BỂ BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ UNITANK 2.1. Giới thiệu về bể UNITANK
UNITANK là một công nghệ đến từ Bỉ, đó là quá trình xử lý nước thải sinh học kết hợp những ưu điểm của bể phản ứng truyền thống quá trình bùn hoạt tính và bể theo trình tự mẻ (SBR). Nó là một lò phản ứng hình chữ nhật được chia thành ba ngăn, tên là ngăn A, B và C (Hình 2.1). Khối lượng của ba ngăn là giống nhau và mỗi ngăn được trang bị hệ thống thông khí và khuấy. Quá trình hoạt động theo một chu kỳ hoạt động, trong đó có ngăn B hoạt động như bể phản ứng duy nhất, ngăn A và C là một trong hai bể phản ứng hoặc bể lắng. Ba ngăn được kết nối với nhau bằng đường ống từ đáy hoặc thông qua bức tường đục. Nước thải được đưa vào ngăn A, B và C luân phiên và nước sạch được thải ra từ ngăn C hoặc A. Không có bể lắng và bùn trở lại thiết bị chính. UNITANK thường được xem như bản sửa đổi của SBR. Tuy nhiên, nó khá khác với SBR trong cấu hình và điều kiện thủy lưc bởi vì dòng chảy đến và chảy đi thì liên tục. Những lợi thế đặc biệt của UNITANK bao gồm hoạt động và dễ dàng để bảo trì. Kiểm soát thay thế có thể thực hiện một chu kỳ của điều kiện kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí và lắng xuống trong một bể để loại bỏ chất hữu cơ và tăng cường loại bỏ các chất dinh dưỡng sinh học. Là loại phương pháp xử lí nước thải có hiệu suất cao, mang tính kinh tế và rất linh hoạt, có triển vọng phát triển trong tương lai.
Hình 2.1: Cấu hình của UNITANK thông thường
21
Hình 2.2: Một dạng cấu hình khác của UNITANK
Bể Unitank là một công trình nhân tạo dùng để xử lý nước thải bằng cách sử dụng các quá trình sinh học hiếu khí diễn ra quá trình oxy hóa các chất hữu cơ với sự tham gia của các VSV hiếu khí, được diễn ra liên tục và có tính chu kỳ. Nó có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào lưu lượng nước thải.
Cấu tạo đơn giản nhất của một hệ thống Unitank là một khối bể hình chữ nhật được chia làm 3 ngăn, 3 ngăn này thông nhau bằng cửa mở ở phần tường chung. Kích thước mỗi ngăn là 20,5m x 20,5m x 5m; chiều cao 5m nhưng mực nước được giữ ở mức 4,5m. Trong mỗi ngăn có một máy sục khí bề mặt công suất 75KW và cánh khuấy. Hai ngăn ngoài có thêm hệ thống máng tràn nhằm thực hiện cả hai chức năng: vừa là bể Aerotank (sục khí) và bể lắng. Nước thải được đưa vào từng ngăn. Nước sau xử lý theo máng tràn ra ngoài; bùn sinh học dư cũng được đưa ra khỏi hệ thống từ hai ngăn ngoài.
Hoạt động của bể gồm hai pha chính và hai pha trung gian nối tiếp nhau cho phép xử lý được liên tục mà không cần bể lắng riêng và hồi lưu bùn vào bể sục khí. Quá trình hoạt động này được tự động hoá hoàn toàn.
Tùy thuộc vào lưu lượng, tính chất nước thải ban đầu và yêu cầu mức độ xử lý có thể lựa chọn một trong những hệ UNITANK phù hợp như: UNITANK đơn; đôi; một bậc hiếu khí; hai bậc hiếu khí; hai bậc yếm khí –hiếu khí.
Bản chất các quá trình của xử lý bể Unitank
1/ Oxy hóa chất hữu cơ: CxHyOz + O2 => CO2 + H2O + DH
22
2/ Quá trình Nitrat hóa
- Chuyển hóa Amoniac thành Nitrite dưới tác dụng của vi khuẩn Nitrosomaonas - Chuyển hóa Nitrit thành Nitrat dưới tác dụng của vi khuẩn Nitrobacter.
3/ Quá trình khử Nitrat 4/ Quá trình khử Photpho:
- Phốt pho tồn tại trong nước thải dưới các dạng orthophosphate, polyphosphate và phốt pho hữu cơ. Trong quá trình xử lý sinh học, phốt pho trong nước thải được tách ra thông qua việc tạo thành các mô của tế bào vi sinh vật trong quá trình khử chất.
