2.3.4.1. Giá thể
Diện tích thực tế của giá thể lớn, do đó nồng độ biofilm cao trong bể xử lý đến dẫn thể tích bể nhỏ. Theo các báo cáo cho thấy, nồng độ biofilm dao động từ 3000 – 4000 gTSS/m3 , tƣơng với những giá trị có đƣợc trong quá trình bùn hoạt tính với tuối bùn cao. Điều này đƣợc suy ra rằng, vì tải trọng thể tích trong MBBR cao hơn gấp vài lần trong quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính nên sinh khối sinh ra trong bể MBBR cao hơn nhiều. Hiệu quả xử lý của bể MBBR đối với quá trình xử lý khác nhau, đƣợc trình bày trong bảng 2.3
Bảng 2.3 Công dụng của các thiết kế điển hình cho các bể phản ứng KMT ở 15o
C Mục đích Hiệu quả xử lý (%) Tải trọng thiết kế, g/m2. ngày Tải trọng thiết kế,kg/m3.ngày có 67 % giá thể Sự loại bỏ BOD Cao Trung bình Thấp 75-80 (BOD7) 85-90 (BOD7) 90-95 (BOD7) 25 (BOD7) 15 (BOD7) 7,5 (BOD7) 8 (BOD7) 5 (BOD7) 2,5 (BOD7) Sự nitơ hóa (O2 >5 mg/l) Mức độ loại bỏ BOD1 NH4-N > 3 mg/l NH4-N < 3 mg/l 90-95 (BOD7) 90 (NH4-N) 90 (NH4-N) 6,0 (BOD7) 1,00 (NH4-N) 0,45 (NH4-N) 2,0 (BOD7) 0,35 (NH4-N) 0,15 (NH4-N) Sự khử nitơ Trƣớc khử nitơ (C/N>4)2 Sau khử nitơ (C/N>3)2 70 (NO3-N) 90 (NO3-N) 0,90 (NO3-N) 2,00 (NO3-N) 0,30 (NO3-N) 0,70 (NO3-N) Ghi chú: 1 O2> 3mg /12g BOD7/g NO3-N
1999, p. 250-305)
Mật độ của giá thế trong bể MBBR nhỏ hơn70% so với thể tích nƣớc trong bể, với 67% là giá trị đặc trƣng. Tuy nhiên mật độ của giá thế đƣợc yêu cầu dựa trên đặc tính của nƣớc thải và mục tiêu xử lý cụ thể. Giá trị thấp hơn 67% thƣờng đƣợc sử dụng.
2.3.4.2. Độ xáo trộn
Yếu tố khác có ảnh hƣởng đến hiệu suất là dòng chảy và điều kiện xáo trộn trong bể xử lý. Độ xáo trộn thích hợp là điều kiện lý tƣởng đối với hiệu suất của hệ thống. Lớp màng biofilm. Vì vậy, lớp màng biofilm dày và mịn không đƣợc mong đợi đối với hệ thống. Độ xáo trộn thích hợp có tác dụng loại bỏ những sinh khối dƣ và duy trì độ dày thích hợp. Độ dày của biofilm nhỏ hơn 100 micromet đối với xử lý cơ chất luôn đƣợc ƣu tiên. Độ xáo trộn thích hợp cũng duy trị tốc độ chảy cần thiết cho hiệu suất quá trình. Độ xáo trộn cao sẽ tách sinh khối ra khỏi giá mang và chính vì vậy sẽ làm giảm hiệu suất của quá trình xử lý. Thêm vào đó, sự va chạm và sự ma sát của giá thể trong bể phản ứng làm cho biofilm tách rời khỏi bề mặt phía ngoài của giá thể Kaldnes (giá mang đƣợc sử dụng thực nghiệm). Vì điều này, giá mang MBBR đƣợc cung cấp với rìa bên ngoài để bảo vệ sự hao hụt của biofilm và sự đẩy mạnh phát tiển của biofilm. Diện tích bề mặt của các rìa bên ngoài không đƣợc tính vào diện tích thực tế của biofilm. Diện tích trung bình hiệu quả của giá mang MBBR đƣợc báo cáo là khoảng 70% tổng diện tích bề mặt để màng biofilm dính bám vào giá thể ở phía bên ngoài ít hơn của giá mang. Có thể nhận thấy điều này qua hình 2.6
Hình 2.6. Lớp biofilm dính bám trên bề mặt giá thể.
