khả năng oxi hĩa các chất bẩn hữu cơ với hiệu suất cao là phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxi, mà chủ yếu là oxi hịa tan trong mơi trường lỏng, một cách liên tục, đáp ứng đầy đủ cho nhu cầu hiếu khí của vi sinh vật trong bùn hoạt tính. Lượng oxi cĩ thể được coi là đủ khi nước thải ra khỏi bể lắng 2 cĩ nồng độ oxi hịa tan là 2mg/l.
Để đáp ứng được nhu cầu oxi hịa tan trong Aeroten người ta thường chọn giải pháp:
+ Khuấy cơ học với các dạng khuấy ngang, khuấy đứng. Song, biện pháp này khơng hồn tồn đáp ứng được nhu cầu oxi.
+ Thổi và sục khí bằng hệ thống khí nén với các hệ thống phân tán khí thành các dịng hoặc tia lớn nhỏ khác nhau.
+ Kết hợp nén khí với khuấy đảo.
- Thành phần dinh dưỡng với vi sinh vật
Trong nước thải, thành phần dinh dưỡng chủ yếu là nguồn cacbon (được gọi là cơ chất hoặc chất nén được thể hiện bằng BOD) – Chất bẩn hữu cơ bị phân hủy (hoặc bị oxi hĩa) bởi vi sinh vật. Ngồi ra BOD, cần lưu ý tới hai thành phần khác: nguồn nitơ (thường ở dạng NH4+) và nguồn phosphat (ở dạng muối phosphat). Những hợp chất này (ở dạng muối amon va phosphat) là những chất dinh dưỡng tốt nhất đối với vi sinh vật. Vi sinh vật phát triển cịn cần tới một loạt các chất khống khác như Mg, K, Ca, Mn, Fe, Co…Thường các nguyên tố này ở dạng ion đều cĩ mặt trong nước thải, khơng những chúng đáp ứng cho nhu cầu sinh lý của vi sinh vật mà trong nhiều trường hợp cịn quá thừa dư.
Thiếu dinh dưỡng trong nước thải (coi nước thải là mơi trường nuơi cấy) sẽ giảm mức độ sinh trưởng, phát triển sinh khối của vi sinh vật, thể hiện bằng lượng bùn hoạt tính tạo thành giảm, kìm hãm và ức chế quá trình oxi hĩa các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn.
Nếu thiếu nitơ một cách kéo dài, ngồi việc cản trở các quá trình hĩa sinh cịn làm cho bùn hoạt tính khĩ lắng, các hạt bơng bị phồng lên trơi nổi theo dịng nước ra làm cho nước khĩ trong và chứa một lượng lớn vi sinh vật, làm giảm tốc độ sinh trưởng cũng như cường độ oxi hĩa của chúng.
Nếu thiếu phosphat, vi sinh vật dạng sợi phát triển và cũng làm cho bùn hoạt tính lắng chậm và giảm hiêu quả xử lí.
Nĩi chung, thiếu dinh dưỡng hai nguồn N và P lâu dài sẽ ảnh hưởng nhiều tới cấu tạo tế bào mới, giảm mức độ sinh trưởng, ảnh hưởng khơng tốt tới di truyền và các thế
hệ sau của vi sinh vật. Trong thực tế nếu dùng hồi lưu lại nhiều lần các quần thể vi khuẩn này trong bùn hoạt tính sẽ làm giảm hiệu suất làm sạch nước thải. Để khắc phục điều này người ta đề xuất một tỉ lệ các chất dinh dưỡng cho xử lí nước thải bằng phương pháp hiếu khí như sau: BOD:N:P=100:5:1. Tỉ số này thường chỉ đúng cho 3 ngày đầu. Trong thời gian này vi sinh vật trong Aeroten phát triển mạnh và bùn hoạt tính cũng được tạo thành nhiều nhất (nhất là 1 – 2 ngày đầu tiên). Cịn quá trình xử lí kéo dài thì tỉ lệ này cần là 200:5:1 (thời gian xử lí cĩ thể tới 20 ngày). Để cân đối dinh dưỡng cĩ thể dùng các muối amon và phosphat bổ sung vào nước thải để tăng nguồn N và P. Cĩ thể dùng uree hoặc superphosphat vào mục đích này.