2.2. Các giai đoạn xử lý trong bể Unitank Hoạt động của bể:
Trong quá trình hoạt động, hai trong ba bể là bể sục khí, bể còn lại là bể lắng. Sau khi xử lí ở bể thứ nhất, nước thải từ cửa mở ở phần tường chung giữa hai bể đi qua bể kế tiếp, số bùn còn đọng lại ở đáy bể sẽ được đưa ra ngoài. Nước thải được dẫn vào bể trái, bể trái trở thành bể sục khí, lúc này bể giữa cũng trở thành bể sục khí còn bể phải là bể lắng, nước thải sau khi được xử lí xong ở bể này sẽ theo cửa mở chảy lại qua bể trái, dòng chảy từ trái qua phải.
Qua một khoảng thời gian nhất định, đóng van dẫn nước ở bể trái, mở van dẫn nước ở bể giữa, lúc này bể trái bắt đầu ngừng việc sục khí, nước thải từ bể giữa chảy qua bể phải. Sau một thời gian rất ngắn, đóng van dẫn nước ở bể giữa, chuyển đường dẫn nước vào cho bể phải, lúc này bể phải là bể sục khí cò bể trái đảm nhiệm công việc lắng. Dòng chảy sẽ lưu động từ phải qua trái, hoàn thành một chu kì tuần hoàn. Sự lặp lại giữa hai chu kì như vậy giúp nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải.
Do mực nước ở ba bể có sự chênh lệch, đã giúp dòng chảy chảy từ bể sục khí thứ nhất đến bể giữa và từ bể lắng ra ngoài. Lúc đầu, mực nước dẫn vào của bể thứ nhất là cao nhất, đồng thời việc mực nước thải chiếm toàn bộ thể tích bể đã giúp cố định ống dẫn nước ở cửa ngăn giữa hai bể. Lúc bể trái qua thời kì sục khí đến thời kì lắng, mực nước trong bể hạ xuống, hỗn hợp chất lỏng gồm bùn và chất thải lắng xuống, được giữ lại trong ống dẫn nước. Để đưa hỗn hợp chất lỏng này ra ngoài, ta dùng nước sạch vệ sinh đường ống, nước sạch sẽ giúp các chất lỏng đó quy tụ lại rồi đẩy chúng ra ngoài bằng cửa thoát của bể, dùng máy bơm cỡ nhỏ để nâng lên sau bể giữa. Dưới đây là hình ảnh minh họa cho chu trình.
23
Hình 2.3: Quá trình hoạt động bể UNITANK
Để mô tả rõ hơn các giai đoạn trong quá trình này ta chia ra thành 4 pha đó là: pha chính thứ nhất, pha trung gian thứ nhất, pha chính thứ 2 và pha trung gian thứ 2.
Pha chính thứ nhất
Nước thải được nạp vào ngăn A. Lúc này, ngăn A đang sục khí. Nước thải vào sẽ được hoà trộn với bùn hoạt tính. Các hợp chất hữu cơ được hấp thụ và phân huỷ một phần. Quá trình này gọi là sự tích luỹ. Từ ngăn A, hỗn hợp bùn lỏng (nước + bùn) chảy qua ngăn B và tiếp tục được sục khí. Bùn sẽ phân huỷ nốt các chất hữu cơ đã được hấp thụ ở ngăn A.
Chúng ta gọi quá trình này là sự tái sinh. Cuối cùng, hỗn hợp bùn lỏng tới ngăn C. Ở đây không sục khí và không khuấy trộn. Trong điều kiện tĩnh lặng, các hạt bùn lắng xuống do trọng lực, còn nước trong được thu ra bằng máng tràn. Bùn sinh học dư được loại bỏ tại
24
ngăn C. Để tránh sự lôi cuốn bùn từ A, B và tích luỹ ở C, hướng dòng chảy sẽ được thay đổi sau 120 – 180 phút (sự chuyển pha).
Pha trung gian thứ nhất
Mỗi pha chính được tiếp nối bằng một pha trung gian. Chức năng của pha này là chuyển đổi ngăn sục khí thành ngăn lắng. Nước thải được nạp vào ngăn B và cả hai ngăn A, C đều đang trong quá trình lắng. Trong thời gian này, pha chính tiếp theo (với hướng dòng chảy ngược lại) được chuẩn bị, bảo đảm cho sự phân tách tốt, dòng ra sạch.
