1. Mở đầu

Trong hệ thống xử lý nước thải, bên cạnh bài toán xử lý chất lượng nước đầu ra, kiểm soát khí thải và mùi hôi cũng là một nội dung rất quan trọng. Nhiều công trình như hố thu gom, song chắn rác, bể điều hòa, bể kỵ khí, bể chứa bùn, khu ép bùn hay khu hóa chất đều có thể phát sinh các dòng khí có mùi khó chịu, tính ăn mòn cao và gây ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường làm việc, khu dân cư lân cận cũng như độ bền thiết bị.

Khác với khí thải lò hơi hoặc khí thải công nghiệp nhiệt độ cao, khí thải phát sinh từ hệ thống xử lý nước thải thường có đặc điểm là độ ẩm rất lớn, nhiệt độ không cao, thành phần ô nhiễm biến động theo chế độ vận hành và thường chứa các cấu tử gây mùi có ngưỡng cảm nhận rất thấp. Vì vậy, việc lựa chọn công nghệ xử lý khí phải xuất phát từ bản chất thật của dòng khí, thay vì chỉ dựa vào lưu lượng hoặc một vài thông số nồng độ rời rạc.

Trong số các công nghệ xử lý khí mùi hiện nay, tháp hấp thụ là một giải pháp được sử dụng phổ biến nhờ khả năng xử lý tốt nhiều loại khí ô nhiễm hòa tan, đặc biệt là các khí vô cơ như H₂S, NH₃, HCl, Cl₂ hoặc các khí có thể trung hòa bằng môi trường axit/kiềm. Tuy nhiên, không phải dòng khí nào cũng phù hợp với tháp hấp thụ, và không phải cứ có mùi là chỉ cần lắp scrubber là đủ. Để thiết kế và vận hành hiệu quả, cần hiểu rõ nguồn phát sinh, đặc tính khí thải và cơ chế hấp thụ.

Bài viết này trình bày một cách hệ thống về:

• nguồn phát sinh khí thải trong hệ thống xử lý nước thải,

• đặc tính vật lý và hóa học của dòng khí,

• các cấu tử ô nhiễm điển hình,

• và cơ sở lựa chọn tháp hấp thụ làm công nghệ xử lý.

2. Khí thải từ hệ thống xử lý nước thải là gì?

Khí thải từ hệ thống xử lý nước thải là hỗn hợp khí được phát sinh từ quá trình:

• phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải và bùn,

• khuấy trộn, sục khí, thu gom và vận chuyển nước thải,

• phản ứng hóa học trong quá trình xử lý,

• bay hơi các cấu tử dễ bay hơi từ pha lỏng sang pha khí.

Dòng khí này có thể được phát tán tự nhiên ra môi trường hoặc được thu gom cục bộ bằng chụp hút, đường ống và quạt hút để dẫn về hệ thống xử lý mùi, trong đó tháp hấp thụ là một trong những lựa chọn điển hình.

Về bản chất, khí thải từ hệ thống xử lý nước thải không chỉ đơn thuần là “khí có mùi”, mà là một dòng khí công nghệ với nhiều đặc điểm cần được đánh giá:

• thành phần hóa học,

• nồng độ các cấu tử gây mùi,

• lưu lượng khí,

• nhiệt độ,

• độ ẩm,

• mức độ dao động theo thời gian,

• khả năng kéo theo giọt lỏng, bọt, hạt bụi mịn,

• tính ăn mòn đối với thiết bị và đường ống.

3. Nguồn phát sinh khí thải trong hệ thống xử lý nước thải

Khí thải trong trạm xử lý nước thải không phát sinh đồng đều ở mọi vị trí. Mỗi công trình đơn vị tạo ra một kiểu khí khác nhau, cả về thành phần lẫn cường độ mùi.

3.1. Khu tiếp nhận nước thải đầu vào

Đây thường là khu vực đầu tiên phát sinh mùi mạnh, đặc biệt ở các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, chăn nuôi, chế biến thực phẩm, thủy sản, nước rỉ rác hoặc nước thải có hàm lượng hữu cơ cao.

