Trong công nghệ xử lý nước thải hiện đại, việc loại bỏ hiệu quả chất rắn lơ lửng (SS) và chất hữu cơ hòa tan (SOCs) là yêu cầu then chốt để đảm bảo chất lượng nước đầu ra. Hai công nghệ tiên tiến thường được ứng dụng là Bể Tuyển Nổi (Dissolved Air Flotation – DAF) và Phương pháp Hấp phụ (Adsorption) bằng than hoạt tính.

DAF hoạt động hiệu quả trong việc tách các hạt có tỷ trọng nhẹ, khó lắng, còn hấp phụ tập trung xử lý các hợp chất hữu cơ hòa tan khó phân hủy sinh học. Sự kết hợp giữa hai công nghệ này tạo nên một giải pháp đồng bộ, nâng cao hiệu suất xử lý và đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải ngày càng nghiêm ngặt.

Phần 1: Bể Tuyển Nổi (DAF) – Cơ Chế, Thông Số Kỹ Thuật và Ứng Dụng

1.1. Cơ chế loại bỏ và ứng dụng

Nguyên lý hoạt động:
Không khí được hòa tan vào nước thải dưới áp suất cao, sau đó được xả ra môi trường áp suất thường. Quá trình giảm áp này tạo ra các bọt khí siêu nhỏ (10 – 100 µm). Các bọt khí bám dính vào bề mặt các hạt rắn hoặc hạt lỏng có tỷ trọng nhẹ, giúp chúng nổi lên bề mặt để được loại bỏ bằng cơ cấu gạt bọt.

Ứng dụng phổ biến:

• Loại bỏ chất rắn và dầu mỡ: Hiệu quả cao trong xử lý SS, dầu, mỡ và các hạt khó lắng trong nước thải công nghiệp (thực phẩm, giấy, dệt nhuộm…).
• Cô đặc bùn sinh học: Tuyển nổi được dùng để cô đặc bùn nhẹ, giảm thể tích bùn trước giai đoạn xử lý tiếp theo.

1.2. Chỉ số kỹ thuật quan trọng: Tỉ lệ A/S (Air/Solid Ratio)

Định nghĩa:
Tỉ lệ A/S biểu thị khối lượng không khí hòa tan (Air) trên khối lượng chất rắn cần loại bỏ (Solid). Đây là thông số kỹ thuật quyết định hiệu suất tuyển nổi.

Phạm vi tối ưu:
Giá trị A/S thích hợp nằm trong khoảng 0,005 – 0,060 mL không khí/mg chất rắn.

Ý nghĩa:

• Nếu A/S thấp → không đủ bọt khí để bám dính → hiệu suất thấp.
• Nếu A/S quá cao → tiêu hao năng lượng, giảm hiệu quả kinh tế.
  Do đó, thiết kế bể tuyển nổi phải cân bằng giữa hiệu suất tách và chi phí vận hành.

1.3. Hóa chất trợ tuyển – Gia tăng hiệu quả kết dính khí/hạt

Để tăng khả năng tạo bông và kết dính khí/hạt, người ta thường bổ sung các hóa chất keo tụ như phèn nhôm (Al₂(SO₄)₃), muối sắt (Ferric chloride) hoặc silicat hoạt tính. Các hóa chất này giúp:

• Tăng kích thước bông cặn → dễ nổi lên bề mặt.
• Giảm nồng độ SS còn lại → cải thiện độ trong của nước sau xử lý.

Phần 2: Phương Pháp Hấp Phụ – Ứng dụng Than Hoạt Tính (PAC/GAC) trong Xử lý Nước thải

2.1. Cơ chế và phạm vi ứng dụng

Nguyên lý hấp phụ:
Hấp phụ là quá trình các chất hòa tan (adsorbate) trong nước được giữ lại trên bề mặt của chất rắn xốp (adsorbent) – thường là than hoạt tính.

Ứng dụng:

• Loại bỏ các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học.
• Xử lý màu, mùi, và các chất vi ô nhiễm (dược phẩm, thuốc trừ sâu…).
• Là giai đoạn xử lý bậc ba để đảm bảo nước đầu ra đạt chuẩn cao.

2.2. Hấp phụ bằng Bột Than Hoạt tính (PAC)

Quy trình:
PAC được cấp vào bể tiếp xúc (contact tank) hoặc bể aeroten, nơi nó hấp phụ các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải. Sau đó, hỗn hợp được lắng hoặc lọc tách PAC ra khỏi nước.

Ứng dụng kết hợp:
Khi bổ sung PAC trực tiếp vào bể aeroten (PAC-AS process), quá trình sinh học và hấp phụ xảy ra đồng thời, giúp:

• Tăng hiệu quả loại bỏ COD hòa tan.
• Ổn định tải trọng hữu cơ cho vi sinh.

Yêu cầu kỹ thuật:
PAC có kích thước hạt rất mịn, do đó cần bổ sung polyelectrolyte để hỗ trợ quá trình lắng hoặc lọc, tránh thất thoát than ra môi trường.

2.3. Tái sinh Than Hoạt tính Dạng Hạt (GAC)

Phương pháp tái sinh:
Than hoạt tính dạng hạt (GAC) có thể được tái sinh bằng nhiệt (thermal regeneration) trong lò đốt để loại bỏ các chất hữu cơ hấp phụ trên bề mặt.

Hao hụt vật liệu:
Trong mỗi chu kỳ tái sinh, có khoảng 5 – 10% khối lượng than bị tổn thất hoặc hư hại, cần được thay thế định kỳ.

PAC không thể tái sinh:
Do kích thước hạt nhỏ, PAC thường không được tái sinh mà được thải bỏ hoặc tái chế phụ trợ, làm tăng chi phí vận hành nhưng vẫn mang lại hiệu quả cao về chất lượng nước đầu ra.

Bể Tuyển Nổi (DAF) và Phương pháp Hấp phụ bằng Than Hoạt tính (PAC/GAC) là hai công nghệ bổ trợ lý tưởng trong xử lý nước thải.

• DAF đảm nhiệm tách loại chất rắn lơ lửng (SS) và cô đặc bùn sinh học, trong khi
• Hấp phụ bằng than hoạt tính đảm bảo loại bỏ các hợp chất hữu cơ hòa tan, màu, mùi và vi ô nhiễm.

Để đạt hiệu suất tối ưu, hệ thống DAF cần được vận hành với tỉ lệ A/S 0,005 – 0,060 mL/mg và có thể bổ sung hóa chất trợ tuyển. Còn đối với quá trình hấp phụ, việc chọn đúng loại than (PAC hay GAC) và quản lý tái sinh hợp lý là yếu tố quyết định hiệu quả và chi phí vận hành lâu dài.