Thiết bị lọc sinh học là thiết bị được bố trí đệm và cơ cấu phân phối nước cũng như không khí. Trong thiết bị lọc sinh học, nước thải được lọc qua lớp vật liệu được bao phủ bởi màng VSV. Các vi khuẩn trong màng sinh học thường có hoạt tính cao hơn vi khuẩn trong bùn hoạt tính. Màng sinh học hiếu khí là một hệ VSV tùy tiện.
Ở ngoài cùng của màng là lớp vi khuẩn hiếu khí mà dễ thấy là các trực khuẩn bacillus ở giữa các vi khuẩn tùy tiện. Lớp sâu bên trong màng là các động vật nguyên sinh và một số sinh vật khác. Vi sinh trong màng sinh học sẽ oxy hóa chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Như vậy, chất hữu cơ được tách ra khỏi nước, còn khối lượng của màng sinh học sẽ tăng lên. Màng vi sinh chết được cuốn trôi theo nước và đưa ra khỏi thiết bị lọc sinh học.
1.3.2 Cấu tạo của bể lọc sinh học.
Bể lọc sinh học là thiết bị gồm có ba phần chính:
1. Vật liệu lọc.
2. Hệ thống phân phối nước.
3. Sàn đỡ và thu nước.
Hình dáng: Hệ lọc sinh học có cấu tạo là một hình hộp chữ nhật, ở trong có phân bố 3 ngăn chính: ngăn thiếu khí, ngăn hiếu khí và ngăn lắng. Các ngăn này không tách rời nhau mà được kết nối với nhau nhờ khe hở dưới đáy của các ngăn.
Vật liệu lọc: giá thể vi sinh bám dính dạng tấm, vật liệu chế tạo bằng nhựa PE với diện tích bề mặt là 200 m2/m3, diện tích bề mặt tiếp xúc trên một đơn vị thể tích lớn, độ bám dính vi sinh cao.
Giá thể giúp vi sinh bám vào bề mặt của giá thể tạo thành lớp màng. Vi sinh vật bắt đầu phát triển trên lớp màng và bắt đầu quá trình phân hủy sinh học. Khi vi sinh phát triển, lớp màng đã dày lên, hiệu suất phân hủy sinh học đạt giá trị cao nhất. Lượng cơ chất đưa vào phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không sẽ có sự suy giảm sinh khối, lớp màng sẽ bị mỏng dần đi nhằm đạt tới cân bằng mới giữa cơ chất và sinh khối. Sau khi phát triển đến độ dày nhất định, lớp màng không dày lên nữa và trở nên ổn định, vi sinh vật bong ra khỏi bề mặt của giá thể. Sự trao đổi chất diễn ra để phân hủy chất hữu cơ thành CO2 và nước. Lượng cơ chất phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không vi sinh sẽ thiếu dinh dưỡng và bắt đầu phân hủy nội bào để cân bằng với cơ chất và sinh khối, tức là nếu thiếu lượng thức ăn thì vi sinh vật có thể sẽ bị chết.
Hệ thống phân phối nước: Nước thải được phân phối trên lớp vật liệu lọc nhờ một hệ thống giàn quay phun nước thành tia hoặc nhỏ giọt. Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt vật liệu khoảng 0,2 - 0,3 m.
Sàn đỡ và thu nước: Sàn đỡ bằng bê tông và sàn nung. Khi làm việc, vật liệu dính màng sinh học và ngậm nước nặng tới 300 - 350 kg/m3. Để tính toán, giá đỡ thường lấy giá trị an toàn là 500 kg/m3. Khoảng cách từ sàn phân phối đến đáy bể thường 0,6 - 0,8 m. Sàn đỡ và thu nước thường có 2 nhiệm vụ:
- Thu đều nước có các mãnh vỡ của màng sinh học bị tróc.
- Phân phối đều gió vào bể lọc để duy trì môi trường hiếu khí trong các khe rỗng.
Ngoài ra, hệ lọc sinh học còn có bộ phận sục khí, ống thu nước đầu ra, ống thu bùn để xả cặn để rửa đáy bể lọc sinh học khi cần thiết [1].
1.3.3. Nguyên lý
Nước thải sau khi đã được loại bỏ cặn lắng được dẫn vào bể, nước thải trong bể được phân phối đều vào cả hai ngăn hiếu khí và thiếu khí nhờ ngăn trên cùng của bể và khe hở dưới đáy bể.
