(3) Mức độ nitrate cần xử lý.
(4) Lượng oxy được mang sang từ dòng nội tuần hoàn hoặc dòng tuần hoàn.
* Bể phản ứng sinh học đệm chuyển động tiền khử nitơ
Tiền xử lý nitơ với MBBR thường rất phù hợp trong những trường hợp mà yêu cầu tách loại BOD, nitrat hóa ở mức độ vừa phải. Dòng vào bể phản ứng (Qv) cần phải có tỷ lệ thích hợp giữa COD dễ phân hủy sinh học và amoniac (C:N) để đạt được hiệu quả sử dụng thể tích bể phản ứng thiếu khí. Ôxy hòa tan trong dòng tuần hoàn (Qth) có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của hệ thống MBBR, bởi vì làm tăng thêm lượng lớn oxy hòa tan cần thiết cho giai đoạn nitrat hóa trong bể phản ứng MBBR. Hiệu suất tách loại nitơ thông thường có thể nằm trong khoảng từ 50 đến 70%, với tỷ lệ Qth : Qvtừ 1:1 đến 3:1.
Bảng 2.7. Ví dụ về tốc độ tiền khử nitrat hóa quan sát thấy ở nước thải thành phố [26]
Tham khảo Tốc độ khử nitrat (NO3 – N qui đổi)
Rusten and Odegaard (2007) 0,4 – 1,00 g/m2.ngày (Gardemoen WWTP, Ullensaker, Norway)
Rusten et al. (2000) 0,15 – 0,5 g/m2.ngày ( FREVAR WTP, Fredrikstad, Norway)
McQuarrie anh Maxwell (2003) 0,25 – 0,08 g/m2.ngày ( Crow Creek WWTP, Cheyenne, Wyoming)
Trong thực tế, tỷ lệ Qth: Qv có thể thay đổi phụ thuộc vào điều kiện cụ thể, mùa khác nhau và đặc trưng của nước thải (ví dụ, C: N), oxy hòa tan và nhiệt độ.
* Bể phản ứng sinh học đệm chuyển động hậu khử nitơ
Ứng dụng MBBR hậu khử nitơ có thể được xem xét trong trường hợp nguồn cacbon có thể phân hủy trong nước thải không đủ hoặc đã cạn kiệt.
Nếu yêu cầu về BOD của nước thải ra và mức độ nitrat thấp thì có thể tiếp tục khử nitơ ở giai đoạn cuối (hậu khử nitơ) với MBBR hiếu khí nhỏ đặt ở cuối.
Tốc độ khử nitrat bề mặt tối đa với nguồn cacbon bên ngoài thêm vào có thể là lớn hơn 2g/m2.d. Tốc độ phụ thuộc vào nguồn cacbon khác nhau và nhiệt độ.
54
Bể phản ứng đệm chuyển động có thể được kết hợp để tận dụng lợi thế về mặt kinh tế và hiệu suất với quá trình tiền và hậu xử lý nitơ.
Bể tiền xử lý nitơ có thể được thiết kế và vận hành như bể hiếu khí trong những tháng mùa đông khi:
(1) Tăng thêm thể tích bể hiếu khí giúp cải thiện hiệu suất quá trình nitrat hóa; và
(2) Nhiệt độ nước thải thấp làm tăng lượng oxy hòa tan và COD hòa tan thấp hơn, điều này làm giảm hiệu suất quá trình tiền xử lý nitơ.
Trong các tháng mùa đông, việc tách loại nitrat chủ yếu dựa vào bể hậu xử lý nitơ.
2.2.3.5. Thiết bị khuấy trộn cơ học
Trong các ứng dụng MBBR khử nitơ, cánh khuấy cơ học đặt chìm được sử dụng để tuần hoàn và đảo trộn trong bể phản ứng và luân chuyển các giá thể. Có một số xem xét đặc biệt cần thiết cho một thiết kế thích hợp. Đó là (1) vị trí và hướng của cánh khuấy, (2) loại cánh khuấy, và (3) năng lượng khuấy trộn. Với trọng lượng riêng khoảng 0,96 các giá thể màng sinh học sẽ nổi khi không có khuấy
trộn trong bể phản ứng. Điều này là khác với hệ thống sinh trưởng lơ lửng, khi không có khuấy trộn thì các chất rắn sẽ lắng xuống. Do vậy, máy khuấy cần đặt hướng về bề mặt của bể phản ứng, nhưng không quá gần để tạo ra một xoáy trên bề mặt, lôi cuốn không khí vào bể phản ứng. Các cánh khuấy cần phải nghiêng hướng xuống dưới một chút đẩy các giá thể xuống sâu hơn trong bể phản ứng, như thể hiện trong hình 2.6
55
Cần chú ý xem xét khuấy trộn đặc biệt cho MBBR khử nitơ. Không phải tất cả máy khuấy đều thích hợp cho việc sử dụng lâu dài trong MBBR. Máy khuấy phải phù hợp và chịu được tính chất mài mòn của các giá thể đối với cánh khuấy.
