Nội Dung
Quy trình xử lý nước thải bằng ozone
Các Quy trình Xử lý Nước thải (WWTP) được sử dụng để xử lý nước thải đô thị cũng như công nghiệp để đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải trước khi thải ra môi trường tự nhiên. Nước thải từ các nguồn công nghiệp chứa nhiều mức COD, BOD, TSS và các chất gây ô nhiễm mới nổi khác (ví dụ như dược phẩm, aldehyde, glycol, amin, rượu, protein phức tạp, v.v.). Điều này bao gồm nước xử lý từ các ngành công nghiệp như nhà máy dệt, nhà máy sữa, nhà máy bia, công nghiệp dược phẩm, giấy và bột giấy, mỹ phẩm, hóa chất và các cơ sở sản xuất khác.
Các chất gây ô nhiễm chính được tìm thấy trong nước thải là các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, xenobiotics, các ion kim loại, chất rắn lơ lửng, các chất dinh dưỡng như phốt pho, nitơ, vi sinh vật gây bệnh và ký sinh trùng. Thành phần gần đúng của cacbon hữu cơ được tìm thấy trong nước thải điển hình là cacbohydrat (11-18%), protein (8-10%), axit amin tự do (0,5-1,5%) axit béo (23-25%), axit hữu cơ hòa tan ( 7-11%) và các hợp chất hữu cơ khác (25-28%).
Ngoài ra, một số chất gây ô nhiễm nước có thể được giải phóng trong không khí xung quanh tạo ra mùi. Chất gây ô nhiễm trong nước sẽ trở thành chất tạo mùi khi nó kết hợp giữa độ bay hơi cao với mùi hăng. Các vấn đề về mùi rất phổ biến đối với các nhà máy xử lý nước thải do có nhiều chất gây ô nhiễm có mùi. Ví dụ điển hình là các hợp chất lưu huỳnh (H 2 S và mercaptans), amin, amoniac và các hợp chất hữu cơ như skatole và indole.
Để xử lý nước thải, một quy trình xử lý nước thải bằng ozone đã được xây dựng, kết hợp nhiều công nghệ khác nhau để mang tới hiệu quả cao nhất.
1. Lắng sơ cấp
Lắng là một bước đầu tiên bao gồm các chất keo tụ như muối sắt, nhôm, polyelectrolytes và vôi để kết tủa để lắng các chất rắn khỏi nước bằng trọng lực. Nước thải từ quá trình xử lý sơ cấp thường chứa lượng hữu cơ đáng kể và sẽ có nhu cầu oxy sinh học (BOD) tương đối cao. Phạm vi kích thước hạt trung bình được tìm thấy trong nước thải được tìm thấy dưới đây:
Khoảng 50% COD và BOD của nước thải thô có thể được loại bỏ như một phần của chất rắn lắng. Bùn lắng thường được xử lý thêm trong các bước xử lý bùn của nhà máy.
Sự phát thải mùi khá phổ biến ở bước này. Vì quá trình lắng sơ cấp là bước đầu tiên của quá trình xử lý nước thải nên nồng độ các chất gây ô nhiễm có mùi là cao nhất, dẫn đến phát thải mùi ra môi trường xung quanh. Trong các bước tiếp theo của quy trình xử lý, lượng phát thải mùi có xu hướng giảm do các chất gây ô nhiễm được loại bỏ hoặc do chúng đã được thải ra trước đó.
Sự phát thải mùi khá phổ biến ở bước này. Vì quá trình lắng sơ cấp là bước đầu tiên của quá trình xử lý nước thải nên nồng độ các chất gây ô nhiễm có mùi là cao nhất, dẫn đến phát thải mùi ra môi trường xung quanh. Trong các bước tiếp theo của quy trình xử lý, lượng phát thải mùi có xu hướng giảm do các chất gây ô nhiễm được loại bỏ hoặc do chúng đã được thải ra trước đó.
2. Xử lý nước thải bằng ozone
Ozone có tác động phức tạp đến các thông số của nước / nước thải – nó làm giảm màu sắc, cải thiện mùi vị, tiêu diệt vi khuẩn, vi rút, oxy hóa sắt, mangan, xyanua, phenol, benzen, chlorophenol, atrazine, nitrobenzene và các chất ô nhiễm khác. Ứng dụng ozone sẽ làm tăng khả năng phân hủy sinh học của nước thải và tỷ lệ COD: BOD từ nước công nghiệp được thể hiện như một ví dụ dưới đây:
Như đã thấy trong bảng trên, tỷ lệ COD / BOD và khả năng phân hủy sinh học tăng lên 10 lần do quá trình ozon hóa. Đây là một trong những ứng dụng tiềm năng trong việc xử lý nước thải công nghiệp phức hợp trước quá trình sinh học.
