SBR (Sequencing Batch Reactor): Bể phản ứng theo mẻ là dạng cơng trình xử lí nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính, nhưng 2 giai đoạn sục khí và lắng diễn ra gián đoạn trong cùng một kết cấu.
Hệ thống SBR là hệ thống dùng để xử lý nước thải sinh học chứa chất hữu cơ và nitơ cao. Chu kì vận hành của bể SBR gồm 5 pha cơ bản: pha làm đầy - pha phản ứng - pha lắng - pha xả nước - pha chờ.
Chu kỳ hoạt động của bể với 5 pha được tiến hành như sau:
(1) Pha làm đầy: Nước thải được bơm vào bể xử lý trong khoảng từ 1-3 giờ. Trong bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tùy thuộc theo mục tiêu xử lý, hàm lượng BOD đầu vào mà quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: Làm đầy – tĩnh, làm đầy- hịa trộn, làm đầy- sục khí.
(2) Pha sục khí: Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính bằng sục khí hay làm thống bề mặt để cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp. Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, yêu cầu về mức độ xử lý, thường khoảng 2 giờ. Trong pha phản ứng, q trình nitrat hóa có thể thực hiện, chuyển Nitơ từ dạng N-NH3 sang N-NO22- và nhanh chóng chuyển sang dạng N-NO3-
(3) Pha lắng: Lắng trong nước. Quá trình diễn ra trong môi trường tĩnh, hiệu quả thủy lực của bể đạt 100%. Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thường kết thúc sớm hơn 2 giờ. Pha rút nước: tháo nước đã được lắng trong ở phần trên của bể ra nguồn tiếp nhận. trung bình thời gian xả cạn là 45 phút.
(4) Pha chờ: Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ phụ thuộc vào thời gian vận hành 4 quy trình trên và vào số lượng bể, thứ tự nạp nước nguồn do người thiết kế quyết định. Ở nhà máy có dịng chảy đều có thể bố trí lịch hoạt động để rút thời gian xuống gần bằng 0.
Hệ thống SBR yêu cầu vận hành theo chu kỳ để điều khiển quá trình xử lý. Hoạt động chu kỳ kiểm sốt tồn bộ các giai đoạn của chu kỳ xử lý. Mỗi bước luân phiên sẽ được chọn lựa kỹ lưỡng dựa trên hiểu biết chuyên môn về các phản ứng sinh học.
Một số ưu điểm nổi bật của bể SBR là hiệu quả xử lý chất ô nhiễm cao, khả năng khử được N, P cao và kết cấu đơn giản, hoạt động dễ dàng.
Ưu điểm:
- Không cần xây dựng bể lắng 1, lắng 2 hay thậm chí là cả bể điều hịa. - Chế độ hoạt động có thể thay đổi theo nước đầu vào nên rất linh động. - Giảm được chi phí do giảm thiểu nhiều loại thiết bị so với qui trình cổ điển.
Nhược điểm:
- Kiểm sốt q trình rất khó, địi hỏi hệ thống quan trắc các chỉ tiêu tinh vi, hiện đại.
- Do có nhiều phương tiện điều khiển hiện đại nên việc bảo trì bảo dưỡng trở nên rất khó khăn.
- Có khả năng nước đầu ra ở giai đoạn xả ra cuốn theo các bùn khó lắng, váng nổi.
- Do đặc điểm là ko rút bùn ra nên hệ thống thổi khí dễ bị nghẹt bùn.
- Nếu các cơng trình phía sau chịu sốc tải thấp thì phải có bể điều hịa phụ trợ.
Q trình sinh trưởng dính bám
Các màng sinh vật bao gồm các loại vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn tùy tiện, động vật nguyên sinh, giun, bọ,... hình thành xung quanh hạt vật liệu lọc hoặc trên bề mặt giá thể (sinh trưởng bám dính) sẽ hấp thụ chất hữu cơ. Các cơng trình chủ yếu là lọc sinh học, đĩa lọc sinh học, bể lọc sinh học có vật liệu lọc nước...Các cơng trình xử lý nước thải theo nguyên lý bám dính chia làm hai loại: loại có vật liệu lọc tiếp xúc không ngập trong nước với chế độ tưới nước theo chu kỳ và loại có vật liệu lọc tiếp xúc ngập trong nước ngập oxy.
