Mục đích nhằm loại bỏ các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học. Phƣơng pháp này dựa trên sự hoạt động của các lồi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dƣỡng và tạo năng lƣợng. Trong quá trình dinh dƣỡng, chúng nhận các chất dinh dƣỡng để xây dựng tế bào, sinh trƣởng và sinh sản nên sinh khối của ch ng đƣợc tăng lên. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là q trình oxy sinh hóa.
Tùy theo nhóm vi khuẩn sử dụng là hiếu khí hay kỵ khí mà ngƣời ta thiết kế các cơng trình khác nhau. Và tùy theo khả năng về tài chính, diện tích đất mà ngƣời ta có thể dùng hồ sinh học hoặc xây dựng các bể nhân tạo để xử lý. Có thể phân loại các phƣơng pháp sinh học dựa trên các cơ sở khác nhau, song nhìn chung có thể chia chúng thành 3 loại chính sau:
- Q trình xử lý sinh học hiếu khí bao gồm các cơng nghệ: Aerotank, SBR, MBR, MBBR, FBR, mƣơng oxy hóa.
- Q trình xử lý sinh học thiếu khí: Bể sinh học thiếu khí Anoxic
- Q trình xử lý sinh học kỵ khí: UASB, biogas, kỵ khí tiếp xúc.
2.3.1. Phƣơng pháp sinh học hiếu khí
2.3.1.1. Bể Aerotank – Bể hiếu khí bùn hoạt tính [5]
Khi nƣớc thải vào bể thổi khí (Bể Aerotank), các bơng bùn hoạt tính đƣợc hình thành mà các hạt nhân của nó là các phân tử cặn lơ lửng. Các loại vi khuẩn hiếu khí đến cƣ tr , phát triển dần, cùng với các động vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn,… tạo nên các bông bùn màu nâu sẫm, có khả năng hấp thụ chất hữu cơ h a tan, keo và khơng hịa tan phân tán nhỏ. Vi khuẩn và sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dƣỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ khơng hồ tan và thành tế bào mới.
Số lƣợng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lƣu tại bể không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó phải sử dụng bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy ở bể lắng 2 bằng cách tuần hoàn ngƣợc trở lại đầu bể Aerotank để duy trì nồng độ đủ của vi khuẩn trong bể. Bùn dƣ ở đáy lắng đƣợc xả ra ngồi khu xử lý bùn. Q trình xử lý nƣớc thải bằng bể Aerotank gồm các giai đoạn:
- Khuấy trộn đều nƣớc thải cần xử lý với bùn hoạt tính trong thể tích V của bể phản ứng.
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Toàn Phát phường Chánh Phú
Hịa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương cơng suất 530 m3/ngày.đêm
- Làm thống bằng khí nén hay khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nƣớc thải và bùn hoạt tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy oxy cung cấp cho quá trình sinh hóa xảy ra.
- Làm trong nƣớc và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng 2.
- Tuần hoàn lại một lƣợng bùn cần thiết từ đáy bể lắng để h a trộn với nƣớc thải đi vào.
- Xả bùn dƣ và xử lý bùn.
Cấu tạo: Bể Aerotank là cơng trình là bằng bê tông, bê tông cốt thép, với mặt bằng thơng dụng là hình chữ nhật, là cơng trình sử dụng bùn hoạt tính để xử lý các chất ô nhiễm trong nƣớc. Bùn hoạt tính là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh có khả năng oxy hóa và khống hóa các chất hữu cơ có trong nƣớc thải. Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và để đảm bảo oxy dùng cho q trình oxy hóa các chất hữu cơ thì phải ln ln đảm bảo việc làm thống gió. Bể đƣợc phân loại theo nhiều cách: Theo ngun lý làm việc có bể thơng thƣờng và bể có ngăn phục hồi; theo phƣơng pháp làm thống là bể làm thống bằng khí nén, máy khuấy cơ học, hay kết hợp…
Ƣu điểm:
- Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90% .
- Vận hành đơn giản, an tồn.
- Thích hợp với nhiều loại nƣớc thải.
- Thuận lợi khi nâng cấp công suất đến 20% mà khơng phải gia tăng thể tích bể.
Nhƣợc điểm:
- Nhân viên vận hành cần đƣợc đào tạo kỹ càng về chun mơn.
- Chi phí vận hành tốn kém.
- Cần có thêm bể lắng đợt 2.
- Diện tích thi cơng – xây dựng lớn.
- Nhƣợc điểm chính của xử lý hiếu khí là tổn thất năng lƣợng cung cấp cho khí với tốc độ đủ để duy trì nồng độ oxy hịa tan cần thiết để duy trì điều kiện hiếu khí trong nƣớc thải đƣợc xử lý cho sự tăng trƣởng hiếu khí.
