Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng
Trong quá trình bùn hoạt tính, các chất hữu cơ hịa tan và khơng hịa tan chuyển hĩa thành bơng bùn sinh học – quần thể vi sinh vật hiếu khí – cĩ khả năng lắng dưới tác dụng của trọng lực. Nước chảy liên tục vào bể aeroten, trong đĩ khí được đưa vào cùng xáo trộn với bùn hoạt tính cung cấp ơxy cho vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ.
Dưới điều kiện như thế, vi sinh vật sinh trưởng tăng sinh khối và kết thành bơng bùn. Hỗn hợp bùn và nước thải chảy đến bể lắng đợt 2 và tại đây bùn hoạt tính lắng xuống đáy. Lượng lớn bùn hoạt tính (25 – 75% lưu lượng) tuần hồn về bể aeroten để giữ ổn định mật độ vi khuẩn, tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ. Lượng sinh khối dư mỗi ngày cùng với lượng bùn tươi từ bể lắng 1 được dẫn tiếp tục đến cơng trình xử lý bùn.
Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trị quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ cĩ trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hĩa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị ơxy hĩa hồn tồn thành CO2, H2O, NO3-, SO42-, … Một cách tổng quát, vi sinh vật tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm :
Pseudomonas, Zoogloea, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium,…và
hai loại vi khuẩn nitrate hĩa Nitrosomonas, Nitrobacter. Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ thống cần cĩ hàm lượng SS khơng vượt quá 50 mg/L, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ khơng quá 25 mg/L, pH từ 6,5 – 8,5 và nhiệt độ từ 6 – 370C. Một số dạng bể ứng dụng quá trình bùn hoạt tính lơ lửng như : Bể aeroten thơng thường, bể aeroten xáo trộn hồn chỉnh, mương ơxy hĩa, bể hoạt động gián đoạn, bể aeroten mở rộng, …
Bể aeroten thơng thường
Địi hỏi chế độ dịng chảy nút (plug – flow), khi đĩ chiều dài bể rất lớn so với chiều rộng. Trong bể này nước thải vào cĩ thể phân bố ở nhiều điểm theo chiều dài, bùn hoạt tính tuần hồn đưa vào đầu bể. Ở chế độ dịng chảy nút, bơng bùn cĩ đặc tính tốt hơn, dễ lắng. Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể. Quá trình phân hủy nội bào xảy ra ở cuối bể (ECKENFELDER W.W.,1989). Tải trọng thích hợp vào khoảng 0,3 – 0,6 kg BOD5/m3 ngày với hàm lượng MLSS 1.500 – 3.000 mg/L, thời gian lưu nước từ 4 – 8 giờ, tỷ số F/M = 0,2 – 0,4, thời gian lưu bùn từ 5 – 15 ngày.
Bùn Bể lắng 1 Nước chưa xử lý Bùn tuần hồn Bùn thải Bể lắng 2
Bể aerotank Nước thải
sau xử lý
Hình 3.1. Bể aeroten thơng thường
Bể aeroten xáo trộn hồn tồn
Địi hỏi chọn hình dạng bể, trang thiết bị sục khí thích hợp. Thiết bị sục khí cơ khí (motour và cánh khuấy) hoặc thiết bị khuếch tán khí thường được sử dụng. Bể này thường cĩ dạng trịn hoặc vuơng, hàm lượng bùn hoạt tính và nhu cầu ơxy đồng nhất trong tồn bộ thể tích bể. Bể này cĩ ưu điểm chịu được quá tải rất tốt. METCALF and EDDY (1991) đưa ra tải trọng thiết kế khoảng 0,8 – 2,0 kg BOD5/m3 ngày với hàm lượng bùn 2.500 – 4.000 mg/L, tỷ số F/M = 0,2 –0,6.
Bể lắng
Bể lắng
Bùn thải Nước thải
trước xử lý Nước thải sau xử lý
Bùn tuần hồn Máy thổi khí
Bể aeroten mở rộng
Hạn chế lượng bùn dư sinh ra, khi đĩ tốc độ sinh trưởng thấp, sản lượng bùn thấp và chất lượng nước ra cao hơn. Thời gian lưu bùn cao hơn so với các bể khác (20 – 30 ngày). Hàm lượng bùn thích hợp trong khoảng 3.000 – 6.000 mg/L.
