a) Quá trình xử lý sinh học hiếu khí
Bể bùn hoạt tính (Aerotank)
- Nguyên lý hoạt động: (Mục 13.5.1.1 nguồn [2])
Quá trình xử lý trong Aerotank diễn ra khi nƣớc thải đƣợc sục khí và hòa trộn với bùn hoạt tính.
Các quá trình sinh học xảy ra trong Aerotank chia làm 2 giai đoạn:
Hấp thụ các chất hữu cơ lên trên bề mặt bùn hoạt tính và khoáng hóa các chất dễ bị oxi hóa với sự tiêu thụ oxy mãnh liệt.
Oxy hóa bổ sung các chất hữu cơ khó phân hủy, tái sinh bùn hoạt tính. Ở giai đoạn này, oxy đƣợc tiêu thụ chậm.
Aerotank đƣợc chia ra làm 2 phần: phần tái sinh (25% thể tích chung) và phần thông khí là nơi diễn ra quá trình xử lý chính. Sự hiện diện của phần tái sinh cho phép xử lý nƣớc thải đậm đặc hơn và tăng năng suất của hệ thống.
Số lƣợng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lƣu lại trong bể Aerotank của lƣợng nƣớc thải ban đầu đi vào là không đủ, làm giảm nhanh các chất hữu cơ. Do đó phải sử dụng lại một phần bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy ở bể lắng đợt 2, bằng cách tuần hoàn bùn hoạt tính (>50%) về bể Aerotank để đảm bảo nồng độ vi sinh vật trong bể.. Phần bùn hoạt tính còn lại đƣợc đƣa về bể nén bùn hoặc các công trình xử lý bùn cặn khác để xử lý. Bể Aerotank hoạt động phải có hệ thống cung cấp khí đầy đủ và liên tục.
Hình 2.8 Cấu tạo bể aerotank.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy Chế biến Thủy Sản HC6, công suất 600 m /ngày đêm
SVTH: Nguyễn Lê Thanh Trúc 26
GVHD: TS. Huỳnh Thị Ngọc Hân
- Cấu tạo: (Mục 13.5.1.1 nguồn [2])
Cấu tạo bằng bê tông cốt thép, có thể là các hồ nƣớc lộ thiên, đƣợc trang bị cơ cấu sục khí cƣỡng bức. Chúng có thể ở dạng 2, 3 và 4 hành lang. Chiều sâu của Aerotank là 2 – 5m. Aerotank đƣợc phân thành nhiều loại theo chế độ thủy động, theo phƣơng thức tái sinh bùn hoạt tính, theo tải trọng bùn hoạt tính, theo số bậc,…nhƣng phổ biến nhất là Aerotank hành lang, hoạt động nhƣ mô hình đẩy, khuấy và với chế độ kết hợp.
- Ưu điểm:
Hiệu suất xử lý OD lên đến 90%, loại bỏ đƣợc Nito trong nƣớc thải Vận hành bể Aerotank đơn giản, an toàn
Thích hợp với nhiều loại nƣớc thải
Thuận lợi khi nâng cấp công suất đến 20% mà không phải gia tăng thể tích bể.
- Nhược điểm:
Quá trình xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo không loại trừ triệt để các loại vi khuẩn, nhất là vi trùng gây bệnh và truyền bệnh. Bởi vậy, sau giai đoạn xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo cần thực hiện khử trùng nƣớc thải trƣớc khi xả vào môi trƣờng.
- Phạm vi ứng dụng: (Mục 13.5.1.1 nguồn [2])
Trƣớc khi vào bể aerotank, nƣớc thải không đƣợc chứa hơn 150 mg/l SS và 25mg/l dầu mỡ. Nhiệt độ nƣớc thải dao động trong khoảng 6 – 30 , pH = 6,5-9.
