Quy trình USBF được cải tiến từ quy trình bùn hoạt tính cổ điển kết hợp với
q trình anoxic và vùng lắng bùn lơ lửng trong một cơng trình xử lý sinh học. Là một hệ thống kết hợp nên chiếm ít khơng gian và các thiết bị đi kèm. Quy trình
USBF được thiết kế để khử BOD, nitrat hóa/ khử nitrat và khử phốt pho.
Nước thải sau khi xử lý cơ học được bơm vào ngăn thiếu khí (anoxic) được
trộn lẫn với bùn tuần hoàn, nơi này điều kiện thiếu oxy được duy trì. Tại ngăn này thực hiện 2 cơ chế chọn lọc động học và chọn lọc trao đổi chất để làm tăng cường hoạt động của vi sinh vật tạo bơng nhằm tăng cường hoạt tính của bơng bùn và kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật hình sợi gây vón bùn và nổi bọt. Tại đây các chất hữu cơ sẽ bị phân hủy với việc sử dụng oxy từ nitrat và dẫn đến kết quả là khử nitrat
thành nitơ tự do. Quá trình loại bỏ C, khử nitrat và loại bỏ P diễn ra trong ngăn này.
Sau đó nước thải tự chảy từ ngăn thiếu khí vào ngăn hiếu khí nhờ khe hở
dưới ngăn USBF. Tại ngăn này oxy được cung cấp để duy trì điều kiện hiếu khí. Tại ngăn này có sự phân hủy các chất hữu cơ còn lại ở phía trước và q trình oxy
hóa NH4+ thành NO3.
Nước thải sau ngăn hiếu khí chảy vào ngăn USBF và di chuyển từ dưới lên ngược chiều với dòng bùn lắng xuống theo phương thẳng đứng. Phần nước trong đã được xử lý chảy tràn vào máng thu nước ở phía trên và chảy ra ngồi. Một phần
bùn hoạt tính sẽ được tuần hồn trở lại ngăn thiếu khí và một phần bùn dư sẽ được thải bỏ.
Nồng độ trung bình của nitrat trong dịng ra được sắp xếp để giảm nhân tố
56
sẽ cao hơn bởi vì N đi vào sẽ được loại bỏ trong bùn thải dư nên được ứng dụng trong khử nitrat, thể tích lớn và nồng độ oxy trong đó là rất quan trọng. Q trình khử nitrat với dòng lọc khác vẫn hiệu quả. pH được tăng lại sau khi giảm pH do để nitrat hóa. Sự khử nitrat phù hợp được thực hiện, một phần nào đó điều kiện kỵ khí dẫn đến kết quả là làm tăng P sinh học.
Trong quá trình xử lý sinh học các bùn hoạt tính lơ lửng trong IBR được tiếp xúc với điều kiện thiếu khí và hiếu khí trong q trình khử nitrat hóa và nitrat hóa.
Điều này kết hợp với tải trọng bùn thấp và chọn các hoạt động sinh học (nước thải đi vào ngăn thiếu khí trước), kết quả là hình thành các bơng bùn hoạt tính. Việc sản
xuất các bơng bùn hoạt tính với chỉ số SVI (trong nước thải là 100mg/l). Chỉ số SVI thấp để giữ nồng độ bùn hoạt tính trong q trình cao.
Đối với các tốc độ dòng chảy cao trong vòng lưu, mực nước khác nhau trong
các khoảng không gian khác nhau của IBR phải được giảm tối thiểu để giảm sự mất
mát năng lượng. Các dòng lọc được tạo ra bằng cách bơm bùn tách ra từ USBF để
khử N. Các bùn dư sinh học được hình thành trong quá trình sinh học được thải từ
nitrat hóa. Điều này làm giảm khối lượng bùn thải. Các hợp chất chứa bùn là rất
quan trọng đối với việc loại bỏ P, bởi vì trong suốt quá trình kị khí P sẽ được thốt ra trong q trình xử lý bùn dư.
Hiệu quả của cơng nghệ USBF rất cao. Đối với nước thải thành phố điển hình sau khi nhà máy xử lý sinh học hoạt động có giá trị là BOD5/TSS = 10/15 còn N-NH4+ = 2(mg/l). Hiệu quả loại bỏ tổng N là 70% và các N cịn sót lại ở dạng
nitrat hóa. Trong trường hợp đặc biệt, hiệu quả loại bỏ TSS, nitrat cũng như loại bỏ
57
1.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình xử lý của cơng nghệ USBF
Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình xử lý của cơng nghệ USBF cũng giống
như các công nghệ sinh học khác. Nhìn chung sẽ chịu ảnh hưởng của các yếu tố
sau:
Bảng 1.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình vận hành quá trình bùn hoạt tính [15]
Các yếu tố Gây ảnh hưởng
Nhiệt độ Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của vi sinh vật, nên việc giám sát chính xác nhiệt độ giúp xác định được các nguyên nhân gây ra những thay đổi lớn về quần thể vi sinh vật hoặc hiệu quả quá trình xử lý
Nhiệt độ tăng:
Hoạt động của vi sinh vật tăng. Hiệu quả sục khí giảm.
