Trong hệ thống xử lý nước thải, quản lý mùi đóng vai trò thiết yếu nhằm đảm bảo chất lượng môi trường sống, môi trường lao động và không gian nghỉ ngơi tại các khu công nghiệp, nhà máy và đô thị. Trong khi chất lượng nước đầu ra luôn là yếu tố được ưu tiên hàng đầu, thì hiện nay, các vấn đề liên quan đến mùi phát sinh trong quá trình xử lý nước thải cũng ngày càng nhận được sự quan tâm từ các nhà đầu tư và cơ quan quản lý môi trường.
1. Nguồn gốc phát sinh mùi trong hệ thống xử lý nước thải
Mùi hôi trong hệ thống xử lý nước thải chủ yếu phát sinh từ các quá trình phân hủy kỵ khí. Có thể phân loại nguồn phát sinh mùi thành hai nhóm chính:
-
Từ hệ thống thu gom: Do xả thải hóa chất trực tiếp hoặc quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ xảy ra trong hệ thống cống rãnh.
-
Từ các công trình xử lý: Bao gồm các công đoạn tiền xử lý (song chắn rác, bể chứa cặn, bể lắng sơ cấp), và các khu vực xử lý bùn (bể phân hủy bùn, bể làm đặc, bể khử nước, kho chứa bùn). Ngược lại, các đơn vị xử lý sinh học như bể hiếu khí, bể thiếu khí và bể lắng thứ cấp thường có nồng độ mùi thấp hơn, mặc dù tổng lượng khí thải có thể lớn.
2. Đặc điểm và thành phần của mùi
Mùi trong hệ thống xử lý nước thải chủ yếu đến từ các hợp chất dễ bay hơi phát sinh trong điều kiện thiếu oxy (kỵ khí), bao gồm:
-
Khí H₂S (Hydro sunfua): Có mùi trứng thối, là sản phẩm từ quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh hoặc do hoạt động của vi khuẩn khử sunfat.
-
Khí NH₃ (Amoniac): Được sinh ra từ quá trình phân hủy ure, có mùi khai nồng, dễ bay hơi do nhiệt độ sôi thấp.
-
Các hợp chất khác: Bao gồm mercaptan, sulfide hữu cơ, các hợp chất chứa nitơ (amin, indole, skatole), hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) như aldehyde, cồn, acid hữu cơ, xeton…
Các hợp chất này thường có trọng lượng phân tử thấp (30–150 g/mol) nhưng gây mùi rất mạnh. Đặc biệt, H₂S được sử dụng phổ biến như một chỉ số để đánh giá mức độ ô nhiễm mùi trong hệ thống.
3. Cơ chế sinh học và hóa học tạo mùi
Một số phản ứng hóa học – sinh học chủ yếu trong môi trường kỵ khí gây ra mùi bao gồm:
-
Khử sunfat sinh học:
Ion sunfat có thể phản ứng với cacbon hữu cơ và nước với sự hiện diện của các vi sinh vật thích hợp để tạo ra các ion bicacbonat và hydro sunfua:
SO42- + 2C +2H2O –> 2HCO3– + H2S
-
Phản ứng sunfat trong môi trường axit:
Ion sunfat cũng có thể tạo ra hydro sunfua trong điều kiện axit:
SO42- + 10H+–> H2S +4H2O
-
Phản ứng sinh hóa tạo H₂S từ lưu huỳnh nguyên tố:
Nguyên tố lưu huỳnh cũng có thể được chuyển đổi thành hydro sunfua trong các phản ứng sinh hóa:
S + 2H+ –> H2S
-
Tạo mercaptan (RSH):
Phản ứng tạo mercaptan (hợp chất chứa lưu huỳnh không chỉ sở hữu mùi nồng nặc và khó chịu, mà còn có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng như chảy nước mắt, khó thở, đau đầu, đau bụng và buồn nôn ở người) hoặc bộ RSH:
R=S +H+ –> RSH
Mức độ phát sinh mùi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hàm lượng chất hữu cơ, nồng độ lưu huỳnh, DO (oxy hòa tan), pH, nhiệt độ, vận tốc dòng chảy và thời gian lưu nước trong hệ thống.
