CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ
2.2 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải
2.2.3 Phương pháp xử lý sinh học
Cơ sở của phương pháp này là dựa vào khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật để oxy hóa các liên kết hữu cơ phân tán dạng keo và dạng hòa tan có trong nước thải. Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ có sẵn trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng như: Cacbon, nito, photpho, kali... Vi sinh vật sử dụng chất này để kiến tạo tế bào cũng như tích lũy năng lượng cho quá trình sinh trưởng và phát triển vì thế mà sinh khối không ngừng tăng lên.
Trên cơ sở đó có thể phân loại như sau:
- Quá trình sinh học hiếu khí (aerobic).
- Quá trình sinh học kỵ khí (anaerobic).
- Quá trình thiếu khí (annoxic).
- Quá trình tùy nghi (facultative).
Các công trình xử lý chia làm 2 nhóm:
+ Nhóm các công trình xử lý thực hiện trong điều kiện tự nhiên: Hồ sinh học, hệ thống xử lý bằng thực vật nước (lục bình, lau, sậy, tảo,...), cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, đất ngập nước,...
+ Nhóm các biện pháp xử lý trong điều kiện nhân tạo: Quá trình bùn hoạt tính, quá trình dính bám, hồ sinh học kết hợp thổi khí, mương oxy hóa, đĩa quay sinh học, màng lọc sinh học, bể UASB, biogas... Do điều kiện nhân tạo có thể khiến quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, cường độ mạnh hơn và có thể kiểm soát được.
/ngày.đêm”
a. Các công trình xử lý trong điều kiện tự nhiên
❖ Hồ sinh học
Là hồ xử lý sinh học, có nhiều tên gọi khác như: hồ oxy hóa, hồ ổn định nước thải. Các quá trình diễn ra trong hồ sinh vật cũng tương tự như quá trình tự làm sạch diễn ra ở các sông hồ chứa nước tự nhiên: đầu tiên các chất hữu cơ bị phân hủy bởi vi sinh vật, các sản phẩm tạo thành sau khi phân hủy lại được rong, tảo sử dụng. Do kết quả hoạt động sống của vi sinh vật oxy tự do lại được tạo thành và hòa tan trong nước rồi lại được vi sinh vật sử dụng để trao đổi chất. Sự hoạt động của rong tảo không phải là quá trình chính mà chỉ tạo điều kiện thuận lợi cung cấp cho quá trình mà thôi. Vai trò xử lý chủ yếu ở đây vẫn là vi sinh vật.
Hồ sinh vật có thể chia ra làm hai loại chính như sau:
✓ Loại 1: Nước thải sau khi lắng sơ bộ qua các bể lắng được pha loãng với nước sông theo tỉ lệ 1:3 đến 1:5 và cho chảy vào hồ. Ôxy hoà tan được cung cấp qua mặt thoáng. Trong hồ cũng diễn ra quá trình đông tụ sinh học, ôxy hóa các chất hữu cơ và do đó BOD của nước thải giảm xuống.
✓ Loại 2: Hồ không pha loãng, với thời gian nước lưu lại trong hồ từ 1÷6 tuần.
Theo cơ chế của quá trình xử lý nước thải người ta phân biệt ba loại hồ sinh vật:
- Hồ yếm khí.
- Hồ tùy tiện.
- Hồ hiếu khí có hai loại:
+ Hồ làm thoáng tự nhiên.
+ Hồ làm thoáng nhân tạo.
b. Các công trình xử lý trong điều kiện nhân tạo
❖ Bể Aerotank
Bể Aerotank là một công trình sử dụng phương pháp sinh học hiếu khí để xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nước thải đô thị có chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ (H2S, các sunfua, nitric…).Nồng độ muối vô cơ trong nước thải không vượt quá 10g/l, nếu là muối vô cơ thông thường thì có thể pha loãng nước thải.
Nước thải sau khi qua bể lắng 1 có chứa các chất hữu cơ hòa tan và các chất lơ lửng đi vào bể phản ứng hiếu khí (Aerotank). Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là các bông căn có màu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nước thải và là nơi cư trú để phát triển của vô số vi khuẩn và vi sinh vật sống khác. Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan thành các tế bào mới.
/ngày.đêm”
Tỷ lệ các chất dinh dưỡng: BOD5:N:P = 100:5:1. Nước thải có pH từ 6,5 – 8,5 trong bể là thích hợp. Thời gian lưu nước trong bể không quá 12h.
Quá trình diễn ra như sau:
+ Khuấy trộn đều nước thải với bùn hoạt tính trong thể tích của bể.
+ Làm thoáng bằng khí nén hay khuấy trộn bề mặt hỗn hợp nước thải và bùn họat tính có trong bể trong một thời gian đủ dài để lấy oxy cấp cho quá trình sinh hóa xảy ra trong bể.
+ Làm trong nước và tách bùn hoạt tính ra khỏi hỗn hợp bằng bể lắng đợt.