Độ hịa tan của ơxi giảm.
Nhiệt độ giảm:
Hoạt động của vi sinh vật giảm. Hiệu quả của sục khí tăng.
Độ hịa tan của ơxi tăng.
Tốc độ tuần hoàn bùn
Tốc độ tuần hồn bùn là một thơng số kiểm sốt quan trọng. Cơng nhân vận hành phải duy trì dịng tuần hồn liên tục số
lượng bùn hoạt tính về bể hiếu khí nếu khơng hiệu quả xử lý của
hệ thống sẽ giảm mạnh. Nếu tỷ lệ này quá thấp, bùn sẽ nằm lại ở bể lắng và làm cho một phần bùn sẽ bị phân giải yếm khí. Nếu tỷ lệ này quá cao, bể hiếu khí có thể bị q tải trong thủy lực dẫn
58
Các yếu tố Gây ảnh hưởng
Hàm lượng bùn hồi lưu rất quan trọng vì nó có thể được dùng để xác định phần bùn hồi lưu cần thiết để duy trì hàm lượng MLSS Lượng ơxi cần thiết Qn trình bùn hoạt tính là q trình hiếu khí cần một lượng ơxi
hịa tan trong tồn bộ thời gian vận hành. Lượng ơxi cần thiết phụ thuộc vào lượng cơ chất đầu vào (BOD), hoạt động của bùn hoạt tính, và mức độ cần xử lý.
Lượng chất hữu cơ
cần thiết
Tải lượng hữu cơ là lượng chất hữu cơ đưa vào hệ thống xử lý.
Nó thường được xác định theo nhu cầu ơxi hóa sinh học (BOD).
Hiện tượng quá tải cơ chất khi lượng BOD đưa vào hệ thống vượt
quá năng suất thiết kế của hệ thống. Hiện tượng thấp tải cơ chất
hữu cơ xảy ra khi lượng BOD đưa vào hệ thống ít hơn nhiều lần so với năng suất thiết kế của hệ thống.
Hiện tượng quá tải cơ chất có thể làm cho hệ thống tiếp nhận
nhiều chất thải hơn so với ngưỡng thiết kế mà nó có khả năng xử
lý. Nó cũng có thể xảy ra khi các dòng thải từ các nguồn công
nghiệp hoặc nguồn khác thải ra nhiều chất thải vào hệ thống so với
lượng ban đầu. Các quá trình trong trạm xử lý nước thải cũng có
thể gây ra hiện tượng dư thừa cơ chất. Lượng cơ chất cần thiết lớn
hơn số vi sinh vật hiếu khí sẽ làm tăng nhu cầu sử dụng ôxi và kết
quả là phát triển mạnh.
Hiện tượng thấp tải cơ chất có thể xảy ra khi một trạm xử lý
nước thải mới bắt đầu vận hành. Hệ thống có thể khơng tiếp nhận đủ nước thải để cho phép vận hành theo thiết kế. Hiện tượng thấp
tải cơ chất cũng có thể xảy ra khi lượng bùn hoạt tính cịn trong hệ thống lớn quá. Khi hiện tượng này xảy ra, bùn hoạt tính tốt trong hệ thơng sẽ khó phát triển và khó duy trì được tốt.
59
Các yếu tố Gây ảnh hưởng
pH Các vi khuẩn trong bùn hoạt tính có thể tồn hại hoặc phân hủy trong khoảng pH thay đổi lớn. pH trong bể hiếu khí thường sẽ nằm trong khoảng 6.5 đến 9.0. Sự thay đổi từ từ trong khoảng này sẽ khơng gây ra vấn đề gì lớn; tuy nhiên, nếu thay đổi đột ngột khoảng 1 hoặc vài giá trị pH có thể gây ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý. Các nguồn thải công nghiệp, chất thải yếm khí hoặc lượng lớn nước mưa chảy tràn có thể gây ra sự biến động lớn về pH. pH nên được giám sát theo chương trình kiểm sốt. Những thay đổi đột ngột hoặc giá trị pH bất thường có thể cho biết nguồn thải cơng nghiệp có tính axit hoặc kiềm mạnh. Do các nguồn thải này có thể làm mất sự cần bằng mơi trường của bùn hoạt tính, nhưng sự có mặt của khoảng pH thay đổi lớn có thể dẫn
đến hiệu quả xử lý giảm. Lưu lượng nước
thải
Do bùn hoạt tính gồm các vi sinh vật sống, phát triển và sinh
trưởng và tạo ra chất thải, nên lượng bùn hoạt tính sẽ tăng liên
tục. Nếu bùn hoạt tính được phép duy trì trong hệ thống quá lâu, hiệu quả của q trình sẽ giảm. Nếu q nhiều bùn hoạt tính được loại bỏ ra khỏi hệ thống, hàm lượng bùn sẽ ít và sẽ khơng lắng
nhanh đủ để tách ra trong bể lắng thứ cấp.
