b. Cánh đồng tưới và bãi lọc:
3.2.3.2Xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo
CÁC PHƯƠNG PHÁP HIẾU KHÍ:
• Bể Aerotank:
Bể phản ứng sinh học hiếu khí – Aerotank là công trình bê tông cốt thép hình khối chữ nhật hoặc hình tròn, cũng có trường hợp người ta chế tạo các Aerotank bằng sắt thép hình khối trụ. Thông dụng nhất hiện nay là các Aerotank hình bể khối chữ nhật. Nước thải chảy qua suốt chiều dài của bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxi hòa tan và tăng cường quá trình oxi hóa chất bẩn hữu cơ có trong nước.
Nước thải sau khi xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hòa tan cùng các chất lơ lửng đi vào Aerotank. Các chất lơ lửng này và một số chất rắn và có thể là các chất hữu cơ chưa phải là dạng hòa tan. Các chất lơ lửng là nơi vi khuẩn bám vào để cư trú, sinh sản và phát triển, dần thành các hạt cặn bông. Các hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước. Chính vì vậy, xử lý nước thải ở Aerotank được gọi là quá trình xử lý với sinh trưởng lơ lửng của quần thể vi sinh vật. Các hạt cặn bông này cũng chính là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẫm, chứa các chất hữu cơ hấp phụ từ nước thải là nơi cư trú cho các vi khuẩn cùng các sinh vật bậc thấp khác, như nguyên sinh động vật sống và phát triển. Trong nước thải có các hợp chất hữu cơ hòa tan – loại hợp chất dễ bị vi sinh vật phân hủy nhất. Ngoài ra, còn có loại hợp chất hữu cơ khó bị phân hủy hoặc loại hợp chất chưa hòa tan, khó hòa tan ở dạng keo - các dạng hợp chất này có cấu trúc phức tạp cần được vi khuẩn tiết ra enzim ngoại bào, phân hủy thành các chất đơn giản hơn rồi sẽ tẩm thấu qua màng tế bào và bị oxi hóa tiếp thành sản phẩm cung cấp vật liệu cho tế bào hoặc sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước. Các hợp chất hữu cơ ở dạng keo hoặc ở dạng các chất lơ lửng khó hòa tan là các hợp chất bị oxi hóa bằng vi sinh vật khó khăn hoặc xảy ra chậm hơn.
Quá trình oxi hóa các chất bẩn hữu cơ xảy ra trong Aerotank qua 3 giai đoạn:
Giai đoạn thứ nhất: Tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi. Ơû giai
đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Hàm lượng oxi cần cho vi sinh vật sinh trưởng, đặc biệt ở thời gian đầu tiên thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rấy phong phú, lượng sinh khối trong thời gian này rất ít. Sau khi vi sinh vật thích nghi với môi trường, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân. Vì vậy, lượng tiêu thụ oxi tăng cao dần.
Giai đoạn 2: Vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi cũng ở mức gần như ít thay đổi. Chính ở giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất.
Hoạt động enzim của bùn hoạt tính trong giai đoạn này cũng đạt tới mức cực đại và kéo dài trong một thời gian tiếp theo. Điểm cực đại của enzim oxi hóa của bùn hoạt tính thường đạt ở thời điểm sau khi lượng bùn hoạt tính (sinh khối vi sinh vật) tới mức ổn định.
Qua các thông số hoạt động của Aerotank cho thấy ở giai đoạn thứ nhất tốc độ tiêu thụ oxi (hay tốc độ oxi hóa) rất cao, có khi gấp 3 lần ở giai đoạn 2.
Giai đoạn 3: Sau một thời gian khá dài tốc độ oxi hóa cầm chừng
(hầu như ít thay đổi) và có chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ oxi tăng lên. Đây là giai đoạn nitrat hóa các muối amon.
Sau cùng, nhu cầu oxi lại giảm và cần phải kết thúc quá trình làm việc của Aerotank (làm việc theo mẻ). Ơû đây cần lưu ý rằng, sau khi oxi hóa được 80 – 95% BOD trong nước thải, nếu không khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, cần phải lấy bùn cặn ra khỏi nước. Nếu không kịp thời tách bùn, nước sẽ bị ô nhiễm thứ cấp, nghĩa là sinh khối vi sinh vật trong bùn (chiếm đến 70% khối lượng cặn bùn) sẽ bị tự phân. Tế bào vi khuẩn có hàm lượng protein rất cao (60 – 80% so với chất khô), ngoài ra còn có các hợp chất chứa các chất béo, hyđrat cacbon, các chất khoáng… khi bị tự phân sẽ làm ô nhiễm nguồn nước.
