XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG VI SINH VẬT
5.1.2. Bể lọc sinh học cĩ vật liệu tiếp xúc khơng ngập nước.
5.1.2.1. Cấu tạo
Bể lọc sinh học nhỏ giọt
Trong bể lọc, các lớp vật liệu cĩ độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích lớn nhất trong điều kiện cĩ thể. Nước thải được hệ thống phân phối phun thành giọt đều khắp trên bề mặt của lớp vật liệu. Nước sau khi chạm lớp vật liệu chia thành các hạt nhỏ chảy thành màng mỏng qua khe vật liệu đi xuống dưới. Trong thời gian chảy như vậy nước thải tiếp xúc với màng nhầy gelatin bám quanh vật liệu lọc. Sau một thời gian lớp này dầy lên ngăn cản oxy của khơng khí thấm vào trong lớp màng nhầy. Do khơng cĩ oxy, tại lớp trong của lớp màng nhầy sát với bề mặt cứng của vật liệu lọc, vi khuẩn yếm khí phát triển tạo ra sản phẩm phân hủy yếm khí cuối cùng là khí methan và CO2 làm trĩc lớp màng ra khỏi vật cứng rồi bị nước cuốn xuống phía dưới. Mặt khác khi chất nền khơng cịn khuyếch tán tới lớp bên trong nữa, các vi sinh vật cĩ trong lớp ưa hiếu khí sẽ chết và tự tiêu đi. Do vậy xuất hiện những khoảng trống tế bào cho các vi sinh hiếu khí và kỵ khí khác. Khi chất nền thật sự cạn kiệt, việc tiêu hủy các tế bào cịn lại làm cho màng sinh học bị tách rời từng vùng ra khỏi bề mặt. Trên mặt vật liệu lọc hình thành lớp mang mới. Sự tách màng sinh học được tạo ra và thúc đẩy bởi dịng nước chảy qua bề mặt. Hiện tượng này được lập đi lập lại tuần hồn và nước thải được làm sạch BOD và các chất dinh dưỡng. Để tránh hiện tượng tắc nghẽn trong hệ thống phun, trong khe rỗng lớp vật liệu, trước bể sinh học nhỏ giọt, phải thiết kế song chắn, lưới chắn, bể lắng đợt 1. Nước sau bể lọc sinh học cĩ nhiều bùn lơ lửng do các màng sinh học trĩc ra nên phải được xử lý tiếp bằng bể lắng đợt 2.
53
54
a. Vật liệu lọc.
Vật liệu lọc tốt nhất là vật liệu cĩ diện tích bề mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích lớn, độ bền cao theo thời gian, khơng bị tắt nghẽn và giá rẻ. Tùy thuộc vào điều kiện ứng dụng cĩ thể chọn : than đá, đá cục, cuội sỏi lớn, đá ong cĩ kích thước trung bình 60-100mm, nếu kích thước vật liệu nhỏ hơn sẽ làm giảm độ rỗng, gây tắc nghẽn cục bộ. Nếu kích thước lớn hơn thì diện tích mặt tiếp xúc bị giảm nhiều, làm giảm hiệu quả xử lý. Chiều cao lớp vật liệu từ 1.2-2.5m.
Những thập niên gần đây, do kỹ thuật sản xuất nhựa PVC phát triển, những tấm nhựa đúc lượn sĩng, gấp nếp và các dạng khác nhau của quả cầu nhựa đã được dùng làm lớp vật liệu lọc (xem hình 5.1). Do vật liệu lọc nhẹ, dễ lắp đặt và tháo dỡ nên chiều cao bể lọc sinh học đã được tăng lên từ 6-9m gọi là tháp lọc sinh học (xem hình 5.2) tăng chiều cao làm giảm diện tích mặt bằng của bể lọc sinh học.
b. Hệ thống phân phối nước.
Hệ thống phân phối nước làm bằng dàn ống nhựa tự quay đã được đưa vào tiêu chuẩn thiết kế bể lọc sinh học vì cĩ cấu tạo đơn giản, làm việc ổn định, dễ quản lý. Hệ thống gồm ống đứng dẫn nước vào được đặt ở tâm bể, đỉnh ống lắp khớp quay hình cầu đưa nước ra 2 hoặc 3 ống nhánh đặt nằm ngang song song với bán kính bể (xem hình 5-1) trên ống nhánh lắp vịi phun hoặc lỗ phun nước xuống bề mặt bể lọc. Các tia nước phun ra cùng trên một phía, vuơng gĩc và ngược với chiều quay của ống nhánh. Động lượng của các tia nước biến thành lực làm cho dàn ống nhánh quay quanh trục. Tốc độ quay thay đổi theo lưu lượng nước, thường tốc độ quay khoảng 1 vịng trong 10 phút (tùy theo điều kiện thời tiết và mục đích xử
55
lý mà lượng nước đưa vào khác nhau nên tốc độ quay sẽ khác nhau). Khi giàn phun cố định phải bố trí đều lỗ phun nước trên tồn diện tích bể, phải cĩ thùng chứa lắp xiphơng hoạt động tự động để cấp nước cho dàn phun theo từng mẻ liên tiếp.
