Bể lọc sinh học nhỏ giọt Bể lọc sinh học cao tải Cấu tạo Có dạng hình vng, hình
chữ nhật hoặc hình trịn trên mặt bằng.
Bể có dạng hình trong trên mặt bằng.
Nguyên tắc
hoạt động Nước thải sau bể lắng đợt Iđược đưa về thiết bị phân phối theo chu kỳ tưới đều nước trên toàn bộ bề mặt bể lọc. Nước thải sau khi lọc chảy vào hệ thống thu nước ra khỏi bể. Oxy cấp cho bể chủ yếu là hệ thống lỗ xung quang thành bể.
Nước thải tưới lên mặt bể nhờ hệ thống phân phối phản lực. BOD quá cao người ta phải tiến hành pha loãng bằng nước thải sạch (tuần hoàn nước). Nếu chiều cao vật liệu lọc lớn hơn 2 m bể phải được cấp khí cưỡng bức bằng hệ thống thơng gió từ phía dưới đáy bể. Được áp dụng xử lý nước thải công suất dưới 50000 m3/ngày đêm.
Vật liệu lọc Thường là các hạt cuội, đá,… có đường kính trung bình 20 - 30 mm.
Thường là các loại cuội, đá,… có đường kính trung bình từ 40 - 70 mm. Ngồi ra cịn dùng vât liệu lọc bằng nhựa tổng hợp hoặc xi măng aminang tấm, ống, tạo thành từng lớp.
Dùng đĩa lọc sinh học đối với lưu lượng nước thải nhỏ hơn 500 m3/ngày đêm.
Tải trọng
nước thải Tải trọng của bể thấp 0,5 -1,5 m3nước thải trên 1 m3. Tải trọng thủy lực cao, thích hợp khiBOD của nước thải cao. Aerotank.
- Bể Aerotank thơng thường.
Địi hỏi chế độ dịng chảy nút (plug - flow), khi đó chiều dài bể rất lớn so vói chiều rộng. Trong bể, nước thải vào có thể phân bố ở nhiều điểm theo chiều dài, bùn hoạt
tính tuần hồn đua vào đầu bể. Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể. Quá trình phân hủy nội bào xảy ra ở cuối bể.
- Bể Aerotank xáo trộn hoàn tồn.
Địi hỏi chọn hình dạng bể, trang thiết bị sục khí thích hợp. Thiết bị sục khí cơ khí (motor và cánh khuấy) hoặc thiết bị khuếch tán khí thường được sử dụng. Bể này thường có dạng trịn hoặc vng, hàm lượng bùn hoạt tính và nhu cầu oxy đồng nhất trong tồn bộ thể tích bể.
- Bể Aerotank mở rộng.
Hạn chế lượng bùn dư sinh ra, khi đó tốc độ sinh trưởng thấp, sản lượng bùn thấp và chất lượng nước ra cao hơn. Thời gian lưu bùn cao hơn so với các bể khác (20 - 30 ngày).
Sinh học dạng mẻ (SBR).
Cơ sở của phương pháp xử lý sinh học SBR nước thải là dựa vào khả năng oxy hóa các liên kết hữu cơ dạng hịa tan và khơng hịa tan của vi sinh vật, chúng sử dụng các liên kết đó như là nguồn thức ăn của chúng. Để có thể xử lý bằng phương pháp này thì nước thải khơng chứa các chất độc và tạp chát, các muối kim loại nặng hoặc nồng độ của chúng không được vượt quá nồng độ cực đại cho phép và có tỷ số BOD/COD >= 0,5.
Cơng nghệ SBR là một cơng trình xử lý sinh học nước thải bằng bùn hoạt tính, trong đó tuần tự diễn ra các q trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải. Do hoạt động gián đoạn nên số ngăn tối thiểu của bể là 2.
Công nghệ SBR: Bể phản ứng theo mẻ là dạng cơng trình xử lý 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 bằng phương pháp sinh học chứa chất hữu cơ và nitơ cao.
Hệ thống hoạt động liên tục bao gồm quá trình làm đầy nước thải → phản ứng → làm tĩnh → chắt nước → xả bùn hoạt tính; trong đó q trình phản ứng hay cịn gọi q trình tạo hạt (bùn hạt hiếu khí), q trình này phụ thuộc vào khả năng cấp khí, đặc điểm chất nền trong nước thải đầu vào.
Công nghệ SBR đã chứng tỏ được là một một hệ thống xử lý có hiệu quả do trong q trình sử dụng:
Ít tốn năng lượng.
