Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

X ỬLÝ N ƯỚ C TH Ả I BẰ NG PH ƯƠ N G PHÁP SINH H Ọ C HI Ế U KHÍ Nước nguồn tài nguyên quý giá tất sinh vật sống trái đất Nếu nước sống xuất Vì mà việc bảo vệ nguồn nước việc làm quan trọng Ngày nay, nhu cầu sử dụng nước người dân cho hoạt động sinh hoạt sản xuất tăng cao, nên lượng nước thải nhiễm bẩn tăng Nếu lượng nước thải không xử lý mà xả thải trực tiếp làm ô nhiễm nguồn nước mặt nước ngầm, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sống người dân hệ sinh thái môi trường Để đảm bảo chất lượng nước thải đầu đạt quy chuẩn xả thải, người áp dụng công nghệ xử lý nước thải phương pháp sinh học, hóa lý, học để loại bỏ chất bẩn khỏi dòng nước Vậy công nghệ xử lý nước thải phương pháp sinh học gì? Xử lý nước thải phương pháp sinh học chủ yếu dựa vào hoạt động sống vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có nước thải Các vi sinh vật sử dụng chất hữu có nước thải số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống chúng đồng thời chất hữu phân giải thành hợp chất vô đơn giản Mục đích trình khử BOD COD Xử lý nước thải phương pháp sinh học phân loại sau: xử lý nước thải phương pháp sinh học Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí trình sử dụng vi sinh vật hiếu khí để phân hủy chất hữu thích hợp có nước thải điều kiện cung cấp oxy liên tục Quá trình phân hủy chất hữu VSV hiếu khí mô tả phản ứng sau: (CHO)nNS + O2 → CO2 + H2O + NH4+ + H2S + Tế bào VSV + ∆H Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí gồm giai đoạn:  Giai đoạn 1: Oxi hóa toàn chất hữu có nước thải để đáp ứng nhu cầu lượng tế bào CxHyOzN + (x+ + + ) O2 → xCO2 + []H2O + NH3  Giai đoạn (quá trình đồng hóa): Tổng hợp để xây dựng tế bào CxHyOzN + NH3 + O2 → xCO2 + C5H7NO2  Giai đoạn ( trình dị hóa): Hô hấp nội bào C5H7NO2 + 5O2 → xCO2 + H2O NH3 + O2 → O2 + HNO2 → HNO3 Khi không đủ chất, trình chuyển hóa chất tế bào bắt đầu xảy tự oxi hóa chất liệu tế bào Các trình xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí xảy điều kiện tự nhiên nhân tạo Tùy theo loại VSV khác mà trình sinh học hiếu khí nhân tạo chia thành:   Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám Các công trình xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí  Hồ sinh học hiếu khí Ao, hồ sinh học hiếu khí loại công trình mà ánh sáng chiếu xuyên xuống đáy ao hồ Ở đây, trình quang hợp tảo thực toàn tầng nước nên khếch tán oxy qua bề mặt quang hợp yếu tố cung cấp oxy ao, hồ Ao, hồ sinh học hiếu khí chia làm loại: hồ làm thoáng tự nhiên hồ nhân tạo (có sục khí) hồ sinh học hiếu khí tự nhiên  Cánh đồng tưới bãi lọc Cánh đồng tưới cánh đồng lọc công nghệ độc lập, nhiên số điều kiện cụ thể hai công nghệ kết hợp với thành dây chuyền công nghệ Thường cánh đồng lọc hỗ trợ cho cánh đồng tưới mà tới thời gian muốn giảm tưới biến đất nghèo dinh dưỡng thành đất giàu dinh dưỡng Thường sử dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt chứa N:P:K = 5:1:2 phù hợp cho phát