4. Các chiến lược kiểm soát và xử lý mùi
4.1. Kiểm soát tại nguồn
-
Áp dụng sản xuất sạch hơn trong toàn bộ quy trình xử lý.
-
Tối ưu hóa vận hành hệ thống xử lý, giảm thiểu bùn tồn đọng và chất thải hữu cơ phân hủy kỵ khí.
-
Giảm phát sinh mùi tại nguồn thông qua điều chỉnh lưu lượng, sục khí hoặc khử bùn định kỳ.
-
Pha loãng khí thải mùi bằng không khí sạch trong những trường hợp nhất định.
4.2. Các phương pháp xử lý mùi
a. Phương pháp hấp phụ
-
Vật liệu hấp phụ: Than hoạt tính, silica gel, alumin.
-
Ưu điểm: Hiệu quả, chi phí thấp.
-
Nhược điểm: Giảm hiệu quả nếu nước thải chứa hàm lượng hợp chất hữu cơ tự nhiên cao.
b. Phương pháp sinh học
-
Sử dụng vi sinh vật để phân hủy hợp chất gây mùi thông qua các hệ thống như:
-
Biofilter (lọc sinh học)
-
Bioscrubber (rửa sinh học)
-
Biotrickling filter (lọc nhỏ giọt sinh học)
-
-
Ưu điểm: Thân thiện môi trường, hiệu quả dài hạn.
c. Oxy hóa – khử sinh học
-
Tăng thế oxy hóa – khử (ORP) bằng cách bổ sung chất nhận điện tử như oxy, nitrat, nitrit.
-
Cơ chế: Vi khuẩn sử dụng nitrat thay vì sunfat, làm giảm sản xuất H₂S.
-
Có thể kết hợp với ức chế vi khuẩn SRB (sulfate-reducing bacteria) bằng pH cao hoặc hóa chất chuyên dụng (ion molybdate).
d. Phương pháp hóa học
-
Tác nhân: Ion sắt, H₂O₂, KMnO₄, Clo.
-
Cơ chế: Phản ứng với H₂S tạo hợp chất không tan như FeS.
-
Lưu ý: Cần kiểm soát liều lượng để tránh phát sinh sản phẩm phụ không mong muốn.
e. Điều chỉnh pH
-
Ở pH 6, hơn 90% sunfua tồn tại dưới dạng H₂S có mùi.
-
Ở pH ≥ 8, phần lớn chuyển thành dạng ion không bay hơi → hạn chế mùi.
-
Hóa chất sử dụng: NaOH, Mg(OH)₂.
-
Cảnh báo: pH > 9 có thể gây kết tủa CaCO₃, phát sinh NH₃, tạo bùn…
f. Các quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs)
-
Ozone
-
Ozone + H₂O₂ + tia UV
-
Phản ứng Fenton
-
Xúc tác quang hóa bán dẫn
-
Oxy hóa không khí ướt
-
Điện phân
Các công nghệ này thường hiệu quả cao, tuy nhiên chi phí đầu tư và vận hành tương đối lớn.
Kết luận
Quản lý và xử lý mùi trong hệ thống xử lý nước thải không chỉ là yêu cầu bắt buộc trong bảo vệ môi trường mà còn là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cuộc sống, sức khỏe cộng đồng và hiệu quả vận hành của các cơ sở xử lý. Việc lựa chọn giải pháp phù hợp cần dựa trên đặc điểm nước thải, công nghệ xử lý hiện có, nguồn gây mùi chủ yếu và điều kiện kinh tế – kỹ thuật cụ thể. Sự kết hợp linh hoạt giữa các biện pháp vật lý, hóa học và sinh học là hướng đi tối ưu trong kiểm soát mùi bền vững hiện nay.
Tham khảo: Tháp xử lý mùi và khí thải công nghiệp tốt nhất hiện nay