Pha chính thứ hai
Pha này tương tự như pha chính thứ nhất với dòng chảy ngược lại. Nước thải được nạp vào ngăn C, chảy qua B tới A. Ngăn A bây giờ đóng vai trò là ngăn lắng (không sục khí, không khuấy trộn).
Pha trung gian thứ hai
Pha này đối nghịch với pha trung gian thứ nhất. Ngăn sục khí C bây giờ sẽ chuyển thành ngăn lắng trong khi ngăn A đang ở phần cuối của quá trình lắng và ngăn B sục khí.
Pha này chẩn bị cho hệ thống bước vào pha chính thứ nhất và bắt đầu một chu trình mới.
25
Hình 2.4: Sơ đồ hoạt động của Unitank
Sản phẩm của quá trình này là bùn sinh học và nước sau khi xử lý. Lượng nước này tiếp tục được bơm qua bể khử trùng và bổ sung hóa chất xử lý đạt tiêu chuẩn trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. Bùn dư được bơm sang bể chứa bùn để phân huỷ hết chất hữu cơ còn lại trong bùn, bùn dư sẽ được lưu lại đây một thời gian sau đó sẽ có đơn vị chức năng đến thu gom và xử lý định kỳ và nước tách bùn sẽ được đưa trở lại hệ thống thu gom để xử lý tiếp.
2.2.1. Quy trình áp dụng xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học Unitank
26
Hình 2.5: Quy trình xử lý nước thải sinh hoạt bằng Unitank
Nước thải từ nhà vệ sinh được xử lý sơ bộ vào bể tự hoại sau đó gom vào hố ga tập trung.
Còn đối với nước thải từ khu từ nhà ăn được bố trí qua song chắn rác, loại bỏ rác thải có kích thước lớn,tạo điều kiện thuận lợi cho quy trình xử lý tiếp theo của hệ thống. Sau đó chảy sang bể tách mỡ, mục đích của bước này là loại bỏ lượng mỡ, tránh tình trạng kéo màng trên bề mặt dẫn đến tình trạng giảm khả năng trao đổi khí của vi sinh vật và ách tắt đường ống.
Tất cả nước thải sinh hoạt từ các nguồn phát sinh được gom chung về hố thu gom tập trung. Từ đây thực hiện tiếp quy trình xử lý nước thải của hệ thống. Tại bể gom này nước thải chảy qua song chắn rác tinh nhằm loại bỏ một phần SS cũng chính là giảm BOD trong nước thải.
Sau khi qua song chắn rác nước thải được chảy qua bể điều hòa. Bể này đóng vai trò điều hòa lưu lượng, nồng độ các chất có trong nước thải và tăng hiệu quả xử lý cho các công trình phía sau. Bể điều hòa được cấp khí liên tục để tránh quá trình phân hủy kị khí gây ra mùi hôi, đồng thời tạo điều kiện xử lý một số tạp chất hữu cơ dễ phân hủy.
2.2.2. Xử lý nước thải khu công nghiệp bằng công nghệ Unitank Các thông số đầu vào và đầu ra của KCN
Quy trình :
27
Nước thải sau khi được xử lý cục bộ tại từng nhà máy được thu gom bởi hệ thống hố ga, cống rãnh lần lượt chảy qua song chắn rác thô (nhằm loại bỏ các rác có kích thước lớn hơn 15mm) rồi về hầm tiếp nhận.
Nước từ hầm tiếp nhận được bơm lên song chắn rác tinh nhiệm vụ lược bớt một phần chất rắn hữu cơ có trong nước thải của nhà bếp hay các loại rác có kích thước nhỏ. Qua SCR tinh này, SS có thể giảm được 4% so với lúc ban đầu , tương ứng BOD của sẽ giảm 4%.
Sau khi qua song chắn rác tinh, nước thải sẽ chảy vào bể gạt váng dầu và chảy vào bể điều hòa. Bể này có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước thải, giảm thể tích các công trình phía sau và tăng hiệu quả xử lý cho các công trình phía sau. Để giảm bớt mùi hôi, ta sục khí liên tục vào bể.
Nước thải sau khi qua bể điều hòa được bơm lên sang bể phản ứng. Tại bể phản ứng, hóa chất hiệu chỉnh môi trường và hoá chất keo tụ được châm vào bể với liều lượng nhất định.
