1-Hộp phân phối dòng vào; 2-Ống dẫn nƣớc thải vào; 3-Ống và van nối hai hồ;
4-Cửa xả nƣớc ra có bộ phận kiểm sốt dịng tràn.
Hồ sinh học đƣợc phân loại thành các loại sau: Hồ sinh học hiếu khí, hồ sinh học kỵ khí, hồ sinh học tùy nghi.
Hồ sinh học kỵ khí thƣờng sử dụng xử lý nƣớc thải công nghiệp theo sinh hoạt ở các vùng nơng thơn xa tiếp nhận nƣớc thải khơ có tải trọng hữu cơ cao từ 220 đến 560 kg BOD5/ha.ngày, chiều sâu của bể từ 2 đến 5 m, thời gian lƣu nƣớc từ 20 đến 50 ngày. Xuất hiện mùi là một trong những nhƣợc điểm chính của hồ sinh học kỵ khí nên thƣờng đƣợc phủ kín hay xây dựng ở khu vực xa khu dân cƣ.
Hồ sinh học hiếu khí có chức năng chính là xử lý BOD và diệt các loại vi khuẩn gây bệnh. Ngồi ra hồ có thể tách đƣợc một lƣợng lớn đáng kể chất dinh dƣỡng da khỏi nƣớc. Chiều sâu của hồ khoảng từ 0,3 đến 0,6 m, thời gian lƣu nƣớc của hồ hiếu khí điển hình khoảng 5 ngày.
Hồ sinh học tùy nghi là hồ sinh học phổ biến nhất chiều sâu từ 1,5 đến 2,5m và nó thƣờng đƣợc gọi là hồ oxy hóa hay hồ ổn định, tải trọng bề mặt của hồ từ 100 đến 350 kg BOD5/ha.ngày, thời gian lƣu nƣớc của hồ từ 5 đến 30 ngày. Nƣớc thải đƣợc xử lý trong hồ bằng vi sinh vật hiếu khí ở lớp trên và vi sinh vật thiếu khí và kỵ khí ở lớp nƣớc bên dƣới phụ thuộc vào sự xáo trộn của gió. Chất rắn có thể lắng đƣợc sẽ lắng xuống đáy hồ và lên men kỵ khí. Oxy cung cấp bởi quá trình quang hợp hay thiết bị khuấy trộn bề mặt.
Hình 2. 20 Sơ đồ các q trình sinh học chính trong hồ sinh học tùy nghi.
(Hình 2.69/211/[11])
Ngồi nhiệm vụ xử lý nƣớc thải hồ sinh học cịn có thể đem lại những lợi ích sau: - Ni trồng thủy sản;
- Nguồn nƣớc để tƣới cho cây trồng;
- Điều hòa dòng chảy nƣớc mƣa trong hệ thống thốt nƣớc đơ thị; - Khơng địi hỏi nhiều vốn đầu tƣ;
- Hầu hết các đơ thị đều có nhiều ao hồ hay khu ruộng trũng có thể sử dụng mà khơng cần cải tạo xây dựng nhiều;
- Có nhiều điều kiện kết hợp mục đích xử lý nƣớc thải với việc ni trồng thủy sản và điều hòa nƣớc mƣa. (Mục 8.2.3/232/[12])
b.Đất ngập nước kiến tạo:
Hai loại đất ngập nƣớc kiến tạo đƣợc phát triển mạnh trong xử lý nƣớc thải, có lớp nƣớc trên mặt và khơng có lớp nƣớc trên mặt. Có lớp nƣớc trên mặt là hồ hoặc kênh mƣơng có đáy ít thấm nƣớc, phía trên là lớp đất đá làm nền cho thực vật nƣớc sinh trƣởng, và trên cùng là lớp nƣớc có chiều sâu 0,1 lít 0,6 m. Khơng có lớp nƣớc trên mặt còn gọi là “vùng rể” tƣơng tự nhƣ có lớp nƣớc trên mặt nhƣng mực nƣớc nằm xấp xỉ hoặc thấp hơn mặt đất.