d. Bể lọc sinh học nhỏ giọt
Lọc nhỏ giọt là loại bể lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập trong nước. Các vật liệu lọc có độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích là lớn nhất trong điều kiện có thể. Nước đến lớp vật liệu lọc chia thành các dòng hoacjwhatj nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở của vật lệu, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu và được làm sạch do vi sinh vật của màng phân hủy hiếu khí và kị khí sinh ra CH4 và CO2 làm tróc màng ra khỏi vật mang, bị nước cuốn theo. Trên mặt giá mang là vật liệu lọc lại hình thành lớp màng mới. Hiện tượng này được lặp đi lặp lại nhiều lần. Kết quả là BOD của nước thải bị vi sinh vật sử dụng làm chất dinh dưỡng và bị phân hủy kị khí cũng như hiếu khí: nước thải được làm sạch.
e. Đĩa lọc sinh học
Đĩa lọc sinh học được dùng để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học theo nguyên lý bám dính. Đĩa lọc là các tấm nhựa, gỗ, … hình trịn đường kính 2 – 4 m dày dưới 10 mm ghép với nhau thành khối cách nhau 30 – 40 mm và các khối này được bố trí thành dãy nối tiếp quay đều trong bể nước thải. Đĩa lọc sinh học được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải sinh hoạt với công suất không hạn chế. Tuy nhiên người ta thường sử dụng hệ thống đĩa để cho các trạm xử lý nước thải công suất dưới 5000 m3/ngày.
f. Bể lọc sinh học có vật liệu ngập trong nước
Nước thải qua bể lắng đợt I được bơm lên máng phân phối, theo dàn ống phân phối đề lên diện tích đáy bể, nước được trộn đều với khơng khí cấp từ ngồi vào qua dàn ống phân phối. Hỗn hợp khí nước đi cùng chiều từ dưới lên qua lớp vật liệu lọc.
Trong lớp vật liệu lọc xảy ra q trình khử BOD và chuyển hóa NO3-, lớp vật liệu lọc có khả năng giữ lại cặn lơ lửng. Nước trong được thu vào máng và theo ống đi ra ngoài. Nếu muốn khử BOD, NO3- và P, nên lọc từ 2 bậc trở lên, ở bậc lọc cuối, dàn phân phối khí đặt vào giữa lớp vật liệu lọc ở độ cao sao cho lớp vật liệu nằm dưới dàn phân phối khí có đủ thể tích là vùng thiếu khí (Anoxic) để khử NO3-, và P.
g. Bể MBBR
MBBR là từ viết tắt của cụm từ Moving Bed Biofilm Reactor, là một dạng quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bởi lớp màng sinh học (Biofilm).
Trong quá trình MBBR, lớp màng Biofilm phát triển trên giá thể lơ lửng trong lớp chất lỏng của bể phản ứng. Những giá thể này chuyển động được trong chất lỏng là nhờ hệ thống sục khí cung cấp oxi cho nước thải hay motor khuấy.
Nhân tố quan trọng của q trình xử lí này là các giá thể động có lớp màng biofilm bám dính trên bề mặt. Hiện tại trên thị trường có 5 loại giá thể khác nhau: K1, K2, K3, Natrix và Biofin Chip M.
Công nghệ MBBR là công nghệ mới nhất hiện nay trong lĩnh vực xử lý nước thải vì tiết kiệm được diện tích và hiệu quả xử lý cao. Vật liệu làm giá thể phải có tỷ trọng nhẹ hơn nước đảm bảo điều kiện lơ lửng được. Các giá thể này luôn chuyển động khơng ngừng trong tồn thể tích bể nhờ các thiết bị thổi khí và cánh khuấy. Mật độ vi sinh ngày càng gia tăng, hiệu quả xử lý ngày càng cao.
Thể tích của màng MBBR so với thể tích bể được điều chỉnh theo tỷ lệ phù hợp, thường là <50% thể tích bể. Nồng độ sinh khối dao động từ 3000-4000mg TSS/m3 => tải trọng thể tích trong MBBR cao hơn gấp vài lần trong q trình xử lí bùn hoạt tính.
Bể MBBR có 2 loại: MBBR hiếu khí và MBBR thiếu khí, đảm bảo cho q trình xử lý Nitơ trong nước thải.
Ưu điểm:
- Hệ vi sinh bền: các giá thể vi sinh tạo cho màng sinh học một môi trường bảo vệ, do đó, hệ vi sinh xử lý dễ phục hồi.
- Mật độ vi sinh cao: so với bể thổi khí thơng thường, mật độ vi sinh xử lý trong mỗi đơn vị thể tích cao hơn, vì vậy tải trọng hữu cơ của bể MBBR cao hơn.