2.3.1.2. Mương oxy hóa [13]
Mƣơng oxy hóa là mƣơng dẫn dạng vịng trịn có sục khí để tạo dịng chảy trong mƣơng, có thể tích đủ để xáo trộn bùn hoạt tính. Mƣơng oxy hóa dùng các vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí khử các chất hữu cơ và có thể kết hợp với quá trình xử lý nitơ. Thƣờng đặt mƣơng oxy hóa sau các cơng trình hóa lý hay bể UASB và cần bể lắng 2, không cần bể Anoxic (nếu đƣợc). Điều kiện sử dụng mƣơng oxy hóa: SS < 400mg/l, tỷ lệ BOD/COD > 0,5.
Ƣu điểm: Mực nƣớc luôn ổn khi cơng trình gặp sự cố nhƣ lƣu lƣợng nƣớc thải tăng hay giảm đột ngột nhờ điều chỉnh máng tràn ở cuối mƣơng, thời gian lƣu nƣớc lớn nên có khả năng chịu sốc tải, lƣợng bùn sinh ra ít hơn so với cơng trình xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính, năng lƣợng cung cấp ít hơn so với cơng trình xử lý hiếu khí.
Nhƣợc điểm: Yêu cầu về diện tích xây dựng cao hơn các cơng trình xử lý sinh học hiếu khí khác.
2.3.1.3. Bể MBR [8]
Các quá trình lọc màng tuy mới chỉ đƣợc áp dụng vào thực tế trong vòng mấy chục năm trở lại đây, nhƣng ch ng đã nhanh chóng đóng một vai trị vơ cùng quan trọng trong sản xuất và đời sống của con ngƣời. Cùng với sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật vật liệu và chế tạo màng ngày càng phát triển, các quá trình màng ngày càng đƣợc áp dụng rộng rãi không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau ở nhiều nƣớc trên thế giới trong đó áp dụng cơng nghệ màng để xử lý nƣớc ngày càng đƣợc áp dụng phổ biến.
Thuật ngữ MBR (Membrane Bioreactor) đƣợc hiểu là một sự kết hợp của quá trình xử lý nƣớc thải bằng bể sinh học bùn hoạt tính với q trình lọc màng để tách sinh khối, cặn lơ lửng... (hay công nghệ màng lọc sinh học), có thể là màng vi lọc MF hoặc màng siêu lọc UF. MBR là sự cải tiến của quy trình xử lý bằng bùn hoạt tính theo mẻ kiểu bể SBR trong đó việc tách cặn khơng cần dùng đến bể lắng bậc hai. MBR có thể kết hợp quá trình màng với bể vi sinh hiếu khí.
Trong bể duy trì hệ bùn sinh trƣởng lơ lửng, các phản ứng diễn ra trong bể giống nhƣ các q trình sinh học thơng thƣờng khác, nƣớc sau xử lý qua màng có chất lƣợng rất tốt và khơng phải qua bể lắng 2 hoặc có thể bỏ qua khâu khử trùng. Quy trình MBR thƣờng hoạt động ở hai kiểu đặt màng sau: Dạng đặt màng chìm trong bể và màng đặt ngồi bể nhƣ hình 3.2:
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Toàn Phát phường Chánh Phú
Hịa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương cơng suất 530 m3/ngày.đêm
Hình 2.10 Các dạng đặt màng trong hệ thống. [14]
Trong nghiên cứu quá trình thẩm thấu ngƣời ta chia 4 quá trình phân tách màng chủ yếu theo kích thƣớc của mao quản và cách thức nƣớc thấm qua là màng thẩm thấu ngƣợc RO, màng lọc nano NF (nanofiltration), màng siêu lọc UF (ultrafiltration) và màng vi lọc MF (microfiltration) nhƣ trong hình 2.10:
Hình 2.11 Quá trình phân tách bằng màng. [14]
- Thẩm thấu ngƣợc RO (Reverse osmosis): Là phƣơng pháp lọc tốt nhất trong tất cả các phƣơng pháp lọc màng. Quá trình lọc này chỉ cho nƣớc đi qua màng c n tất cả các chất hoà tan, các chất rắn lơ lửng đều bị giữ lại.
- Một loại lọc khác tƣơng đƣơng với lọc RO là màng Nano NF. Trong thực tế thì màng NF chỉ giữ lại các ion có hố trị lớn hơn 1 (Ca2+, Mg2+, SO42-...), trong khi Nƣớc vào Khí Nƣớc ra Bùn xả Khí Nƣớc vào Màng Tuần hoàn Bùn xả Nƣớc ra a) b)
những ion hố trị 1 vẫn có thể đi qua màng.