Thời gian sục khí Q trình bùn hoạt tính phải được sục khí đủ để giữ bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và để đáp ứng nhu cầu ôxi cho vi sinh vật. Nếu
đảo trộn không tốt sẽ dẫn đến một số vùng chết, tạo điều kiện yếm
khí, và sẽ làm giảm mất một lượng bùn hoạt tính.
Độc tố trong nước
thải
Hàm lượng của các nguyên tố hoặc hợp chất đưa vào hệ thống đến một mức nhất định có khả năng giết chết các vi sinh vật (bùn
60
Các yếu tố Gây ảnh hưởng
Nhóm các độc tố thông thường là cyanua và các kim loại nặng.
Các chất dinh
dưỡng
Các vi sinh vật trong quá trình bùn hoạt tính cần các chất dinh
dưỡng (nitơ, photpho, sắt và các kim loại khác) để đảm nhận các
chức năng khác nhau. Nếu các chất dinh dưỡng khơng đủ, q trình sẽ khơng làm việc đạt hiệu quả như dự kiến. Tỷ lệ cacbon với nitơ và photpho, và sắt tối thiểu cần đạt được là 100:5:1:0.5. Tải trọng thủy lực Tải trọng thủy lực là lưu lượng dòng thải đưa vào hệ thống. Khi
so sánh với công suất thiết kế thì có thể xác định được hệ thống vận hành quá tải hay thấp tải.
Nếu lưu lượng đưa vào hệ thống lớn hơn cơng suất thiết kế thì hệ thống vận hành với tải trọng thủy lực quá tải.
Nếu lưu lượng đưa vào hệ thống thấp hơn cơng suất thiết kế thì hệ thống vận hành với tải trọng thủy lực thấp tải.
Thông thường hệ thống chịu ảnh hưởng do quá tải chứ ít chịu ảnh hưởng do thấp tải.
Quá tải có thể do mưa bão, rửa trơi hoặc dịng tuần hồn q lớn,
hoặc các nguyên nhân khác.
Thấp tải thường xảy ra trong các thời kì hạn hán hoặc giai đoạn
bắt đầu vận hành hệ thống khi không đủ lưu lượng theo thiết kế.
Lưu lượng quá lớn vào hệ thống xử lý sẽ làm giảm hiệu quả của
bể lắng do lượng bùn hoạt tính vào bể tăng lên và sẽ chảy tràn ra the dòng sau xử lý. Lượng bùn mất mát này làm giảm chất lượng dòng ra và làm giảm lượng bùn hoạt tính trong hệ thống và do đó làm giảm hiệu quả q trình.
61
1.3.5. Phạm vi áp dụng của công nghệ USBF
Công suất thiết bị USBF tích hợp sinh học có thể áp dụng cho thiết bị trong nhà, quy mô nhỏ như hộ gia đình đến những thiết bị lớn cho thị trấn và khu công nghiệp. Các ứng dụng ở các nước tiên tiến cho thấy cơng nghệ USBF có thể áp
dụng trên quy mô công nghiệp trong dây chuyền xử lý nước thải của nhà máy chế biến thực phẩm, nhà máy giết mổ gia súc gia cầm, nhà máy bia, rượu….nước thải sinh hoạt, nhà hàng, khách sạn.
Cơng nghệ USBF có thể áp dụng ở nồng độ bùn cao. Hầu hết các thiết bị
truyền thống được vận hành ở mức nồng độ bùn thấp hoặc trung bình, điển hình ở nồng độ 2500 – 3500 mg/l. Trong khi đó, cơng nghệ USBF có thể vận hành tại nồng
độ cao hơn, thường từ 4000 – 6000 mg/l, do đó tuổi bùn dài hơn và hiệu quả xử lý
62
Chương 2 - NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ AO – USBF để xử lý nước rỉ rác - Nghiên cứu các thông số công nghệ phù hợp với nước rỉ rác của hệ thống
AO -USBF
- Nghiên cứu hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm đặc trưng của nước rỉ rác như: COD, BOD5, NH4+, TN, TP trên mơ hình xử lý bằng cơng nghệ AO - USBF
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Mẫu nước thải nhân tạo là hỗn hợp nước pha với đường là nguồn C, K2HPO4 và KH2PO4 là nguồn P, ure (CO(NH2)2) là nguồn N, ngồi ra cịn một số nguyên tố
vi lượng Fe-cytrat, MgSO4.
