1.4. Xử lý nước thải giàu cacbon và nitơ bằng công nghệ MBBR
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR
a. Giá thể
Diện tích thực tế của giá thể lớn, do đó nồng độ biofilm cao trong bể xử lý Sự
gia tăng nồng độ chất nền mg/l
Nồng độ chất nền (lớp bùn hoạt tính dính bám trên giá thể)
Di chuyển Chất nền
Lớp đệm
Màng Sinh học
Sinh vật
đến dẫn thể tích bể nhỏ. Theo các báo cáo cho thấy, nồng độ biofilm dao động từ 3000 - 4000 gTSS/m3, tương tự với những giá trị có được trong quá trình bùn hoạt tính với tuổi bùn cao. Điều này được suy ra rằng, vì tải trọng thể tích trong MBBR cao hơn gấp vài lần trong quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính nên sinh khối sinh ra trong bể MBBR cao hơn nhiều.
Mật độ của các giá thể trong bể MBBR nhỏ hơn 70% so với thể tích nước trong bể, với 67% là giá trị đặc trưng [10]. Tuy nhiên mật độ của giá thể được yêu cầu dựa trên đặc tính của nước thải và mục tiêu xử lý cụ thể. Giá trị thấp hơn 67%
thường được sử dụng.
b. Độ xáo trộn
Yếu tố khác có ảnh hưởng đến hiệu suất là dòng chảy và điều kiện xáo trộn trong bể xử lý. Độ xáo trộn thích hợp là điều kiện lý tưởng đối với hiệu suất của hệ thống. Lớp màng biofilm hình thành trên giá thể rất mỏng, phân tán và vận chuyển cơ chất và oxy đến bề mặt biofilm. Vì vậy, lớp màng biofilm dày và mịn không được mong đợi đối với hệ thống. Độ xáo trộn thích hợp có tác dụng loại bỏ những sinh khối dư và duy trì độ dày thích hợp cho biofilm. Độ dày của biofilm nhỏ hơn 100 micromet đối với việc xử lý cơ chất luôn được ưu tiên. Độ xáo trộn thích hợp cũng duy trì vận tốc dòng chảy cần thiết cho hiệu suất quá trình. Độ xáo trộn cao sẽ tách sinh khối ra khỏi giá mang và chính vì vậy sẽ làm giảm hiệu suất của quá trình xử lý. Thêm vào đó, sự va chạm và sự ma sát của giá thể trong bể phản ứng làm cho biofilm tách rời khỏi bề mặt phía ngoài của giá thể Kaldnes (giá mang được sử dụng thực nghiệm). Vì điều này, giá mang MBBR được cung cấp với các rìa bên ngoài để bảo vệ sự hao hụt của biofilm và đẩy mạnh sự phát triển của biofilm.Diện tích bề mặt của các rìa bên ngoài không được tính vào diện tích thực tế của biofilm. Diện tích trung bình hiệu quả của giá mang MBBR được báo cáo là khoảng 70% tổng diện tích bề mặt để màng biofilm dính bám vào giá thể ở phía bên ngoài ít hơn của giá mang. Có thể nhận thấy điều này qua hình 1.8.
Theo nghiên cứu của S. Winogradsly (1980), sau khi quan sát dưới kính hiển vi lớp màng lọc trong bể lọc sinh học nhỏ giọt, đã tìm thấy rất nhiều vi khuẩn Zoogleal, các vi khuẩn hình que, vi khuẩn hình sợi, nấm sợi, protozoa và một số động vật bậc cao.
Một trong những nghiên cứu nhằm ước lượng các loại khuẩn trong hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt được tiến hành bởi M. Hotchkiss năm 1923. Kết quả là đã tìm thấy nhiều loại vi khuẩn khác nhau ở độ sâu khác nhau trong bể lọc. Các nhóm vi khuẩn bao gồm: vi khuẩn khử nitrate, sulfate tạo thành từ protein, phân hủy anbumin, khử sulfate, oxy hóa sulfite được tạo thành từ các protein nhiều nhất ở độ sâu 0,3m và giảm dần qua lớp lọc; vi khuẩn khử sulfate hiện diện nhiều ở bề mặt và vi khuẩn oxy hóa sulfua có nhiều nhất ở độ sâu 1,6m; các dạng vi khuẩn nitrit gia tăng theo độ sâu và có số lượng lớn hơn các dạng vi khuẩn nitrate.
Hình 1.8. Lớp biofilm dính bám trên bề mặt giá thể.
c. Tải trọng thể tích
Vì sự không thể xác định chính xác diện tích thực được bao bọc bởi biofilm trên bề mặt của giá mang, người ta đưa ra hiệu suất quá trình theo thể tích bể phản ứng thay vì diện tích bề mặt giá thể. Tuy nhiên, việc đánh giá thể tích bể phản ứng có thể là hệ thống được so sánh với những hệ thống khác mà sử dụng toàn bộ thể tích bể phản ứng để xử lý.
Nếu chỉ xử lý thứ cấp, hiệu quả tải tương đương 4-5 kgBOD5 / m3.ngày đến 12-15 kgBOD5 /m3.ngày ở mức 67% giá mang được lấp đầy (cung cấp 335 m2 diện tích bề mặt giá thể trên m3 thể tích bể phản ứng). Những giá trị BOD5 không có trong tiêu chuẩn của Hoa Kỳ. Tuy nhiên, chúng phù hợp với Phương pháp tiêu chuẩn của Nauy và những ứng dụng của chúng đối với việc thiết kế bể phản ứng ở Mỹ phải được thực hiện một cách thận trọng. Rusten đã báo cáo rẳng 60g
Môi trường lớp gai bên ngoài
Môi trường lớp biofilm bên trong
BOD5/ngày tương đương với 70 g BOD5/ngày, mặc dù nó không được cụ thể hóa xem thử giá trị BOD nào là giá trị tổng hoặc là giá trị hòa tan được. Mặc dù vậy, sự quy đổi này sẽ được sử dụng để đổi các giá trị tải thành giá trị BOD5 cơ bản.
Hình 1.9. Các ứng dụng khác nhau của hệ thống xử lý bằng phương pháp MBBR d. Những thuận lợi và hạn chế
Thuận lợi
– Giảm chi phí hoạt động, tự động, dễ vận hành và bảo trì;
– Phù hợp với hệ thống quy mô nhỏ có thể được sản xuất hàng loạt với một phạm vi khác nhau của lưu lượng dòng chảy;
– Tiết kiệm một lượng đáng kể lao động và tiền bạc để điều tra, thiết kế, xây dựng, lắp đặt;
– Mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao: Mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao hơn so với hệ thống xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính lơ lửng, vì vậy tải trọng hữu cơ của bể MBBR cao hơn;
– Ổn định theo biến tải;
– Chủng loại vi sinh vật xử lý đặc trưng: lớp màng biofilm phát triển tùy thuộc vào loại chất hữu cơ và tải trọng hữu cơ trong bể xử lý;
– Phát sinh bùn ít;
– Hiệu quả xử lý các chất hữu cơ và notơ cao;
Hạn chế
Còn khá mới mẻ tại Việt Nam, đòi hỏi người vận hành phải có kinh nghiệm.