái sử dụng trong việc tưới tiêu…
Kết luận
Theo thống kê mới nhứt của Bộ Tài nguyên và Môi trường, Việt Nam hiện có 220 khu công nghiệp, hay khu chế xuất chiếm 57.000 hecta (570 km2) trên toàn quốc. Các khu nầy hàng ngày thải vào môi trường trên 1 triệu m3 nước thải, trong đó ước tính chưa đầy ¼ lượng nước thải trên được thanh lọc. Công thêm hàng triệu cơ sở sản xuất nhỏ khắp nơi thải hồi một lượng không kém các khu công nghiệp, hoàn toàn không nằm trong sự kiểm soát của nhà cầm quyền.
Hai sự kiện trên đủ giải thích và chứng minh tại sao tình trạng môi trường nước mặt và nước ngầm ở Việt Nam ngày càng đi vào bế tắc.
TS.Mai Thanh Truyết
Posts