Dễ dàng kiểm soát các sự cố xảy ra.
Xử lý với mọi lưu lượng lớn nhỏ.
Ít tốn diện tích rất phù hợp với điều kiện mặt bằng.
Ngồi ra cơng nghệ SBR có thể xử lý với hàm lượng chất ơ nhiễm có nồng độ cao hơn.
Q trình thay đổi ln phiên trong cơng nghệ SBR không làm mất khả năng khử COD trong khoảng 90% - 92%.
Các giai đoạn xử lý sinh học bùn hoạt tính từng mẻ:
Hình 2.12 Quy trình cơng nghệ SBR.
Giai đoạn 1: Làm đầy nước thải (Fill - Mix).
Hình 2.13 Giai đoạn làm đầy.
(Ở giai đoạn này nước thải được dẫn vào bể và đường ống cấp khí có thể mở và có thể đóng. Thời gian làm đầy bể chiếm 25% của một mẻ xử lý.)
Giai đoạn 2: Phản ứng (React).
Hình 2.14 Q trình phản ứng cơng nghệ SBR.
(Ở giai đoạn này bể được sục khí liên tục - van ở ống cấp khí ln mở. Tiến hành thí nghiệm để kiểm sốt các thơng số đầu vào để có thể tạo bơng bùn hoạt tính hiệu quả
cho quá trình lắng sau này, thời gian ở giai đoạn này chiếm 35%). Giai đoạn 3: Lắng tĩnh (Settle).
Hình 2.15 Q trình lắng trong bể SBR.
(Q trình chuyển hóa, trong điều kiện thiếu oxy, các vi khuẩn khử nitrat denitrificans - dạng kỵ khí tùy tiện - sẽ tách oxy của nitrat và nitrit để oxy hóa chất hữu cơ, nitơ
Giai đoạn 4: Chắt nước (Decant).
Hình 2.16 Quá trình chắt nước hệ thống SBR.
(Thực hiện xả bùn hoạt tính - thời gian 5% - nhưng giữ lại một phần bùn trong bể như lượng bùn hoàn lưu trong bể Aerotank truyền thống. Các van nước và khí đều
đóng và chu kỳ (mẻ) mới sẽ được bắt đầu). Giai đoạn 5: Xả bùn hoạt tính (Idle).
Lưu ý: Số lượng tối thiểu của loại bể này ít nhất khơng nhỏ hơn 2 với lưu lượng >1000 m3/ngày. Dùng cho hệ thống xử lý nước có diện tích giới hạn.
Bài báo về đặc tính loại bỏ photpho của bùn hạt và flocculent trong SBR.[13]
Aerobic granulation technology has become a novel biotechnology for wastewater treatment. However, the distinct properties and characteristics of phosphorus removal between granules and flocculent sludge are still sparse in enhanced biological phosphorus removal process. Two identical sequencing batch reactors (SBRs) were operated to compare phosphorus removal performance with granular sludge (R1) and flocculate activated sludge (R2). Results indicated that the start-up period was shorter in R2 than R1 for phosphorus removal, which made R2 reach the steady-state condition on day 21, while R1 was on day 25, and R2 released and took up more phosphorus than R1. As a result, the phosphorus removal was around 90% in R2 while 80% in R1 at the steady-state system. The special phosphorus release rate and special phosphorus uptake rate were 8.818 mg P/g volatile suspended solids (VSS)/h and
9.921 mg P/g VSS/h in R2, which were consistently greater than those (0.999 and 3.016 mg P/g VSS/h) in R1. The chemical oxygen demand removal in two reactors was similar. The granular SBR had better solid-separation performance and higher removal efficiency of NH4+–N than flocculent SBR. Denaturing gradient gel electrophoresis of PCR-amplified 16S rDNA fragment analysis revealed that the diversity and the level of phosphorus-accumulating bacteria in flocculent sludge were much more than those in the granular sludge.
Sinh học tăng trưởng bám dính.