- Siêu lọc UF là quá trình lọc mà các hợp chất có phân tử lƣợng lớn nhƣ là protein và các chất keo, chất rắn lơ lửng, vi khuẩn ... trong khi đó những hợp chất có phân tử lƣợng thấp có thể đi qua màng nhƣ axit hữu cơ, vô cơ, muối, kiềm...
- Vi lọc MF là q trình lọc chỉ có thể loại bỏ đƣợc các chất rắn lơ lửng, vi khuẩn côn trùng, sinh khối ..
Nguyên lý hoạt động của bể MBR: Cơ sở của quá trình lọc màng sinh học bao gồm bể hiếu khí và bể anoxic. Các mơ - đun màng sẽ đƣợc ngâm trong bể hiếu khí - nơi các chất hữu cơ (BOD) sẽ bị suy giảm về mặt sinh học bởi bùn than hoạt tính. Khi đó, nồng độ MLSS (Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng trong bùn) của hệ thống MBR là 10 - 20g/ L so với 3 - 4g/ L trong các hệ thống bùn than hoạt tính thơng thƣờng. Vậy nên thời gian lữu giữ ở bể MBR chỉ bằng 30% so với các hệ thống thơng thƣờng. Tiếp đó, các màng trong bể sẽ tách chất rắn lơ lửng khỏi chất lỏng qua quá trình lọc. Sau khi màng giữ lại hết các cáu cặn, vi khuẩn,... nƣớc sạch sẽ đƣợc bơm ra bên ngoài. C n các chất bẩn sẽ rơi xuống bể và đƣa ra bên ngoài.
Hình 2.12 Nguyên lý hoạt động của bể MBR. [14] 2.3.2. Phƣơng pháp sinh học kỵ khí 2.3.2. Phƣơng pháp sinh học kỵ khí
2.3.2.1. Bể biogas
Đây là phƣơng pháp xử lý kỵ khí khá đơn giản, đƣợc áp dụng phổ biến ở các trang trại và hộ gia đình. Bể biogas có ƣu điểm là có thể sản xuất đƣợc nguồn năng lƣợng khí sinh học để thay thế đƣợc một phần các nguồn năng lƣợng khác. Tùy thuộc
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Toàn Phát phường Chánh Phú
Hòa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương cơng suất 530 m3/ngày.đêm
vào thành phần và tính chất nƣớc thải, thời gian lƣu nƣớc, tải trọng hữu cơ, nhiệt độ...mà lƣợng khí sinh ra là khác nhau. Nƣớc thải sau khi qua bể biogas, BOD giảm 79 – 87%, coliform giảm 98 - 99,7%, trứng giun sán 95,6 - 97%.
2.3.2.2. Bể UASB – Bể sinh học kỵ khí [9]
Điều kiện áp dụng
UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là bể xử lý sinh học dòng chảy ngƣợc qua tầng bùn kỵ khí. UASB đƣợc thiết kế cho nƣớc thải có nồng độ ơ nhiễm chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp. Nồng độ COD đầu vào đƣợc giới hạn ở mức thấp nhất là 100 mg/l; nếu SS > 3000mg/l thì khơng thích hợp để xử lý bằng UASB. UASB là quá trình xử lý sinh học kỵ khí, trong đó nƣớc thải sẽ đƣợc phân phối từ dƣới lên và đƣợc khống chế vận tốc phù hợp (0,6 - 0,9 m/h).
Nguyên lý hoạt động
Nƣớc thải đƣợc phân phối từ dƣới lên, qua lớp bùn kỵ khí, tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật kỵ khí, hiệu quả xử lý của bể đƣợc quyết định bởi tầng vi sinh này. Hệ thống tách pha phía trên bể làm nhiệm vụ tách các pha rắn – lỏng – khí, các chất khí sẽ bay lên và đƣợc thu hồi, bùn sẽ rơi xuống đáy bể và nƣớc sau xử lý sẽ theo máng lắng chảy qua cơng trình xử lý tiếp theo.
Trong bể phản ứng UASB có bộ phận tách 3 pha: Khí biogas, nƣớc thải và bùn kỵ khí. Khí biogas đƣợc thu gom và phát tán vào mơi trƣờng qua ống khói. Bùn kỵ khí đƣợc tách ra và quay trở lại bể phản ứng, nƣớc thải sau khi đƣợc tách bùn và khí đƣợc dẫn sang bể xử lý hiếu khí (Aerotank). Hiệu suất xử lý của bể UASB tính theo COD, BOD đạt khoảng 60 ÷ 72%.
Ƣu Điểm
- Chi phí đầu tƣ và vận hành thấp.
- Lƣợng hóa chất cần bổ sung ít.
