Bể chia làm 2 ngăn: ngăn lắng và ngăn lên men.
Trong bể diễn ra 2 quá trình: Lọc trong nước thải qua tầng cặn lơ lửng và lên men lượng cặn giữ lại. Khí metan được tạo ra ở giữa lớp bùn. Hỗn hợp khí - lỏng và bùn làm cho bùn tạo thành dạng hạt lơ lửng. Với quy trình này, bùn tiếp xúc tốt với chất hữu cơ có trong nước thải và q trình phân hủy xảy ra tích cực. Nhờ các vi sinh
27 vật có trong bùn hoạt tính mà các chất bẩn trong nước thải, đi từ dưới lên, xuyên qua lớp bùn bị phân hủy. Trong bể, các vi sinh vât liên kết nhau và hình thành các hạt bùn đủ lớn đủ nặng để không bị cuốn trôi ra khỏi bể. Các loại khí tạo ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu CH2 và CO2) sẽ tạo ra dịng tuần hồn cục bộ, giúp cho việc hình thành những hạt bùn hoạt tính và giữ cho chúng ổn định. Các bọt khí và hạt bùn có khí bám vào sẽ nổi lên tạo thành hỗn hợp phía trên bề mặt. Khi va phải lớp lưới chắn phí trên, các bọt khí vỡ ra và tạo thành các hạt bùn được tách ra khỏi hỗn hợp lại lắng xuống dưới. Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lửng, vận tốc dòng nước hướng lên phải giữ ở khoảng 0,6 - 0,9 m/h.
Bùn được xả ra khỏi bể UASB từ 3 - 5 năm/lần nếu nước thải đưa vào đã qua bể lắng I, hoặc 3 - 6 tháng/lần nếu nước thải đưa vào xử lý trực tiếp. Bể được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao.
Ưu điểm: Chi phí đầu tư, vận hành thấp, lượng hóa chất cần bổ xung ít, khơng địi hỏi cấp khí, do đó ít tiêu hao năng lượng, có thể thu hồi, tái xử dụng năng lượng từ biogas, lượng 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 lượng nước vào biến động. + Bị ảnh hưởng bởi các chất độc hại.
+ Khó hồi phục sau thời gian ngừng hoạt động. 2.4.2. Quá trình sinh học hiếu khí
Ngun tắc của cơng nghệ này là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải có đầy đủ oxy hịa tan ở nhiệt độ, pH ... thích hợp. Q trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể miêu tả bằng sơ đồ sau:
28 Trong điều kiện hiếu khí NH4+
và H2S cũng bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hóa, sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:
NH4+ + 2O2→ NO3 -
+ 2H+H2O + ∆H; H2S + 2O2 → SO42- + 2H+ + ∆H
Hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí gồm các quá trình dinh dưỡng: vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và các nguyên tố khoáng vi lượng kim loại để xây dựng tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản.
Q trình phân hủy: vi sinh vật oxi hóa các chất hữu cơ hịa tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành nước và CO2 hoặc tạo ra các chất khí khác.
So với cơng nghệ kỵ khí thì cơng nghệ hiếu khí có các ưu điểm là những hiểu biết về quá trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn. Cơng nghệ hiếu khí khơng gây ơ nhiễm thứ cấp như phương pháp hóa học, hóa lý.
Quá trình sinh học hiếu khí: Thực chất q trình phân hủy chất bẩn hữu cơ bằng cơng nghệ sinh học hiếu khí là q trình lên men bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxy để cho sản phẩm là CO2, H2O, NO3-
, và SO4 2-. Cũng như xử lý kỵ khí, khi xử lý các chất bẩn phức tạp như protein, tinh bột, chất béo... Sẽ bị thủy phân bởi các men ngoại bào cho các chất đơn giản là axit amin, các axit béo, các axit hữu cơ, các đường đơn... Các chất đơn giản này sẽ thấm qua màng tế bào và bị phân hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa thành các vật liệu xây dựng tế bào mới bởi q trình hơ hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O.
Cơ chế xử lý hiếu khí gồm 3 giai đoạn.
