CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ NƯỚC THẢ
2.1.3.1. Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp lọc – dớnh bỏm
Cơ chế:
Cơ chế của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxy hóa chất bẩn hữu cơ có trong nước. Khi nước thải qua lớp vật liệu lọc, các vi khuẩn sẽ được hấp phụ, sinh sống và phát triển trên bề mặt đó (vi sinh vật sinh trưởng dớnh bỏm). Vi khuẩn dính bám vào vật rắn nhờ chất gelatin do chúng tiết ra và chúng có thể dễ dàng di chuyển trong lớp chất nhầy này. Đầu tiên vi khuẩn tập trung tại một khu vực, sau đó chúng phát triển lan dần phủ kín bề mặt hạt vật lọc. Các chất dinh dưỡng như muối khoáng, hợp chất hữu cơ và oxy có trong nước thải khuếch tán qua màng sinh vật (biofin). Cơ chế hoạt động của màng vi sinh vật được minh họa dưới hình 2.3.
Sau một thời gian, màng sinh vật được hình thành và chia thành hai lớp: Lớp ngoài cùng là lớp hiếu khí được oxy khuếch tán xâm nhập, lớp trong là lớp thiếu oxy (anoxic). Bề dày của màng sinh vật từ 600 – 1000 m, trong đó phần lớn là vùng hiếu khí. Thành phần sinh vật chủ yếu của màng sinh vật là vi khuẩn, ngoài ra cũn cú cỏc loại động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn… Sau một thời gian hoạt động, lớp màng sinh vật dày lờn, cỏc chất khí tích tụ phía trong tăng lên và màng bị tách khỏi lớp vật liệu lọc. Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước tăng lên. Sự hình thành các lớp màng sinh vật mới lại tiếp diễn.
Vật liệu lọc Màng vi sinh vật Nước thải
Chất hữu cơ hòa tan O2
CO2 NH4+ NO3-
Hình 2.3. Sơ đồ cơ chế hoạt động của màng vi sinh vật
Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp lọc dớnh bám
• Công trình lọc sinh học với lớp VLL không ngập trong nước - Bể lọc sinh học nhỏ giọt (bể biofin nhỏ giọt)
Bể lọc sinh học nhỏ giọt dùng để xử lý sinh học hoàn toàn nước thải đảm bảo BOD trong nước thải ra khỏi bể lắng đợt hai dưới 15 mg/l, thường xây với dạng tròn, chữ nhật có tường đặc và đỏy kộp. Vật liệu lọc thường là các loại đá cục, đá cuội, than cục có kích thước không lớn hơn 30 mm. Chiều cao lớp vật liệu lọc trong bể từ 1,5 – 2 m. Bể được cấp khí tự nhiên nhờ các cửa thông gió xung quanh thành với tổng diện tích bằng 20% diện tích sàn thu nước hoặc lấy từ dưới đáy với khoảng không giữa đáy
thống ống phân phối vòi phun, khoan lỗ hoặc máng răng cưa. Thời gian tưới gián đoạn dưới 5 phút, cường độ tưới nhỏ (1 – 3 m3 nước thải/m3 vật liệu lọc.ngày) nên người ta thường không tuần hoàn nước thải sau xử lý về bể [14]. Tuy nhiên bể làm việc hiệu quả khi BOD5 của nước thải vào bể dưới 220 mg/l. Bể thường được sử dụng trong trường hợp lưu lượng nước thải không lớn, từ 20 – 1000 m3/ngày.
Hình 2.4. Bể lọc sinh học nhỏ giọt
- Bể lọc sinh học cao tải (bể biofin cao tải)
Bể lọc sinh học cao tải thường được dùng để xử lý sinh học hiếu khí nước thải với tải trọng thủy lực từ 10 – 30 m3 nước thải/m2 bề mặt bể.ngày. Hiệu quả khử BOD của bể từ 60 – 85%. Bể thường dùng để xử lý nước thải sinh hoạt hoặc các loại nước thải khỏc cú thành phần tính chất tương tự, công suất nhỏ hơn 50000 m3/ngày. Bể biofin cao tải có chiều cao công tác và tải trọng thủy lực lớn hơn so với bể biofin nhỏ giọt nên vật liệu lọc của bể thường là đá cục, sỏi cuội, đá ong lớn với kích thước trung bình khoảng 40 – 80 mm, chiều cao của lớp vật liệu lọc từ 2 – 4 m, có thể lên 6 – 9 m.
