Công nghệ mới làm sạch nước thải công nghiệp

Những phương pháp làm sạch được sử dụng (cơ khí, hoá học, hoá lý, sinh học và nhiệt) thông thường được xác định bởi thành phần các loại nước thải về số lượng và chất lượng, thành phần này không chỉ phụ thuộc vào ngành công nghiệp mà còn phụ thuộc vào quá trình công nghệ được áp dụng. Vì vậy ngày nay người ta đề ra những phương pháp khác nhau về làm sạch sơ bộ nước bị nhiễm bẩn nặng (thí dụ trước giai đoạn làm sạch bằng sinh hoá), những phương pháp này đã làm giảm mạnh các chi phí năng lượng nói chung và đồng thời nâng cao độ tin cậy của việc làm sạch với những dao động lớn về thành phần các loại nước thải. Việc tạo ra phương pháp vạn năng làm sạch sơ bộ những loại nước bị ô nhiễm nặng là vấn đề rất cấp bách.

Mặt khác, phương hướng chủ yếu để giảm lượng nước thải bị nhiễm bẩn là việc áp dụng những hệ thống chu chuyển và khép kín trong sử dụng nước của các ngành công nghiệp.Tính chất phức tạp của việc làm sạch các loại nước thải nhiễm mặn nhiều thành phần, chứa các axit, kiềm, các chất bẩn hữu cơ, các hạt lơ lửng… gây cản trở cho việc thực hiện triệt để chu chuyển nước. Để hệ thống cung cấp nước khép kín hoạt động hiệu quả cũng đòi hỏi làm sạch sơ bộ các loại nước thải.

Một trong những phương pháp có triển vọng để làm sạch các loại nước thải công nghiệp ngày nay là việc nghiên cứu triển khai các phương pháp khử độc tố và tận dụng các chất độc hại với việc áp dụng trường xung điện từ. Thí dụ phương pháp mọi người đều biết về làm sạch các loại nước thải của các lò sát sinh và các nhà máy liên hiệp thịt, trong đó bao gồm cả việc xử lý nước thải bằng sự đông tụ với việc tuyển nổi tiếp theo và tiến hành làm sạch bằng các công nghệ sinh học(1). Trước tất cả các giai đoạn kể trên và sau khi làm sạch bằng sinh học, để tăng cường các quá trình lý hoá trong buồng sinh học, nước thải được xử lý bằng trường xung điện từ. Tuy nhiên trong phương pháp đó chưa dự kiến việc loại bỏ các hợp chất vô cơ hoà tan.

Mới đây các chuyên gia Mỹ của công ty Diversiffed Technologies Inc, đã đề xuất hệ thống rất hiệu quả “Wastewater Treatment PEF System” xử lý các loại nước thải bằng trường xung điện từ để tiệt trùng trong nước (2). Dòng nước thải trong thời gian 1 – 20 micro giây chịu tác dụng của điện trường xung với tần số 2kHz và cường độ điện trường 30 – 50 kV/cm, điện trường này phá huỷ những màng của các tế bào sinh học và tăng nhanh đáng kể sự làm sạch sơ bộ và tiệt trùng trong nước.

Một phương pháp nổi tiếng nữa về làm sạch nước và nước thải công nghiệp khỏi các tạp chất hoà tan bằng cách xử lý điện hoá với sự tác động đồng thời của trường điện từ(3). Trong trường hợp đó cường độ điện trường xoay chiều là (1-15)10 ⁴V/m. Việc áp dụng phương pháp nói trên liên quan đến việc sử dụng số lượng lớn các loại chất phản ứng bổ sung, làm tăng đáng kể giá thành làm sạch, thêm vào đó là không dự kiến đến việc khử các chất nhiễm bẩn hữu cơ.

Trong bài báo này đề xuất một phương pháp tổng hợp mới về làm sạch các loại nước thải khỏi các chất hữu cơ và vô cơ, kể cả các loại hạt lơ lửng. Phương pháp này có thể áp dụng trong tất cả các ngành công nghiệp, các cơ sở kinh tế nông nghiệp và các cơ sở phục vụ công cộng. Cơ sở của công nghệ đề xuất trên là sự tương tác của các nước thải - tức là các hệ thống tán sắc của những hạt nhiễm điện tích với trường điện từ bên ngoài. Ngoài ra nhờ năng lượng của những va chạm cơ học tạo ra thêm sự kích hoạt của các hệ thống tán sắc.

Để tiến hành sự kích hoạt sơ bộ các loại nước thải, các chuyên gia Nga đã chế tạo thiết bị điện từ EMA – 50 (ảnh), trong đó phối hợp hiệu ứng đối với nước đang được làm sạch bằng trường điện từ xoay chiều, từ trường một chiều và sự tương tác cơ học của các nam châm vĩnh cửu với các chất lơ lửng.

Trước tiên, nước thải được đưa vào buồng công tác của thiết bị, trong đó đặt các vật công tác (tác nhân) có từ tính, những hạt nhỏ đường kính khác nhau bằng chất hecxa ferit bari . Tại đây dưới tác động của trường điện tử xoay chiều và từ trường một chiều xảy ra sự kích hoạt nước bằng từ tính và sự kích hoạt cơ học nhờ sự chuyển động của các hạt nhỏ dưới tác động của trường điện từ xoay chiều. Tiếp đó những nước thải bị kích hoạt được đưa vào bộ lọc điện từ 2 ngăn, trong đó chúng được làm sạch thêm một lần nữa.