Phân loại Aeotank: có nhiều cách phân loại
Phân loại theo chế độ thủy lực: Aerotank đẩy, Aerotank khuấy trộn
Phân loại theo chế độ làm việc của bùn hoạt tính: Aerotank có ngăn hoặc bể tái sinh (hoạt hóa) bùn hoạt tính tách riêng và loại không có ngăn bùn tái sinh bùn hoạt tính tách riêng.
Theo tải trọng BOD trên 1 gam bùn trong một ngày ta coù: Aerotank
tải trọng cao, Aerotank tải trọng trung bình và Aerotank tải trọng thấp.
Theo số bậc cấu tạo trong Aerotank (xây Aerotank có nhiều ngăn
hoặc hành lang) ta có các Aerotank 1 bậc, 2 bậc, 3 bậc…
• Mương oxy hóa
Mương oxy hóa là một dạng cải tiến của Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh
làm việc trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính (sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật trong nước thải) chuyển động tuần hoàn trong mương. Nước thải có độ nhiễm bẩn cao BOD20 = 1000 – 5000(mg/l) có thể đưa vào xử lý trong mương oxy hóa. Đối với nước thải sinh hoạt chỉ cần qua chắn rác, lắng cát và không qua lắng 1 là có thể đưa vào mương oxy hóa. Tải trọng của mương tính theo bùn hoạt tính vào khoảng 200g BOD5/kg.ngày. Một phần bùn bị khoáng hóa ngay trong mương. Do đó, số lượng bùn giảm khoảng 2,8 lần. Thời gian xử lý hiếu khí là 1 – 3 ngày.
Mương oxy hóa có dạng hình chữ nhật, hình tròn hay elip. Đáy và bờ có thể làm bằng bê tông cốt thép hoặc đào (đắp) đất có gia cố. Chiều sâu công tác từ 0,7m – 1m. Tốc độ chuyển động nước trong mương ≥ 0,3m/s, làm thoáng (khuấy đảo) bằng thiết bị cơ học với trục nằm ngang.
• Lọc sinh học
Về nguyên lý của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxi hóa các chất bẩn hữu cơ có trong nước. Các màng sinh học, là tập thể các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hiếu khí, kị
khí và kị khí tùy tiện. Các vi khuẩn hiếu khí tập trung ở phần lớp ngoài của màng sinh học. Ơû đây chúng phát triển và gắn với giá mang là các vật liệu lọc (được gọi là sinh trưởng gắn kết hay sinh trưởng dính bám)
Trong quá trình làm việc, các vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy từ trên xuống, sau đó nước thải đã được làm sạch được thu gom và xả vào lắng 2. Nước vào lắng 2 có thể kéo theo những mảnh vỡ của màng sinh học bị tróc ra khi lọc làm việc. Trong thực tế, một phần nước đã qua lắng 2 được quay trở lại làm nước pha loãng cho các loại nước thải đậm đặc trước khi vào bể lọc và giữ nhiệt cho màng sinh học làm việc.
Chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxi hóa bởi quần thể vi sinh vật ở màng sinh học. Màng này thường dày khoảng từ 0,1-0,4mm. Các chất hữu cơ trước hết bị phân hủy bởi các vi sinh vật hiếu khí. Sau khi thấm sâu vào màng, nước hết oxi hòa tan và sẽ chuyển sang phân hủy bởi vi sinh vật kị khí. Khi các chất hữu cơ trong nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ chuyển sang hô hấp nội bào và khả năng kết dính cũng giảm, dần dần bị vỡ cuốn theo nước lọc. Hiện tượng này gọi là “tróc màng”. Sau đó lớp màng mới lại xuất hiện.
Lọc sinh học đang được dùng hiện nay chia làm 2 loại:
Lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập trong nước. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lọc sinh học có vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước.
• Đĩa sinh học (RBC)
Đây là hệ thống sinh học sinh trưởng cố định trong màng sinh học khác, hệ thống này gồm một loạt các đĩa tròn lắp trên cùng một trục cách nhau một khoảng nhỏ. Khi trục quay một phần đĩa ngập trong máng chứa nước thải, phần còn lại tiếp xúc với không khí. Chất bẩn bám lên bề mặt phần đĩa khi phần này ngập trong nước thải và các vi khuẩn sẽ thực hiện quá trình phân huỷ hiếu khí khi phần đĩa bám chất bẩn này tiếp xúc với không khí.
PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC KỴ KHÍ:
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kị khí do một quần thể vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoạt động không cần sự có mặt của oxi không khí, sản phẩm cuối cùng là một hỗn hợp khí có CH4, CO2, N2, H2…. Trong đó có tới 64% là khí CH4. Vì vậy quá trình này còn gọi là lên men mêtan và quần thể vi sinh vật được gọi chung là các vi sinh vật lên men mêtan.
Các vi sinh vật metan sống kị khí hội sinh và là tác nhân phân hủy các chất hữu cơ, như protein, chất béo, hyđratcacbon thành các sản phẩm có phân tử lượng thấp qua 3 giai đoạn sau:
Các chất hữu cơ Các hợp chất dễ tan trong nước Các axit hữu cơ, axít béo, rượu CH4 + CO2 + N2 + H2….