Mƣơng oxy hóa
- Nguyên lý hoạt động:
Mƣơng oxy hóa là một dạng aerotank cải tiến khuấy trộn hoàn chỉnh trong điều kiện hiếu khí kéo dài, nƣớc chuyển động tuần hoàn trong mƣơng. Trong mƣơng oxy hóa sự khuấy tán của oxy đủ để khuấy trộn và đồng thời tăng khả năng tiếp xúc của vi khuẩn trong bùn hoạt tính với nƣớc thải.
Hình 2.9 Cấu tạo mƣơng oxy hóa.
SVTH: Nguyễn Lê Thanh Trúc 27
GVHD: TS. Huỳnh Thị Ngọc Hân
- Cấu tạo:
Mƣơng oxi hóa có thể gồm một hay nhiều mƣơng dẫn hình tròn, oval, dạng đƣờng đua (racetrack).
- Ưu điểm:
Cấu tạo đơn giản, chi phí vận hành thấp. chi phí đầu tƣ nhỏ hơn 2 lần so với bể lọc sinh học.
Hiệu quả xử lý BOD, N, P cao
Lƣợng bùn sinh ra và năng lƣợng cung cấp nhỏ hơn so với phƣơng án cổ điển Ít bị ảnh hƣởng bởi sự dao động lớn về chất lƣợng và lƣu lƣợng.
- Nhược điểm:
Do yêu cầu kỹ thuật nên hạn chế khả năng ứng dụng của mƣơng oxy hóa cho các xí nghiệp nhỏ và các khu dân cƣ 700 ngƣời
Có thể xảy ra sụp lỡ đất tại điểm gần máy thổi khí và các khúc quanh Đòi hỏi diện tích xây dựng lớn
Thời gian lƣu nƣớc kéo dài
- Phạm vi áp dụng:
Thƣờng sử dụng với nƣớc thải có độ nhiễm bẩn cao BOD20 từ 1000 – 5000 mg/l
Bể hiếu khí gián đoạn SBR (Mục 13.1 nguồn [4])
- Nguyên lý hoạt động:
Bể bùn hoạt tính từng mẻ SBR là công trình xử lý sinh học nƣớc thải dựa trên nguyên lý bùn hoạt tính – bể Aerotank nhƣng các giai đoạn hoạt động xảy ra trong cùng một bể ( không có bể lắng 2 sau Aerotank).
Năm giai đoạn chính xảy ra trong bể SBR:
Làm đầy nƣớc: nƣớc thải đƣợc đƣa vào bể, có thể vận hành theo 3 chế độ: làm đầy tĩnh, làm đầy có khuấy trộn, làm đầy sục khí.
Giai đoạn phản ứng: sục khí để tiến hành nitrit hóa, nitrat hóa và phân hủy chất hữu cơ. Trong giai đoạn này cần tiến hành thí nghiệm để kiểm soát thông số đầu vào: DO, BOD, COD, N, P, cƣờng độ sục khí, nhiệt độ,.. để có thể tạo bông bùn hoạt tính hiệu quả cho quá trình lắng sau này.
Giai đoạn lắng: đóng van sục khí, van dẫn nƣớc thải và quá trình lắng xảy ra trong trạng thái tĩnh hoàn toàn.
Giai đoạn chắt nƣớc: nƣớc đã lắng sẽ đƣợc hệ thống thu nƣớc tháo ra. Giai đoạn nghỉ: thời gian nghỉ chờ nạp mẻ tiếp theo.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy Chế biến Thủy Sản HC6, công suất 600 m /ngày đêm
SVTH: Nguyễn Lê Thanh Trúc 28
GVHD: TS. Huỳnh Thị Ngọc Hân
Hình 2.10 Sơ đồ thể hiện các giai đoạn xảy ra trong bể SBR.
(Nguồn: https://hutbephot247.com/be-sbr-la-gi/)
- Ưu điểm:
Có khả năng khử Nito, Photpho; TSS đầu ra thấp
Không có bể lắng II cũng nhƣ tuần hoàn bùn hoạt tính. Ít tốn diện tích xây dựng Chi phí đầu tƣ, vận hành thấp
Có khả năng điều khiển tự động hoàn toàn
- Nhược điểm:
Cần có trình độ kỹ thuật cao cho công tác quản lý vận hành bể
Nếu nhƣ quá trình lắng bùn xảy ra sự cố thì sẽ dẫn bùn trôi theo đƣờng ống Có thể xảy ra quá trình khử Nitrat trong pha lắng nếu thời gian lƣu bùn dài.
