II. NGUYÊN LÝ, CẤU TẠO CÁC THIẾT BỊ XỬ LÝ SINH HỌC VÀ CÁCH TÍNH TOÁN
2.4.2 Các dạng công trình xử lý sinh học kỵ khí (bể tự hoại, bể biogas, bể UASB, bể
lọc kỵ khí)
Hầm biogas
Biogas là khí sinh học do một số vi khuẩn phân giải kỵ khí chất hữu cơ tạo ra. Các chất hữu cơ được ủ trong điều kiện kỵ khí để sinh ra các chất khí như H 2S, CO2, N2 và CH4, trong đó CO2 và CH4 có thể cháy được.
Hầm biogas là một hệ thống tự động, khi mà khí được sinh ra trong điều kiện kỵ khí sẽ đẩy cặn bã vào bể áp lực và ống nạp nhiên liệu. Khi mở van thì các cặn bã trong bể áp lực và ống nạp nhiên liệu sẽ đẩy khí ra để sử dụng.
Hầm biogas được chia làm ba phần liên tiếp với nhau:
+ Ngăn trộn là nơi để trộn các chất hữu cơ với nước trước khi đổ vào hầm phân hủy. + Hầm phân hủy là nơi nước và chất hữu cơ bị phân hủy lên men. Khí CH4 và
các loại khí khác sẽ được sinh ra ở đây và những chất khí này sẽ đẩy bùn cặn ở đáy bể lên bể áp lực.
+ Bể áp lực: là nơi chứa các bùn cặn. Khi mở van thì các cặn bã trong này sẽ đẩy ngược các chất khí ra để sử dụng.
Bể tự hoại
Bể tự hoại là công trình xử lý nước thải bậc I (xử lý sơ bộ) có nhiệm vụ làm sạch sơ bộ hoặc hoàn toàn nước thải trước khi thải ra sông, hồ hay mạng lưới thoát nước bên ngoài. Bể tự hoại hoạt động theo nguyên lý tạo ra trong hai quá trình là quá trình lắng nước thải và quá trình lên men cặn lắng. Bể tự hoại thường được dùng trong
các hộ gia đình có thể thống cấp thoát nước bên trong nhưng bên ngoài là hệ thống thoát nước chung không có trạm xử lý, thời gian lưu nước trong bể từ 1 đến 3 ngày. Bể tự hoại cũng được sử dụng trong xử lý cặn bùn của hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản, với thời gian lưu bùn từ 1-2 tháng. Bùn được nâng nhiệt đến 350C và có van tháo cặn dưới đáy bể.
Bể tự hoại 3 ngăn
Hiệu quả lắng cặn trong bể tự hoại có thể được từ 40-60% phục thuộc vào nhiệt độ và chế độ quản lý, vận hành bể. Qua thời gian từ 3-6 tháng, cặn lắng lên men kỵ khí. Quá trình lên men chủ yếu diễn ra trong giai đoạn đầu là lên men axit.
Ngoài ra còn có bể tự hoại 5 ngăn, trong đó:
Ngăn thứ nhất của bể có vai trò làm ngăn lắng- lên men kỵ khí, đồng thời điều hòa lưu lượng và nồng độ chất bẩn trong dòng nước thải.
Nhờ các vách ngăn hướng dòng, ở những ngăn tiếp theo, nước thải chuyển động theo chiều từ dưới lên trên, tiếp xúc với các VSV kỵ khí trong lớp bùn được hình thành dưới đáy bể trong điều kiện động, các chất hữu cơ được các VSV hấp thụ và chuyển hóa, đồng thời cho phép tách riêng 2 pha (lên men axit và lên men kiềm).
Các ngăn cuối cùng là ngăn lọc kị khí, có tác dụng làm sạch bổ sung nước thải, nhờ các VSV kị khí gắn bám trên bề mặt các hạt vật liệu lọc và năng cặn lơ lửng trôi theo nước.
Bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược – UASB (Upflow Anaerobic Blanket reactor)
UASB là một trong những phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí được ứng dụng rộng rãi nhờ các đặc điểm sau:
Cả 3 quá trình: Phân hủy – Lắng bùn – Tách khí được đặt chung trong một công trình.
Tạo thành các loại hạt bùn kỵ khí có mật độ VSV cao và tốc độ lắng vượt xa do có lớp bùn hiếu khí lơ lửng
Bể UASB được chia làm 2 vùng:
Vùng lắng: được đặt nằm trên vùng phân hủy kỵ khí. Nước thải sau khi phân hủy sẽ di chuyển lên vùng này để lắng cặn.
Vùng chứa bùn phân hủy kỵ khí (không chiếm quá 60% thể tích bể): là lớp bùn chứa các VSV kỵ khí có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ, nước thải được chảy vào vùng này để xử lý.
Nhờ có các VSV trong bùn hoạt tính mà các chất bẩn trong nước thải khi di chuyển từ dưới lên, xuyên qua lớp bùn bị phân hủy. Trong bể, các VSV liên kết nhau và hình thành các hạt bùn đủ lớn để tránh bị cuốn trôi ra khỏi bể. Đồng thời các loại khí được tạo ra trong điều kiện kỵ khí sẽ tạo ra dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho việc tạo thành những hạt bùn hoạt tính và giữ cho chúng được ổn định. Các bọt khí và hạt
bùn có khí bám vào sẽ nổi lên trên mặt tạo thành hỗn hợp trên bể. Khi hỗn hợp này va phải lớp lưới chắn phía trên, các bọt khí sẽ vỡ ra và các hạt bùn được tách ra sẽ lắng xuống dưới bể.
Bể UASB được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Ưu điểm:
Chi phí đầu tư và vận hành thấp. Lượng hóa chất cần bổ sung ít
Không đòi hỏi cấp khí, do đó ít tiêu hao năng lượng, có thể thu hồi và tái sử dụng năng lượng từ biogas
Lượng bùn sinh ra ít, cho phép vận hành với tải trọng cao, giảm diện tích công trình
Nhược điểm:
Giai đoạn xây dựng lâu. Dễ bị sốc tải khi chất lượng nước vào biến động. Bị ảnh hưởng bởi các chất độc hại. Khó hồi phục sau thời gian ngừng hoạt động
Bể UASB
Lọc kỵ khí bám dính cố định – AFR (Anaerobic filter reactor)
Hệ thống lọc kỵ khí bám dính cố định sử dụng các VSV bám dính trên các vật liệu lọc được đặt trong bể với dòng chảy của nước thải là từ dưới lên hoặc là từ trên xuống và màng VSV bám dính này không bị rửa trôi trong quá trình xử lý.
Dòng thải nước vào và dòng tuần hoàn ra được phân bố từ bên này sang bên kia bể phản ứng sinh học, chảy cắt ngang hoặc là chảy ngược qua màng sinh học. Qúa trình xử lý được xảy ra là kết quả của bùn lơ lửng và hòa trộn sinh khối bị giữ lại bởi màng lọc. Dòng chảy ra ở phần trên của màng là tập hợp của các tác nhân bị đào thải. Dòng chảy ra được tuần hoàn lại để duy trì việc nạp nước trong bể phản ứng. Phần khí
dưới đáy bể sẽ được thu hồi và chuyển đến nơi khác để sử dụng lại. Thời gian lưu nước trung bình trong bể khoảng từ 0,5-4 ngày với tải trọng thể tích chất hữu cơ từ 5-15 kg COD/m3/ngày.