1.2.4.2. Cơng trình xử lý sinh học nhân tạo: a. Bể Aerotank:
Cấu tạo: Bể phản úng sinh học hiếu khí aearoten là cơng trình bê tơng cốt thép hình chữ nhật hoặc hình trịn, cũng có trƣờng hợp ngƣời ta chế tạo bể aerotank bằng thép hình khối trụ. Thơng thƣờng nhất là Aerotank hình chữ nhật. (Mục 6.1.1/152/[3])
Trong quá trình xử lý hiếu khí, các vi sinh vật sinh trƣởng ở trạng thái huyện phù. Quá trình làm sạch trong Aerotank diễn ra theo mức dòng chảy qua của hỗn hợp nƣớc thải và bùn hoạt tính đƣợc sục khí. Việc sục khí ở đây đảm bảo các yêu cầu quá trình làm nƣớc đƣợc bão hịa oxy và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng.
Ưu điểm: (Mục 2.7.5.1a/191/[11])
Huyền phù lỏng của các vi sinh vật trong bể thơng khí đƣợc gọi chung là chất lỏng hỗn hợp và sinh khối đƣợc gọi là chất rấn huyền phù của chất lỏng hỗn hợp. Thật ngữ “bùn hoạt tính” đƣợc bắt nguồn do sinh khối vi sinh vật trong huyền phù sinh học có hoạt độ rất cao trong việc khử các chất hữu cơ hòa tan ra khỏi dung dịch.
- Hiệu suất xử lý BOD cao lên đến 90%; - Thực hiện đƣợc Nitrat hóa;
- Vận hành đơn giản, an tồn;
- Thích hợp với nhiều loại nƣớc thải; - Loại bỏ Photpho sinh học;
- Tính ổn định cao.
Nhược điểm:
- Cần nhiều thời gian nuôi cấy vi sinh vật; - Diện tích xây dựng lớn;
- Tốn nhiều phí năng lƣợng cho việc duy trì nồng độ oxy hịa tan; - Lƣợng bùn sinh ra nhiều và phải thu gom xử lý định kỳ.
Hình 2. 21 Sơ đồ xử lý nƣớc thải một bậc của bể Aerotank. (Hình 2.58/191/[11])
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hịa tan oxy: Cơng suất bơm nƣớc cảu thiết bị hay cƣờng độ tuần hồn trong bể Aerotank, kích thƣớc hình học của bể, đƣờng kính của thiết bị, chiều sâu ngập nƣớc của thiết bị, tốc độ tiếp tuyến của thiết bị, ảnh hƣởng của các chất hoạt động bề mặt và hàm lƣợng cặn.
Các yếu tố ảnh hưởng đến bùn hoạt tính: các hợp chất hóa học, kim loại, nhiệt độ,… Có thể kiểm sốt q trình bùn hoạt tính bằng các thơng số sau: hàm lƣợng chất rắn MLVSS, tỉ số F/M, thời gian lƣu bùn (SRT), thử nghiệm lắng và SVI, vi sinh.
b. Bể phản ứng dạng mẻ (SBR):
Bể phản ứng dạng mẻ là hệ thống xử lý nƣớc thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cạn. Quá trình xảy ra trong bể SBR tƣơng tự nhƣ trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục chỉ có điều tất cả xảy ra trong cùng một bể. Quá trình xử lý đƣợc thực hiện lần lƣợt theo 5 bƣớc: làm đầy, phản ứng, lắng, xả cạn, ngƣng.
- Pha làm đầy: Nƣớc thải đƣợc 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 lƣợng BOD đầu vào mà q trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: Làm đầy tĩnh, làm đầy có khuấy trộn, làm đầy sục khí.
- Pha phản ứng: Tiến hành sục khí cho bể xử lý để tạo phản ứng sinh hóa giữa nƣớc thải và bùn hoạt tính hay làm thống bề mặt để cấp oxy vào nƣớc và khuấy trộn đều hỗn hợp. Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lƣợng nƣớc thải, thƣờng khoảng 2 giờ. Trong pha phản ứng, q trình nitrat hóa có thể thực hiện, chuyển Nitơ từ dạng N-NH3 sang N-NO2
-
và nhanh chóng chuyển sang dạng N-NO3 -
.