Khoảng cách từ bề mặt của lớp vật liệu đến vịi phun từ 0.2-0.3m để lấy khơng khí và để cho các tia nước phun ra vỡ đều thành giọt nhỏ trên tồn diện tích bể.
c. Sàn đỡ và thu nước.
Sàn đỡ và thu nước trong bể lọc sinh học làm hai nhiệm vụ:
(1)Thu đều nước cĩ các mảnh vỡ của màng sinh học bị trĩc ra chảy từ trên xuống để dẫn sang bể lắng đợt 2.
(2)Phân phối đều giĩ vào bể lọc để duy trì mơi trường hiếu khí trong các khe rỗng.
Sàn đỡ làm bằng tấm bê tơng, sành nung hay tấm nhựa tăng cường bằng sợi thủy tinh cĩ khoan lỗ hoặc khe cho nước và khí đi qua, đồng thời đỡ được lớp vật liệu lọc. Khoảng cách từ sàn phân phối đến đáy bể thường 0.6-0.8m. Đáy bể cĩ độ dốc 1-2% về máng trung tâm.
Xung quanh tường và độ cao giữa đáy và sàn phân phối đặt các cửa thơng giĩ, tổng diện tích các cửa sổ thơng giĩ bằng 20% diện tích sàn phân phối.
Giĩ đi vào bể lọc theo dịng đối lưu của khơng khí được tạo ra do chênh lệch nhiệt độ giữa nước thải và khơng khí quanh bể.
Nếu nhiệt độ nước thấp hơn nhiệt độ khơng khí, thì khơng khí trong các khe rỗng của lớp lọc lạnh hơn khơng khí bên ngồi, giĩ sẽ đi từ trên mặt bể lọc xuống đáy bể rồi thốt ra qua các cửa thơng giĩ. Ngược lại, nếu nhiệt độ nước cao hơn nhiệt độ khơng khí, giĩ sẽ đi từ dưới lên. Khi nhiệt độ nước và khơng khí bằng nhau, khơng cĩ giĩ đi vào bể lọc, vì vậy ở những bể diện tích và chiều cao lớn nên bố trí các quạt thơng giĩ.
5.1.2.2. Phân loại bể lọc sinh học nhỏ giọt.
Bể lọc sinh học nhỏ giọt được phân loại theo tải trọng thủy lực hoặc tải trọng các chất hữu cơ, bể cĩ tải trọng thấp, bể cĩ tải trọng cao. Theo bảng 5.1.
56
Bảng 5.1. Phân biệt tải trọng các bể lọc sinh học nhỏ giọt. (các chỉ tiêu thiết kế)
Thơng số Đơn vị đo Tải trọng thấp Tải trọng cao
Chiều cao lớp vật liệu m 1-3 0.9-2.4 (đá)
6-8 (nhựa tấm)
Loại vật liệu Đá cục, than cục, đá
ong, cuội lớn tấm nhựa đúc, cầu nhựa. Đá cục, tan cục, sỏi lớn,
Tải trọng BOD kg BOD5/m3.ngày 0.08-0.4 0.4-1.6
Tốc độ tải thủy m3/m2.ngày 1-4.1 4.1-40.7
Hệ số tuần hồn R=Qc/Q Tùy chọn 0-1 0.5-2
Tốc độ tải thủy trên bề mặt của bể lắng đợt 2
m3/m2.ngày 25 16
Hiệu quả khử BOD sau bể lọc và bể lắng đợt 2
% 80-90 65-85 Ghi chú: Tốc độ tải thủy nêu trong bảng là tỷ số của lưu lượng nước xử lý Q (m3/ngày) Ghi chú: Tốc độ tải thủy nêu trong bảng là tỷ số của lưu lượng nước xử lý Q (m3/ngày) cộng với lưu lượng tuần hồn Qc (m3/ngày) (nếu cĩ) chia cho diện tích bề mặt của bể lọc.