Trường hợp dư thừa lượng N và P, vi sinh vật sử dụng khơng hết, phải khử các thành phần này bằng các biện pháp đặc biệt tiếp theo (xem chương VIII, mục 8.6.1 và 8.6.2) hoặc xử lí bằng ao hồ ổn định với việc nuơi trồng bèo, rau muống và các thực vật nổi khác.
- Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ cĩ trong nước thải để đảm bảo cho
Aeroten làm việc cĩ hiệu quả.
Nồng độ cơ chất trong mơi trường ảnh hưởng nhiều tới đời sống của vi sinh vật. Nĩi chung chúng đều cĩ nồng độ cơ chất tới hạn hoặc cho phép, nếu vượt quá sẽ ức chế đến sinh lí và sinh hĩa của tế bào vi sinh vật, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình trao đổi chất, đến việc hình thành enzim, thậm chí cĩ thể bị chết. Như vậy, vi sinh vật sẽ bị ức chế và bị kìm hãm quá trình hoạt động sống trong trường hợp nồng độ chất bẩn hữu cơ cao hơn nồng độ cho phép.
Nĩi chung, các loại nước thải cĩ thể xử lí bằng Aeroten cĩ lựợng BOD vào khoảng 500 mg/l, cịn trường hợp cao hơn (khơng quá 1000mg/l) phải xử lí bằng Aeroten khuấy trộn hồn chỉnh. Nếu BOD cao quá mức trên đây thì ta phải pha lỗng bằng nước được quy ước là sạch (như nước sơng, hồ khơng bị ơ nhiễm) hoặc nước đã qua xử lí cĩ lượng BOD ở dịng ra thấp. Cũng cĩ thể phải xử lí kị khí trước xử lí hiếu khí.
- Các chất cĩ độc tính ở trong nước thải ức chế đến đời sơng của vi sinh vật.
Để đảm bảo cho bùn hoạt tính được tạo thành và hoạt động bình thường trong nước thải cần phải xác định xem trước nước thải làm mơi trường dinh dưỡng để nuơi vi sinh vật cĩ thích hợp khơng, cĩ kìm hãm, ức chế đến sinh trưởng và tăng sinh khối của chúng hay khơng?
Tiến hành xác định độc tính đối với vi sinh vật, cĩ thể dùng nước thải để nguyên hoặc pha lỗng rồi cân đối dinh dưỡng, sau đĩ cấy giống vi sinh vật (cĩ thể là giống thuần chủng hoăc cặn bùn của nước thải).
Việc xác định này chỉ cho ta thấy loại nước thải nào cĩ thể xử lí bằng kĩ thuật bùn hoạt tính trong Aeroten được hay khơng, chứ khơng thể suy ra được được tính độc của các yếu tố (trong đĩ cĩ kim loại nặng hoặc các chất độc khác) đối với vi sinh vật.
Nồng độ muối vơ cơ trong nước thải khơng quá 10 g/l. Nếu là muối vơ cơ thơng thường, cĩ thể pha lỗng nước thải và xử lí bằng phương pháp bùn hoạt tính, cịn nếu làn chất độc như kim loại nặng, các chất độc hữu cơ phải tiến hành phân tích cẩn thận và cĩ biện pháp xử lí riêng biệt (hấp phụ, trao đổi ion…), sau đĩ mới cĩ thể xử lí bằng phương pháp sinh học.