Dưới tác dụng của hệ thống cánh khuấy với tốc độ lớn được lắp đặt trong bể, các hóa chất được hòa trộn nhanh và đều vào trong nước thải. Hóa chất keo tụ và các chất ô nhiễm trong nước thải tiếp xúc, tương tác với nhau, hình thành các bông cặn nhỏ li ti trên khắp diện tích và thể tích bể. Hỗn hợp nước thải này tự chảy qua bể keo tụ tạo bông. Tại bể keo tụ tạo bông, hóa chất trợ keo tụ được châm vào bể với liều lượng nhất định. Dưới tác dụng của hóa chất này và hệ thống motor cánh khuấy với tốc độ chậm, các bông cặn li ti từ bể phản ứng sẽ chuyển động, va chạm, dính kết và hình thành nên những bông cặn tại bể keo tụ tạo bông có kích thước và khối lượng lớn gấp nhiều lần các bông cặn ban đầu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng ở bể lắng. Hỗn hợp nước và bông cặn hữu dụng tự chảy sang bể lắng 1. Nước thải sau lắng sẽ chảy qua máng răng cưa và vào mương trung hòa rồi chảy được bơm luân phiên vào bể Unitank.
Tại bể Unitank, quá trình xử lí sinh học hiếu khí lơ lững được thực hiện. Trong bể Unitank diễn ra quá trình oxy hoá sinh hoá các chất hữu cơ hoà tan và dạng keo trong nước thải dưới sự tham gia của các vi sinh vật hiếu khí. Vi sinh vật sẽ tiêu thụ các chất hữu cơ trong nước thải để sinh trưởng. Vi sinh vật phát triển thành quần thể dạng bông bùn dễ lắng và được lắng ngay trong bể.
2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của UNITANK o Bùn hoạt tính
Quá trình xử lý hiếu khí chịu ảnh hưởng nồng độ bùn hoạt tính tức phụ thuộc vào chỉ số bùn. Chỉ số bùn càng nhỏ thì nồng độ bùn cho vào công trình xử lý càng lớn hoặc ngược lại.
Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ muối các kim loại nặng. Khi hoạt tính sinh học của bùn giảm, bùn sẽ bị trương phồng khó lắng do sự phát triển mãnh liệt của vi khuẩn dạng sợi chỉ. Vì vậy nồng độ các chất độc và các kim loại nặng trong nước thải phải nằm trong giới hạn cho phép.
28
Nồng độ và tốc độ tuần hoàn bùn hoạt tính: Người vận hành phải duy trì sự tuần hoàn bùn hoạt tính tiếp diễn trong hệ thống. Nếu tốc độ này quá thấp, bể hiếu khí có thể bị quá tải thủy lực, làm giảm thời gain thông khí. Nồng độ tuần hoàn cũng rất quan trọng bởi vì nó có thể dùng để xác định tốc độ tuần hoàn cần thiết để giữ MLSS cần thiết.
Tốc độ dòng chảy bùn hoạt tính thải: Bởi vì bùn hoạt tính có chứa các vi sinh vật sống tăng trưởng , nên lượng bùn hoạt tính có thể tiếp tục gia tăng. Nếu bùn hoạt tính duy trì trong hệ thống quá lâu, hiệu quả của quá trình sẽ giảm xuống. Nếu có quá nhiều bùn hoạt tính bị loại khỏi hệ thống, các chất rắn sẽ không lắng đọng đủ nhanh để được loại bỏ ở thiết bị lắng thứ cấp.
Độ sâu lớp bùn: Nếu các chất rắn không bị loại bỏ ra khỏi hệ thống từ thiết bị lọc với cùng tốc độ chúng được đưa vào, lớp phủ sẽ gia tăng độ sâu. Độ sâu lớp phủ bùn có thể chịu ảnh hưởng của nhiều điều kiện: nhiệt độ, tính độc trong nước thải,…
o DO: Hoạt động của bể bùn UNITANK là một quá trình hiếu khí nên nó đòi hỏi lượng DO phải hiện diện ở mọi thời điểm. Lượng DO này phụ thuộc vào BOD dòng vào, tính chất của bùn hoạt tính và yêu cầu xử lý.
Hàng loạt các chất hóa học, vật lí hóa sinh và các phản ứng khác xảy ra trong hệ thống bùn hoạt tính cần có sự tham gia của oxy. Suy thoái sinh học các chất hữu cơ cơ bản là quá trình sử dụng oxy. DO là một tham số điều khiển quan trọng trong hoạt động của bùn hoạt tính, tại bể sục khí DO trực tiếp ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ các chất hữu cơ và tăng trưởng bùn.