+ Tuần hoàn lại một lượng bùn cần thiết từ đáy bể lắng đợt 2 vào bể Aerotank để hòa trộn với nước thải đi vào. Xả bùn dư và xử lý bùn.
❖ Mương oxi hóa
Mương oxy hóa đơn giản, không tốn nhiều công sức, với chi phí đầu tư nhỏ hơn 2 lần so với lọc sinh học. Nếu áp dụng đúng mương oxy hóa có thể xử lý nước thải đảm bảo đạt yêu cầu. Đối với vùng đất sét chặt có thể phủ bằng tấm lót, còn đối với vùng cát phải bêtông hóa hoàn toàn. Đồng thời, mương phải có cấu trúc đơn giản nhất ( hình chữ O) để tăng hiệu quả xử lý.
Mương oxy hóa là dạng cải tiến của mạng lưới xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sử dụng bùn hoạt tính. Đặc điểm nổi bật của mương oxy hóa là thời gian lưu bùn (SRT) dài nên xử lý chất hữu cơ triệt để. Trong mương oxy hóa sự khuấy tán của oxy đủ để khuấy trộn và đồng thời tăng khả năng tiếp xúc của vi khuẩn trong bùn hoạt tính với nước thải. Mương oxi hóa có thể gồm một hay nhiều mương dẫn hình tròn, oval, dạng đường đua (racetrack). Lượng bùn sinh ra và năng lượng cung cấp nhỏ hơn so với phương án cổ điển.
Hình 2.4 Mương oxi hóa.
/ngày.đêm”
Ưu điểm:
+ Mực nước luôn ổn định khi công trình gặp sự cố như lưu lượng nước thải tăng hay giảm đột ngột nhờ điều chỉnh máng tràn ở cuối mương.
+ Thời gian lưu nước lớn nên có khả năng chịu sốc tải.
+ Lượng bùn sinh ra ít hơn so với công trình xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính.
+ Năng lượng cung cấp ít hơn so với các công trình xử lý hiếu khí.
Nhược điểm:
+ Diện tích xây dựng cao hơn các công trình xử lý sinh học hiếu khí khác.
❖ Bể SBR (Sequencing batch reactor)
Bể phản ứng sinh học theo mẻ (SBR) là bể xử lý nước thải với bùn hoạt tính.
Trong đó, tuần tự diễn ra các quá trình thổi khí, lắng bùn và gạn nước thải. Do hoạt động gián đoạn nên số ngăn tối thiểu là hai để có thể xử lý liên tục.
Trong bể quá trình thổi khí và quá trình lắng được thực hiện trong cùng một bể phản ứng do đó có thể bỏ qua bể lắng II. Quá trình hoạt động diễn ra trong một ngăn và gồm 5 giai đoạn:
+ Pha làm đầy: Có thể vận hành với 3 chế độ làm đầy tĩnh, làm đầy hoà trộn và làm đầy sục khí nhằm tạo môi trường khác nhau cho các mục đích khác nhau. Thời gian pha làm đầy có thể chiếm từ 25 – 30%.
+ Pha phản ứng (sục khí): Ngừng đưa nước thải vào. Tiến hành sục khí.
Hoàn thành các phản ứng sinh hoá có thể được bắt đầu từ pha làm đầy.
Thời gian phản ứng chiếm khoảng 30% chu kì hoạt động.
+ Pha lắng: Điều kiện tĩnh hoàn toàn được thực hiện (không cho nước thải vào, không rút nước ra, các thiết bị khác đều tắt) nhằm tạo điều kiện cho quá trình lắng. Thời gian chiếm khoảng từ 5 – 30% chu kỳ hoạt động.
+ Pha tháo nước sạch.
+ Pha chờ: Áp dụng trong hệ thống có nhiều bể phản ứng, có thể bỏ qua trong một số thiết kế.
Thời gian hoạt động có thể tính sao cho phù hợp với từng loại nước thải khác nhau và mục tiêu xử lý. Nồng độ bùn trong bể thường khoảng từ 1500 – 2500 mg/l. Chu kỳ hoạt động của bể được điều khiển bằng rơle thời gian. Trong ngăn bể có thể bố trí hệ thống vớt váng, thiết bị đo mức bùn…
/ngày.đêm”
Hình 2.5 Bể SBR.
Ưu điểm:
+ Bể SBR là công trình xử lý linh hoạt, có thể xử lý các loại nước thải sinh hoạt công nghiệp. Có khả năng khử Nito, photpho cao, TSS đầu ra thấp.
+ Không có bể lắng 2 cũng như tuần hoàn bùn hoạt, ít tốn diện tích xây dựng.
+ Chi phí đầu tư, vận hành thấp. Có khả năng điều khiển tự động hoàn toàn.
Nhược điểm:
+ SBR thích hợp với công suất xử lý nước thải < 5000m3/ngđ.
+ Cần có trình độ kỹ thuật cao cho công tác quản lý vận hành bể.