Năng lượng khuấy trộn cần thiết để khử nitơ trong MBBR phụ thuộc vào sự choán đầy của các giá thể và sự tăng trưởng dự kiến của màng sinh học trong bể phản ứng. Kinh nghiệm thực tiễn cho thấy sự khuấy trộn trong bể phản ứng thì hiệu quả hơn khi tỷ lệ choán đầy của các giá thể thấp hơn.
2.2.3.6. Hệ thống cấp khí
Khí khuếch tán có áp suất thấp được sử dụng trong bể MBBR hiếu khí. Dòng khí đi vào bể phản ứng thông qua hệ thống các ống dẫn và khuếch tán khí được gắn phía dưới của bể. Dòng khí trong bể có 2 mục đích là đạt được DO cần thiết và phân phối đều giá thể trong khắp bể MBBR hiếu khí.
Để thúc đẩy sự phân phối đồng đều của các giá thể, sự bố trí khung lưới khuếch tán khí và sự sắp xếp đường ống tạo ra dòng nước cuộn tuần hoàn như minh họa hình 2.7
Hình 2.7. Mô hình nước cuộn tuần hoàn bởi hệ thống khuyếch tán khí (trái) và khuấy trộn cơ học (phải)[14]
Bộ khuếch tán khí thô và tinh đều sử dụng được trong bể phản ứng sinh học với đệm trôi nổi tự do. Hệ thống thông khí thô đáp ứng được nhu cầu oxy và sự phân bố các đệm nhựa trong MBBR. Bộ khuếch tán bọt khí thô thông thường sử dụng trong các bể MBBR là ống nhựa hoặc các ống thép không rỉ với các lỗ tròn dọc theo cạnh dưới. Bộ khuếch tán này không bị ảnh hưởng bởi sự đóng cặn hay tắc lỗ bởi vì kích thước lớn và sự chuyển động hỗn loạn của không khí trong ống. Kết (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
56
quả là, bộ khuếch tán bọt khí thô đòi hỏi bảo trì ít hơn so với bộ khuếch tán bọt khí tinh. Hình 2.8 mô tả bộ khuếch tán bọt khí thô và bộ khuếch tán bọt khí tinh.
Hình 2.8. Hệ thống khuếch tán khí thô trong MBBR (trái) và tinh (phải)[26]
2.2.3.7. Sàng chắn giá thể
Giá thể được giữ lại trong bể MBBR bởi sàng hình trụ theo chiều ngang hay sàng phẳng theo chiều dọc. Vùng hiếu khí thường dùng sàng hình trụ, vùng thiếu khí thường dùng sàng tường phẳng. Sàng hình trụ kéo dài ra theo chiều ngang vào trong các dòng chảy lên của bong bóng khí tạo ra bởi lưới khuếch tán khí. Kết quả là, khí sẽ xối vào các mảnh vụn tích lũy trên bề mặt của sàng. Đối với sàng phẳng năng lượng được truyền bởi máy khuấy trộn cơ khí không đủ để đánh bật các mảnh vụn tích lũy trên thành sàng. Do đó, sự xói rửa sàng phẳng được thực hiện trong bể MBBR khử nitơ bởi một ống xục không khí. Loại bỏ các mảnh vụn trên sàng để duy trì thông lượng thủy lực qua bể. Sàng và các bộ phận phụ trợ được chế tạo từ thép không rỉ và có thể theo kiểu hình nêm, mắt lưới hay tấm đục lỗ.
57
(a) (b)
(c)
Hình 2.9. (a.c). Sàng chắn hình trụ ngang, (b). Sàng chắn tường phẳng [14]
2.2.3.8. Tiền xử lý
Giống với nhiều công nghệ màng sinh học ngập nước khác, MBBR cần phải có tiền xử lý phù hợp. Sàng chắn và tách cặn tốt là cần thiết để ngăn ngừa sự tích lũy lâu dài của vật liệu trơ không mong muốn trong MBBR, chẳng hạn như vải vụn, nhựa và cát. Những vật liệu này rất khó để loại bỏ một khi chúng đã vào bể phản ứng, bởi vì bể phản ứng được điền đầy một phần giá thể. Bảng 2.8 đưa ra một bản tóm tắt sự lắp đặt sàng chắn mẫu tại một số cơ sở có MBBR.
Bảng 2.8. Ví dụ về sàng chắn tiền xử lý cho MBBR [26]
Cơ sở có MBBR Tiền xử lý Chi tiết sàng
Lillehammer WWTP (Norway) Tách đá mạt, cặn lắng 15 mm - 3mm Gardemoen WWTP (Norway) Tách đá mạt, cặn lắng 6 mm