- pH của nước thải cĩ ảnh hưởng nhiều đến các quá trình hĩa sinh của vi sinh vật, quá trình tạo bùn và lắng. Nĩi chung, pH thích hợp cho xử lí nước thải ở Aeroten là 6,5 – 8,5. Trong thời gian cuối, nước thải trong Aeroten cĩ pH chuyển sang kiềm, cĩ thể là các hợ chất nitơ được chuyển thành NH3 hoặc muối amon.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ nước thải trong nước thải cĩ ảnh hưởng rất lớn đến hoạt
động sống của vi sinh vật. Hầu hết các vi sinh vật cĩ trong nước thải là các thể ưa ấm (mesophile): chúng cĩ nhiệt độ sinh trưởng tối đa là 400C và tối thiểu 50C. Vì vậy, nhiệt độ xử lí nước thải chỉ trong khoảng 6 – 370C, tốt nhất là 15 – 350C.
Như chúng ta đã biết, nhiệt độ khơng chỉ ảnh hưởng đến chuyển hĩa của vi sinh vật mà cịn ảnh hưởng nhiều tới quá trình hịa tan oxi vào nước cũng như khả năng kết lắng của các bơng cặn bùn hoạt tính. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng hĩa sinh thường tính theo phương trình
rT = r20. θ(T-20) Trong đĩ: rT: Tốc độ phản ứng ở T0C
r20: Tốc độ phản ứng ở 200C
θ: Hệ số hoạt động do nhiệt độ T: Nhiệt độ nước (0C)
Giá trị θ trong quá trình xử lí sinh học dao động từ 1,02 đến 1,09 thường lấy là 1,04.
- Nồng độ các chất lơ lửng (SS) ở dạng huyền phù
Sau khi xử lí sơ bộ, tùy thuộc nồng độ lơ lửng cĩ trong nước thải mà xác định cơng trình xử lí cơ bản thích hợp như lọc sinh học hoặc Aeroten.
Nếu nồng độ các chất lơ lửng khơng quá 100mg/l thì loại hình xử lí thích hợp là bể lọc sinh học cơ bản thích hợp như lọc sinh học hoặc Aeroten.
Con số này cũng chỉ quy ước trong thực nghiệm đối với những Aeroten thơng thường, cịn với các Aeroten hiếu khí tích cực (khuấy đảo hồn chỉnh) nồng độ các chất rắn lơ lửng cĩ thể là cao hơn.
Song, với lượng chất răng lơ lửng cao thường làm ảnh hưởng tới hiệu quả xử lí. Vì vậy, đối với những nước thải cĩ hàm lượng chất rắn lơ lửng quá cao cần phải qua lắng 1 trong giai đoạn xử lí sơ bộ một cách đầy đủ cĩ thể loại bỏ vẩn cặn lớn và một phần các chất rắn lơ lửng.
5.7.1.3. Phân loai Aeroten
Cĩ nhiều cách phân loại Aeroten:
- Phân loại theo chế độ thủy động: Aeroten đẩy, Aeroten khuấy trộn và Aeroten hỗn hợp.
- Phân loại theo chế độ làm việc của bùn hoạt tính: Aeroten cĩ ngăn hoặc bể tái sinh (hoạt hĩa) bùn hoạt tính tách riêng và loại khơng cĩ ngăng tái sinh bùn hoạt tính tách riêng.
- Theo tải trọng BOD trên 1 gam bùn trong một ngày ta cĩ: Aeroten tải trọng cao, Aeroten tải trọng trung bình và Aeroten tải trọng thấp.
