khả năng áp dụng thích hợp với điều kiện ở Việt Nam:
Người ta sử dụng các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải sinh hoạt cũng như nước thải sản xuất khỏi nhiều hợp chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ như H2S, các sunfit, amoniac, nitơ…
Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật như trên được gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa.
Để có thể xử lý bằng phương pháp này nước thải sản xuất cần không chứa các chất độc và tạp chất, các muối kim lọa nặng hoặc nồng độ của chúng không được vượt quá nồng độ cực đại cho phép và có tỷ số BOD/COD ≥ 0,5
Người ta có thể phân loại các phương pháp sinh học dựa trên các cơ sở khác nhau. Song nhìn chung có thể chia chúng thành hai loại chính sau:
• Phương pháp hiếu khí là phương pháp xử lý sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Đểđảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20 đến 40°C.
• Phương pháp yếm khí là phương pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí. Trong các phương pháp này, phương pháp hiếu khí được ứng dụng rộng rãi hơn cả.
2.2.2.1 xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong các công trình nhân tạo
Các quá trình của phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ởđiều kiện tự nhiên hoặc trong điều kiện xử lý nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo người ta tạo ra các điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều.
Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí thường bao gồm : bể Aeroten; kênh oxy hóa tuần hoàn; bể Aeroten làm việc theo mẻ SBR; bể lọc sinh học nhỏ giọt; bể lọc sinh học cao tải hoặc đĩa sinh học…
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 8681686 - Fax: (84.4) 8693551
42 Quá trình xử lý sinh học là quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ và vô cơ dựa vào khả năng phân giải những hợp chất hữu cơ của vi sinh vật. Đồng thời tổng hợp sinh khối hay phân hủy nội bào. Những quá trình nói trên có thể mô phỏng theo các phản ứng sau:
• Oxi hóa các hợp chất hữu cơ không chứa nitơ:
CxHyOz + O2 CO2 + H 2O (x+4y - z2 ) x y 2 vsv
• Oxi hóa các hợp chất có chứa nitơ:
CxHyOzN+ O2 CO2 + NH3 + H2O (x+ 4y -z 2 -3 ) 4 x ( ) y-32 vsv • Tổng hợp sinh khối: H2O CxHyOzN +(x y )O2 + NH3 C5H7NO2+ CO2+ 4 + - z2 - 232 vsv 2 (x - 10) (y2 - 7 ) • Phân hủy nội bào: C5H7NO2 + 5O2 vsv 5CO2 + 2 H2O + NH3
• Quá trình Nitrat hóa:
NH3 (NH4+) vsv NO2- vsv NO3-
• Quá trình phản nitrat hóa: - VSV→
3 2
NO N
• Oxi hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh và photpho:
Hîp chÊt cña S, P vsv SO42-, PO43-
• Mô tả quá trình
Trong quá trình xử lý hiếu khí, các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyền phù. Quá trình làm sạch trong aeroten diễn ra theo mức dòng chảy qua của hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được sục khí. Việc sục khí ởđây đảm bảo các yêu cầu của quá trình :
- Đảm bảo độ oxy hoà tan cao giúp cho vi sinh vật thực hiện quá trình oxy hóa các chất hữu cơ.
- Duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng trong nước cần xử lý, tạo ra hỗn hợp lỏng huyền phù, giúp vi sinh vật tiếp xúc liên tục với các chất hữu cơ hòa tan trong nước, thực hiện quá trình hiếu khí làm sạch nước. Nước thải trước khi xử lý phải
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 8681686 - Fax: (84.4) 8693551
43 được lắng sơ bộđể tách các chất bẩn và phải xử lý sơ bộđể loại các chất độc hại với vi sinh vật.