Theo nghiên cứu của S. Winogradsly (1980), sau khi quan sát dƣới kính hiển vi lớp màng lọc trong bể lọc sinh học nhỏ giọt, đã tìm thấy rất nhiều vi khuẩn Zoogleal, các vi khuẩn hình que, vi khuẩn hình sợi, nấm sợi, protozoa và một số động vật bậc cao.
Một trong những nghiên cứu nhằm ƣớc lƣợng các loại khuẩn trong hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt đƣợc tiến hành bởi M. Hotchkiss năm 1923. Kết quả là đã tìm thấy nhiều loại vi khuẩn khác nhau ở độ sâu khác nhau trong bể lọc. Các nhóm vi khuẩn bao gồm: vi khuẩn khử nitrate, sulfate tạo thành từ protein, phân hủy anbumin, khử sulfate, oxy hóa sulfite đƣợc tạo thành từ các protein nhiều nhất ở độ sâu 0,3m và giảm dần qua lớp lọc, vi khuẩn khử sulfate hiện diện ở nhiều bề mặt và vi khuẩn oxy hóa sukfua có nhiều nhất ở độ sâu 1,6m; các dạng vi khuẩn nitrite gia tăng theo độ sâu và có số lƣợng lớn hơn các dạng vi khuẩn nitrate.
Năm 1925, S.L. Neave và A.M, Buswell đã tiến hành những thí nghiệm tiếp theo và tìm thấy một số chủng vi khuẩn: phân hủy pepton, phân hủy gelatin, dạng nitrate, dạng nitrit và khử nitrate. Có thể nhận thấy rằng, các vi khuẩn phân hủy hiện diện nhiều nhất o phần trên của bể lọc và các vi khuẩn oxy hóa có nhiều ở tầng dƣới bể lọc Protozoa là loài đƣợc tìm thấy nhiều nhất trong hệ thống này: Sarcodina, Mastigophera, Suctoria, Psychoda,…
lọc sinh học nhỏ giọt. Loài vi khuẩn đầu tiên phát hiện đƣợc là dạng vi khuẩn
Zoogleal với các vi khuẩn nitate hóa xảy ra trong hệ thống lọc sinh học thấp tải. Vi
khuẩn dạng sợi dễ dàng phát hiện hơn vi khuẩn Zoogleal, bao gồm Beggiatoa và Sphaertilus. Beggiatoa dễ phát hiện khi chúng là các vi khuẩn oxy hóa sulfua dạng
sợi. Các loại mầm thông thƣờng là Fusarium và Leptomitus. Ngoài ra còn có tảo
lục, Stigeoclonium, và tảo xanh lục, Cillatoria. Các loại nấm thƣờng suất hiện trên bề mặt của bể lọc nơi có ánh sáng. Protozoa Amip, Protozoa flagellated, Protozoa
có mao bơi tự do, Protozoa có mao dạng thân, đƣợc tìm thấy ở các phần khác trong bể lọc.
2.4.4.3. Tải trọng thể tích
Vì sự không thể xác định diện tích thực đƣợc bao bọc bởi biofilm trên bề mặt của giá mang, ngƣời ta đƣa ra hiệu suất quá trình theo thể tích bể phản ứng hay diện tích bề mặt giá thể. Tuy nhiên, việc đánh giá thể tích bể phản ứng có thể là hệ thống đƣợc so sánh với hệ thống khác mà sử dụng toàn bộ thể tích bể phản ứng để xử lý.
Nếu chỉ xử lý thứ cấp, hiệu quả tải tƣơng đƣơng 4-5kgBOD7/m3, ngày đến 12- 15kgBOD7/m3 , ngay ở mức 67% giá mang đƣợc lấy đầy (cung cấp 335m3 diện tích bề mặt giá thế trên m3
thể tích bể phản ứng). Những giá trị BOD7 không có trong tiêu chuẩn cua Hoa Kỳ. Tuy nhiên, chúng phù hợp với Phƣơng Pháp tiêu chuẩn của Nauy và những ứng dụng của chúng đối với việc thiết kế bể phản ứng ở Mỹ phải thực hiện một cách thận trọng. Rusten đã báo cáo rằng 60g BOD5/ngày tƣơng đƣơng với 70gBOD5/ngày, mặc dù nó không đƣợc cụ thể hóa xem thử giá trị BOD nào là giá trị tổng nào là giá trị hòa tan đƣợc. Mặc dù vậy, sự quy đổi này sẽ đƣợc sử dụng dể đổi các giá trị tải thành giá tri BOD5 cơ bản.
2.3.4.5 Các ứng dụng khác nhau của hệ thống xử lý phƣơng pháp MBBR
Hình 2.7. Các sơ đồ xử lý nước thải bằng phương pháp MBBR điển hình