triển thực vật Nhằm xử lý nước thải đồng thời tận dụng nước thải làm nguồn phân bón Nguyên tắc hoạt động: dựa khả giữ cặn mặt đất, nước thấm qua đất qua lọc, đất chứa VSV hiếu khí với lượng oxy có lổ hỏng mao quản lớp đất mặt  Bể bùn hoạt tính (bể hiếu khí Aerotank) Bể bùn hoạt tính (bể aerotank) bể phản ứng sinh học làm hiếu khí cách thổi khí nén khuấy đảo học làm cho VSV tạo thành hạt bùn hoạt tính lơ lửng khắp pha lỏng Bể bùn hoạt tính phương pháp xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí sử dụng rộng rãi xử lý nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp Ưu điểm bể dễ xây dựng vận hành Tuy nhiên bể sử dụng bơm để tuần hoàn bùn nhẳm ổn định lại nồng độ bùn hoạt tính bể nên vận hành dễ tốn lượng Nguyên lý làm việc bể trình sinh học xảy qua giai đoạn:    Giai đoạn 1: tốc độ oxi hóa tốc độ tiêu thụ oxi Ở giai đoạn này, bùn hoạt tính hình thành phát triển Các VSV sinh trưởng mạnh dẫn đến lượng oxi tăng cao Giai đoạn 2: VSV phát triển ổn định tốc độ tiêu thụ oxi gần không thay đổi Và giai đoạn này, chất hữu bị phân hủy mạnh Giai đoạn 3: tốc độ oxi hóa giảm dần sau lại tăng lên Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu giảm dần trình nitrat hóa amoniac xảy Sau cùng, nhu cầu tiêu thụ oxi lại giảm trình làm việc aerotank kết thúc Cơ chế hoạt động bể Aerotank xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí Có nhiều loại bể bùn hoạt tính: bể bùn hoạt tính truyền thống, bể bùn hoạt tính tiếp xúc ổn định, bể bùn hoạt tính cấp khí kéo dài, bể bùn hoạt tính cấp khí giảm dần, bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn, bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc (cấp khí nhiều bậc)  Bể lọc sinh học Bể lọc sinh học công trình nhân tạo, chất thải lọc qua lớp vật liệu lọc rắn bao phủ lớp màng vi sinh vật Các vi khuẩn màng sinh học thường có hoạt tính cao vi khuẩn bùn hoạt tính Màng sinh học hiếu khí hệ vi sinh vật tùy tiện Cấu tạo bể lọc sinh học gồm phận chính: phần chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước toàn bề mặt bể, hệ thống thu dẫn nước sau lọc, hệ thống dẫn phân phối khí cho bể lọc Bể lọc sinh học chia làm loại là: lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập nước Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý thiết bị lọc sinh học: chất chất hữu ô nhiễm, vận tốc oxi hóa, cường độ thông khí, tiết diện màng sinh học, thành phần vi sinh…  Lọc sinh học nhỏ giọt Bể lọc sinh học nhỏ giọt đa dạng, gồm loại: lọc sinh học nhỏ giọt quay, biophin nhỏ giọt, bể lọc sinh học thô… Bể thường có dạng hình trụ hay hình chữ nhật Thiết bị lọc nhỏ giọt thường bao gồm phần chính: môi trường lọc đệm, bể chứa, hệ thống cung cấp nước thải, cống thoát ngầm hệ thống thông gió Nước thải đưa vào xử lý phân thành màng nhỏ chảy qua lớp vật liệu đệm sinh học, tác dụng vi sinh vật phân hủy hiếu khí lớp màng vật liệu chất hữu bị phân hủy loại bỏ lọc sinh học nhỏ giọt – xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí Ưu điểm loại