CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2.2. Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt
2.2.3. Phương pháp xử lý sinh học
Thực chất của phương pháp này là dựa vào khả năng sống và hoạt động của các vi sinh để phân huỷ - oxy hoá các chất hữu cơ ở dạng keo và hoà tan có trong nước thải. Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng như: Cacbon, nitơ, photpho, kali,…vi sinh vật sử dụng vật chất này để kiến tạo tế bào cũng như tích luỹ năng lượng cho quá trình sinh trường và phát triển chính vì vậy sinh khối vi sinh vật không ngừng tăng lên.
Quá trình phân huỹ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá. Phương pháp xử lý sinh học có thể thực hiện trong điều kiện hiếu khí (với sự có mặt của oxy) hoặc trong điều kiện kỵ khí (không có oxy). Một số thiết bị xử lý sinh học như sau:
Bể UASB:
Xử lý nước thải UASB là quá trình xử lý sinh học kỵ khí , trong đó nước thải sẽ được phân phối từ dưới lên và được khống chế vận tốc phù hợp (v< 1m/h). Cấu tạo của bể UASB thông thường bao gồm: hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng xử lý và hệ thống tách pha. Nước thải được phân phối từ dưới lên, qua lớp bùn kỵ khí, tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật, hiệu quả xử lý của bể được quyết định bởi tầng vi sinh này. Hệ thống tách pha phía trên bề làm nhiệm vụ tách các pha rắn – lỏng và khí, qua đó thì các chất khí sẽ bay lên và được thu hồi, bùn sẽ rơi xuống đáy bể và nước sau xử lý sẽ theo máng lắng chảy qua công trình xử lý tiếp theo.
Các công trình xử lý nước thải trong đất là những vùng đất quy hoạch tưới nước thải định kỳ gọi là cánh đồng ngập nước (cánh đồng tưới và cánh đồng lọc). Cánh đồng ngập nước được tính toán thiết kế dựa vào khả năng giữ lại , chuyển hoá chất bẩn trong đất. Khi lọc qua đất, các chất lơ lửng và keo sẽ được giữ lại ở lớp trên cùng. Những chất đó tạo nên lớp màng gồm vô số vi sinh vật có khả năng hấp phụ và oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải. Hiệu suất xử lý nước thải trong cánh đồng ngập nước phụ thuộc vào các yếu tố như loại đất, độ ẩm của đất, mực nước ngầm, tải trọng, chế độ tưới, phương pháp tưới, nhiệt độ và thành phần tính chất nước thải. Đồng thời nó còn phụ thuộc vào các loại cây trồng ở trên bề mặt. Trên cánh đồng tưới ngập nước có thể trồng nhiều loại cây, song chủ yếu là loại cây không thân gỗ.
Cánh đồng tưới công cộng hoặc cánh đồng lọc: là những mảnh ruộng được san bằng hoặc dốc không đáng kể và được ngăn bằng những bờ đất. Nước thải được phân phối vào những mảnh ruộng đó nhờ mạng lưới tưới và sau khi lọc qua đất lại được qua một mạng lưới khác để tiêu đi.
Hồ sinh vật:
Là hồ xử lý sinh học, có nhiều tên gọi khác như: hồ oxy hóa, hồ ổn định nước thải. . . Các quá trình diễn ra trong hồ sinh vật cũng tương tự như quá trình tự làm sạch diễn ra ở các sông hồ chứa nước tự nhiên: đầu tiên các chất hữu cơ bị phân hủy bởi vi sinh vật. Các sản phẩm tạo thành sau khi phân hủy lại được rong, tảo sử dụng. Do kết quả hoạt động sống của vi sinh vật oxy tự do lại được tạo thành và hòa tan trong nước rồi lại được vi sinh vật sử dụng để trao đổi chất. Sự hoạt động của rong tảo không phải là quá trình chính mà chỉ tạo điều kiện thuận lợi cung cấp cho quá trình mà thôi. Vai trò xử lý chủ yếu ở đây vẫn là vi sinh vật.