- Giai đoạn 1: Oxy hóa tồn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào
CxHyOZN + (x+y/4+z/3+¾)O2 → xCO2 + [(y-3)/2]H2O +NH3 - Giai đoạn 2: (quá trình đồng hóa) - tổng hợp để xây dựng tế bào
29 - Giai đoạn 3:(q trình dị hóa) - hơ hấp nội bào
C5H7NO2 + 5O2 → xCO2 + H2O NH3 + O2→ O2 +HNO2 → HNO3
Khi khơng có đủ cơ chất, q trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng sự tự oxy hóa chất liệu tế bào. Các yếu tố ảnh hưởng liên quan quá trình phân hủy sinh học Q trình hiếu khí chịu ảnh hưởng nồng độ bùn hoạt tính tức phụ thuộc vào chỉ số bùn. Chỉ số bùn càng nhỏ thì nồng độ bùn cho vào cơng trình xử lý càng lớn hoặc ngược lại. Nồng độ oxy cũng ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình này. Khi tiến hành quá trình cần phải cung cấp đầy đủ lượng oxy vào liên tục sao cho lượng oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt II ≥ 2(mg/l) khác với quá trình xử lý kỵ khí, tải trọng hữu cơ trong xử lý hiếu khí thường thấp hơn nên nồng độ các chất bẩn hữu cơ nước thải qua Aerotank có BOD tồn phần phải ≤ 1000 (mg/l) còn trong bể lọc sinh học thì BOD tồn phần của nước thải ≤ 500 (mg/l).
Ngồi ra trong nước thải cũng cần có đủ các nguyên tố vi lượng như K, Na, Mg, Ca, Mn, Fe, Mo, Ni, Co, Zn, Cu, S, Cl... thường có đủ trong nước thải. Tùy theo hàm lượng cơ chất trong nước thải mà có yêu cầu về nồng độ dinh dưỡng cần thiết là khác nhau.
Thơng thường cần duy trì nguyên tố dinh dưỡng theo một tỷ lệ thích hợp: BODtoàn phần:N:P = 100:5:1 hay COD:N:P = 150:5:1. Nếu thời gian xử lý là 20 ngày thì giữ ở tỷ lệ: BOD toàn phần: N: P = 200:5:1. Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ muối các kim loại nặng. Khi đó hoạt tính sinh học của bùn giảm, bùn sẽ bị trương phịng khó lắng do sự phát triển mãnh liệt của vi khuẩn dạng sợi. Vì vậy nồng độ các chất độc và các kim loại nặng phải nằm trong giời hạn cho phép, pH và nhiệt độ mơi trường là các yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xử lý sinh học nước thải. Mỗi loại men khác nhau sẽ có một pH tối ưu khác nhau. Cùng một loại men nhưng thu được từ các nguồn khác nhau sẽ có pH tối ưu khác nhau. Giá trị pH tối ưu cho đa số vi sinh vật từ 6,5 - 8,5, pH 9 sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất tế bào, vi sinh vật sẽ chết. Mỗi loại gen khác nhau sẽ có nhiệt độ tối thích khác nhau. Nhiệt độ này không phải hằng số mà
30 phụ thuộc vào cơ chất, pH, nồng độ men, chủng men. Nước thải có nhiệt độ thích nghi với đa số vi sinh vật tối ưu từ 25 - 37 oC hoặc từ 20 - 80 oC, tối ưu từ 25 oC - 35 oC. Men từ thực vật có nhiệt độ thích hợp từ 50 - 60 oC, men từ động vật từ 40 - 50 oC.
Ngồi ra, q trình xử lý hiếu khí cịn phụ thuộc vào nồng độ muối vô cơ, lượng chất lơ lững chảy vào bể xử lý cũng như các loại vi sinh vật và cấu trúc các chất bẩn hữu cơ.
2.4.3. Bể Aerotank
Bể Aerotank Aerotank được phân loại theo nhiều cách: chế độ thủy động lực dòng chảy vào, chế độ làm việc của bùn hoạt tính, cấu tạo bể Aerotank.