3. Điều trị thứ cấp
Đây được gọi là quá trình sinh học hoặc bùn hoạt tính và liên quan đến việc sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ, tổng hàm lượng nitơ và phốt pho. Quá trình này bao gồm xử lý hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí thông qua các công nghệ và thiết kế khác nhau như Lò phản ứng hàng loạt tuần tự (SBR), xử lý thông thường hoặc Lò phản ứng sinh học màng (MBR). Xử lý hiếu khí sử dụng vi khuẩn dị dưỡng hiếu khí để phân hủy BOD và amoniac-N và hữu cơ-N. Điều này tạo ra nitrat sau đó có thể được chuyển đổi thành khí nitơ thông qua xử lý thiếu khí:
Quá trình Phản ứng
Nitrat hóa: NH 4 + + O 2 → NO 2 – + 2H + + H 2 O
NO 2 – + O 2 → NO 3 –
Khử nitơ:
NO 3 – → NO 2 – → NO → N 2 O → N 2
Xử lý thiếu ôxy, trái ngược với xử lý hiếu khí, được đặc trưng bởi môi trường không có ôxy, nơi vi khuẩn phải sử dụng nitrat ôxy hóa để hô hấp. Ozone có thể đóng một phần quan trọng trong việc tránh vi khuẩn dạng sợi không mong muốn trong quá trình sinh học.
Xử lý kỵ khí có thể được kết hợp ngược dòng từ các vùng hiếu khí và thiếu khí để đạt được mức giảm thực sự về phốt pho.
Hầu hết các vật liệu dễ phân hủy sinh học được loại bỏ trong quá trình sinh học và vật liệu không phân hủy sinh học vẫn còn trong nước thải. Sự tăng trưởng thực của sinh khối trong quá trình xử lý sinh học được loại bỏ thông qua quá trình lắng thứ cấp dưới dạng Bùn thải hoạt tính (WAS). Phần bùn lắng còn lại được tuần hoàn.
Quá trình Phản ứng
Nitrat hóa: NH 4 + + O 2 → NO 2 – + 2H + + H 2 O
NO 2 – + O 2 → NO 3 –
Khử nitơ:
NO 3 – → NO 2 – → NO → N 2 O → N 2
Xử lý thiếu ôxy, trái ngược với xử lý hiếu khí, được đặc trưng bởi môi trường không có ôxy, nơi vi khuẩn phải sử dụng nitrat ôxy hóa để hô hấp. Ozone có thể đóng một phần quan trọng trong việc tránh vi khuẩn dạng sợi không mong muốn trong quá trình sinh học.
Xử lý kỵ khí có thể được kết hợp ngược dòng từ các vùng hiếu khí và thiếu khí để đạt được mức giảm thực sự về phốt pho.
Hầu hết các vật liệu dễ phân hủy sinh học được loại bỏ trong quá trình sinh học và vật liệu không phân hủy sinh học vẫn còn trong nước thải. Sự tăng trưởng thực của sinh khối trong quá trình xử lý sinh học được loại bỏ thông qua quá trình lắng thứ cấp dưới dạng Bùn thải hoạt tính (WAS). Phần bùn lắng còn lại được tuần hoàn.
Xử lý bằng ôzôn đối với bùn hoạt tính hồi lưu (RAS)
MLR là một quy trình tuần hoàn bên trong từ bể aerobe đến bể thiếu khí và RAS là từ lắng thứ cấp đến dòng chảy vào từ xử lý sơ cấp. Hàm lượng nước cao, bản chất có thể nén và dạng keo của bùn là những đặc điểm chung của nhà máy xử lý nước thải. Vi khuẩn dạng sợi là một phần bình thường của hệ vi sinh bùn hoạt tính trong khi các vi khuẩn dạng sợi dài quá mức dẫn đến hiện tượng phồng bùn và ngăn cản quá trình keo tụ. Sử dụng ozone trong các dòng chảy RAS thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn tạo bông và ức chế hoạt động của vi khuẩn dạng sợi, giúp tăng cường độ phồng và lắng bùn. Nồng độ liều lượng thấp của ozone có thể được sử dụng như một cách tiếp cận để thúc đẩy sự hình thành bông và ức chế hoạt động của vi khuẩn dạng sợi và bùn phồng lên trong quá trình xử lý.
Xử lý ozone nước thải công nghiệp (BOD / COD)
Quá trình làm đặc bùn thông thường bằng các biện pháp vật lý là lắng hóa học, lắng trọng lực, tuyển nổi, ly tâm, đai trọng lực và thùng quay. Quá trình làm đặc bùn làm tăng phần chất lỏng từ bùn. Các chất lỏng này có giá trị COD và BOD cao tùy thuộc vào nguyên liệu thô được sử dụng trong các ngành công nghiệp chế biến. Thông thường, phạm vi COD cho nước thải xử lý hóa chất là từ 400 – 40 000 mg / L và nước thải sinh hoạt trong khoảng 100 – 450 mg / L. Nói chung COD trên phạm vi 350 mg / L cần phải xử lý thêm.
