1.3. Tổng quan về công nghệ USBF
1.3.2. Các quá trình xử lý trong bể USBF
(i) Quá trình khử carbonate: Để khử carbonate, vùng anoxic được xem như vùng lựa chọn mà ở đó sự pha trộn dòng thải sẽ làm tăng khả năng lắng và khống chế quá trình tăng trưởng vi sinh vật.
(ii) Quá trình khử nitrate: Để nitrate hóa, khử nitrate và khử phospho, vùng
anoxic có thể đảm đương được vai trị này. Trong qui trình này, NH3-N bị oxy hóa
thành nitrite và sau đó thành nitrate bởi vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter trong
từng vùng sục khí riêng biệt. Nitrate được tuần hồn trở lại vùng anoxic và được khử liên tục tối đa. Trong phản ứng này BOD đầu vào được xem như nguồn carbon hay nguồn năng lượng để khử nitrate thành những phân tử nitơ. Q trình nitrat hóa diễn ra chủ yếu trong ngăn hiếu khí của hệ thống. Đây là quá trình tự dưỡng, vi
khuẩn oxy hóa các hợp chất nitơ (trước hết là Amonia, NH4+) trong nước để lấy năng lượng cung cấp cho sự phát triển và sinh sản của chúng :
NH4+ + 2 O2 NO3- + 2 H+ + H2O
Quá trình diễn ra qua hai giai đoạn nối tiếp nhau : Giai đoạn nitrit hóa và giai
đoạn nitrat hóa.
Giai đoạn nitrit hóa : NH4+ sẽ được oxy hóa thành nitrit nhờ vi khuẩn nitrit
hóa (Nitrosomonas và Nitrosospira) theo phương trình phản ứng sau : NH4+ + 1,5 O2 NO2- + 2 H+ + H2O
Giai đoạn nitrat hóa: NO2 sẽ được chuyển hóa thành NO3- nhờ vi khuẩn
nitrat hóa (Nitrobacteria) theo phương trình phản ứng sau:
NO2- + 0,5 O2 NO3-
Quá trình khử nitrat diễn ra chủ yếu trong ngăn thiếu khí, là q trình khử nitrat tạo ra sản phẩm cuối cùng là nitơ phân tử
53
Trong q trình này dịng tuần hồn bùn từ ngăn hiếu khí đến ngăn thiếu khí
đóng một vai trị rất lớn về mặt cung cấp nguyên liệu cho vị sinh vật hoạt động (sản
phẩm của q trình nitrat hóa diễn ra trong ngăn hiếu khí). Đồng thời dịng tuần hồn bùn sẽ mang theo các vi sinh vật ngăn C tham gia và quá trình.
(iv) Quá trình khử photpho:
Sự khử photpho cơ học trong qui trình này tương tự trong chu trình phospho và cải tiến từ qui trình Bardenpho. Trong qui trình USBF, sự lên men của BOD hịa tan xảy ra trong vùng kỵ khí hay vùng anoxic. Sản phẩm của quá trình lên men cấu thành thành phần đặc biệt của vi sinh vật có khả năng lưu giữ photpho. Trong giai
đoạn xử lý hiếu khí, photpho hịa tan được hấp thu bởi photpho lưu trữ trong vi sinh
khuẩn (Acinetabacter) mà chúng đã sinh trưởng trong vùng anoxic. Photpho sau q trình đồng hóa sẽ được loại bỏ khỏi hệ thống như xác vi sinh hay bùn dư. Khối lượng và hàm lượng photpho loại bỏ phụ thuộc chủ yếu vào tỉ lệ BOD/P trong nước
thải đầu vào.
Qui trình USBF có khả năng khử BOD5 đến dưới 5 mg/l, TSS dưới 10 mg/l
mà không qua công đoạn lọc, Nitơ tổng cộng dưới 1.0 mg/l và phospho tổng cộng dưới 0.5 đến 2.0 mg/l. Quá trình đặc biệt khử phospho đến 0.2 - 0.5 mg/l có thể thực
hiện được bằng cách thêm muối kim loại trong vùng hiếu khí ngay thời điểm dịng thải bắt đầu vào vùng lắng. Các loại muối có thể sử dụng như muối nhôm (Al2(SO4)3.14H2O), Aluminate natri (Na2O.Al2O3), Chlorua sắt (FeCl3), (FeCl2), Sulfate sắt (FeSO4.&H2O) hay Sulfate sắt 3 (Fe2(SO4)3). Khi phần lớn phospho trong qui trình USBF (> 80%) bị hấp thu bằng phương pháp sinh học, một hàm
lượng muối kim loại keo tụ không đáng kể đưa vào hệ thống sẽ không phát sinh
nhiều bùn thải. Ví dụ khử phospho bằng FeSO4 xảy ra theo hai phản ứng sau: Kết tủa phospho: 3FeSO4 + 2PO4-3 ---------> Fe3 (PO4)2 + 3SO4-2
54
Theo hai phản ứng trên, để loại bỏ 2 mg/l PO4-3, theo lý thuyết sẽ sinh ra 6 mg/l bùn. Tong thực tế 5 mg/l bùn được sinh ra khi khử 1 mg/l PO4-3. Đối với nước
thải đầu vào có 240 mg/l BOD và tốc độ sinh trưởng bùn là 0.6 lbs TSS/lb BOD khử, và sử dụng FeSO4 để khử 2 mg/l PO4-3, Tổng lượng bùn sinh ra sẽ chiếm khoảng 7%.
(v) Quá trình lọc sinh học và lắng trong ngăn USBF:
Ngăn USBF là một module đóng vai trị cực kỳ quan trọng, q trình lọc dịng ngược với q trình lắng diễn ra ở đây. Ngăn USBF có dạng hình chóp trụ ngũ
diện úp ngược, đáy là hình chữ nhật hướng lên, đỉnh hướng xuống, mặt bên là các hình tam giác, vì vậy việc thu hồi bùn lắng và tuần hoàn bùn rất thuận lợi và dễ dàng.
Từ trên xuống dưới, ngăn USBF có thể chia thành 3 vùng: Vùng nước trong trên cùng, vùng có lớp bùn lơ lửng chưa lắng đóng vai trị như một lớp lọc sinh học và cuối cùng ở đáy là vùng của bùn lắng. Dòng hỗn hợp nước thải và bùn đi vào
ngăn USBF từ dưới di chuyển lên trên nên dòng hỗn hợp nước thải chứa bùn hoạt
tính sẽ có vận tốc giảm dần, nghĩa là bùn hoạt tính sẽ di chuyển chậm dần và lơ lửng trong vùng bùn lơ lửng lâu hơn do các lý do sau:
+ Do hình dạng của ngăn USBF có thể tích tăng dần từ dưới lên tạo nên
gradient vận tốc di chuyển của dòng nước và bùn hoạt tính giảm dần từ dưới đáy lên
trên theo phương thẳng đứng.
+ Do các hạt bùn gắn kết lại với nhau tạo ra các bông bùn, chúng tạo ra một lớp cản làm giảm vận tốc dịng vào và đóng vai trị như một lớp lọc. Khi các bông
bùn đủ nặng chúng sẽ lắng xuống đáy tạo nên gradient vận tốc di chuyển của dịng
55
+ Sự tuần hồn bùn hoạt tính ở đáy ngăn USBF tạo ra một gradien vận tốc
hướng xuống giúp cho hiệu suất lọc và xử lý sinh học nâng cao hơn so với bể lọc
truyền thống.