- Mặt bằng của MBBR nhỏ hơn so với hệ thống xử lí nước thải hiếu khí bùn hoạt tính đối với nước thải đơ thị và khu cơng nghiệp.
- Chủng vi sinh đặc trưng: các nhóm vi sinh khác nhau phát triển giữa các lớp màng vi sinh, điều này giúp cho các lớp màng sinh học phát triển theo xu hướng tập trung vào các chất hữu cơ chuyên biệt.
- Dễ vận hành, dễ dàng nâng cấp. - Khơng cần tuần hồn bùn.
- Bùn sinh học sinh ra ít hơn và lắng tốt hơn. - Khơng bị bít tắt trong tầng giá thể.
- Tải trọng cao, biến động ô nhiễm lớn: khả năng phát triển của màng sinh học theo tải trọng tăng dần của chất hữu cơ làm cho bể MBBR có thể vận hành ở tải trọng cao và biến động lớn. Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90%.
- Dễ kiểm sốt hệ thống: có thể bổ sung giá thể Biofilm tương ứng với tải trọng ô nhiễm và lưu lượng nước thải.
- Tiết kiệm diện tích: giảm 30-40% thể tích bể so với cơng nghệ bùn hoạt tính lơ lửng và có thể kết hợp với nhiều cơng nghệ xử lý khác.
Nhược điểm:
- Khó vận hành.
- Cần các cơng trình lắng, lọc phải sau MBBR.
- Tùy chất lượng giá thể (MBBR) mà khả năng bám dính của vi sinh vật khác nhau (bám dính chắc hoặc dễ bị trôi). Thông thường giá thể rất dễ vỡ sau một thời gian sử dụng.
Phạm vi áp dụng:
Ứng dụng cho hầu hết các loại nước thải có ơ nhiễm hữu cơ: Nước thải sinh hoạt, nước thải y tế, thủy hải sản, sản xuất chế biến thực phẩm, nước thải công nghiệp, dệt nhuộm…
h. Công nghệ sinh học màng (MBR)
Màng: bất cứ vật liệu nào hình thành lớp mỏng và có khả năng chịu áp suất cao để tách các thành phần trong dung dịch như chất lơ lửng, dung môi, chất tan. Công nghệ màng dung để thay thế, phối hợp với các phương pháp khác để phân tách.
Màng được chia làm 3 loại:
- Lọc (Filtration): còn gọi là màng bán thấm. Màng này chỉ cho nước đi qua, những thành phần khác bị giữ lại trên bề mặt.
- Thấm (Permeation): Hỗn hợp khí nước được tách ra. Khí thấm qua màng, nước bị giữ lại.
- Thẩm tích (Dialysis): màng chỉ cho ion, nhưng khơng cho nước đi qua.
Màng đơn giản chỉ là một vật liệu áp dụng để xử lý nước và nước thải. Cho phép một số thành phần vật lý, hóa học đi qua nó một cách dễ dàng hơn các vật liệu khác. Có 4 loại màng dùng để tách các chất:
Thẩm thấu ngược (RO)
Siêu lọc (UF)
Vi lọc (MF)
Loc nano (NF)
Vật liệu màng
Có chủ yếu hai loại:
Các polymeric
Gốm sứ
Cấu hình màng
Có sáu cấu hình chính hiện nay đang làm việc trong quá trình màng mà tất cả đều có nhiều lợi ích thiết thực và hạn chế. Các cấu hình dựa trên hoặc là một hình học phẳng hoặc hình trụ bao gồm:
1. Dạng tấm : plate-and-frame/flat sheet (FS) 2. Dạng sợi rỗng : hollow fibre (HF)
3. Dạng ống : multi tubular (MT) 4. Dạng ống mao quản : capillary tube (CT)
5. Dạng nếp gấp : pleated filter cartridge (FC) 6. Dạng xoắn ốc : spiral-wound (SW)
Quá trình hoạt động của màng
- Dòng, áp lực, sức bền và khả năng thẩm thấu
Các yếu tố chính của bất kỳ quá trình màng liên quan đến ảnh hưởng của những thơng số thấm tổng thể:
Độ bền của màng
Động lực cho mỗi đơn vị diện tích màng
Các điều kiện thủy động ở giữa màng và chất lỏng
Tắc màng và tiếp theo làm sạch bề mặt màng
- Các kiểu tắc màng. Các nguyên nhân làm tắc màng là:
Sự bám dính và phát triển của màng sinh học lên màng lọc.