4. Xử lý bùn
Xử lý ozone đối với bùn phân hủy
Phân hủy kỵ khí là một chuỗi các quá trình sinh học, trong đó vi sinh vật phân hủy vật liệu phân hủy sinh học trong điều kiện không có oxy. Trong quá trình xử lý kỵ khí, khoảng 50% chất hữu cơ trong bùn dễ bị phân hủy sinh học thành khí sinh học, nửa còn lại chất hữu cơ khó ăn hơn và phân hủy chậm. Quá trình ozone hóa bùn dẫn đến sự phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các hợp chất phân tử trọng lượng thấp có thể phân hủy sinh học, làm tăng sản lượng khí sinh học.
Ozon hóa bùn đặc thấm qua
Bùn phân hủy thường chứa 2-3% tổng chất rắn. Bùn này yêu cầu làm đặc bằng phương pháp cơ học thông qua máy ly tâm hoặc máy ép trục vít, để lại khoảng 20% chất rắn khô. Quá trình này để lại chất lỏng thải có độ đậm đặc cao, thích hợp để xử lý bằng phương pháp ozon hóa nếu không thể đưa nó trở lại xử lý sơ cấp. Ví dụ, các cơ sở sản xuất thực phẩm và đồ uống thường tạo ra các dòng chất thải cường độ cao như một sản phẩm phụ từ hoạt động sản xuất.
Ozone xử lý mùi khí sinh học
Các công trình khí sinh học thường sử dụng phân và thịt vụn để sản xuất khí sinh học. Biogas thường dùng để chỉ một hỗn hợp các khí khác nhau, chủ yếu là metan và CO2 , được tạo ra do sự phân hủy các hợp chất hữu cơ. Trong bước này, các hợp chất gốc lưu huỳnh (như H2S và mercaptan) được tạo ra, dẫn đến phát thải mùi cao do ngưỡng mùi thấp của chúng. Ở dạng dung dịch, ozone sẽ oxy hóa các hợp chất này, làm giảm đáng kể mùi hôi mà không có sản phẩm phụ độc hại. Điều này dẫn đến chất lượng không khí xung quanh cũng như môi trường làm việc được cải thiện.
Phân hủy kỵ khí là một chuỗi các quá trình sinh học, trong đó vi sinh vật phân hủy vật liệu phân hủy sinh học trong điều kiện không có oxy. Trong quá trình xử lý kỵ khí, khoảng 50% chất hữu cơ trong bùn dễ bị phân hủy sinh học thành khí sinh học, nửa còn lại chất hữu cơ khó ăn hơn và phân hủy chậm. Quá trình ozone hóa bùn dẫn đến sự phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các hợp chất phân tử trọng lượng thấp có thể phân hủy sinh học, làm tăng sản lượng khí sinh học.
Ozon hóa bùn đặc thấm qua
Bùn phân hủy thường chứa 2-3% tổng chất rắn. Bùn này yêu cầu làm đặc bằng phương pháp cơ học thông qua máy ly tâm hoặc máy ép trục vít, để lại khoảng 20% chất rắn khô. Quá trình này để lại chất lỏng thải có độ đậm đặc cao, thích hợp để xử lý bằng phương pháp ozon hóa nếu không thể đưa nó trở lại xử lý sơ cấp. Ví dụ, các cơ sở sản xuất thực phẩm và đồ uống thường tạo ra các dòng chất thải cường độ cao như một sản phẩm phụ từ hoạt động sản xuất.
Ozone xử lý mùi khí sinh học
Các công trình khí sinh học thường sử dụng phân và thịt vụn để sản xuất khí sinh học. Biogas thường dùng để chỉ một hỗn hợp các khí khác nhau, chủ yếu là metan và CO2 , được tạo ra do sự phân hủy các hợp chất hữu cơ. Trong bước này, các hợp chất gốc lưu huỳnh (như H2S và mercaptan) được tạo ra, dẫn đến phát thải mùi cao do ngưỡng mùi thấp của chúng. Ở dạng dung dịch, ozone sẽ oxy hóa các hợp chất này, làm giảm đáng kể mùi hôi mà không có sản phẩm phụ độc hại. Điều này dẫn đến chất lượng không khí xung quanh cũng như môi trường làm việc được cải thiện.
5. Điều trị bậc ba
Mục đích của xử lý bậc ba hoặc nâng cao là cung cấp bước cuối cùng để nâng cao chất lượng nước thải hoặc như một bước đánh bóng khử trùng.