Mẫu nước rỉ rác được lấy tại Bãi rác Nam Sơn. Mẫu được lấy trong một ngày làm việc bình thường theo cách lấy mẫu liên tục từ 9h đến 12h và từ 14h đến 16h theo TCVN 6663 - 1: 2011. Mẫu được lấy về trong 4 đợt vào các ngày: Ngày
22/3/2013; Ngày 24/5/2013; Ngày 26/7/2013; Ngày 23/8/2013. Mẫu nước rỉ rác
trước khi chạy trong hệ thống USBF được tiền xử lý bằng phương pháp keo tụ và
kết tủa nitơ. Phương pháp tiền xử lý như sau: Nước rác thô được xử lý qua keo tụ (keo tụ bằng PAC, lượng PAC là 2500 mg/l, pH = 7). Sau khi cho PAC vào khuấy nhanh với tốc độ 150 vòng/phút. Để lắng 30 phút. Sau khi lắng tách phần nước bên
trên đem đi kết tủa amonia. Kết tủa amonia theo phương pháp MAP, hoá chất sử
dụng là H3PO4.6H2O và MgCl2.6H2O tại pH = 7, tỉ lệ NH4+ : Mg2+ : PO43- là 1: 1: 1. Sau khi cho hoá chất vào, khuấy ở tốc độ 200 vòng/phút, thời gian khuấy 15 phút. Sau 15 phút để lắng, tách phần nước bên trên ra đưa vào hệ thống USBF.
63
2.3. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục đích trên đề tài đã thực hiện các nội dung nghiên cứu sau:
(i) Nghiên cứu sự thích nghi bùn hoạt tính trong hệ thống USBF với nước thải nhân tạo
(ii) Nghiên cứu khả năng xử lý COD, TN của hệ thống USBF theo tải trọng chất hữu cơ và tải trọng nitơ
(iii) Nghiên cứu sự thích nghi của bùn hoạt tính trong hệ thống USBF đối với
nước rỉ rác
(iv) Nghiên cứu lựa chọn các thông số công nghệ tối ưu cho quá trình xử lý
nước rỉ rác của hệ thống USBF
(iv) Đánh giá hiệu quả xử lý một số chất ô nhiễm trong nước rỉ rác như COD,
BOD5, NH4+, TN, TP của hệ thống USBF
2.3.1. Nghiên cứu sự thích nghi bùn hoạt tính trong hệ thống USBF với nước thải nhân tạo thải nhân tạo
Bùn hoạt tính sau khi hoạt hóa được đưa vào hệ thống cần theo dõi sự thích nghi của bùn với hệ thống và với nước thải nhân tạo. Q trình theo dõi sự thích nghi thơng qua chỉ số thể tích bùn SVI. Khi chỉ số này nằm trong khoảng 80 – 120 ml/g và nồng độ sinh khối trong khoảng 3500 – 4000 mg/l thì bùn được coi là thích nghi với hệ thống và nước thải nhân tạo.
Thời gian thực hiện nội dung này bao gồm cả thời gian hoạt hóa bùn và thích nghi của bùn. Thời gian tiến hành từ tháng 4/2012 – tháng 5/2012.
64
2.3.2. Nghiên cứu khả năng xử lý COD, TN của hệ thống theo tải lượng COD và tải lượng N tải lượng N
Từ kết quả tổng quan cho thấy nước rỉ rác có nồng độ COD, TN là khá cao, khó phù hợp với một hệ thống sinh học. Vì vậy trước khi chạy với nước rỉ rác cần có nghiên cứu xác định tải lượng COD và TN tối đa mà hệ thống có thể xử lý và cho kết quả khả quan.
Nội dung này được thực hiện bằng nước thải nhân tạo. Nước thải được pha
như đã trình bày ở trên.
Thời gian nghiên cứu từ tháng 5/2012 – tháng 12/2012.
2.3.3. Nghiên cứu sự thích nghi của bùn hoạt tính trong hệ thống USBF đối với nước rỉ rác. nước rỉ rác.
Sau khi xác định được tải lượng COD, TN tối đa hệ thống có thể xử lý, tiến
hành chạy với nước rỉ rác. Nước rỉ rác được thực hiện quá trình keo tụ và kết tủa