Công nghệ hiện đại trong xử lý nước thải
Tháp Air Stripping là công nghệ xử lý nước thải, được sử dụng để loại bỏ những hợp chất hữu cơ hòa tan dễ bay hơi VOC (Volatile Organic Compounds – là tên gọi chung của các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi) có trong nước thải đặc biệt là Amoni (NH4+). Trong thành phần của nước thải thường có chứa các chất VOC, có đặc điểm chung là điểm sôi thấp và dễ dàng giải phóng thành dạng hơi hoặc khí.
Trong hóa vô cơ và hữu cơ, tháp Air Stripping được sử dụng để loại bỏ các chất hữu cơ dễ bay hơi, các hợp chất lưu huỳnh, phốtpho (H2S, Phốtphin) và Amoniac (NH3). Trong lĩnh vực dược phẩm, tháp Air Stripping được sử dụng để loại bỏ các dung môi clo ra khỏi nước thải. Trong sản xuất vải Viscone, tháp Air Stripping được sử dụng để loại bỏ CS2 (Cácbon đisunfua) ra khỏi nước thải.
Hệ thống tháp Air Stripping còn được sử dụng để làm sạch nước ngầm trong quá trình xử lý đất, theo sau đó có thể là một bộ lọc carbon hoạt tính hoặc bộ lọc sinh học dựa trên thành phần của nước. Các hợp chất chủ yếu bị loại bỏ trong nước ngầm bao gồm các hợp chất thơm (BTEX) và các hợp chất hiđrôcacbon clo dễ bay hơi.
 |
| Tháp Air Stripping trong xử lý nước thải |
Cấu tạo chính của tháp bao gồm thân tháp, bên trong có chứa vật liệu đệm, phía trên có tấm tách pha khí và nước có nhiệm vụ giữ lại phần nước, chỉ cho khí thoát ra. Tháp hoạt động dựa trên sự tiếp xúc ngược chiều giữa nước và khí trong tháp. Qua đó, thành phần ô nhiễm (hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, Amoni,…) sẽ được tách khỏi nước thải và bay hơi, có thể được thu hồi để xử lý riêng. Tháp Air Stripping thường cao từ 5 đến 12 mét, được lắp đặt cố định và chỉ cần một diện tích bề mặt nhỏ.
 |
| Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Tháp Air Stripping |
Có 2 loại tháp Air Stripping là tháp sử dụng vật liệu đệm và tháp sử dụng vỉ đục lỗ nhiều lớp dạng tầng sôi, với nguyên lý hoạt động giống nhau, sự khác biệt chính là tháp sử dụng vật liệu đệm chứa rất nhiều giá thể, giúp tăng diện tích tiếp xúc giữa nước và không khí, tối đa hóa hiệu quả loại bỏ VOC, Amoni của hệ thống. Chính vì vậy, tháp sử dụng vật liệu đệm có hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm hiệu quả hơn so với tháp sử dụng vỉ đục lỗ nhiều lớp dạng tầng sôi, có thể loại bỏ từ 80-90% VOC và cũng hoạt động hiệu quả trong việc loại bỏ các hợp chất hữu cơ có độ bay hơi thấp.
Tháp sử dụng vật liệu đệm
Sử dụng bộ phân phối nước đặt ở đỉnh tháp để phân bố đồng đều lượng nước trên bề mặt chảy qua các vật liệu đệm được cố định trong tháp, nước sẽ len lỏi giữa các khe hở nhằm tối đa hóa diện tích tiếp xúc giữa không khí và nước. Các thông số thiết kế bao gồm diện tích bề mặt, chiều cao của lớp giá thể, chiều cao – đường kính tháp và vận tốc của không khí và nước.
 |
| Các loại vật liệu đệm thường được sử dụng |
Tháp sử dụng vỉ đục lỗ nhiều lớp dạng tầng sôi
Sử dụng quá trình tương tự như tháp sử dụng vật liệu đệm dạng giá thể, nhưng thay vì sử dụng vật liệu là giá thể được bố trí dạng khối, thì vật liệu ở tháp này được tách thành nhiều khay với các lỗ nhỏ bố trí thành nhiều lớp cho phép nước nhỏ qua.