• Bể Aeroten
Nước thải sau khi được loại các tạp chất có thể lắng được ở bể lắng sơ cấp được dẫn vào bể aeroten. Tại đây, nước thải được hòa trộn với bùn hoạt tính và được sục khí, nhờđó các chất hữu cơ trong nước được khuấy trộn và được các vi sinh vật có trong bùn hoạt tính phân hủy thành các hợp chất vô cơđơn giản. Đồng thời vi sinh vật cũng lấy năng lượng của quá trình oxy hóa sinh học này để tăng trưởng và tạo sinh khối làm cho lượng bùn trong bể tăng lên. Dòng hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính được đưa qua bể lắng thứ cấp, có nhiệm vụ lắng và tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải. Một phần sẽ tuần hoàn trở lại bể sinh học Aerotenk để giữ ổn định mật độ cao vi khuẩn tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ, đồng thời ổn định nồng độ MLSS trong bể Aeroten. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sơđồ hệ thống thiết bịđược trình bày như sau:
Hình 5. Sơđồ hệ thống Aeroten truyền thống • Kênh oxy hóa tuần hoàn
Nguyên tắc hoạt động:
Kênh oxy hóa tuần hoàn hoạt động theo nguyên lý thổi khí bùn hoạt tính kéo dài. Quá trình thổi khí đảm bảo cho việc khẻ BOD và ổn định bùn nhờ hô hấp nội bào. Vì vậy bùn hoạt tính khó gây hôi thối và khối lượng giảm đáng kể. Kênh oxy hóa tuần hoàn có tải trọng chất bẩn thấp (0,05 gBOD5/g bùn.ngày), thời gian lưu nước từ 18 đến 30 giờ và bùn giữ lại trong hệ thống trung bình từ 10 – 30 ngày.
Kênh oxy hóa tần hoàn hoạt động theo nguyên tắc aeroten đẩy và các guồng quay được bố trí theo chiều dài nên dễ tạo các vùng hiếu khí (aerobic) và thiếu khí (axonic) luân phiên thay đổi. Quá trình nitrat hóa và khử nitrat cũng được tuần tự thực hiện trong các vùng này. Bùn hoạt tính L1 Dòng ra Aeroten Nước thải L2 Bùn
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 8681686 - Fax: (84.4) 8693551
44 Trong vùng hiếu khí (DO >2 mg/l) diễn ra quá trình oxy hóa hiếu khí các chất hữu cơ và nitrat hóa. Trong vùng thiếu khí (DO < 0,5 mg/l) diễn ra quá trình hô hấp kị khí và khử nitrat.
Do kênh oxy hóa có hiệu quả xử lý BOD, N, P cao, quản lý đơn giản, ít bịảnh hưởng khi có sự thay đổi về thành phần và lưu lượng nước thải đầu vào, nên thường được áp dụng để xử lý nước thải có biên độ dao động lớn về chất lượng và lưu lượng giữa các giờ trong ngày. Tuy nhiên, công trình xây dựng hở và chiếm đất diện tích lớn là những yếu tố hạn chế sử dụng nó trong trường hợp xử lý nước thải quy mô lớn.
Kênh oxy hóa được xây bằng bêtông cốt thép hoặc bằng đất, mặt trong ốp đá, láng ximăng, nhựa đường, vận tốc tuần hoàn chảy trong mương V ≥ 0,25 – 0,3 m/s. Tại khu vực hai đầu mương có dòng đổi chiều, tốc độ chảy nhanh ở phía ngoài và chậm ở phía trong làm cho bùn lắng lại, giảm hiệu quả xử lý, do đó phải xây dựng các tường hướng dòng tại hai đầu mương để tăng tốc độ nước chảy ở phía bên trong lên.
Hình 6. Sơđồ hệ thống kênh oxy hóa tuần hoàn • Aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ (hệ SBR)
Nguyên tắc hoạt động:
Aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ là một dạng công trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính, trong đó bao gồm tuần tự diễn ra các quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải. Do hoạt động gián đoạn nên số ngăn của bể tối thiểu là hai.
Các giai đoạn hoạt động diễn ra trong một ngăn bể bao gồm: làm đầy nước thải vào bể, sau đó ngừng cấp nước vào để thổi khí khuấy trộn, sau đó ngừng khuấy trộn để lắng yên tĩnh rồi tháo nước ra và xả bùn dư. Công trình hoạt động gián đoạn, có chu kỳ. BOD5 của nước thải sau xử lý thường thấp hơn 20 mg/l. Hàm lượng cặn lơ lửng từ 3 – 25 mg/l và N-NH3 khoảng 0,3 – 12 mg/l. Chúng làm việc không cần bể lắng đợt 2, trong nhiều trường hợp, người ta cũng có thể bỏ qua bểđiều hòa và bể lắng đợt một.
Dòng vào
Tuần hoàn bùn hoạt tính
Lắng thứ cấp
Dòng ra
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 8681686 - Fax: (84.4) 8693551
45 Hình 7. Sơđồ hoạt động của hệ thống aeroten hoạt động gián đoạn SBR
Hệ thống SBR có khả năng khửđược nitơ và photpho sinh hóa do có thểđiều chỉnh được các quá trình hiếu khí, thiếu khí và kị khí trong bể bằng việc thay đổi chế độ cung cấp oxy. Nhược điểm chính là công suất xử lý nước thải nhỏ.