Bể Aerotank:
Bể Aerotank cũng là một trong những phương pháp xử lý sinh học hiếu khí. Ưu điểm của bể là rất dễ xây dựng và vận hành. Bể Aerotank có nhiều loại như bể Aerotank truyền thống, bể Aerotank nhiều bậc, . . . Tuy nhiên bể Aerotank truyền thống sử dụng đơn giản nhất.
Bể Aerotank là công trình làm bằng bê tông, bê tông cốt thép, với mặt bằng thông dụng là hình chữ nhật. Hỗn hợp bùn và nước thải cho chảy qua suốt chiều dài bể. Nước thải sau khi xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hoà tan cùng các chất lơ lửng đi vào Aerotank. Các chất lơ lửng này là một số chất rắn và có thể là
các hợp chất hữu cơ chưa phải là dạng hoà tan. Các chất lơ lửng làm nơi vị khuẩn bám vào để cư trú, sinh sản và phát triển dần thành các hạt cặn bông. Các hạt này dần to và lơ lửng trong nước. Chính vì vậy, xử lý nước thải ở Aerotank được gọi là quá trình xử lí với sinh trưởng lơ lửng của quần thể vi sinh vật. Yêu cầu chung của bể Aerotank là đảm bảo bề mặt tiếp xúc lớn giữa không khí, nước thải và bùn.
Ưu điểm nổi bật của bể aerotank:
- Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90 %. - Loại bỏ được Nito trong nước thải. - Vận hành đơn giản, an toàn.
- Thích hợp với nhiều loại nước thải.
Xử lý nước thải sinh hoạt thì chủ yếu sử dụng phương pháp xử lý cơ học và xử lý sinh học.
Bể sinh học theo mẻ SBR (Sequence Batch Reactor)
Sequencing Batch Reactor (Lò phản ứng theo chuỗi) là hệ thống bùn hoạt tính kiểu làm đầy-và-rút, một hệ thống phản ứng kiểu khuấy trộn hoàn toàn bao gồm tất cả các bước của quá trình bùn hoạt tính xảy ra trong một bể đơn nhất, hoạt động theo chu trình mỗi ngày. SBR không cần sử dụng bể lắng thứ cấp và quá trình tuần hoàn bùn, thay vào đó là quá trình xã cặn trong bể.
Bể SBR sẽ hoạt động theo chu kì khép kín, với 4 pha chính là làm đầy, sục khí, lắng và rút nước, pha còn lại là pha nghỉ.
Pha làm đầy:
- Tại đây guồn nước xả thải sẽ được thải trực tiếp vào bể để xử lý trong khoảng thời gian từ 1 – 3 tiếng, Trong lúc này bể SBR sẽ xử lý các chất thải nối tiếp nhau bằng các quá trình: làm đầy – tĩnh; làm đầy – hòa trộn vào rồi sục – khí.
- Khi nước thải được bổ sung thêm sẽ đồng thời mang theo một số lượng lớn thức ăn cho những vi sinh ( bùn hoạt tính). Nên sẽ thúc đẩy mạnh mẽ quá trình phản ứng sinh hóa ở vi sinh.
- Quá trình này giúp cung cấp oxy trong nước và khuấy đều hỗn hợp chất có bên trong bể chứa. Tạo điều kiện tốt nhất, thuận lợi cho quá trình tạo phản ứng sinh hóa giữa nguồn nước thải với bùn hoạt tính.
- Khi sảy ra quá trình sục khí, chính là quá trình Nitrat hóa chuyển từ dạng N – NH3 thành sang N – NO2 và chúng sẽ nhanh chóng phản ứng tạo thành N – NO3.
*Pha lắng:
- Tại đây các chất hữu cơ sẽ lắng xuống dần trong nước, quá trình này diễn ra ở trong môi trường tĩnh. Cần có thời gian để bùn có thể lắng và cô đặc lại, mất tầm khoảng 2 tiếng đồng hồ để bùn có thể lắng xuống hết.
*Pha rút nước:
- Lượng nước nổi sau khi bùn đã lắng hết xuống thì nước này sẽ được đưa ra khỏi bể, và nước này sẽ không chứa bất cứ lượng bùn hoạt tính nào cả.
Hình 2.1: Nguyên lý vận hành bể SBR trong xử lý nước thải