Khụng khí cấp bằng quạt gió với lưu lượng từ 8 – 12 m3 khớ/m3 nước thải. Bể cấu tạo hình tròn trên mặt bằng để đảm bảo cho ống phân phối nước tự quay. Để bể làm việc
bình thường thì phải thường xuyên thau rửa bể tránh tắc, xử lý sơ bộ nước thải trước khi đưa lên bể và đảm bảo nồng độ BOD trong nước thải không vượt quá 300 mg/l [13]. Để tăng hiệu quả xử lý người ta thường tuần hoàn nước sau bể lọc để xử lý lại.
Ưu điểm của bể lọc sinh học có VLL không ngập trong nước là rút ngắn được thời gian xử lý, đồng thời có thể xử lý hiệu quả nước thải qua quá trình khử nitrat hóa hoặc phản nitrat hóa; giảm việc trông coi và tiết kiệm được năng lượng do không khí được cấp trong hầu hết thời gian lọc làm việc bằng cách lưu thông tự nhiên từ cửa thông gió đi vào qua lớp VLL.
Tuy nhiên bể lọc sinh học có lớp VLL không ngập trong nước có những nhược điểm sau: dễ bị tắc, không khống chế được quá trình thông khí, dễ bốc mùi hôi thối, ruồi muỗi. Ngoài ra chiều cao bể còn hạn chế và khối lượng vật liệu tương đối nặng nên giá thành xây dựng cao.
• Công trình lọc sinh học với VLL ngập trong nước (bể bioten)
Bể bioten có cấu tạo gần giống với bể lọc sinh học và Aeroten. VLL thường được đóng thành khối và để ngập trong nước. Khí được cấp với áp lực thấp và dẫn vào bể cùng chiều hoặc ngược chiều với nước thải. Nước sau khi qua bể lắng đợt 1 được bơm lờn mỏng phân phối, theo ống dẫn phân phối đều khắp diện tích đáy bể. Khi hỗ hợp nước – khí đi cùng chiều từ dưới lên, qua lớp VLL , BOD bị khử và NH4+ bị chuyển hóa thành NO3- trong lớp màng sinh vật. Lớp VLL cũng có khả năng khử cặn lơ lửng trong nước thải. Sơ đồ cấu tạo bể bioten được minh họa theo hình 2.5.
Để khử BOD, NO3- và PO43- trong nước thải, bể thường bố trí thành 2 bậc, trong đó hệ thống phân phối khí của bể lọc bậc hai được bố trí tạo điều kiện hình thành vùng thiếu khí ở phía dưới. VLL thường là các tấm, ống vật liệu nhựa.
Bể lọc sinh học có VLL ngập trong nước có những ưu điểm sau: cùng một lúc có thể khử BOD và chuyển hóa NH4+ thành NO3+ và lớp VLL có thể giữ lại được cặn lơ lửng. Nhược điểm của bể là thời gian thích nghi với môi trường và tạo thành các
màng sinh học dài; không thể xử lý các chất ô nhiễm có khả năng hấp phụ thấp và tốc độ phân hủy sinh học chậm.
1 2 2 3 4 5 6
Hình 2.5. Sơ đồ cấu tạo bể bioten
1 – ống dẫn nước thải vào bể; 2 – hệ thống phân phối nước thải và thu nước rửa lọc
3 – khối VLL nổi ; 4 – van xả nước rửa lọc về bể nộn bựn 5 – hệ thống cấp khí ; 6 – nước thải sau xử lý
• Đĩa lọc sinh học (RBC)
Đĩa lọc sinh học gồm một loạt đĩa tròn, phẳng được làm bằng PS (polystyren) hoặc PVC (polyvinylclorua) lắp trên một trục. Các đĩa này được đặt ngập vào nước một phần (khoảng 30 – 40% theo đường kính) và quay chậm khi làm việc [8].
Trong quá trình vận hành, vi sinh vật sinh trưởng, phát triển trên bề mặt của đĩa hình thành một lớp màng mỏng bỏm trờn bề mặt đĩa. Khi đĩa quay lớp màng sinh học (sinh khối) sẽ tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải với khí quyển để hấp thụ oxy. Đĩa quay sẽ ảnh hưởng đến sự vận chuyển oxy và đảm bảo cho vi sinh vật tồn tại trong
điều kiện hiếu khí. Đĩa quay cũng là một cơ chế để tách chất rắn dư ra khỏi bề mặt các đĩa nhờ lực xoáy – xoắn do nó tạo ra, đồng thời vẫn giữ lại được chất rắn đã bị tróc màng. Một số mảng vỡ được tách khỏi đĩa, ở trạng thái lơ lửng để sau đó theo dòng nước chuyển sang bể lắng. Đĩa sinh học có thể dùng để xử lý bậc hai đồng thời cũng có thể hoạt động như kiểu quá trình theo mùa, nitrat hóa và khử nitrat.
Hình 2.6 : Đĩa lọc sinh học (RBC)