CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP MÍA ĐƯỜNG
2.3 XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
2.3.1 Phương pháp xử lý hiếu khí
Phương pháp này thường áp dụng với những loại chất thải có hàm lượng COD = 500-2000 mg/l.
Nguyên tắc xử lý: Phương pháp này lợi dụng khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí. Do đó trong điều kiện xử lý nhân tạo, để nâng cao hiệu suất xử lý người ta bổ sung liên tục oxi và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20-400C. Có nhiều phương pháp xử lý hiếu khí như: bể aerotank, lọc sinh học, mương oxy hóa,…
2.3.1.1 Bể aerotank [4]
Cơ chế: trong bể aerotank 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 cặn 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 và tạo thành các tế bào mới. Quá trình chuyển hóa thực hiện theo từng bước xen kẽ và nối tiếp nhau. Một vài loại vi khuẩn tấn công vào các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp, sau khi chuyển hóa thải ra các hợp chất hữu cơ có cấu trúc đơn giản hơn, một vài loài vi khuẩn khác dùng các chất này làm thức ăn và lại thải ra các hợp chất đơn giản hơn nữa, và quá trình cứ tiếp tục cho đến khi chất thải cuối cùng không thể làm thức ăn cho bất cứ loài vi sinh vật nào nữa. Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể aerotank của lượng nước thải đi vào bể không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó phải sử dụng lại bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy bể lắng đợt 2 bằng cách tuần hoàn bùn ngược trở lại đầu bể aerotank để duy trì nồng độ đủ vi khuẩn trong bể. Bùn dư ở đáy bể lắng được xả ra khu xử lý bùn.
SVTH: Trần Thanh Vạn 27 GVHD: TS. Bùi Thị Thu Hà
- Ưu điểm:
+ Hiệu quả xử lý cao và triệt để.
+ Tiết kiệm diện tích.
- Nhược điểm:
+ Chi phí xây dựng và chi phí vận hành lớn.
+ Không có khả năng thu hồi năng lượng.
+ Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ.
+ Tạo lượng bùn dư lớn.
Hình 2.12 Bể aerotank 2.3.1.2 Bể sinh học MBBR.[10]
Trong bể hiếu khí dính bám MBBR, hệ thống cấp khí được cung cấp để tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng và phát triển. Đồng thời quá trình cấp khí phải đảm bảo được các vật liệu luôn ở trạng thái lơ lửng và chuyển động xáo trộn liên tục trong suốt quá trình phản ứng.
Vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ sẽ dính bám và phát triển trên bề mặt các vật liệu. Các vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải để phát triển thành sinh khối. Quần xả vi sinh sẽ phát triển và dày lên rất nhanh chóng cùng với sự suy giảm các chất hữu cơ trong nước thải.
Khi đạt đến một độ dày nhất định, khối lượng vi sinh vật sẽ tăng lên, lớp vi sinh vật phía trong do không tiếp xúc được nguồn thức ăn nên chúng sẽ bị chết, khả năng bám vào vật liệu không còn. Khi chúng không bám được lên bề mặt vật liệu sẽ bị bong ra rơi vào trong nước thải. Một lượng nhỏ vi sinh vật còn bám trên các vật liệu sẽ tiếp tục sử dụng các hợp chất hữu cơ trong nước thải để hình thành một quần xã sinh vật mới.
SVTH: Trần Thanh Vạn 28 GVHD: TS. Bùi Thị Thu Hà
Ngoài nhiệm vụ xử lý các hợp chất hữu cơ trong nước thải, thì trong bể sinh học hiếu khí dính bám lơ lững còn xảy ra quá trình Nitritrat hóa và Denitrate, giúp loại bỏ các hợp chất nito, photpho trong nước thải, do đó không cần sử dụng bể Anoxic.
Bể sinh học kết hợp giá thể lơ lửng MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể thiếu khí.
Hình 2.13 Bể MBBR hiếu khí Hình 2.14 Bể MBBR thiếu khí
Trong bể hiếu khí sự chuyển động của các giá thể được tạo thành do sự khuyếch tán của những bọt khí có kích thước trung bình từ máy thổi khí. Trong khi đó ở bể thiếu khí thì quá trình này được tạo ra bởi sự xáo trộn của các giá thể trong bể bằng cánh khuấy.