Khi dòng nước đi qua những lớp vật liệu rắn làm giá đỡ, các vi sinh vật sẽ bám dính lên bề mặt. Trong số các vi sinh vật này có lồi sinh ra các polysaccaride có tính chất như là một polymer sinh học có khả năng kết dính tạo thành màng. Màng này cứ dày thêm với sinh khối của vi sinh vật dính bám hay cố định trên màng. Màng được tạo thành từ hàng triệu đến hàng tỉ tế bào vi khuẩn, với mật độ vi sinh vật rất cao. Màng có khả năng oxy hóa các chất hữu cơ, trong đó ít tiếp xúc với cơ chất và ít nhận được O2sẽ chuyển sang phân hủy kỵ khí, sản phẩm của biến đổi kỵ khí là các acid hữu cơ, các alcol,… Các chất này chưa kịp khuếch tán ra ngoài đã bị các vi sinh vật khác sử dụng. Kết quả là lớp sinh khối ngoài phát triển liên tục nhưng lớp bên trong lại bị phân hủy hấp thụ các chất bẩn lơ lửng có trong nước khi chảy qua hoặc tiếp xúc với màng.
Mương Oxy hóa.
Là mương dẫn dạng vịng trịn có sục khí để tạo dịng chảy trong mương có vận tốc đủ xáo trộn bùn hoạt tính. Vận tốc trong mương thường được thiết kế lớn hơn 3m/s để tránh lắng cặn. Mương oxy hóa có thể kết hợp q trình xử lý N.
2.3.3.2. Phương pháp xử lý thiếu khí.
Bể Anoxic.
- Bể Anoxic trong công nghệ xử lý nước thải hay còn gọi là bể lên men, bể anoxit được sử dụng kết hợp với các cơng nghệ hiếu khí hay kỵ khí để xử lý nước thải chứa nồng độ amoni, nitrit, nitrat, nitơ vô cơ, photphat, poly-photphat.
- Trong bể anoxic đồng thời diễn ra các quá trình như: Lên men các chất trong nước thải, cắt các mạch polyphotphat thành photphat, quá trình khử nitrat thành nitơ,… ở điều kiện thiếu khí. Q trình xử lý nitơ và photpho của bể thường sẽ được thiết kế kết hợp trước các cơng nghệ sinh học hiếu khí và sau cơng nghệ sinh học kỵ khí. Khi thiết kế bể anoxit phải đảm bảo nước thải được khuấy trộn đều nhờ thiết bị khuấy trộn đặt dưới bể và nồng độ oxy từ 0,5 - 1 mgO2/l. Thời gian lưu nước từ 4 đến 6 giờ.
- Quá trình khử nitơ (xử lý nitrat): Trường hợp thiếu oxy, các loại vi khuẩn khử nitơ dạng kỵ khí tùy tiện sẽ tách oxy của nitơ và nitrit để oxy hóa chất hữu cơ. Nitơ phân tử tạo thành trong q trình này sẽ thốt ra khỏi nước.
- Quá trình chuyển NO3 - NO2- NO - N2O - N2(NO, N2O, N2dạng khí): để cho quá trình này xảy ra thì cần thêm 2 quá trình nitrit hóa và nitrat hóa ở điều kiện hiếu khí nhẹ.
- Quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng photpho: Photpho xuất hiện trong nước thải ở dạng PO43-hoặc polyphotphat P2O7hoặc dạng photpho liên kết hữu cơ. Hai dạng sau chiếm khoảng 70% trong nước thải. Các dạng tồn tại của P thường dùng các loại hợp chất keo tụ gốc Fe, Al,… để loại bỏ nhưng giá thành đắt, tạo thành bùn chứa tạp chất hóa học. Vi khuẩn Acinetobater là một trong những sinh vật đầu tiên có trách nhiệm khử P, chúng có khả năng tích lũy polyphotphat trong sinh khối tương đối cao 2 - 5%. Khả năng lấy photpho của vi khuẩn kỵ khí tùy tiện này sẽ tăng lên rất nhiều khi cho nó ln chuyển các điều kiện hiếu khí, kỵ khí.
Hình 2.18 Bể Anoxic. Hình 2.19 Máy khuấy chìm.2.3.3.3. Phương pháp xử lý kỵ khí.2.3.3.3. Phương pháp xử lý kỵ khí. 2.3.3.3. Phương pháp xử lý kỵ khí.
Sử dụng vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện yếm khí khơng hoặc có lượng O2hịa tan trong mơi trường rất thấp, để phân hủy các chất hữu cơ.
Bốn giai đoạn xảy ra đồng thời trong q trình phân hủy kỵ khí:
Thủy phân: Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của emzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất khơng tan (như polysaccharide, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức chất đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (như đường, các acid amin, acid béo).
Acid hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hịa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, rượu, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới.
Acetic hóa: Vi khuẩn acetic chyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetat, CO2, H2và sinh khối mới.
