- pH và độ kiềm.
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 oxy 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, Achromobacter, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, và hai loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas và Nitrobacter. Thêm vào đó, nhiều loại vi khuẩn dạng sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix, và Geotrichum cũng tồn tại.
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 150 mg/L, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ không quá 25 mg/L, pH = 6,5 – 8,5, nhiệt độ 60C < t0C < 370C.
Nước thải sau khi ra khỏi bể Aerotank, một phần nước thải sẽ được bơm chìm tuần hoàn về bể Anoxic để thực hiện quá trình khử Nitrate.
Hình 4.4. Máy thổi khí và hệ thống phân phối khí
Ngoài ra, nhằm duy trì lượng bùn lớn trong bể và giảm lượng bùn thừa sinh ra, bể kỵ khí và bể hiếu khí sẽ được bổ sung thêm các vật liệu đệm sinh học MBBR. Các vật liệu này là môi trường cho các vi sinh vật sinh bám để phân hủy các chất hữu cơ.
Các vật liệu này giúp tăng hàm lượng vi sinh bên trong bể cao hơn so với công nghệ xử lý sinh học cổ điển (3000 - 5000 mg/l) giúp tăng cường khả năng chịu “sốc” tải trọng của bể khi chất lượng nước thải thay đổi đột ngột đồng thời cũng giúp giảm lượng bùn thừa sinh ra trong quá trình xử lý do phần lớn bùn đã dính bám trên bề mặt vật liệu bên trong bể.
Để đảm bảo hiệu quả của quá trình xử lý. Nồng độ oxy hòa tan của nước thải trong bể hiếu khí cần được luôn luôn duy trì ở giá trị lớn hơn 2 mg/l bằng cách bố trí hệ thống phân phối khí đều khắp mặt đáy bể.
Kỹ thuật màng vi sinh chuyển động - MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor):
Hiện nay có hai phương pháp màng sinh học được ứng dụng phổ biến: kỹ thuật tầng cố định và tầng chuyển động. Trong kỹ thuật tầng chuyển động có nhiều loại vật liệu mang được sử dụng. Chúng có cùng đặc điểm là khối lượng riêng gần bằng khối lượng
riêng của nước và chuyển động lơ lửng trong thiết bị phản ứng nhờ hệ thổi khí (hệ hiếu khí) hay bằng cánh khuấy (hệ thiếu khí).
Vi sinh tự dưỡng có tốc độ phát triển chậm nhưng do sinh trưởng, bám dính trên vật liệu mang nên không bị trôi theo dòng nhờ đó mà mật độ vi sinh trong hệ phản ứng cao gấp 2 -3 lần so với hệ bùn hoạt tính thông thường. Cũng vì lý do đó mà diện tích bể lắng thứ cấp giảm đi đáng kể (trong hệ xử lý đồng thời chất hữu cơ và amoni) hoặc không cần bề lắng và hồi lưu bùn, tránh được hiện tượng tắc bùn, việc vận hành hệ xử lý cũng dễ dàng hơn.
Ưu điểm của việc xử lý sinh học hiếu khí vật liệu đệm MBBR: + Tăng khả năng tiếp xúc của vi sinh vật (VSV) với nước thải.
+ Hàm lượng MLSS bể cao (3000 - 5000 mg/l) hiệu quả cao, chiếm ít diện tích. + Lượng bùn sinh ra ít tiết kiệm chi phí xử lý bùn, chi phí vận hành.
Hiệu suất xử lý bể vi sinh hiếu khí đạt được trình bày trong bảng.