Có thể không cần xử lý bậc ba đối với tất cả các nhà máy xử lý nước thải và nó thay đổi tùy theo từng nhà máy, tùy thuộc vào loại ô nhiễm nước. Một số HTXLNT tiên tiến phổ biến bao gồm loại bỏ các chất dinh dưỡng, chất hữu cơ không phân hủy sinh học, chất rắn lơ lửng và các vật liệu độc hại. Trong số các công nghệ khác, các phương pháp thường được sử dụng là lọc, MBR, RO, UV và AOP. Những điều này sẽ được đề cập chi tiết hơn trong các phần sau.
Lọc
Môi trường dạng hạt phổ biến nhất được sử dụng trong quá trình lọc là cát và than hoạt tính. Các yếu tố quan trọng để loại bỏ chất ô nhiễm bao gồm lượng môi trường trong cột và thời gian tiếp xúc.
Ưu điểm
– Dễ dàng lắp đặt
– Kích thước và diện tích bề mặt lớn
Nhược điểm
-Thường xuyên phải làm sạch hoặc thay thế bộ lọc
– Giảm tiếp xúc trên bề mặt do vi khuẩn tích tụ theo thời gian
Ozone có thể được sử dụng như một bước xử lý trước hoặc sau quá trình lọc để phá vỡ các hạt và cải thiện chất lượng nước.
Thẩm thấu ngược (RO) ozone thẩm thấu
RO thường được sử dụng trong lọc nước thương mại và dân dụng. Nước được di chuyển qua màng so với gradien nồng độ, từ nồng độ thấp hơn đến cao hơn.
Ưu điểm
– Loại bỏ cả ion tốt và xấu
– Giữ được mùi của nước
Nhược điểm
– Hiệu quả giảm sau một thời gian sử dụng
– Thường xuyên bị tắc
Khử trùng bằng ozone
Khử trùng nước bằng ozone có lợi hơn so với các phương pháp truyền thống hơn, chẳng hạn như khử trùng bằng clo hoặc UV. Ozone phá vỡ hiệu quả các lớp lipid trong màng tế bào. Thứ nhất, ozone có hiệu quả khử hoạt tính của vi rút và vi khuẩn hơn bất kỳ phương pháp xử lý khử trùng nào khác, đồng thời đòi hỏi rất ít thời gian tiếp xúc.
Có thể không cần xử lý bậc ba đối với tất cả các nhà máy xử lý nước thải và nó thay đổi tùy theo từng nhà máy, tùy thuộc vào loại ô nhiễm nước. Một số HTXLNT tiên tiến phổ biến bao gồm loại bỏ các chất dinh dưỡng, chất hữu cơ không phân hủy sinh học, chất rắn lơ lửng và các vật liệu độc hại. Trong số các công nghệ khác, các phương pháp thường được sử dụng là lọc, MBR, RO, UV và AOP. Những điều này sẽ được đề cập chi tiết hơn trong các phần sau.
Lọc
Môi trường dạng hạt phổ biến nhất được sử dụng trong quá trình lọc là cát và than hoạt tính. Các yếu tố quan trọng để loại bỏ chất ô nhiễm bao gồm lượng môi trường trong cột và thời gian tiếp xúc.
Ưu điểm
– Dễ dàng lắp đặt
– Kích thước và diện tích bề mặt lớn
Nhược điểm
-Thường xuyên phải làm sạch hoặc thay thế bộ lọc
– Giảm tiếp xúc trên bề mặt do vi khuẩn tích tụ theo thời gian
Ozone có thể được sử dụng như một bước xử lý trước hoặc sau quá trình lọc để phá vỡ các hạt và cải thiện chất lượng nước.
Thẩm thấu ngược (RO) ozone thẩm thấu
RO thường được sử dụng trong lọc nước thương mại và dân dụng. Nước được di chuyển qua màng so với gradien nồng độ, từ nồng độ thấp hơn đến cao hơn.
Ưu điểm
– Loại bỏ cả ion tốt và xấu
– Giữ được mùi của nước
Nhược điểm
– Hiệu quả giảm sau một thời gian sử dụng
– Thường xuyên bị tắc
Khử trùng bằng ozone
Khử trùng nước bằng ozone có lợi hơn so với các phương pháp truyền thống hơn, chẳng hạn như khử trùng bằng clo hoặc UV. Ozone phá vỡ hiệu quả các lớp lipid trong màng tế bào. Thứ nhất, ozone có hiệu quả khử hoạt tính của vi rút và vi khuẩn hơn bất kỳ phương pháp xử lý khử trùng nào khác, đồng thời đòi hỏi rất ít thời gian tiếp xúc.