Các điểm phát sinh điển hình gồm:

• hố thu gom,

• song chắn rác,

• hố bơm,

• mương dẫn đầu vào.

Đặc điểm khí thải tại đây:

• thường có H₂S do môi trường yếm khí cục bộ trong mạng lưới thu gom hoặc hố chứa,

• có thể chứa NH₃ nếu nước thải giàu nitơ,

• độ ẩm cao,

• có khả năng kéo theo giọt nước hoặc sol khí do bơm và dòng chảy rối.

3.2. Bể điều hòa

Bể điều hòa thường là nơi phát sinh mùi đáng kể vì:

• nước thải được lưu lại trong thời gian tương đối dài,

• tải lượng ô nhiễm đầu vào dao động,

• có thể tồn tại vùng yếm khí nếu khuấy trộn hoặc sục khí không đủ,

• trong nhiều trường hợp có hiện tượng giải phóng khí mạnh khi nước thải được đảo trộn.

Khí phát sinh ở đây có thể gồm:

• H₂S,

• NH₃,

• amines,

• các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi,

• hơi nước và sương mù.

Nếu bể điều hòa có sục khí mạnh, mùi có thể không quá “thối” như khu kỵ khí, nhưng lượng khí bị cuốn theo và phát tán vào không khí lại lớn hơn.

3.3. Công trình sinh học kỵ khí hoặc thiếu khí

Các bể kỵ khí, hầm phân hủy, bể chứa bùn lâu ngày, khu vực lên men, bể UASB hoặc các vùng thiếu khí có thể phát sinh dòng khí giàu:

• H₂S,

• mercaptans,

• sulfides hữu cơ,

• CO₂,

• CH₄,

• đôi khi có NH₃.

Trong nhiều trường hợp, đây là nguồn mùi nặng nhất trong toàn hệ thống, do các hợp chất lưu huỳnh khử có ngưỡng mùi rất thấp và khả năng gây khó chịu rất cao.

3.4. Bể sinh học hiếu khí và các công trình sục khí

Các bể hiếu khí nhìn chung ít phát sinh mùi “thối” hơn so với bể kỵ khí, nhưng vẫn có thể phát thải:

• NH₃,

• các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi,

• hơi nước,

• sol khí sinh học,

• bọt chứa chất hoạt động bề mặt và vi sinh.

Trong một số trường hợp vận hành không ổn định, ví dụ thiếu oxy, sốc tải, bùn chết, pH bất thường hoặc có dòng nước thải công nghiệp lẫn vào, bể hiếu khí vẫn có thể phát sinh mùi khó chịu rõ rệt.

3.5. Khu xử lý bùn

Khu chứa bùn, bể nén bùn, bể phân hủy bùn, máy ép bùn, sân phơi bùn hoặc khu lưu bùn là những điểm phát sinh khí rất điển hình.

Nguyên nhân là vì bùn chứa hàm lượng hữu cơ cao, dễ phân hủy và thường tồn tại các vùng yếm khí. Khí thường gặp:

• H₂S,

• NH₃,

• amines,

• mercaptans,

• VOCs gây mùi.

Khu ép bùn đặc biệt dễ phát tán mùi khi bùn được khuấy trộn, ép tách nước và tiếp xúc mạnh với không khí.

3.6. Khu hóa chất và khử trùng

Không phải mọi khí thải trong trạm xử lý nước thải đều có nguồn gốc sinh học. Một số nguồn phát sinh có tính chất hóa học rõ rệt, ví dụ:

• khu châm acid hoặc kiềm,

• khu khử trùng bằng chlorine,

• bể chứa hóa chất,

• khu trung hòa pH,

• khu vệ sinh và rửa thiết bị hóa chất.

Khí phát sinh có thể gồm:

• hơi acid,

• hơi kiềm,

• HCl,

• Cl₂,

• các hợp chất oxy hóa khác.

