Trên địa phận Thành phố có 1,440 chung cư, tương ứng với 141,062 căn hộ. Với số lượng chung cư tăng nhanh đã và đang gây ra sức ép lớn cho cơ sở hạ tầng thoát nước thải. Trong đó, nước thải sinh hoạt là một trong những điểm trọng yếu có nguy cơ tiềm ẩn gây ra hiện trạng ô nhiễm nguồn nước nếu không được xử lý đúng cách.
Nước thải sinh hoạt chứa một lượng đáng kể các hợp chất bao gồm các chất dinh dưỡng, chất hữu cơ và có thể gây ra tình trạng phú dưỡng nước nếu không được xử lý thích hợp trước khi xả ra môi trường.
Nước thải sinh hoạt từ các chung cư chứa chất hữu cơ, nito, phosphor nên có thể xử lý được bằng phương pháp sinh học. Bể xử lý sinh học dạng mẻ (SBR) có tính linh hoạt và khả năng tự động hóa cao trong vận hành, đồng thời kết hợp tất cả các quá trình sinh học khác nhau (bao gồm xử lý BOD, nitrat hóa, khử nitrat, quá trình phân giải và hấp thụ phosphor) đều diễn ra trong cùng một bể xử lý mà không cần bể lắng thứ cấp nên sẽ giúp giảm diện tích chiếm dụng, kinh phí cũng như thời gian vận hành. Hơn thế nữa, khả năng loại bỏ Nito và Phosphor cao trong quá trình xử lý đã giúp SBR là một lựa chọn khả thi hơn so với những công nghệ bùn hoạt tính thông thường.
SBR xử lý nước thải thông qua 05 bước: Điền đầy, phản ứng, lắng, gạn và nghỉ. Trong đó tổng thời gian của các bước này sẽ là thời gian cho một chu trình xử lý. Các điều kiện yếm khí trong giai đoạn điền đầy và khuấy trộn sẽ giúp thực hiện quá trình khử nitrate và phân giải phosphor. Trong giai đoạn sục khí, quá trình nitrate hóa và quá trình hấp thụ phosphor vào sinh khối sẽ xảy ra. Các nghiên cứu của Manning và Irvine; Shin và Park; Vlekke, Comeau, và Oldham đã cho thấy khả năng loại bỏ chất dinh dưỡng (Nito và Phosphor) và xem SBR như một giải pháp thay thế rất hiệu quả cho các phương pháp bùn hoạt tính thông thường.
SBR giúp giảm 60% chi phí xây dựng và vận hành so với các bể. Chất lượng xử lý nước ở mức cao đạt được trong khoảng thời gian ngắn. Đồng thời, yêu cầu về diện tích, nhân lực thấp giúp tối ưu hóa kinh phí mà vẫn đạt yêu cầu về quy định xả nước thải.
Nghiên cứu này khảo sát hiệu quả xử lý nước thải chung cư bằng công nghệ SBR. Hiệu quả được đánh giá thông qua việc theo dõi các chỉ tiêu chất lượng nước trước và sau bể phản ứng. Các chỉ tiêu được theo dõi bao gồm: COD, BOD5, NH4+, TN, TSS, độ đục, độ màu. Bên cạnh đó, hệ vi sinh của bể phản ứng được quan sát bằng kính hiển vi và sự ảnh hưởng của nồng độ vi sinh (thông qua chỉ tiêu MLSS) lên hiệu quả xử lý cũng được đánh giá.
1. Vật liệu
Nước thải được lấy từ bể điều hòa của chung cư Moscow Tower tại Thành phố Hồ Chí Minh. Thời gian lấy nước thải vào lúc 17 giờ 30. Mỗi lần lấy 20 lít trong bình nhựa loại 20 lít. Mẫu nước thải được giữ ở nhiệt độ phòng 21 – 280C, và bảo quản ở phòng Thí nghiệm Hóa - Môi trường, Trường Đại học Mở thành phố Hồ Chí Minh, Cơ sở 03 tỉnh Bình Dương.