Điều này sẽ dẫn đến hiện tƣợng bùn nổi do bị khí Nito đẩy lên và xảy ra nghiêm trọng vào những ngày có nhiệt độ cao.
- Phạm vi ứng dụng:
SBR thích hợp với công suất xử lý nƣớc thải 5000 m3/ngày đêm.
Bể MBBR [13]
MBBR là một dạng của quá trình xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính bởi lớp màng sinh học. Trong quá trình vận hành, lớp màng phát triển trên giá thể lơ lửng trong lớp chất lỏng của bể phản ứng. Những giá thể này chuyển động đƣợc do hệ thống sục khí cung cấp oxy cho nƣớc thải hay motor khuấy.
Bể MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể kỵ khí.
- Nguyên lý hoạt động:
Trong bể hiếu khí dính bám MBBR, hệ thống cấp khí đƣợc cung cấp để tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí sinh trƣởng và phát triển. Đồng thời quá trình cấp khí phải đảm bảo cho các vật liệu luôn ở trong trạng thái lơ lửng và chuyển động xáo trộn liên tục trong suốt quá trình phản ứng.
SVTH: Nguyễn Lê Thanh Trúc 29
GVHD: TS. Huỳnh Thị Ngọc Hân
Vi sinh vật có khả năng phân giải các chất hữu cơ dính bám và phát triển trên bề mặt các vật liệu. Các vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ trong nƣớc thải để phát triển thành sinh khối. Quần xã vi sinh vật sẽ phát triển nhanh chóng cùng với sự suy giảm các chất hữu cơ trong nƣớc thải. Khi đạt đến một độ đầy nhất định, khối lƣợng vi sinh vật sẽ tăng lên , lớp vi sinh vật phía trong do không tiếp xúc đƣợc với thức ăn nên sẽ chết, khả năng bám vào vật liệu không còn, sau đó đó bị bong ra và rơi vào nƣớc thải. Một lƣợng nhỏ vi sinh vật còn bám trên các vật liệu sẽ tiếp tục sử dụng các hợp chất hữu cơ có trong nƣớc thải để hình thành một quần xã sinh vật mới.
Ngoài nhiệm vụ xử lý các hợp chất hữu cơ có trong nƣớc thải thì trong bể sinh học hiếu khí dính bám lơ lửng còn xảy ra quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa. Vì vậy hiệu quả xử lý nito, photpho của công trình này rất tốt.
- Cấu tạo:
Hình 2.11 Cấu tạo bể MBBR.
(Nguồn:https://newtechvietnga.com.vn/products/cong-nghe-mbbr)
- Ưu điểm:
Chịu đƣợc tải trọng hữu cơ cao, 2000-10000 gBOD/m3.ngày, 2000-15000 gCOD/m3.ngày
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy Chế biến Thủy Sản HC6, công suất 600 m /ngày đêm
SVTH: Nguyễn Lê Thanh Trúc 30
GVHD: TS. Huỳnh Thị Ngọc Hân
Không cần tuần hoàn bùn
Loại bỏ đƣợc Nito trong nƣớc thải, NH3-N: 98-99%, TN: 80-85%, TP: 70-75% Có thể cải tiến thành công nghệ AAO để xử lý triệt để Nito, Photpho và các hợp
chất khó phân hủy khác
Mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao hơn so với hệ thống xử lý bằng phƣơng pháp bùn hoạt tính lơ lửng. Vì vậy tải trọng hữu cơ của bể MBBR cao hơn.