Mương ơxy hĩa
Là mương dẫn dạng vịng cĩ sục khí để tạo dịng chảy trong mương cĩ vận tốc đủ xáo trộn bùn hoạt tính. Vận tốc trong mương thường được thiết kế lớn hơn 3 m/s để tránh cặn lắng. Mương ơxy hĩa cĩ thể kết hợp quá trình xử lý nitơ. METCALF and EDDY (1991) đề nghị tải trọng thiết kế 0,10 – 0,25 kg BOD5/m3 ngày, thời gian lưu nước 8 – 16 giờ, hàm lượng MLSS khoảng 3.000 – 6.000 mg/L, thời gian lưu bùn từ 10 – 30 ngày là thích hợp.
Bể hoạt động gián đoạn (SBR)
Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cạn. Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, chỉ cĩ điều tất cả quá trình xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước : (1) làm đầy, (2) phản ứng, (3) lắng, (4) xả cạn, (5) ngưng. Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám
Bể lọc sinh học
Bể lọc sinh học chứa đầy vật liệu tiếp xúc, là giá thể cho vi sinh vật sống bám. Vật liệu tiếp xúc thường là đá cĩ đường kính trung bình 25 – 100 mm, hoặc vật liệu nhựa cĩ hình dạng khác nhau, … cĩ chiều cao từ 4 – 12 m. Nước thải được phân bố đều trên mặt lớp vật liệu bằng hệ thống quay hoặc vịi phun. Quần thể vi sinh vật sống bám trên giá thể tạo nên màng nhầy sinh học cĩ khả năng hấp phụ và phân hủy chất hữu cơ chứa trong nước thải. Quần thể vi sinh vật này cĩ thể bao gồm vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí và tùy tiện, nấm, tảo, và các động vật nguyên sinh, … trong đĩ vi khuẩn tùy tiện chiếm ưu thế.
Phần bên ngồi lớp màng nhầy (khoảng 0,1 – 0,2 mm) là loại vi sinh hiếu khí. Khi vi sinh phát triển, chiều dày lớp màng ngày càng tăng, vi sinh lớp ngồi tiêu thụ
hết lượng ơxy khuếch tán trước khi ơxy thấm vào bên trong. Vì vậy, gần sát bề mặt giá thể mơi trường kỵ khí hình thành. Khi lớp màng dày, chất hữu cơ bị phân hủy hồn tồn ở lớp ngồi, vi sinh sống gần bề mặt giá thể thiếu nguồn cơ chất, chất dinh dưỡng dẫn đến tình trạng phân hủy nội bào và mất đi khả năng bám dính. Nước thải sau xử lý được thu qua hệ thống thu nước đặt bên dưới. Hệ thống thu nước này cĩ cấu trúc rỗ để tạo điều kiện khơng khí lưu thơng trong bể. Sau khi ra khỏi bể, nước thải vào bể lắng đợt hai để loại bỏ màng vi sinh tách khỏi giá thể. Nước sau xử lý cĩ thể tuần hồn để pha lỗng nước thải đầu vào bể lọc sinh học, đồng thời duy trì độ ẩm cho màng nhầy.
Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC)
RBC bao gồm các đĩa trịn polystyren hoặc polyvinyl chloride đặt gần sát nhau. Đĩa nhúng chìm một phần trong nước thải và quay ở tốc độ chậm. Tương tự như bể lọc sinh học, màng vi sinh hình thành và bám trên bề mặt đĩa. Khi đĩa quay, mang sinh khối trên đĩa tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đĩ tiếp xúc với ơxy. Đĩa quay tạo điều kiện chuyển hĩa ơxy và luơn giữ sinh khối trong điều kiện hiếu khí. Đồng thời, khi đĩa quay tạo nên lực cắt loại bỏ các màng vi sinh khơng cịn khả năng bám dính và giữ chúng ở dạng lơ lửng để đưa sang bể lắng đợt hai. Trục RBC phải tính tốn đủ đỡ vật liệu nhựa và lực quay. Chiều dài tối đa của trục thường 8m. Vật liệu nhựa tiếp xúc thường cĩ hình dạng khác nhau tùy thuộc vào nhà chế tạo. Diện tích bề mặt trung bình khoảng 9.300 – 16.700 m2/trục dài 8m. Thể tích bể thích hợp khoảng 5 L/m2 diện tích vật liệu (METCALF and EDDY, 1991)
Bể FBR( Fix Bed Reactor):
Bể FBR áp dụng quá trình xử lý sinh trưởng bám dính, các lồi vi sinh vật sống bám dính lên giá thể tạo thành lớp màng vi sinh, lớp màng vi sinh này tập hợp thành quần thể vi sinh sống trên đĩ. Giá thể là mơi trường thuận lợi cho các vi sinh vật dính bám(màng vi sinh), các vi sinh vật dính bám lên bề mặt vật liệu một cách cĩ chọn lọc nên khả năng hấp thụ các chất hữu cơ trong nước thải cao hơn trong bể Aerotank.