hình công nghệ là: Ít tốn diện tích đất xây dựng, Chi phí đầu tư thấp , Quy trình vận hành đơn giản hoàn toàn tự động  Đĩa quay sinh học Là công trình thiết bị xử lý nước thải kỹ thuật màng lọc sinh học dựa gắn kết VSV bề mặt vật liệu RBC khử BOD nitrat hiệu quả, sử dụng nhiều để xử lý nước thải chế biến thủy sản Trong trình vận hành, VSV sinh trưởng gắn bề mặt đĩa hình thành lớp màng mỏng nhầy bề mặt ướt đĩa Khi đĩa quay, lớp màng vi sinh vật tiếp xúc với chất hữu nước thải với không khí để hấp thụ oxi Đĩa quay chế để tách chất rắn thừa khỏi bề mặt đĩa nhờ lực ly tâm Cấu tạo đĩa quay sinh học tiếp xúc – xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí  Mương oxi hóa Là dạng aerotank cải tiến khuấy trộn hoàn chỉnh điều kiện hiếu khí kéo dài, nước chuyển động tuần hoàn mương Thường sử dụng với nước thải có độ nhiễm bẩn cao BOD20 từ 1000-5000 mg/l Mương oxi hóa chia làm nhóm liên tục gián đoạn Ưu điểm:    Mương oxi hóa đơn giản, chi phí vận hành thấp, chi phí đầu tư nhỏ lần so với bể lọc sinh học Hiệu xử lý BOD, nito, photpho cao Ít bị ảnh hưởng dao động lớn chất lượng lưu lượng Mương oxy hóa – xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí  Bể hiếu khí gián đoạn SBR Bể SBR bể phản ứng làm việc theo mẻ dạng công trình xử lý bùn hoạt tính giai đoạn sục khí lắng thực bể, hoạt động theo chu kỳ gián đoạn Hệ thống SBR hệ thống xử lý sinh học nước thải chứa hợp chất hữu nito cao Các bước xử lý chu kỳ hoạt động thực sau: Bể SBR – xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí      Pha làm đầy (filling): nước thải đưa vào bể SBR đủ lượng quy định trước, nước thải vào mang lượng thức ăn cho vi khuẩn bùn hoạt tính, tạo môi trường có phản ứng sinh hóa xảy Nước đưa vào bể làm việc theo chế độ: làm đầy tĩnh, khuấy trộn thông khí Pha sục khí (khử BOD) (reaction): trình nitrit hóa, nitrat hóa phân giải hợp chất hữu tiến hành nhờ vào việc cung cấp khí bể Trong pha xảy trình nitrat hóa, amoniac nước thải chuyển hóa thành nitrit nitrat Pha lắng (settling): sau trình oxi hóa xảy ra, thiết bị sục khí ngừng hoạt động, trình lắng diễn môi trường tĩnh hoàn toàn Bông bùn lắng xuống đáy bể nước lên tạo lớp màng phân bùn đặc trưng, đồng thời xảy trình phản nitrat, nitrat nitrit tạo pha bị khử nito Xả cặn dư xả nước (discharge): nước bề mặt sau thời gian lắng tháo khỏi bề SBR , lượng cặn dư xả theo Chờ tiếp nhận nước thải mới, thời gian chờ phụ thuộc vào thời gian vận hành Ưu nhược điểm công nghệ SBR: Ưu điểm:       Không cần bể lắng tuần hoàn bùn Trong pha làm đầy, bể SBR đóng vai trò bể cân bể SBR chịu tải trọng cao sốc tải Ít tốn diện tích xây dựng trình cân chất, xử lý sinh học lắng thực bể TSS đầu thấp, hiệu khử photpho, nitrat hóa khử nitrat hóa cao Quá trình kết tốt hệ thống gạt bùn khí Hệ thống có điều khiển hoàn toàn tự động        Chi phí đầu tư vận hành thấp Dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng thiết bị (các thiết bị ít) mà không cần phải tháo nước cạn bể Chỉ tháo nước bảo trì thiết