Dễ vận hành, không đòi hỏi kỹ thuật cao Không phát sinh mùi trong quá trình vận hành Hàm lƣợng bùn tạo ra thấp
- Nhược điểm:
Màng có thể bị tắt nghẽn do bùn sinh học
- Phạm vi ứng dụng:
Ứng dụng cho hầu hết các loại nƣớc thải có ô nhiễm hữu cơ nhƣ nƣớc thải sinh hoạt, nƣớc thải thủy hải sản, sản xuất chế biến thực phẩm,…
Điều kiện sử dụng bể: BOD/COD 0,5, TSS 150 mg/l.
a) Quá trình xử lý sinh học kỵ khí
Bể UASB
- Nguyên lí hoạt động: (Mục 13.5.2.1 nguồn [2])
UASB là bể kỵ khí lớp bùn chảy ngƣợc dòng. Trong bể UAS , nƣớc thải đƣợc đƣa vào từ đáy bể thông qua hệ thống phân phối dòng vào. Nƣớc thải chuyển động theo chiều từ dƣới lên trên với vận tốc 0,6 – 0,9m/h, đi qua lớp bùn vi sinh kỵ khí lơ lửng. Trong điều kiện kỵ khí, các chất hữu cơ có trong nƣớc thải sẽ bị phân hủy thành các hợp chất có khối lƣợng phân tử nhỏ hơn, hình thành các khí nhƣ CH4, CO2, tạo nên sự xáo trộn bên trong bể. Khí đƣợc tạo ra có khuynh hƣớng bám vào các hạt bùn, nổi lên trên bề mặt của bể, va chạm các tấm hƣớng dòng. Các tấm này có nhiệm vụ tách khí, bùn và nƣớc. Các hạt bùn đã đƣợc tách khí sẽ rơi xuống lại tầng bùn lơ lửng. Khí sinh học sẽ đƣợc thu bằng hệ thống thu khí.
SVTH: Nguyễn Lê Thanh Trúc 31
GVHD: TS. Huỳnh Thị Ngọc Hân
- Cấu tạo:
Hình 2.12 Cấu tạo bể UASB.
(Nguồn: http://www.congnghemoitruongxanh.com/be-uasb-xu-ly-nuoc-thai)
Bể UAS đƣợc chia làm hai vùng:
Vùng lắng: đƣợc đặt nằm trên vùng phân hủy kỵ khí. Nƣớc 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, nƣớc thải chảy vào vùng này để xử lý.
- Ưu điểm:
Xử lý các loại nƣớc thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ rất cao, COD= 15000mg/l. Hiệu suất xử lý COD có thể đến 80%
Yêu cầu về dinh dƣỡng (N, P) của hệ thống của công nghệ sinh học kỵ khí thấp hơn hệ thống xử lý hiếu khí do sự tăng trƣởng và sinh sản của vi sinh vật kỵ khí thấp hơn vi sinh vật hiếu khí.
Có thể thu hồi nguồn khí sinh học sinh ra từ hệ thống
Hệ thống xử lý kỵ khí tiêu thụ rất ít năng lƣợng trong quá trình vận hành.
- Nhược điểm:
Cần diện tích và không gian lớn để xử lý chất thải;
Quá trình tạo bùn hạt tốn nhiều thời gian và khó kiểm soát.
- Phạm vi ứng dụng: (Mục 2.6.6 nguồn [4])
Bùn nuôi cấy ban đầu: nồng độ tối thiểu là 10 kg VSS/m3. Lƣợng bùn cho vào không nên nhiều hơn 60 thể tích bể.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho Nhà máy Chế biến Thủy Sản HC6, công suất 600 m /ngày đêm
SVTH: Nguyễn Lê Thanh Trúc 32
GVHD: TS. Huỳnh Thị Ngọc Hân
Hàm lƣợng chất hữu cơ: COD 50.000mg/l thì cần pha loãng nƣớc thải hoặc tuần hoàn nƣớc thải đầu ra.
Hàm lƣợng cặn lơ lửng: nƣớc thải có hàm lƣợng SS lớn không thích hợp cho mô hình này. SS > 3.000 mg/l khó phân hủy sinh học sẽ lƣu lại trong bể sẽ ngăn cản quá trình phân hủy nƣớc thải.