Methane hóa: Đây là giai đoạn cuối của q trình phân hủy kỵ khí. Acid acetic, CO2,H2, acid formic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2và sinh khối mới.
a. Kỵ khí nhân tạo.
Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB).
Về cấu trúc: Bể UASB là một bể xử lý với lớp bùn dưới đấy, có hệ thống tách và thu khí, nước ra ở phía trên. Khi nước thải được phân phối từ phía dưới lên sẽ đi qua
lớp bùn, các vi sinh vật kỵ khí có mật độ cao trong bùn sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải. Bên trong bể UASB có các tấm chắn có khả năng tách bùn bị lôi kéo theo nước đầu ra.
Về đặc điểm: Cả ba quá trình phân hủy - lắng bùn - tách khí được lắp đặt trong cùng một cơng trình. Sau khi hoạt động ổn định trong bể UASB hình thành loại bùn hạt có mật độ vi sinh rất cao, hoạt tính mạnh và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng.
Hình 2.20 Bể Aerotank.
Bể lọc kỵ khí.
Bể lọc kỵ khí là một bể chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ có chứa nhiều cacbon trong nước thải. Nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên hoặc từ trên xuống, tiếp xúc với lớp vật liệu có các vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển.
Hình 2.21 Bể lọc sinh học kỵ khí.b. Kỵ khí tự nhiên. b. Kỵ khí tự nhiên.
Bể kỵ khí tiếp xúc.
Hỗn hợp bùn và nước thải được khuấy trộn hồn tồn trong bể kín, sau đó được đưa sang bể lắng để tách riêng bùn và nước. Bùn tuần hồn trở lại bể kỵ khí, lượng bùn dư thải bỏ thưởng rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm. Bể phản ứng tiếp xúc thực sự là một bể biogas cải tiến với cánh khuấy tạo điều kiện cho vi sinh vật tiếp xúc với các chất ô nhiễm trong nước thải.
Hồ sinh học kỵ khí.
- Hồ có diện tích tương đối nhỏ bằng 10 - 20% diện tích của hồ hiếu khí. Thời gian lưu nước từ 2 đến 5 ngày, 5 ngày là tối ưu nhất. Nhiệt độ tối ưu từ 30 - 35℃. pH tù 6,5 đến 7,5.
- Hồ kỵ khí được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất rắn cao. Thơng thường đây là một ao sâu (có thể đến 9,1 m) với các ống dẫn nước thải đầu vào và đầu ra được bố trí một cách hợp lý. Điều kiện kỵ khí được duy trì suốt chiều sâu của bể. Việc ổn định nước thải được tiến hành thơng qua q trình kết tủa, phân hủy kỵ khí của vi sinh vật. Hiệu quả khử BOD5thường ở mức 70% và có thể lên đến 85% khi các điều kiện môi trường đạt tối ưu. Cửa cho nước thải vào phải đặt chìm.
Hình 2.22 Hồ sinh học kỵ khí.2.3.3.4. Phương pháp xử lý kết hợp hiếu - kỵ khí. 2.3.3.4. Phương pháp xử lý kết hợp hiếu - kỵ khí.
Ao hồ hiếu khí - kỵ khí.
Việc xử lý nước thải tốt là do hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí và tùy nghi. Chiều sâu của hồ từ 0,9 - 1,5 m. Từ trên xuống đáy hồ có 3 khu vực chính:
+ Khu vực thứ nhất (hay là khu vực hiếu khí) được đặc trưng bởi hệ cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn. Nguồn oxy được cung cấp bởi oxy khí trời thơng q q trình trao đổi tự nhiên qua bề mặt hồ và oxy được tạo ra qua quá trình quang hợp của tảo. Oxy được vi khuẩn sử dụng để phân hủy các chất hữu cơ tạo nên các dưỡng chất và CO2, tảo sử dụng các sản phẩm này để quang hợp.
+ Khu vực thứ hai (hay khu vực kỵ khí khơng bắt buộc) đặc trưng bởi các hoạt động của các vi khuẩn kỵ khí khơng bắt buộc.
+ Khu vực thứ ba (hay là khu vực kỵ khí) đặc trưng bởi các hoạt động của các vi khuẩn kỵ khí phân hủy các chất hữu cơ lắng đọng dưới đáy bể.
Hình 2.23 Ao hồ hiếu khí - kỵ khí. 2.3.4. Xử lý nước thải bằng giá thể.
a. Bể MBBR.
- MBBR là quá trình xử lý nhân tạo trong đó sử dụng các vật liệu làm giá thể