Đây là một quá trình phức tạp và cơ chế của nó chưa được biết một cách đầy đủ và rõ ràng. Người ta có thể coi quá trình lên men mêtan gồm 3 pha: pha ban đầu là phân hủy, pha thứ 2 là pha chuyển hóa axit, pha thứ 3 là pha kiềm.
Trong pha axit các vi sinh vật tạo thành axit gồm cả vi sinh vật kị khí và vi
sinh vật tùy tiện. Chúng chuyển hóa các sản phẩm phân hủy trung gian thành các axit hữu cơ bậc thấp, cùng các chất hữu cơ khác như axit hữu cơ, axit béo, rượu, các axit amin, glyxerin, axeton, H2S, CO2, H2.
Trong pha kiềm các vi sinh vật sinh metan đích thực mới hoạt động. Chúng
là những vi sinh vật kị khí cực đoan, chuyển hóa các sản phẩm của axit thành CH4 và CO2. Các phản ứng ở pha này chuyển pH của môi trường thành kiềm.
• Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí với sinh trưởng lơ lửng:
Đây là quá trình phân hủy kị khí xáo trộn hoàn toàn và được thực hiện trong công trình thường được gọi là bể metan.
Trong quy trình xử lý không cần có mặt oxy phân tử. Sinh khí metan hay phân hủy các chất hữu cơ trong bể metan có thể thực hiện ở 35 – 370C hoặc 50 –
(pha phân hủy) (pha axit) (Pha kiềm)
550C. Ơû nhiệt độ 35 – 370C, khối nguyên liệu trong bể không được gia nhiệt và xáo trộn, do vậy thời gian lên men là khá dài: 30 – 60 ngày. Nếu khối nguyên liệu được gia nhiệt tới 50 – 550C và khuấy đảo trong điều kiện kị khí, thời gian lên men rút ngắn lại còn 15 ngày hoặc ít hơn.
• Xử lý bằng phương pháp tiếp xúc kị khí: bể lên men có thiết
bị trộn và có bể lắng riêng.
• Xử lý nước thải ở lớp bùn kị khí với dòng hướng lên (USB):
Dòng nước chảy từ dưới lên làm xáo trộn lớp cặn lơ lững. Trong quá trình này, dòng nước thải vào theo hướng từ dưới lên đi qua lớp bùn gồm các hạt bùn hình thành từ quá trình sinh học. Việc xử lý diễn ra khi nước thải chảy tới và tiếp xúc ngay với các hạt bùn lơ lửng. Các loại khí sinh ra trong quá trình phân huỷ kị khí (chủ yếu là mêtan và cacbon điôxit ) sẽ tạo nên sự lưu thông bên trong hệ thống và bảo quản các hạt. Một ít khí sinh ra sẽ bám vào các hạt bùn. Khí tự do và các hạt bùn có khí bám sẽ nổi lên mặt nước phía trên bể. Các hạt nổi lên này sẽ va chạm vào đáy của màng ngăn khử bọt khí làm cho các bọt khí bám vào hạt bùn bung ra và được giải phóng. Cùng với các bọt khí tự do, chúng được thu vào bồn chứa khí nhờ chụp thu khí. Các hạt bùn tách ra và lại rơi trở lại bề mặt lớp bùn. Nước thải còn chứa một ít hạt bùn nhỏ sẽ tiếp tục đi qua ngăn lắng phía trên. Các hạt bùn nhỏ lắng xuống đáy ngăn lắng, quay trở lại lớp màng ngăn và rơi xuống lớp bùn. Nước thải sau xử lý được dẫn ra qua các máng thu đặt ở giữa hoặc ở hai bên thành bể.
• Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí với sinh trưởng gắn kết:
Đây là phương pháp xử lý kị khí nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám với vi khuẩn kị khí trên các giá mang. Hai quá trình phổ biến của phương pháp này là lọc kị khí và lọc với lớp vật liệu trương nở, được dùng để xử lý nước thải chứa các chất cacbon hữu cơ. Quá trình xử lý với sinh trưởng gắn kết cũng được dùng để khử nitrat
Lọc kị khí với sinh trưởng gắn kết trên giá mang hữu cơ: phương pháp này
lớp vi sinh vật phát triển thành màng mỏng trên vật liệu làm giá mang bằng chất dẻo, có dòng nước đẩy chảy qua.
Xử lý nước thải bằng lọc kị khí với vật liệu giả lỏng trương nở: theo
phương pháp này, vi sinh vật được cố định trên lớp vật liệu hạt được giãn nở bởi dòng nước dâng lên sao cho sự tiếp xúc của màng sinh học với chất hữu cơ trong 1 đơn vị thể tích là lớn nhất.