Nồng độ DO thấp được coi là nguyên nhân gây ra ô nhiễm vi khuẩn dạng sợi một trong những yếu tố chính trong việc tăng trưởng nồng độ bùn.
Trong quá trình hoạt động nồng độ DO có thể được sử dụng như một tham số điều khiển để kiểm soát quá trình và thời gian phản ứng.
Khi bắt đầu phản ứng các chất hữu cơ dễ phân hủy ngay lập tức liên quan đến sự hấp thụ oxy của vi sinh vật, thông khí được thực hiện với các chất hữu cơ còn lại được lấy ra liên tục. Trong quá trình này thì việc tiêu thụ oxy tỉ lệ với suy giảm chất hữu cơ, và nhu cầu oxy bắt đầu thay đổi lớn, tốc độ tiêu thụ oxy cao, với mức giảm liên tục các chất hữ cơ còn lại, khi tỉ lệ suy thoái chất hữu cơ giảm thì tỉ lệ tiêu thụ oxy giảm.
29
o Độ kiềm: kiểm soát độ kiềm trong bể hiếu khí là cần thiết để kiểm soát toàn bộ quá trình. Độ kiềm không đủ sẽ làm giảm hoạt tính của vi sinh vật và cũng có thể ảnh hưởng đến pH.
o MLVSS: Mixed Liquor Volatile Suspended Solid MLSS: Mixed Liquor Suspended Solid
Để nhà máy vận hành tốt, cần xác định thông số MLSS bằng cách lọc và sấy khô một mẫu chất rắn lơ lửng. Sau đó, xác định trọng lượng cặn khô thu được. Đó được gọi là cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn MLSS, đơn vị mg/l. Tuy nhiên, tùy theo một số trường hợp tỷ lệ MLSS có thể là nguyên liệu vô cơ. Do đó, ta có thể lấy giá trị của các chất hữu cơ có trong bùn. Điều này được thực hiện bằng cách nung các chất cặn và sấy khô trong lò ở 500 ° C, sau đó đem cân lại, trừ đi phần chất bay hơi.
MLSS được sử dụng phổ biến trong quá trình điều khiển sinh khối. Giá trị MLSS từ về 800-1,500 mg /l cho các hệ thống nhỏ, còn các hệ thống lớn hơn thì khoảng 8.000 mg/l trở lên. Có thể là suy nghĩ đơn giản hơn là khi tăng MLSS thì hiệu quả xử lí cao hơn, vì khi tăng MLSS cũng làm tăng sự hiện diện các sinh vật, làm cho việc hấp thụ BOD nhanh hơn. Tuy nhiên, MLSS quá cao tạo ra các vấn đề về thông khí và giải quyết bùn lắng.
o pH: Giá trị pH tối ưu cho đa số vi sinh vật từ 6,5 - 8,5. pH < 5 sẽ thúc đẩy nấm phát triển. Nếu pH > 9 sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất tế bào, vi sinh vật sẽ chết.
o Nhiệt độ: Tác động vào quá trình UNITANK khi đang làm việc. Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng đối với quá trình UNITANK trong sự xuống cấp của chất nền, việc đảm bảo nhiệt độ là rất quan trọng để cho quá trình UNITANK hoạt động thích hợp.
Mổi vi khuẩn có một khoảng nhiệt độ nhất định. Nhiệt độ tăng trưởng tối ưu của vi khuẩn trong bể bùn là khoảng 15-35 oC. Khi nhiệt độ tăng thì các phản ứng tăng, tốc độ tăng trưởng, và yêu cầu về oxy cho hô hấp, tăng lên. Tuy nhiên, khi nhiệt độ nước quá cao các tế bào protein, axit nucleic v.v.. sẽ bị xáo trộn, các tế bào bị mất chức năng nội tại của chúng dẫn đến cái chết của các vi sinh vật.
Ngoài ra sự tăng nhiệt độ sẽ làm giảm nồng độ DO và đôi khi dẫn đến ô nhiễm bùn mở rộng. Khi nhiệt độ quá thấp các axit béo bão hòa ở nhiệt độ bên trong màng tế bào vi khuẩn sẽ xảy ra tình trạng “đóng băng” kết quả là các chất dinh dưỡng không thể thâm nhập vào tế bào.