• Bể Unitank
Quá trình xử lý sinh học bằng công nghệ Unitank được thực hiện trong 1 hệ thống gồm 3 bể nối tiếp nhau. Hệ thống này là 1 bể chia thành 3 ngăn. Các ngăn này được thông với nhau bằng một hoặc nhiều khe mở giữa các tường ngăn. Các ngăn ở 2 đầu được lắp đặt thêm đập tràn răng cưa để thu nước sau khi lắng. Hai ngăn này đảm nhiệm đồng thời 2 chức năng : vừa là bể phản ứng sinh học vừa là bể lắng. Nước thải được đưa và từng ngăn tùy theo chu kỳ. Bùn hoạt tính dư sinh ra trong quá trình xử lý cũng được lấy ra ở từng ngăn, ngược với chu kỳ nước thải vào hệ thống.
Công nghệ Unitank được thiết kế đồng bộ trên cơ sở tính hợp giữa phương pháp xử lý hiếu khí bùn hoạt tính cổ điển (Aeroten) và phương pháp xử lý theo mẻ truyền thống (SBR). Trong hệ thống này không cần phải xây dựng hệ thống bể sục khí và bể lắng riêng biệt. Hệ thống mang mang ưu điểm của công nghệ Aeroten và SBR đồng thời khắc phục các nhược điểm của nhau.
Quá trình xử lý sinh học bằng công nghệ Unitank được thực hiện trong 1 hệ thống gồm 3 bể nối tiếp nhau. Hệ thống này là 1 bể chia thành 3 ngăn. Các ngăn này được thông với nhau bằng một hoặc nhiều khe mở giữa các tường ngăn.
Mỗi ngăn được lắp đặt các tube (AT) và các đĩa thổi khí (AD) ở dưới đáy. Khí được thổi vào từ máy thổi khí cánh guồng để cung cấp oxy cho quá trình xử lý sinh học. Các ngăn ở 2 đầu (1 và 3) được lắp đặt thêm đập tràn răng cưa để thu nước sau khi lắng. Hai ngăn này đảm nhiệm đồng thời 2 chức năng : vừa là bể phản ứng sinh học vừa là bể lắng. Nước thải được đưa và từng ngăn tùy theo chu kỳ.
Bùn hoạt tính dư sinh ra trong quá trình xử lý cũng được lấy ra ở từng ngăn, ngược với chu kỳ nước thải vào hệ thống.
Dòng ra Bể SBR1 Nước thải Bể SBR2 Bùn Khử trùng
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 8681686 - Fax: (84.4) 8693551
46 Hình 8. Sơđồ hoạt động của hệ thống bể Unitank
Chu kỳ hoạt động của bể Unitank : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cũng tương tự như hệ thống xử lý bằng bùn hoạt tính cổđiển, hệ thống bể này cũng hoạt động liên tục. Tuy nhiên, hệ thống Unitank hoạt động theo từng chu kỳ, trong đó mỗi chu kỳ bao gồm 2 giai đoạn chính và 2 giai đoạn trung gian trong một chuối cân bằng.
Giai đoạn chính thứ 1:
Nước thải được đưa vào bể Unitank tại ngăn 1 để hòa trộn với bùn hoạt tính và được sục khí . Các chất hữu cơ có trong nước thải được hòa trộn và phân hủy thành các hợp chất vô cơđơn giản (CO2 và H2O) dưới tác dụng của bùn hoạt tính. Thời gian lưu nước trong ngăn A là khoảng 3,5 giờ. Từ ngăn 1, hỗn hợp nước thải-bùn hoạt tính tiếp tục chảy qua ngăn thổi khí 2, tại đó bùn hoạt tính tiếp tục phân hủy các hợp chất hữu cơ.Hỗn hợp nước thải-bùn tiếp tục chảy sang ngăn 3. Tại ngăn 3 không diễn ra bất kỳ hoạt động thổi khí hay quá trình khuấy trộn nào, lúc này ngăn 3 đóng vai trò là ngăn lắng trong nước thải. Bùn hoạt tính trong ngăn 3 sẽ lắng xuống đáy bằng trọng lực, nước thải sau khi lắng trong tại ngăn 3 tràn qua đập tràn răng cưa sang bể khử trùng. Lượng bùn dư lắng tại ngăn 3 sẽ được bơm bùn bơm sang 2 bể nén bùn. Đến đây là thời điểm kết thúc giai đoạn chính thứ nhất.