Trong ngăn đầu tiên theo hành trình chuyển động của nước trên lưới nằm trong vùng máy phát có khả năng phát ra trường điện từ với cường độ 30 – 65kA/m và tần số 50 – 100HZ, đặt các nam châm vĩnh cửu bằng bari ferit 6 cạnh với đường kính hiệu lực từ 1 – 5mm, thêm vào đó chiều dày của lớp từ 10 đến 25cm với độ cảm ứng tới 0,1 TI (Tesla). Nước thải khi đi qua ngăn thứ nhất chịu sự xử lý kích hoạt trong trường điện từ xoay chiều. Chu kỳ kích hoạt kéo dài từ 15 giây đến 5 phút với cường độ xung điện từ 40 – 50kA/m và tần số trường điện từ 50HZ.

Tiếp đó những nước thải đã bị kích hoạt được cung cấp vào ngăn thứ hai, tại đó trên tấm nền lọc bằng màng mỏng polime xốp bố trí một lớp bột từ được nhiễm từ đến mức bão hoà hecxaferit bari với chiều dày từ 5 đến 30cm và độ cảm ứng từ 0,07 tới 0,02TI. Trong quá trình làm sạch, máy phát trường điện từ xoay chiều định kỳ được tách ra khỏi điện áp.

Trong bộ lọc điện từ xảy ra quá trình sạch nước một cách triệt để khỏi các chất ô nhiễm, những chất này ở dạng cặn tán sắc mịn lắng xuống vật từ ở ngăn thứ nhất và ở dạng bột từ ở ngăn thứ hai. Trong mức độ tích tụ trên bột từ cặn tán sắc mịn và các chất hữu cơ (thí dụ các sản phẩm dầu mỏ) điện áp được cung cấp cho máy phát trường điện từ xoay chiều, dưới tác động của trường này các vật từ công tác và bột từ chuyển động hỗn loạn tạo ra lớp sôi có từ tính và trút cặn tích tụ từ bề mặt lớp sôi cùng với các chất nhiễm bẩn hữu cơ xuống bun-ke tích trữ.

Chất kết tủa qua bộ lọc được thu gom vào một bunke riêng, còn các vật từ và bột từ được rửa bằng nước sạch và được làm sạch tiếp trong trường điện từ của bộ lọc. Sau khi rửa thể tích bên trong của thiết bị, điện áp được cắt ra, các vật liệu từ trở lại trạng thái tĩnh và lại sẵn sàng thực hiện chức năng của bộ lọc. Nước rửa được chuyển vào thiết bị điện từ để làm sạch và lại được sử dụng để hoàn nguyên bộ lọc điện từ.

Thời gian lưu lại các nước thải ở bộ lọc điện từ phụ thuộc vào tốc độ cung cấp chúng, tính chất nhiễm bẩn, nồng độ các chất gây nhiễm bẩn, thí dụ đối với những loại nước thải của các xí nghiệp chế biến dầu mỏ là từ 1 đến 3 phút. Tiêu hao điện năng để làm sạch 1m ³nước thải là từ 1 đến 7 kWh tuỳ theo năng suất của thiết bị, năng suất này tương ứng là 15 – 50m ³/h.

Công nghệ đã được nghiên cứu triển khai thử nghiệm trên nhiều công trình nước thải: nước thải rửa các ô tô vận tải, các xí nghiệp chế biến dầu mỏ (xem bảng), các xí nghiệp mạ điện, các loại nước thải từ các khu dân cư… Trong tất cả các trường hợp, hàm lượng các chất nhiễm bẩn hữu cơ và vô cơ, kể cả các chất lơ lửng đều giảm đến nồng độ dưới mức nồng độ giới hạn cho phép được chấp nhận đối với các hồ chứa của các cơ sở ngư nghiệp. Vì vậy những ưu việt chủ yếu của công nghệ mới làm sạch các nước thải công nghiệp là tính phổ dụng và tính tinh tế.

Tuy nhiên việc ứng dụng thiết bị điện tử EMA không chỉ hạn chế trong lĩnh vực làm sạch nước bị nhiễm bẩn. Bởi vì trong trường điện từ xảy ra sự kích hoạt các chất ở mức điện tử ở những nhiệt độ và áp suất thông thường, sự kích hoạt đó dẫn đến những thay đổi lý – hoá của các vật liệu tương tự những thay đổi xảy ra với sự có mặt của chất xúc tác. Sự kích hoạt đảm bảo tăng nhanh nhiều lần tốc độ các phản ứng lý hoá và các quá trình công nghệ so với những phương pháp sản xuất truyền thống đối với một số sản phẩm và cũng cho phép thực hiện các quá trình mà những công nghệ đã biết trước đây không thể thực hiện được. Ngày nay những công trình nghiên cứu được tiến hành theo một số phương hướng, thí dụ như làm sạch các sản phẩm dầu mỏ (nhiên liệu bếp lò, madút được làm sạch khỏi dầu mỡ, tái sinh các phế liệu guđrông để thu hồi nhiên liệu và nhựa đường; đồng tính hoá các nhũ tương bền vững (xăng với nước, dầu hôi với nước, nhiên liệu diesel với nước), biến thể hoá madút bằng trường điện từ, kết quả là madút thu nhận được độ lưu, tách ra khỏi dầu thô những thành phần sôi cao ở nhiệt độ bình thường và áp suất khí quyển.

__________

1. Bằng sáng chế RU 2075452

2. www.new.thomasnet.com

3. Bằng sáng chế RU 2120412