bị như: cánh khuấy, mô-tơ, máy thổi khí, hệ thống thổi khí Có thể hạn chế phát triển vi khuẩn dạng sợi thông qua việc điều chỉnh tỷ số F/M thời gian thổi khí trình làm đầy Nhược điểm: Nếu trình lắng bùn xảy cố dẫn bùn trôi theo đường ống Người vận hành phải có kỹ thuật cao Có thể xảy trình khử nitrat pha lắng thời gian lưu bùn dài Điều dẫn đến tượng bùn bị khí nito đẩy lên xảy nghiêm trọng vào ngày có nhiệt độ cao Bể Unitank Hệ thống xử lý nước thải Unitank khối bể chia làm ngăn, thông thủy với cửa mở phần tường chung Hoạt động bể gồm pha pha trung gian Trong ngăn có máy sục khí cánh khuấy, ngăn có hệ thống máng tràn nhằm thực chức sục khí lắng Unitank – xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí  Giai đoạn thứ nhất: Nước thải đưa vào ngăn số sục khí Nước hòa trộn với bùn hoạt tính, chất hữu hấp thụ phân hủy phần Sau nước thải tiếp tục đưa vào ngăn số ngăn tiếp tục sục khí Cuối nước thải đưa vào ngăn số điều kiện tĩnh bùn lắng xuống đáy bể nước chảy máng tràn  Giai đoạn trung gian thứ Mỗi pha tiếp nối pha trung gian Tại nước thải đưa vào ngăn số sục khí, ngăn đóng vai trò ngăn lắng Trong thời gian này, pha (với hướng chảy ngược lại) chuẩn bị để đảm cho trình phân tách bùn nước tốt  Giai đoạn thứ hai Lúc nước thải đưa từ ngăn thứ sục khí Sau nước thải đưa ngăn số tiếp tục sục khí Cuối nước thải đưa vào ngăn thứ điều kiện tĩnh ngăn đóng vai trò ngăn lắng, lúc bùn lắng xuống đáy bể nước chảy theo máng tràn  Giai đoạn trung gian thứ hai Ở giai đoạn này, nước thải đưa vào ngăn thứ sục khí, ngăn thứ thứ đóng vai trò ngăn lắng lúc ngăn thứ cuối trình lắng Giai đoạn chuẩn bị cho hệ thống bước vào giai đoạn thứ bắt đầu cho chu trình Ưu điểm loại hình công nghệ là:      Tích hợp công đoạn Anoxic, hiếu khí lắng vào công trình xử lý giúp tiết kiệm diện tích xây dựng Không cần hệ thống bơm bùn hồi lưu giúp tiết kiệm điện năng, giảm chi phí vận hành Có thể sử dụng hệ thống phân phối khí theo kiểu chìm Cùng tạo trình hiếu khí – thiếu khí – kỵ khí chu trình giúp xử lý tốt hợp chất nito nước thải Bể Biofor Bể lọc sinh học hiếu khí biofor hệ thống lọc sinh học với vi khuẩn hiếu khí có dòng khí – nước dâng lên Công trình xử lý sử dụng bùn hoạt tính để chuyển hóa chất hữu (chất gây ô nhiễm) thành chất vô (chất không gây ô nhiễm) Nguyên tắc hoạt động bể biofor: Nước thải chảy liên tục vào đáy bể phân phối lên nhờ hệ thống đĩa thổi khí đặt đáy bể Sau đó, nước qua lớp vật liệu lọc Biolite đây, thành phần cặn lơ lửng có nước thải giữ lại Các chất hữu bị loại lượng vi sinh vật có nồng độ cao bám dính lớp vật liệu tiếp xúc trình lọc Việc thiết kế dòng nước thải từ lên giúp hạn chế phát sinh mùi Nước thải sau khỏi hệ thống có hàm lượng BOD –COD giảm 85-90% Những đặc điểm của loại hình kỹ thuật là:    Loại bỏ BOD5 chất thải chứa nồng độ nhỏ 300 mg/l Giữ lại huyền phù chất thải có nồng độ nhỏ 150 mg/l Loại bỏ amoniac oxi hóa  Khử nitrat nước chứa nitrat không khí nén Mô hình bể biofor – xử lý nước thải phương pháp sinh học