- Khơng đ i hỏi cấp khí, đỡ tốn năng lƣợng, có thể thu hồi, tái sử dụng năng lƣợng từ biogas.
- Lƣợng bùn sinh ra ít.
- Cho phép vận hành với tải trọng hữu cơ cao, giảm diện tích cơng trình
Khuyết Điểm
- Giai đoạn khởi động kéo dài.
- Dễ bị sốc tải khi chất lƣợng nƣớc vào biến động.
- Bị ảnh hƣởng bởi các chất độc hại.
2.3.3. Phƣơng pháp sinh học thiếu khí – Bể Anoxic
Bể anoxic là bể quan trọng trong quá trình xử lý nitơ trong nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học. Công nghệ khử nitơ trong nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học phổ biến nhất hiện nay là: Nitrat hóa và khử Nitrat, diễn biến của quá trình này nhƣ sau:
Nitrat hóa: Là một q trình tự dƣỡng, năng lƣợng cho sự phát triển của vi khuẩn đƣợc lấy từ các hợp chất oxy hoá của Nitơ, chủ yếu là Amoni. Ngƣợc với các vi sinh vật dị dƣỡng các vi khuẩn nitrat hoá sử dụng CO2 (dạng vô cơ) hơn là các nguồn cacbon hữu cơ để tổng hợp sinh khối mới. Sinh khối của các vi khuẩn nitrat hoá tạo thành trên một đơn vị của quá trình trao đổi chất nhỏ hơn nhiều lần so với sinh khối tạo thành của quá trình dị dƣỡng.
Khử nitrit và nitrat: Trong môi trƣờng thiếu oxy các loại vi khuẩn khử nitrit và nitrat Denitrificans (dạng kỵ khí tuỳ tiện) sẽ tách oxy của nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) để oxy hoá chất hữu cơ. Nitơ phân tử N2 tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nƣớc. Nhƣ vậy để khử nitơ cơng trình xử lý nƣớc thải cần:
- Điều kiện yếm khí (Thiếu oxy tự do)
- Có nitrat (NO3-) hoặc nitrit (NO2-)
- Có vi khuẩn kỵ khí tùy tiện khử nitrat;
- Có nguồn cacbon hữu cơ
- Nhiệt độ nƣớc thải khơng thấp.
Hình 2.13 Bể Anoxic. [15] 2.4. PHƢƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG [9] 2.4. PHƢƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG [9]
Dùng các chất có tính độc đối với vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun, sán,… để làm sạch nƣớc, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đổ vào nguồn tiếp nhân hoặc tái sử dụng. Khử trùng có thể dùng các hóa chất hoặc tác nhân vật lý nhƣ ozon, tia tử
Thiết kế hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt cho khu nhà ở Phương Toàn Phát phường Chánh Phú
Hịa, thị xã Bến Cát, tỉnh Bình Dương cơng suất 530 m3/ngày.đêm
ngoại. Các chất khử trùng thƣờng dùng nhất là khí hoặc nƣớc clo, nƣớc Javen, vôi clorua, các hypoclorit, cloramin B,…
Trong q trình xử lý nƣớc thải, cơng đoạn khử trùng thƣờng đƣợc đặt ở cuối quá trình. Sau khi qua các phƣơng pháp xử lý cơ học, hóa học, hóa lý và sinh học thì hàm lƣợng các vi sinh vật gây bệnh đã giảm đáng kể nhƣng để đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đổ vào nguồn hoặc tái sử dụng thì cần phải qua bƣớc khử trùng cuối cùng.
2.5. PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ BÙN CẶN [9]
Nhiệm vụ của xử lý bùn cặn là:
- Làm giảm thể tích và độ ẩm của cặn;
- Ổn định cặn;
- Khử trùng và sử dụng lại cặn cho các mục đích khác nhau: Bón ruộng, cải tạo đất, san lấp,…
Cặn tƣơi từ bể lắng đợt I sẽ đƣợc dẫn đến bể metan để xử lý. Một phần bùn hoạt tính (Vi sinh vật lơ lửng) từ bể lắng đợt II đƣợc dẫn trở lại Aeroten để tiếp tục tham gia q trình xử lý (Gọi là bùn hoạt tính tuần hồn), phần cịn lại (gọi là bùn hoạt tính dƣ) đƣợc dẫn đến bể nén bùn để làm giảm độ ẩm và thể tích, sau đó đƣợc dẫn vào bể metan để tiếp tục xử lý. Cặn ra khỏi metan thƣờng có độ ẩm cao (96 ÷ 97%). Để giảm thể tích bùn cặn và làm ráo nƣớc, có thể ứng dụng các cơng trình xử lý trong điều kiện