4 3
Oxi được cung cấp nhờ máy thổi khí ở ngăn hiếu khí. Máy sục khí giúp nước thải được trộn lẫn với bùn được dễ dàng hơn, tạo thành dòng nước tuần hoàn trong bể từ ngăn hiếu khí sang ngăn thiếu khí, tạo thành dòng nước luân chuyển trong bể, đồng thời cung cấp oxy cho vi sinh vật trong bể. Chính vì thế mà lượng VSV có nhiều khả năng được tiếp xúc với nước thải hơn.
Lượng nước thải trong 3 ngăn thiếu khí, hiếu khí và ngăn lắng cân bằng với nhau, khi lượng nước thải được thêm vào khiến ngăn hiếu khí và thiếu khí tăng lên đồng thời nước ở ngăn lắng cũng nâng lên, lượng nước được dâng lên trong ngăn lắng cũng chính là lượng nước đã qua xử lý ở trong bể. Phần nước trong ở trong ngăn lắng sẽ được thoát ra ngoài nhờ van nhỏ được lắp bên cạnh ngăn lắng. Hỗn hợp bùn được lắng dưới đáy ngăn sẽ được tuần hoàn trở lại khi hệ thống tiến hành quá trình sục. Đây cũng là một ưu điểm của hệ thống do kết hợp cả lọc và xử lý sinh học dùng chính khối bùn hoạt tính.
Bể lọc sinh học với giá thể dạng vật liệu ngập nước đóng vai trò là giá thể hỗ trợ cho việc tăng trưởng sinh khối. Giá thể vi sinh có thể oxy hóa được tất cả các chất hữu cơ dễ phân hủy trong nước thải, các thành phần sinh học có trong nước làm cho vận tốc nước qua lọc chậm dần và quá trình lọc sẽ hiệu quả tốt hơn. Tuy nhiên khi lớp màng quá dày tức là lúc đó lớp sinh khối trên giá thể dư thừa cần định kỳ rửa ngược để giảm sự tắc nghẽn khi nước thải đi qua khối vật liệu lọc. Hiệu quả xử lý giảm nhưng dần được hồi phục.
Trong quá trình vận hành của bể lọc giá thể sinh học, sự sinh trưởng và chết của màng sinh học xảy ra không ngừng. Khi màng sinh vật chết sẽ văng ra khỏi giá thể và
lơ lửng trong nước sau đó lắng dần xuống đáy bể. Trong quá trình làm việc, lọc có thể khử được BOD và chuyển hóa NH +thành NO -. Lớp vật liệu lọc có khả năng giữ lại cặn lơ lửng, hệ thống thổi khí giúp không làm tắc nghẽn khi hệ vận hành.
Hinh 1.2. Sơ đồ hệ lọc sinh học
1.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất xử lí
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý trong thiết bị lọc sinh học là bản chất của chất hữu cơ ô nhiễm, nhiệt độ, pH, vận tốc oxy hóa, cường độ thoáng khí, tiết diện màng sinh học, thành phần VSV.
- Nồng độ oxy: ảnh hưởng mạnh mẽ tới quá trình. Cần phải cung cấp oxy một cách đầy đủ và liên tục sao cho lượng oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng
>2mg/L.
- Tải trọng chất hữu cơ thường thấp hơn so với xử lý kỵ khí, thường BOD toàn phần <1000mg/L (đối với bể aerotank), còn bể sinh học thì <500mg/L.
- Các nguyên tố vi lượng và dinh dưỡng cũng rất cần thiết nên phải bổ sung thích hợp. Các nguyên tố như: K, Ca, Mg, Fe, Cu, Zn, S… theo nước thải mà có yêu cầu về dinh dưỡng khác nhau.
- pH cũng là yếu tố quan trọng cho VSV phát triển và hoạt động, pH tối ưu cho VSV phát triển 6,5 – 8,5 sẽ thúc đẩy nấm phát triển. pH > 9 sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất tế bào, VSV sẽ chết.
- Nhiệt độ mỗi loài men có nhiệt độ thích hợp khác nhau. Nước thải có nhiệt độ thích nghi với đa số VSV tối ưu từ 25ºC - 37ºC hoặc 20ºC - 40ºC thấp nhất vào mùa đông 12ºC.
- Ngoài ra quá trình xử lý hiếu khí còn phụ thuộc vào nồng độ muối vô cơ, lượng chất lơ lửng, các loại VSV và cấu trúc các chất bẩn hữu cơ.
1.3.5. Ưu, nhược điểm của phương pháp lọc sinh học C
ó n g ă n h i ế u v à t h
T i ê u t ố n n ă n g
sinh bám dính cũng gọn nhẹ và dễ hợp khối, mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là đối với các công trình xử lý vừa và nhỏ trong dân dụng và công nghiệp.