Bể hiếu khí Lưu lượng
(m3/ngày) BOD5 (kg/m3) COD (kg/m3) SS (kg/m3) Tổng N (kg/m3) Nồng độ đầu vào 32 2,1 2,45 0,56 0,79002 Hiệu suất 75% 55% 10% 50% Hàm lượng xử lý 1,575 1,3475 0,056 0,39501 Nồng độ còn lại 0,525 1,1025 0,504 0,39501 - Bể lắng sinh học:
Nước thải sau khi ra khỏi bể Aerotank sẽ chảy tràn qua bể lắng sinh học. Tại đây, xảy ra quá trình lắng tách pha và giữ lại phần bùn (vi sinh vật). Tại bể lắng sinh học, hỗn hợp nước thải cùng bùn được dẫn vào ống trung tâm, di chuyển từ trên xuống dưới đáy bể. Trong quá trình di chuyển, các bông bùn do va chạm vào tấm chắn của ống trung tâm, bị mất lực và rơi xuống đáy bể. Phần nước trong lan tỏa ra hai bên và dâng lên thành bể. Phần bùn lắng này sẽ được bơm bùn tuần hoàn về bể Anoxic nhằm duy trì nồng độ vi sinh vật. Phần bùn dư sẽ được hút định kỳ đổ bỏ nơi quy định.
Hiệu suất xử lý bể lắng sinh học được trình bày trong bảng:
Bể lắng sinh học Lưu lượng (m3/ngày) BOD5 (kg/m3) COD (kg/m3) SS (kg/m3) Tổng N (kg/m3) Nồng độ đầu vào 32 0,18375 0,496125 0,4536 0,098753 Hiệu suất xử lý 50% 45% 70% 30% Hàm lượng xử lý 0,091875 0,223256 0,31752 0,029626
Nồng độ còn lại 0,091875 0,272869 0,13608 0,069127
QCVN62-MT:2016/BTNMT cột B 0,1 0,3 0,15 0,15
Hình 4.5. Bể lắng bùn sinh học - Bể keo tụ-tạo bông (làm giảm hàm lượng chất rắn lơ lửng):
Nước thải sau khi qua hệ thống xử lý sinh học sẽ tiếp tục được dẫn sang bể keo tụ để xử lý các cặn lơ lửng còn lại từ quá trình xử lý sinh học.Cụm keo tụ-tạo bông gồm 02 ngăn: Keo tụ – tạo bông. Hóa chất NaHCO3 được bổ sung vào cụm bể nhằm tăng pH trong cụm bể đến một độ pH nhất định để quá trình xử lý sinh học đạt hiệu quả tốt hơn. Đồng thời dung dịch PAC được bơm định lượng nhằm thực hiện quá trình keo tụ.
Quá trình keo tụ thực chất là quá trình nén lớp điện tích kép. Quá trình này đồi hỏi thêm vào trong nước thải một lượng nồng độ cao các ion trái dấu để trung hòa điện tích, giảm thế điện động zeta.
Hóa chất keo tụ PAC sau khi thêm vào sẽ thủy phân, tạo ra các ion dương như sau: Me3+ + HOH Me(OH)2+ + H+
Me(OH)2+ + HOH Me(OH)+ + H+ Me(OH)+ + HOH Me(OH)3 + H+ Me3+ + HOH Me(OH)3 + 3H+
Các ion mang điện tích trái dấu này sẽ phá vỡ tính bền của hệ keo, thu hẹp điện thế zeta về mức thế 0. Khi đó lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt bằng không, tăng khả năng kết dính của các hạt keo, tạo ra các hạt có kích thước lớn hơn.
Nước sau quá trình keo tụ được dẫn qua bể tạo bông.
Để tách các cặn nhỏ sinh ra ở quá trình keo tụ dễ dàng hơn, nước thải được dẫn qua bể tạo bông. Tại ngăn Tạo bông, Polimer được châm một lượng vừa đủ để tạo ra các cầu nối đế liên kết các bông cặn nhỏ tạo thành các bông cặn lớn hơn, dẽ tách ra khỏi nước thải. Cơ chế tạo cầu nối và hình thành bông cặn cụ thể như sau:
Polymer + hạt Hạt mất ổn định + hạt mất ổn định Bông cặn