Hai loại tháp Air Stripping trên thường được thiết kế với tiêu chí tối đa hóa diện tích tiếp xúc bề mặt giữa không khí và nước nhằm đạt được hiệu quả cao trong việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm.
Bảng 1. Các thông số thiết kế của tháp Air Stripping
| STT | Thông số | Giá trị |
| 1 | Tải nạp lượng nước bề mặt | 2,45 – 4,90 m3/m2*giờ |
| 2 | Chiều cao của lớp vật liệu độn | 6,1 – 7,6 m |
| 3 | Độ pH | 10,8 – 11,5 |
Bảng 2. Ảnh hưởng của chiều cao lớp vật liệu độn, tải nạp bề mặt và tỉ lệ RQ (tỉ lệ giữa lưu lượng khí và nước) đến hiệu suất loại bỏ Amoni:
| Hiệu suất loại Amoni của cột tiếp xúc | Cột có 6,6m vật liệu độn | Cột có 7,9m vật liệu độn | ||
| Tải nạp bề mặt (m3/m2*giờ) | RQ (m3/m3) | Tải nạp bề mặt (m3/m2*giờ) | RQ (m3/m3) | |
| 80 | 9 | 1700 | 9,7 | 1500 |
| 85 | 7,9 | 1800 | 8,6 | 1600 |
| 90 | 1,7 | 2100 | 7,2 | 1900 |
| 95 | - | - | 5 | 3000 |
| 98 | - | - | 4,8 | 6000 |
Trên thực tế, tháp Air Stripping đã được áp dụng như một công đoạn để xử lý các loại nước thải có chứa các chất hữu cơ hòa tan dễ bay hơi. Thời gian cần thiết để tháp Air Stripping xử lý nước thải phụ thuộc vào kích thước tháp, tốc độ dòng chảy và nồng độ của các chất VOC có trong nước. Ví dụ, nồng độ cao của hợp chất NH3-N (một chất gây ô nhiễm thường có trong nước ngầm) có thể mất vài giờ để tháp Air Stripping có thể loại bỏ hợp chất này khỏi nước. Trong các nghiên cứu gần đây, phải mất 4 giờ để tháp có thể đạt được hiệu quả cao nhất (khoảng 80%) trong việc loại bỏ các hợp chất NH3-N ra khỏi thành phần của nước ngầm.
Tháp Air Stripping có nhiều ưu điểm như quá trình vận hành đơn giản; duy trì được độ pH và nhiệt độ ổn định giúp hệ thống hoạt động ổn định mà không bị ảnh hưởng bởi sự biến động của nước thải; là biện pháp xử lý vật lý và hóa học nên không bị ảnh hưởng bởi chất độc và ít tạo ra sản phẩm phụ sau xử lý; kiểm soát tốt quá trình loại bỏ Amoni khỏi nước thải.
Tuy nhiên Tháp Air Stripping cũng có nhiều hạn chế khi hoạt động trong thời tiết lạnh; không thể loại bỏ được đạm hữu cơ và đạm nitrát; nồng độ khí Amoni đi ra khỏi tháp có thể gây ra các vấn đề về ô nhiễm không khí; qui trình sử dụng vôi hay xút để điều chỉnh pH có thể tạo ra các vấn đề về vận hành và bảo trì hệ thống.
Do đó trong quá trình vận hành cần liên tục kiểm tra các thiết bị trong hệ thống cũng như thực hiện công tác bảo trì bảo dưỡng thường xuyên đối với máy bơm và máy thổi khí bên cạnh việc thường xuyên kiểm tra quá trình bám cặn ở lớp vật liệu đệm.