Giai đoạn trung gian thứ nhất :
Tại chu kỳ này dòng nước thải tiếp tục được đưa vào hệ thống bể nhưng là ở ngăn giữa 2 và quá trình thổi khí chỉ diễn ra trong ngăn này. Thời gian cho giai đoạn này là khoảng 30 phút. Nước thải sau đó chảy tiếp qua ngăn 3, trong khi ngăn 1 đang lắng và chuẩn bị chuyển sang đóng vai trò bể lắng trong giai đoạn chính thứ hai.
Giai đoạn chính thứ hai : Nước thải Dòng ra Bể Unitank1 Bể Unitank2 Khử trùng Bể Unitank3 Bùn
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 8681686 - Fax: (84.4) 8693551
47 Giai đoạn chính thứ hai diễn ra cũng giống nhưng giai đoạn chính thứ nhất, tuy nhiên hướng dòng chảy được thay đổi theo chiều ngược lại. Nước thải được đưa vào và xử lý hiếu khí ở ngăn 3 rồi ngăn 2 trước khi lắng và lấy ra ở ngăn 1. Bùn hoạt tính dư cũng được lấy ra ở ngăn 1 bằng bơm bùn.
Giai đoạn trung gian thứ hai :
Giai đoạn trung gian thứ hai cũng diễn ra tương tự hư giai đoạn trung gian thứ nhất nhưng theo chiều ngược lại.
Các giai đoạn chính và trung gian diễn ra xen kẻ hay nói cách khác, các giai đoạn trung gian là khoảng thời gian cần thiết để thay đổi hướng của dòng nước thải chảy giữa các giai đoạn chính.
• Bể lọc sinh học nhỏ giọt
Cơ chế xử lý
Khi nước thải tưới qua lớp vật liệu lọc bằng các phần tử rắn xốp, các vi khuẩn sẽ được hấp phụ, sinh sống và phát triển trên bề mặt giá thể (vi sinh vật sinh trưởng dính bám). Vi khuẩn dính bám vào bề mặt vật rắn nhờ chất gelatin do chúng tiết ra và chúng có thể di chuyển trong lớp chất nhầy này. Các chất dinh dưỡng như muối khoáng, hợp chất hữu cơ có trong nước thải khuếch tán qua màng sinh vật. Sau một thời gian, màng sinh vật được hình thành và chia thành 2 lớp: lớp ngoài cùng là lớp hiếu khí được oxy khuếch tán xâm nhập, lớp trong là lớp thiếu oxi (anoxic). Sau một thời gian hoạt động, lớp này dày lên và màng bị tách khỏi vật liệu lọc và sụ hình thành các lớp màng sinh vật mới lại tiếp diễn. Khi dòng nước thải chảy trùm qua lớp màng sinh vật này, các chất ô nhiễm sẽđược vi sinh vật hấp thụ, oxy hòa tan được bổ sung bằng hấp thụ từ không khí.
Bể lọc sinh học nhỏ giọt có cấu tạo hình chữ nhật hoặc tròn trên mặt bằng. Do tải trọng thủy lực và tải trọng hữu cơ thấp nên kích thước hạt vật liệu lọc không lớn hơn 30mm thường là các loại đá cục, cuội, than cục… Chiều cac vật liệu lọc trong bể từ 1,5-2 m. Bểđược cấp khí tự nhiên. Nước thải được tưới lên bề mặt bể nhờ hệ thống ống phân phối vòi phun, cường độ tưới nhỏ nên người ta không tuần hoàn nước thải sau xử lý. Bể làm việc hiệu quả khi BOD5 của nước thải vào bể dưới 220 mg/l.
• Bể lọc sinh học cao tải
Bể lọc sinh học cao tải dùng để xử lý sinh học hiếu khí nước thải với tải trọng thủy lực từ 10-30m3/bề mặt bể.ngày, với công suất từ 500 đến hàng chục ngàn m3/ngày. Đểđảm bảo tải trọng thủy lực vật liệu lọc của bể thường có kích thước trung bình từ 40-80mm, chiều cao vật liệu lọc từ 2 đến 4 m có thể tăng lên 6-9m
Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường (INEST) ĐHBKHN - Tel: (84.4) 8681686 - Fax: (84.4) 8693551
48 Không khí cấp bằng quạt gió với lưu lượng 8-12m3 khí/m3 nước thải. Bể có cấu trúc tròn trên mặt bằng để đảm bảo cho dàn ống phân phối nước tự quay, áp lực vòi phun là 0,5-0,7m. Tốc độ quay một vòng từ 8 – 12 phút.