Ưu điểm nổi bật:
• Chịu được tải trọng hữu cơ cao.
• Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90%.
• Loại bỏ được Nito trong nước thải.
• Tiết kiệm được diện tích.
Bảng 2.2 Các thông số thiết kế đặc trưng bể MBBR [19]
Thông số thiết kế Đơn vị Ngưỡng đặc trưng
Thời gian lưu trong bể Anoxic h 1.0 – 1.2
Thời gian lưu trong bể hiếu khí h 3.5 – 4.5
Diện tích bề mặt lớp biofilm m2/m3 200 – 250
Tải trọng BOD kg/m3.d 1.0 – 1.4
SVTH: Trần Thanh Vạn 29 GVHD: TS. Bùi Thị Thu Hà
Hình 2.15 Các loại giá thể trong bể MBBR
Bảng 2.3 So sánh hệ thống MBBR và hệ thống bể sinh học hiếu khí [19]
Hệ thống Tải trọng BOD
(KgBODm3/ngày)
MLSS(mg/L) Diện tích bề mặt (m2/m3)
MBBR 10 8000 – 20000 510 – 1200
Bể sinh học hiếu khí
1.5 3000 – 5000
2.3.1.3 Bể Aeroten kết hợp lắng hoạt động gián đoạn theo mẻ (SBR -Sequencing Batch Reactor) [4]
Các giai đoạn hoạt động diễn ra trong một ngăn bể bao gồm: làm đầy nước thải, thổi khí, để lắng tĩnh, xả nước thải và xả bùn dư.
Trong bước một, khi cho nước thải vào bể, nước thải được trộn với bùn hoạt tính lưu lại từ chu kỳ trước. Sau đấy, hỗn hợp nước thải và bùn được sục khí ở bước hai với thời gian thổi khí đúng như thời gian yêu cầu. Quá trình diễn ra gần với điều kiện trộn hoàn toàn và các chất hữu cơ được oxy hoá trong giai đoạn này. Bước thứ ba là quá trình lắng bùn trong điều kiện tĩnh. Tiếp đến, nước trong nằm phía trên lớp bùn được xả ra khỏi bể. Bước cuối cùng là xả lượng bùn dư được hình thành trong quá trình thổi khí ra khỏi ngăn bể, các ngăn bể khác hoạt động lệch pha để đảm bảo cho việc cung cấp nước thải lên trạm xử lý nước thải liên tục.
SVTH: Trần Thanh Vạn 30 GVHD: TS. Bùi Thị Thu Hà
Công trình SBR hoạt động gián đoạn, có chu kỳ. Các quá trình trộn nước thải với bùn, lắng bùn cặn... diễn ra gần giống điều kiện lý tưởng nên hiệu quả xử lý nước thải cao. BOD của nước thải sau xử lý thường thấp hơn 50 mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng từ 10 đến 45 mg/l và N-NH3 khoảng từ 0,3 đến 12 mg/l. Bể aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ làm việc không cần bể lắng đợt hai. Trong nhiều trường hợp, người ta cũng bỏ qua bể điều hoà và bể lắng đợt một.
Hình 2.16 Các bước của bể aeroten hoạt động gián đoạn.
Hệ thống aeroten hoạt động gián đoạn SBR có thể khử được nitơ và phốt pho sinh hoá do có thể điều chỉnh được các quá trình hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí trong bể bằng việc thay đổi chế độ cung cấp ôxy. Các ngăn bể được sục khí bằng máy nén khí, máy sục khí dạng Jet hoặc thiết bị khuấy trộn cơ học. Chu kỳ hoạt động của ngăn bể được điều khiển bằng rơle thời gian. Trong ngăn bể có thể bố trí hệ thống vớt váng, thiết bị đo mức bùn...
Hình 2.17 Bể SBR
SVTH: Trần Thanh Vạn 31 GVHD: TS. Bùi Thị Thu Hà
Bể aeroten hệ SBR có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, hiệu quả xử lý cao, khử được các chất dinh dưỡng nitơ, dễ vận hành. Sự dao động lưu lượng nước thải ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý.
Nhược điểm chính của bể là để bể hoạt động có hiệu quả người vận hành phải có trình độ và theo dõi thường xuyên các bước xử lý nước thải.