Đây là nhóm khí cần được xem xét rất cẩn thận vì bản chất hóa học khác với khí mùi sinh học thông thường.

4. Thành phần ô nhiễm điển hình trong khí thải từ hệ thống xử lý nước thải

4.1. Hydro sulfide (H₂S)

H₂S là cấu tử đặc trưng nhất của khí thải hệ thống xử lý nước thải, đặc biệt ở các vùng:

• yếm khí,

• bể gom,

• bể chứa lâu ngày,

• khu xử lý bùn,

• tuyến cống thu gom có thời gian lưu dài.

Đây là chất:

• có mùi trứng thối đặc trưng,

• gây ăn mòn mạnh trong môi trường ẩm,

• có thể hòa tan và phản ứng với dung dịch kiềm,

• là đối tượng xử lý rất phổ biến bằng tháp hấp thụ.

4.2. Amoniac (NH₃)

NH₃ thường xuất hiện trong:

• nước thải giàu nitơ,

• nước rỉ rác,

• chăn nuôi,

• thực phẩm,

• các dòng bùn có pH tương đối cao,

• các khu vực có sự chuyển hóa amoni mạnh.

NH₃ có đặc điểm:

• mùi khai rất rõ,

• là khí bazơ,

• tan tốt trong nước,

• có thể xử lý hiệu quả bằng dung dịch acid trong tháp hấp thụ.

4.3. Mercaptans và sulfides hữu cơ

Đây là nhóm hợp chất gây mùi rất mạnh, thường có mặt ở:

• bùn,

• hệ kỵ khí,

• nước thải thực phẩm,

• thủy sản,

• chăn nuôi,

• nước thải hữu cơ phân hủy sâu.

Nhóm này dù nồng độ không lớn nhưng lại có tác động mùi rất khó chịu. Việc xử lý bằng hấp thụ đơn thuần có thể không phải lúc nào cũng tối ưu, tùy bản chất từng cấu tử.

4.4. Amines, aldehydes, ketones và VOCs

Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi có thể xuất hiện trong nhiều loại nước thải công nghiệp:

• chế biến thực phẩm,

• dược phẩm,

• hóa mỹ phẩm,

• giết mổ,

• sản xuất hóa chất,

• các hệ thống có phụ gia, dung môi hoặc hợp chất hữu cơ dễ bay hơi.

Nhóm này có tính chất rất đa dạng:

• có cấu tử tan nước tốt,

• có cấu tử tan nước kém,

• có cấu tử phản ứng được với acid hoặc kiềm,

• có cấu tử gần như không thích hợp cho hấp thụ nước đơn thuần.

4.5. Hơi acid, hơi kiềm, chlorine và khí đặc thù khác

Ở khu hóa chất, dòng khí có thể chứa:

• HCl,

• Cl₂,

• hơi acid sulfuric,

• hơi NaOH,

• các tác nhân oxy hóa hoặc khử trùng.

Đây là nhóm khí thường có tính ăn mòn cao và cần được xử lý bằng scrubber với dung dịch thích hợp, kết hợp vật liệu chống ăn mòn tốt.

5. Đặc tính vật lý của khí thải từ hệ thống xử lý nước thải

5.1. Độ ẩm rất cao

Đây là một trong những đặc điểm quan trọng nhất. Do khí tiếp xúc trực tiếp với mặt thoáng nước thải, bùn hoặc vùng sục khí, dòng khí thu gom thường có:

• độ ẩm tương đối rất cao,

• thậm chí gần trạng thái bão hòa,

• nguy cơ ngưng tụ trong ống dẫn và thiết bị.

Ý nghĩa kỹ thuật của đặc điểm này là:

• làm tăng khả năng ăn mòn,

• tạo điều kiện hình thành condensate trong đường ống,

• dễ kéo theo giọt lỏng vào quạt và tháp,

• làm tăng yêu cầu về demister, bẫy nước, độ dốc ống và vật liệu chế tạo.

5.2. Nhiệt độ thường không cao