(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 q trình lắng sau này, thời gian ở giai đoạn này chiếm 35%). Giai đoạn 3: Lắng tĩnh (Settle).
Hình 2.15 Quá 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 dịng 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 quá 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 q trình nitrit hóa và nitrat hóa ở điều kiện hiếu khí nhẹ.
- Q 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 hòa 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 dịng 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 hoàn 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 cho vi sinh dính bám vào để sinh trưởng và phát triển là sự kết hợp giữa Aerotank truyền thống và lọc sinh học hiếu khí.
- Cơng nghệ MBBR là cơng 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 bộ 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.
- Phạm vi áp dụng: Ứng dụng cho hầu hết các loại nước thải có ơ nhiễm hữu cơ như nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải chăn nuôi,…
- Bể MBBR có 2 loại: MBBR hiếu khí và MBBR thiếu khí, đảm bảo cho q trình xử lý nitơ trong nước thải.
Hình 2.24 MBBR hiếu khí và MBBR thiếu khí.
- Giá thể: Đóng vai trị khơng thể thiếu trong q trình xử lý, là các giá thể động có lớp màng biofilm dính bám trên bề mặt. Những giá thể này được thiết kế sao cho diện tích bề mặt hiệu dụng lớn để lớp màng biofilm dính bám trên bề mặt của giá thể và tạo điều kiện tối ưu cho hoạt động của vi sinh vật khi những giá thể này lơ lửng trong nước. Điều kiện quan trọng nhất của quá trình xử lý này là mật độ giá thể trong bể, để giá thể có thể chuyển động lơ lửng ở trong bể thì mật độ giá thể chiếm từ 25 - 50% thể tích bể và tối đa phải nhỏ hơn 67%. Trong quá trình xử lý bằng màng sinh học thì sự khuyếch tán chất dinh dưỡng (chất ơ nhiễm) ở trong và ngồi lớp màng là yếu tố đóng vai trị quan trọng trong quá trình xử lý, vì vậy chiều dày hiệu quả của lớp màng cũng là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý.
Hình 2.25 Bể MBBR. b. Bể MBR.
- MBR là công nghệ xử lý mới với sự kết hợp giữa công nghệ màng lọc và công nghệ xử lý nước thải theo phương pháp sinh học hiếu khí.
- Cơng nghệ MBR sử dụng các màng lọc đặt ngập trong bể xử lý sinh học hiếu khí. Nước thải được xử lý bởi các bùn sinh học và bùn này sẽ được giữu lại bởi quá trình lọc màng. Vì thế nâng cao hiệu quả khử cặn lơ lửng trong nước sau xử lý. Hàm lượng cặn lơ lửng bên trong bể sinh học sẽ gia tăng nhanh chóng làm cho khả năng phân hủy sinh học các chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào cũng tăng theo. Ngoài ra nước thải sau xử lý cịn loại bỏ cặn lơ lửng và có độ trong suốt cao.
- Cấu tạo màng MBR là các sợi rỗng hoặc dạng tấm phẳng với kích thước lỗ màng là 0,1 - 0,4 μm, màng chỉ cho nước sạch đi qua, còn các chất rắn lơ lửng, hạt keo, vi khuẩn, một số virus và các phân tử hữu cơ kích thước lớn,… sẽ được giữ lại trên bề mặt màng. Nước sạch sẽ theo đường ống thốt ra ngồi nhờ hệ thống bơm hút. Bên cạnh đó, máy thổi khí sẽ cấp khí liên tục, nhằm cung cấp khí cho hệ
vi sinh hoạt động và tạo áp lực lên thành sợi màng thổi bung các cặn bùn bám trên thân màng, đảm bảo màng sẽ khơng bị nghẹt trong q trình hoạt động.
Hình 2.26 Bể MBR.
Bài báo tiếng anh về Bể MBR. [11]
In this study, the influence of organic loading rate (OLR) on the performance of a membrane bio-reactor (MBR) was investigated. The MBR was operated with 6 different OLRs between 0.5 and 3.0 kg COD/m(3)d. The hydrodynamic parameters of the MBR were kept constant. The hydraulic retention time and sludge retention time were kept at 8h and 40 d respectively. From the experimental investigation, it was found that the removal efficiency of DOC, COD and NH(4)-N decreased when OLRs were increased from 0.5 to 3.0 kg COD/m(3)d. Higher OLRs of 2.75-3.0 kg COD/m(3)d resulted in a higher transmembrane pressure development. The fractionation of organic matters showed more hydrophilic substances with higher OLRs. A detailed organic matter characterization of membrane foulant, soluble microbial product and extracellular polymeric substances showed that bio-polymers type substances together with humic acid and lower molecular neutral and acids were responsible for membrane fouling.
Bài báo ứng dụng Bể MBR vào xử lý nước thải chăn nuôi heo.[12]
This study was conducted to identify the factors affecting the performance of membrane bioreactor (MBR) for piggery wastewater treatment. The change of organic and nitrogen concentrations in piggery wastewater was studied to investigate the treatment efficiency. The increase of COD, BOD and NH(3)-N from 1150 to 2050