IV. PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC HIẾU KHÍ
1. Quá trình hiếu khí
• 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 hòa tan và không hòa tan chuyển hóa thành bông bùn sinh học - quần thể vi sinh vật hiếu khí - có khả năng lắng dưới tác dụng của trọng lực. Nước chảy liên tục vào bể aeroten, trong đó khí được đưa vào cùng xáo trộn với bùn hoạt tính cung cấp ôxy 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 bông 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 hoàn 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 công 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 trò quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị ôxy hóa hoàn toàn 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 hóa Nitrosomonas, Nitrobacter. Yêu
cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 50 mg/L, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không 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 thông thường, bể aeroten xáo trộn hoàn chỉnh, mương ôxy hóa, bể hoạt động gián đoạn, bể aeroten mở rộng.
o Bể aeroten thông thường
Đòi hỏi chế độ dòng chảy nút (plug - flow), khi đó chiều dài bể rất lớn so với chiều rộng. Trong bể này nước thải vào có thể phân bố ở nhiều điểm theo chiều dài, bùn hoạt tính tuần hoàn đưa vào đầu bể. Ở chế độ dòng chảy nút, bông bùn có 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 hoàn Bùn thải Bể lắng 2
Bể aerotank Nước thải sau xử lý
Hình 4.2:Bể aeroten thông thường
o Bể aeroten xáo trộn hoàn toàn
Đòi 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 có dạng tròn hoặc vuông, hàm lượng bùn hoạt tính và nhu cầu ôxy đồng nhất trong toàn bộ thể tích bể. Bể này có 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 hoàn Máy thổi khí
Hình 4.3:Bể aeroten khuấy trộn hoàn toàn.
o Bể aeroten mở rộng
Hạn chế lượng bùn dư sinh ra, khi đó 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.
o Mương ôxy hóa
Là mương dẫn dạng vòng có sục khí để tạo dòng chảy trong mương có 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 ôxy hóa có 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.
o 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 có 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 chứa đầy vật liệu tiếp xúc, là giá thể cho vi sinh vật sống bám. Vật liệu tiếp xúc thường là đá có đường kính trung bình 25 - 100 mm, hoặc vật liệu nhựa có hình dạng khác nhau, có chiều cao từ 4 - 12 m. Nước thải được phân bố đều trên mặt lớp vật liệu bằng hệ thống quay hoặc vòi phun. Quần thể vi sinh vật sống bám trên giá thể tạo nên màng nhầy sinh học có khả năng hấp phụ và phân hủy chất hữu cơ chứa trong nước thải. Quần thể vi sinh vật này có thể bao gồm vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí và tùy tiện, nấm, tảo, và các động vật nguyên sinh, … trong đó vi khuẩn tùy tiện chiếm ưu thế.
Phần bên ngoài 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 ngoài tiêu thụ hết lượng ôxy khuếch tán trước khi ôxy thấm vào bên trong. Vì vậy, gần sát bề mặt giá thể môi trường kỵ khí hình thành. Khi lớp màng dày, chất hữu cơ bị phân hủy hoàn toàn ở lớp ngoài, 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 có cấu trúc rỗ để tạo điều kiện không khí lưu thông 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 có thể tuần hoàn để pha loãng nước thải đầu vào bể lọc sinh học, đồng thời duy trì độ ẩm cho màng nhầy.
o Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC)
RBC bao gồm các đĩa tròn 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 đó tiếp xúc với ôxy. Đĩa quay tạo điều kiện chuyển hóa ôxy và luôn giữ sinh khối trong điều kiện hiếu khí. Đồng thời, khi đĩa quay tạo nên lực cắt loại bỏ các màng vi sinh không còn khả năng bám dính và giữ chúng ở dạng lơ lửng để đưa sang bể
Nước thải giấy Song chắn rác Bể trộn Bể phản ứng
Bể Aeroten Bể lắng 1
Bể lắng 2 Bể thu hồi bột giấy
Thiết bị xử lý bùn
Nguồn tiếp nhận Bùn tuần hoàn
Nước thải nấu Nước thải xeo
Bể điều hòa Bể điều hòa
Bể lắng bột giấy Bể trộn
Bể hiếu khí lơ lửng Bể trộn
Bể thu hồi giấy
Bể lắng đợt 2 Bể nén bùn
Nguồn tiếp nhận Bể tạo bông
lắng đợt hai. Trục RBC phải tính toán đủ đỡ vật liệu nhựa và lực quay. Chiều dài tối đa của trục thường 8m. Vật liệu nhựa tiếp xúc thường có 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)
V. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT
GIẤY VÀ BỘT GIẤY ĐÃ ĐƯỢC SỬ DỤNG
1. Công ty giấy Hòa Phương
Hình 4.4: Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải công ty giấy Hòa Phương