Nƣớc thải chứa độc tố: UASB không thích hợp với loại nƣớc thải có hàm lƣợng amonia > 2.000 mg/l hoặc hàm lƣợng sulphate > 500 mg/l. Khi nồng độ muối cao cũng gây ảnh hƣởng xấu đến vi khuẩn methane. Khi nồng độ muối nằm trong khoảng 5.000 – 15.000 mg/l thì có thể xem là độc tố.
Ứng dụng cho hầu hết tất cả các loại nƣớc thải có nồng độ COD từ mức trung bình đến cao: thủy sản fillet, chả cá Surimi, thực phẩm đóng hộp, dệt nhuộm, sản xuất bánh tráng, sản xuất tinh bột,…
Bể lọc kỵ khí UAF
- Nguyên lý hoạt động:
Dòng nƣớc thải phân bố đều đi từ dƣới lên, tiếp xúc với màng vi sinh bám dính trên bề mặt giá thể. Tại đây các chất hữu cơ sẽ đƣợc hấp thụ và phân hủy, bùn cặn sẽ đƣợc giữ lại trong khe rỗng của lớp vật liệu lọc. Sau 2-3 tháng sẽ xả bùn dƣ một lần. Phần nƣớc sau khi qua lớp vật liệu lọc sẽ đƣợc chảy vào máng thu và tiếp tục đƣợc xử lý bởi các công trình phía sau.
- Cấu tạo:
ể lọc kỵ khí là các loại bể lọc kín, phía trong có chứa các vật liệu đóng vai trò nhƣ giá thể của vi sinh dính bám. Các giá thể là các loại vật liệu có hình dạng, kích thƣớc khác nhau (Sỏi, than đá, xỉ, ống nhựa, tấm nhựa, giá thể vi sinh dạng bánh xe, giá thể vi sinh dạng sợi ...) hoạt động nhƣ vật liệu lọc.
- Ưu điểm
+ Hiệu quả loại bỏ COD khoảng 70 – 80%
+ Thời gian lƣu ngắn, vi sinh vật dễ thích nghi với nƣớc thải.
+ Có thể vận hành ở tải trọng rất cao.
+ Ít tốn năng lƣợng và dễ kết hợp với những công nghệ xử lý nƣớc thải khác.
- Nhược điểm
+ Thời gian khởi động hệ thống dài.
+ Hay bị tắc nghẽn.
+ Hàm lƣợng cặn lơ lửng trong nguồn nƣớc thải đầu ra lớn.
SVTH: Nguyễn Lê Thanh Trúc 33
GVHD: TS. Huỳnh Thị Ngọc Hân
b) Quá trình xử lý sinh học thiếu khí
Bể Anoxic
- Nguyên lý hoạt động
Tại bể anoxic diễn ra quá trình nitrat hóa và photphorit để xử lý N, P Quá trình Nitrat hóa xảy ra nhƣ sau:
Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosonas và Nitrobacter. Trong môi trƣờng thiếu oxy, các loại vi khuẩn này sẻ khử Nitrat ( ) và Nitrit ( ) theo chuỗi chuyển hóa:
→ → N2O → N2↑
Khí nitơ phân tử N2 tạo thành sẽ thoát khỏi nƣớc và ra ngoài. Nhƣ vậy là nitơ đã đƣợc xử lý.
Quá trình Photphorit hóa:
Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu cơ chứa photpho sẽ đƣợc hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất mới không chứa photpho và các hợp chất có chứa photpho nhƣng dễ phân hủy đối với chủng loại vi khuẩn hiếu khí.
Để quá trình Nitrat hóa và Photphoril hóa diễn ra thuận lợi, tại bể Anoxic bố trí máy khuấy chìm với tốc độ khuấy phù hợp. Máy khuấy có chức năng khuấy trộn dòng nƣớc tạo ra môi trƣờng thiếu oxy cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển. Ngoài ra, để tăng