- Pha lắng: Lắng trong nƣớc khi đóng van sục khí và van dẫn nƣớc thải. Quá trình diễn ra trong môi trƣờng tĩnh. Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thƣờng nhỏ hơn 2 giờ.
- Pha xả cạn: Phần nƣớc thải sau lắng đƣợc chắt nƣớc bằng thiết bị chắt nƣớc nƣớc (Decanter) chuyên dụng để tự động chắt nƣớc sau lắng, không lôi kéo theo bùn. Thời gian chắt nƣớc là khoảng 0,5 giờ. Trong giai đoạn này, bùn hoạt tính dƣ đƣợc xả ra ngồi, chỉ để lại một lƣợng bùn hoạt tính cần thiết cho mẻ sau.
- Pha ngƣng: Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian vận hành.
Hình 2. 22 Các giai đoạn xử lý của bể SBR.
Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, hiệu quả xử lý cao, khử đƣợc các chất dinh dƣỡng, tiết kiệm diện tích, sự dao động lƣu lƣợng nƣớc thải ít ảnh hƣởng đến hiệu quả xử lý, không cần bể lắng riêng biệt.
Nhược điểm: Do hệ thống hoạt động theo mẻ nên cần phải có nhiều thiết bị hoạt động đồng thời với nhau, công suất xử lý thấp, ngƣời vận hành cần có trình độ chun mơn cao và theo dõi thƣờng xuyên các bƣớc xử lý nƣớc thải. (Mục 14.4.3/453/[12])
c. Bể lọc sinh học nhỏ giọt (Bể biophin nhỏ giọt):[14]
Bể lọc sinh học nhỏ giọt (Biological Trickling Filter – TF) là một phƣơng pháp xử lý nƣớc thải trong điều kiện hiếu khí, có thể xử lý nhanh nƣớc thải và cho ra sản phẩm xử lý nhanh hơn so với các phƣơng pháp hiếu khí khác. Q trình xử lý diễn ra khi cho nƣớc thải tƣới lên bề mặt của bể và thấm qua lớp vật liệu lọc. Ở bề mặt của hạt vật liệu lọc và ở các khe hở giữa chúng, các cặn bẩn đƣợc giữ lại và tạo thành màng – gọi là màng vi sinh. Lƣợng ôxy cần thiết sẽ thâm nhập vào bể, cùng với nƣớc thải khi tƣới, hoặc qua khe hở thành bể, sẽ ơxi hóa các chất bẩn hữu cơ. Vi sinh vật hấp thụ chất hữu cơ và nhờ có ơxi mà q trình ơxi hóa xảy ra.
Các q trình xử lý hiếu khí thể bám (lọc sinh học hiếu khí) với mật độ vi sinh vật hữu ích cao có thể là giải pháp thay thế. Hệ thống lọc sinh học hiếu khí có khả năng xử lý ở các tải lƣợng chất hữu cơ cao. Ngoài ra, thời gian lƣu bùn dài còn tạo điều kiện cho sự sinh trƣởng và hoạt động của các vi khuẩn nitrat hóa.
Vật liệu lọc:
Tấm nhựa lƣợn sóng: loại vật liệu nhân tạo, hình hộp chữ nhật có kích thƣớc 30 cm ×50cm×100cm, đƣợc chia nhỏ thành các tấm hình vng và đƣợc đặt trong bể lọc
sinh học nhỏ giọt, với cách đặt là cắt đứng và xếp viên. Ƣu điểm của vật liệu là diện tích tiếp xúc cao với vi sinh vật, kích thƣớc phù hợp với bể lọc, không bị thừa không gian khi sắp xếp.
Viên đất nung bằng hỗn hợp vỏ tro trấy và đất sét bán kính 1,5 cm : hình cầu khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của các loại vật liệu khác khi sắp xếp vào bể lọc, tỉ lệ phù hợp với bể lọc sinh học nhỏ giọt. Cà phê là chất bã hữu cơ, khi nung tạo ra nhiều than. Bã cà phê khơng chứa các đặt tính nhƣ silic nên độ bền kém hơn trấu. [15]
Bể lọc sinh học nhỏ giọt thƣờng sử dụng trong trƣờng hợp lƣu lƣợng nƣớc thải không lớn từ 20 đến 1000 m3/ngày.
Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả xử lý của bể biophin là nhiệt độ nƣớc thải, nhiệt độ khơng khí, tính chất của nƣớc thải, loại vật liệu lọc và phƣơng pháp làm thoáng. (Mục 6.2.2.3/183/[12])
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể lọc sinh học nhƣ hình dƣới đây.
Hình 2. 23 Bể lọc sinh học. (Hình 2.66a/207/[11])
Ưu điểm: Tiêu thụ năng lƣợng thấp, chi phí quản lý và vận hành thấp, không cần tuần hồn bùn, chịu tải trọng tốt, khơng cần thổi khí nên năng lƣợng thấp.
Nhược điểm: Đòi hỏi diện tích rộng lớn, phát sinh mùi hơi khó chịu, dễ bị tắt nghẽn.
d. Bể sinh học tiếp xúc quay (RBC):
Một loại hệ thống sinh học sinh trƣởng cố định trong màng sinh học khác là đĩa sinh học hệ thống này gồm một loạt các đĩa tròn tròn, lắp trên cùng một trục cách nhau một khoảng nhỏ. Khi trục quay một phần để ngập trong máng nƣớc thải còn phần còn lại tiếp xúc với khơng khí. (Mục 2.7.5.1b/210/[11])
Tốc độ quay của đĩa từ 1 2 vòng/phút và đảm bảo dịng chảy rối, khơng cho bùn cặn lắng lại trong bể nƣớc thải. Trong quá trình quay, phần dƣới của để ngập trong nƣớc thải. Quá trình hấp phụ và dính bám các chất hữu cơ dạng hịa tan, keo và vẫy bùn lên màng sinh vật hình thành trƣớc đó, đƣợc diễn ra. Khi quay lên phía trên vi khuẩn sẽ lấy oxy để oxy hóa chất hữu cơ và giải phóng CO2. Màng sinh vật dày 2 đến
4mm phụ thuộc vận tốc quay của đĩa. Do sinh khối tăng, màng sinh vật bám trên đĩa quay dày lên dần sau đó tự tách ra khỏi đĩa. Bùn cặn màng sinh vật sẽ lắng lại trong bể lắng đợt II.
Đĩa lọc sinh học đƣợc sử dụng rộng rãi để xử lý nƣớc thải sinh hoạt với công suất không hạn chế. Tuy nhiên ngƣời ta thƣờng sử dụng hệ thống để lọc sinh học này cho các trạm xử lý nƣớc thải công suất 5.000 m3/ngày. (Mục 6.2.6/203/[12])
Hình 2. 24 Hệ thống đĩa sinh học quay. (Hình 6.16/203/[12])
Ưu điểm:
- Thiết bị làm việc đạt hiệu quả xử lý chất hƣu cơ (BOD) trên 90%; chất dinh dƣỡng (N, P) đạt trên 35%;
- Không yêu cầu tuần hồn bùn. Khơng u cầu cấp khí cƣỡng bức. Hoạt động ổn định, ít nhạy cảm với sự biến đổi lƣu lƣợng đột ngột và tác nhân độc với vi sinh;
- Tự động vận hành. Khơng u cầu lao động có trình độ cao; - Khơng gây mùi, độ ồn thấp, tính thẩm mỹ cao;
- Thiết kế theo đơn nguyên, dễ dàng thi công theo từng bậc, tiết kiệm sử dụng mặt bằng;
- Bùn dƣ thừa cũng có thể đƣợc kiểm soát trong bể lắng.
Nhược điểm:
- Yêu cầu cung cấp điện liên tục (nhƣng sử dụng ít năng lƣợng hơn so với bể lọc hoặc các q trình bùn hoạt tính);
- Đầu tƣ cao cũng nhƣ cho việc vận hành và chi phí bảo trì;
- Phải đƣợc bảo vệ chống lại ánh sáng mặt trời, gió và mƣa (đặc biệt là chống lại đóng băng ở vùng khí hậu lạnh).
e. Bể UASB:
Sơ đồ cấu tạo của biểu giới thiệu ở hình 2.25. Bể có thể xây bằng gạch hoặc bằng bê tơng cốt thép thƣờng có mặt bằng hình chữ nhật. Để tách khí khỏi nƣớc thải, trong bể gá thêm tấm phẳng đặt nghiêng so với phƣơng ngang 350. Thể tích ngăn lắng tính
theo thời gian lƣu nƣớc 1 giờ. Tổng chiều cao ngăn lắng khoảng 2 m, chiều cao phần lắng 1m.