Bể lọc sinh học nhỏ giọt tải trọng thấp quản lý đơn giản, hiệu quả xử lý ổn định ngay cả khi nguồn nước cĩ chất lượng dao động lớn, hiệu quả xử lýcủa bể lọc phụ thuộc vào chế độ tưới nước tức là phụ thuộc vào vịng quay của thiết bị tưới, hay thể tích thùng đo và tích nước rồi lấy đi bằng xi phơng, thời gian gián đoạn khoảng ≤5phút.
5.1.2.3. Tuần hồn nước.
Đối với bể lọc cao tải muốn tăng hiệu quả xử lý phải tuần hồn nước lại để tăng thời gian tiếp xúc của nước thải với vi sinh dính bám và giảm tải trọng hữu cơ. Khi tuần hồn lại nước, tải trọng thủy lực tăng lên, đẩy mạnh quá trình tách màng vi sinh vật cũ và hình thành màng mới trên bề mặt vật liệu, làm giảm hiện tượng tắc nghẽn trong các lỗ rỗng của lớp vật liệu, tăng lưu lượng trong hệ phân phối để đảm bảo tốc độ quay của dàn ống.
Nĩi chung, lớp lọc cĩ lượng nước vào lớn, cần cĩ sự tuần hồn. Trong trường hợp này lượng nước cấp cần bảo đảm sao cho cĩ sự đồng hĩa các vi khuẩn ở nhiều mức độ khác nhau. Sự tự vét của vật liệu lớp lọc mà trên những vật liệu này chỉ tồn tại một lớp màng hoạt tính mỏng sẽ tạo ra sự trao đổi nhanh chĩng và thúc đẩy mạnh mẽ ngay tại lớp lọc sự phân hủy các chất tế bào đã được tạo nên. Việc khống hĩa (ổn định) được đảm nhận bởi các thiết bị khác trong hệ thống như các bể lắng sơ cấp và thứ cấp.
Cĩ thể áp dụng một trong 3 sơ đồ sau: (hình 5.3)
- Sơ đồ a: bể lọc sinh học cao tải, chiều cao lớp lọc từ 0.9-2m. Tuần hồn nước liên tục, nước tuần hồn lấy từ sau bể lắng đợt 2 hoặc cĩ thể sau bể lọc, đưa về trước bể lắng đợt 1. Bùn lắng ở bể lắng đợt 2 cũng đưa về bể lắng đợt 1 để tăng cường quá trình keo tụ trong bể lắng đợt 1. Bùn xả ra từ đáy bể lắng đợt 1 đưa đi xử lý tiếp.
57
- Sơ đồ b: nước tuần hồn lấy từ sau bể lọc đưa về trước bể lọc, sơ đồ này cĩ thể áp dụng cho cả bể lọc tải trọng thấp và bể lọc tải trọng cao. Khi cần nitrate hĩa (chuyển NH4+ thành NO3-) triệt để nên dùng sơ đồ này cho bể tải trọng thấp.
- Sơ đồ c: được sử dụng khi thiết kế dàn phân phối là dàn phun mưa liên tục đặt cao hơn lớp lọc 0.5-0.6m, các giọt mưa nhỏ trải đều khắp diện tích lọc.
Khi áp dụng bể lọc sinh học để xử lý nước thải cần quan tâm đến mơi trường để loại trừ khả năng sinh sản của ruồi, muỗi, giun sán, ốc, rêu...
58
59
5.1.2.4. Bể lắng đợt 2.
Bể lắng đợt 2 đặt sau bể lọc sinh học làm nhiệm vụ lắng gạn ra khỏi nước những bơng cặn do các vẩy màng sinh học trĩc ra. Khác với bể lắng đợt 2 đặt sau bể aerotank, bể lắng đợt 2 đặt sau bể lọc sinh học chỉ cĩ tuần hồn nước mà khơng cần hồn bùn trực tiếp vào bể lọc sinh học, nếu tuần hồn bùn phải đưa vào đầu bể lắng đợt 1, cho nên nồng độ bùn trong nước đi vào bể lắng thường nhỏ hơn 500mg/l khơng xảy ra hiện tượng lắng hạn chế. Tính tốn bể lắng đợt 2 này giống như tính tốn bể lắng đợt 1, chỉ khác là trọng tải bề mặt bể lắng tính với lưu lượng nước xử lý cộng thêm lưu lượng tuần hồn. Tải trọng bề mặt thường lấy từ 16-25m3/m2.ngày.