Sự đóng cặn của các chất hịa tan.
Sự hút bám của các phân tử lớn hoặc chất keo tụ lên màng. - Làm sạch màng:
Làm sạch màng: Để kéo dài tuổi thọ của màng, cần làm sạch màng vào cuối hạn dùng. Chọn cách rửa màng tối ưu tùy thuộc vào loại nước đầu vào. Thời điểm rửa màng xác định dựa theo đồng hồ đo áp lực.
Làm sạch màng bằng phương pháp vật lý ít phiền hà hơn làm sạch hóa học về một số vấn đề. Nói chung là phương pháp vật lý làm đơn giản hơn và nhanh chóng kéo dài khơng q 2 phút. Nó khơng địi hỏi hóa chất nên khơng có chất thải và đặc biệt là cũng ít bị suy thối màng. Tuy nhiên hiệu quả của nó thì lại khơng bằng phương pháp làm sạch hóa chất. Bởi vì làm sạch bằng phương pháp vật lý thì chỉ loại bỏ được các chất bám trên bề mặt màng. Trong khi làm sạch hóa chất có thể loại bỏ các chất bền bỉ hơn thường được gọi là ‘không thể đảo ngược’. Khi mà màng đã được làm sạch tuy nhiên độ thấm của màng không bao giờ phục hồi được như ban đầu.
Làm sạch bằng thổi khí: Cách đơn giản là dùng khí thổi từ dưới lên sao cho bọt khí đi vào trong ruột màng chui theo lỗ rỗng ra ngoài, đẩy cặn bám ra khỏi màng.
2.1.3.2. Phương pháp xử lý bằng sinh học kị khí
a. Bể biogas
Đây là phương pháp xử lý kỵ khí khá đơn giản, được áp dụng phổ biến ở các trang trại và hộ gia đình. Bể biogas có ưu điểm là có thể sản xuất được nguồn năng lượng khí sinh học để thay thế được một phần các nguồn năng lượng khác. Bùn cặn trong bể biogas có thể sử dụng để cải tạo đất nông nghiệp. Tùy thuộc vào thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi, thời gian lưu nước, tải trọng hữu cơ, nhiệt độ...mà lượng khí sinh ra là khác nhau. Nước thải sau khi qua bể biogas, BOD giảm 79 – 87%, colifom giảm 9899,7%, trứng giun sán 95,6-97%.
b. Bể UASB
UASB là tên gọi viết tắc của cụm từ Upflow Anearobic Sludge Blanket - Tạm dịch là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí. Trên thực tế, bể UASB được thiết kế dành cho xử lý nước thải có nồng độ ơ nhiễm hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp. Nồng độ COD đầu vào được giới hạn ở mức Min là 100mg/l, nếu SS > 3.000 mg/l thì khơng thích hợp để xử lý UASB.
Nguyên tắc hoạt động: Nước thải sau khi điều chỉnh PH theo ống dẫn vào hệ thống phân phối đảm bảo phân phối đều nước trên diện tích đáy bể. Nước thải đi từ dưới lên với vận tốc V=0,6 đến 0,9 m/h. Hỗn hợp bùn yếm khí trong bể hấp phụ chất
hữu cơ hòa tan trong nước thải, phân hủy, chuyển hóa chúng thành khí (khoảng 70- 80% là metan, 20-30% là cacbonic). Bọt khi sinh ra bám vào hạt bùn cặn nổi lên trên làm xáo trộn và gây ra dịng tuần hồn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng, khi hạt cặn nổi lên trên va phải tấm chắn, hạt cặn bị vỡ, khí thốt lên trên, cặn rơi xuống dưới. Hỗn hợp bùn nước đã tách hết khí đi vào ngăn lắng. Nước thải trong ngăn lắng tách bùn lắng xuống dưới đáy và tuần hoàn lại vùng phản ứng yếm khí. Nước trong dâng lên trên được thu vào máng dẫn sang bể làm sạch hiếu khí (làm sạch đợt 2). Khí biogass được dàn ống thu về bình chứa theo ống dẫn khí đốt đi ra ngồi.
2.1.3.3. Phương pháp xử lý bằng sinh học thiếu khí
Bể Anoxic
Trong nước thải có chứa hợp chất nito và photpho, những hợp chất này cần được loại bỏ ra khỏi nước thải. Tại bể Anoxic, trong điều kiện thiếu khí, hệ vi sinh vật thiếu