Nguyên lý hoạt động: Nƣớc thải sau khi điều chỉnh pH theo ống dẫn vào hệ thống phân phối đều trên diện tích đáy bể. Nƣớc thải từ dƣới lên với vận tốc v = 0,6
0,9m/h. Hỗn hợp bùn kỵ khí trong bể hấp thụ chất hữu cơ hòa tan trong nƣớc thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành khí (70 80% khí metan, 20 30% khí cacbonic) và nƣớc. Các hạt bùn cặn bám vào các bọt khí đƣợc sinh ra nổi lên bề mặt xáo trộn và gây ra vịng tuần hồn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng. Khi hạt cạn nổi lên va phải tấm chắn (7) bị vỡ ra, khí thốt lên trên, cặn rơi xuống dƣới. Hỗn hợp bùn nƣớc đã tách hết khí ra cửa (8) vào ngăn lắng. Hạt cặn trong ngăn lắng tách bùn lắng xuống đáy qua cửa (6) và tuần hoàn lại vùng phản ứng kỵ khí. Nƣớc trong thu vào máng (10) theo ống dẫn (12) sang bể xử lý hiếu khí khí. Khí biogas đƣợc dàn ống thu về thùng chứa, rồi theo ống (11) dẫn khí đốt (14) đi ra ngoài. (Mục 5.3.1/174/[12])
Ưu điểm: Xử lý các loại nƣớc thải có nồng độ ơ nhiễm hữu cơ cao, hiệu suất xử lý BOD cao, có thể thu hồi nguồn khí sinh học sinh ra từ hệ thống, tiêu thụ ít năng lƣợng trong q trình vận hành.
Nhược điểm: Cần diện tích khơng gian lớn để xử lý chất thải, quá trình tạo bùn hạt tốn nhiều thời gian và khó kiểm sốt.
Hình 2. 25 Sơ đồ cấu tạo bể phản ứng kỵ khí UASB. (Hình 5.37/176/[12])
1-Bể điều hịa lƣu lƣợng và trạm bơm nƣớc thải;
2-Bộ phận đo và điều chỉnh độ pH; 3-Định lƣợng chất dinh dƣỡng N, P nếu cần; 4-Ống dẫn và dàn ống phân phối đều nƣớc thải trong bể; 5-Vùng phản ứng kỵ khí; 6-Cửa tuần hồn trơ lại cặn; 7- Tấm chắn khí; 8- Cửa dẫn hỗn hợp bùn nƣớc sau khi đã tách khí vào ngăn lắng; 9- Vùng lắng cặn; 10-Máng thu nƣớc; 11-Ống
dẫn hỗn hợp khí metan; 12- Ống dẫn nƣớc sang bể xử lý hiếu khí; 13- Thùng chứa khí; 14-Ống dẫn khí đốt;15-Ống xả bùn dƣ
f. Bể sinh học MBBR và MBR
Bể MBR (Membrane Bio Reactor) [15]
a) Ảnh hƣởng của các thông số HRT, MLSS, DO lên hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm trong nƣớc thải sinh hoạt của hệ thống MBR.
Ảnh hƣởng của HRT lên hiệu quả xử lý chất ô nhiễm
Thời gian lƣu HRT là thông số quan trọng trong quá trình vận hành hệ thống MBR. HRT thấp, tƣơng ứng là kết quả của việc tăng tải trọng hữu cơ OLR và qua đó sẽ tăng cƣờng hoạt động của vi sinh vật. Ở cả 4 giai đoạn vận hành với thời gian lƣu HRT khác nhau, hiệu quả loại bỏ BOD5 và COD đều đạt trên 90%. Trong khi khả năng xử lý chất dinh dƣỡng TN, TP lần lƣợt nhỏ hơn 13 mg/l và 4,0 mg/l.
Trong bể phản ứng MBR, q trình cấp khí liên tục có vai trị thúc đẩy q trình