2. Phương pháp nghiên cứu
2.1. Xây dựng mô hình thí nghiệm
Mô hình thí nghiệm được gia công thủy tinh với dung tích 10L, với chiều dài, rộng, cao lần lượt là 20cm, 18cm, 30cm. Thể tích nước thải có thể chứa trong bể là 10L. Bể được đặt và vận hành tại Phòng thí nghiệm Hóa - Môi trường (Trường Đại học Mở - Cơ sở 03, Bình Dương) trong 30 ngày dưới điều kiện vận hành kỵ khí - hiếu khí - thiếu khí và thời gian cho mỗi chu trình là 08 giờ bao gồm: 150 phút cho kỵ khí, 120 phút cho pha hiếu khí 1, 60 phút cho pha thiếu khí, 45 phút cho pha Hiếu khí 2, 60 phút cho pha lắng, 30 phút cho pha gạn và pha nghỉ kéo dài trong 15 phút.
Nguyên lý vận hành bể như sau: Nguồn điện đi vào 03 máy sục khí (tốc độ thổi khí là 0.5 L/phút) và máy khuấy (tốc độ 200 vòng/phút) sau khi qua bộ biến tần nhằm mục đích kiểm soát lượng oxy hòa tan trong nước thải trong pha hiếu khí đạt từ 2 - 3.0 mg/l và thiếu khí đạt 0.5 - 1 mg/L trong mỗi chu trình xử lý nhằm giải quyết chất dinh dưỡng trong nước thải. Đối với pha kỵ khí: Mẫu nước được nạp vào bể dưới điều kiện chỉ có máy khuấy hoạt động (DO: 0 mg/L). Trong pha hiếu khí: cả máy khuấy và máy thổi khí đều hoạt động, DO được kiểm soát ở mức 2 - 3.0 mg/L. Trong pha thiếu khí, hệ thống khuấy sẽ được điều chỉnh về 100 vòng/phút, DO ở mức 0.5 - 1 mg/L.
2.2. Phương pháp phân tích
Mẫu đầu vào và đầu ra của hệ thống được lấy và phân tích hàng ngày xuyên suốt quá trình thực nghiệm. Các thông số phân tích, đo đạc gồm: Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), Nhu cầu oxy hóa học (COD), Amoni (NH4+- N), Tổng nitơ (TN), Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) được đo theo các phương pháp chuẩn trong TCVN và APHA. Đối với TSS và MLSS được lọc qua giấy lọc 0.45μm. pH được đo bằng đầu dò. Nhiệt độ và DO được đo tại chỗ bằng đầu dò đa tham số (HI9142).
2.3. Quan sát cấu trúc bùn hoạt tính bằng kính hiển vi
Cấu trúc bùn hoạt tính được quan sát bằng quang kính hiển vi (Olympus - BX41), định danh dựa vào hình thái, cách thức bắt mồi, … và đối chiếu với những nghiên cứu trên vi sinh của hệ bùn hoạt tính trước đây. Tỷ lệ xuất hiện của từng loại nguyên sinh động vật được đánh giá một cách trực quan và phương pháp thống kê dựa trên mật độ xuất hiện.
3. Kết luận
Với nồng độ DO duy trì ở ngưỡng 2.2 - 3.5 mg/L, MLSS nằm trong ngưỡng 5,000 - 7,000 mg/L, giá trị pH trong khoảng từ 6.5 - 8 thì hiệu suất xử lý của bể SBR cho các chỉ tiêu BOD, COD, TSS, Amoni, Tổng Nito, Độ đục, Độ màu lần lượt là: 90 - 95%, 93 - 97%, 83 - 95%, 92 - 98%, 92 - 98%, 85 - 95%, 62 - 75%.
Bể xử lý sinh học dạng mẻ (Sequencing Batch Reactor - SBR) thích hợp để áp dụng vào hệ thống xử lý nước thải chung cư và rộng hơn là nước thải sinh hoạt trên địa phận Thành phố Hồ Chí Minh, cũng như cho cả nước mà không cần dùng đến hóa chất. Bể SBR giúp xử lý bền vững và ít tốn chi phí cũng như diện tích so với các công nghệ hiện nay. |