- Theo số bậc cấu tạo trong Aeroten (xây dựng cĩ nhiều ngăn hoặc hành lang) ta cĩ các Aeroten 1bậc, 2 bậc, 3 bậc…
5.7.1.4. Một số Aeroten thường dùng trong xử lí nước thải a. Bể Aeroten truyền thống
Bể Aeroten truyền thống được mơ tả theo sơ đồ cơng nghiệp ở hình 5.7
Hình 5.7: Sơ đồ làm việc của bể Aeroten truyền thống
Nước thải sau lắng 1 được trộn đều với bùn hoạt tính hồi lưu ở ngày đầu bể Aeroten. Lượng bùn hồi lưu so với lượng nước thải cĩ độ ơ nhiễm trung bình khoảng 20 – 30%. Dung tích bể tính tốn sao cho khi dùng khí nén sục khối nước trong bể sau 6 – 8h, hoặc làm thống bề mặt khuấy cơ học trong 9 – 12 giờ đã đảm bảo hiệu suất xử lí tới 80 – 95%.
Với Aeroten kiểu này thường dùng để xử lí nước thải cĩ BOD < 400mg/l. Lượng khơng khí cấp cho Aeroten làm việc 55 – 65m3 khơng khí cho 1 kg BOD. Chỉ số thể tích của bùn (SVI) là 50 – 150ml/g. Tuổi của bùn là 3 – 15 ngày.
Aeroten kiểu này cần cĩ ngăn trong bể hoặc ngồi bể để hoạt hĩa (tái sinh) bùn hoạt tính. Ngăn hay bể phục hồi hoạt tính cịn được gọi là ngăn tái sinh hoặc ngăn hoạt
hĩa. Nồng độ bùn sau khi phục hồi đạt tới 7 – 8g/l (trong bể Aeroten làm việc chỉ cần ở nồng độ bùn là 2 – 3g/l).
b. Aeroten tải trọng cao
Nước thải đi vào bể cĩ độ nhiễm bẩn cao, thường là BOD > 500mg/l. Tải trọng trên bùn hoạt tính là 400 – 1000 mg BOD/g bùn (khơng tro) trong một ngày đêm.
Nước thải khi xử lí sơ bộ được trộn đều với bùn hồi lưu (lượng bùn khoảng 10 - 20%) rồi vào bể Aeroten. Nồng độ bùn hoạt tính trong bể <= 1000mg/l. Sau 1 – 3 giờ sục khí đã khử được 60 – 65% BOD và nước ra đã cĩ thể đạt loại C hoặc gần loại B.
Bể loại này thường áp dụng để xử lí nước thải cơng nghiệp chế biến thịt, sữa. Các loại bể truyền thống hoặc thơng thường cĩ thể thực hiện hiếu khí kéo dài và khử BOD gần như hồn tồn. Trong các loại bể này các chất hữu cơ hịa tan dễ phân hủy sẽ bị oxi hĩa trước hết, sau đĩ là các chất khĩ phân hủy hơn ở dạng keo hoặc các dạng hạt nhỏ lơ lửng sẽ bị vi sinh vật hấp thụ rồi bị phân hủy tiếp sau.
c. Bể Aeroten được cấp khí giảm dần theo dịng chảy
Hình 5.8:Bể Aeroten được cấp khí giảm dần theo dịng chảy
Thường nước thải và bùn hoạt tính được đưa vào đầu bể. Thường ở đây cĩ nồng độ chất hữu cơ nhiễm bẩn lớn nhất, sẽ xảy ra cường độ oxi hĩa cao, nhu cầu lượng oxi lớn nhất. Do đĩ nhu cầu khơng khí nhiều nhất và giảm dần theo chiều dài của bể.
Ưu điểm của bể này là:
− Giảm được lượng khơng khí cấp, tức là giảm cơng suất máy nén khí, giảm điện năng.
− Khơng cĩ sự làm hiếu khí quá mức ngăn cản sinh trưởng và hoạt động của các vi sinh khuẩn khử các hợp chất chứa nitơ, trong đĩ cĩ khâu khử nitrat thành N2 bay vào khơng khí.
Thời gian sục khí nước thải cùng bùn hoạt tính (kê cả lượng bùn hồi lưu) là 6 – 8 giờ. Lượng bùn sau hoạt hĩa được hồi lưu thường bằng 25 – 50% lưu lượng dịng vào.
d. Bể Aeroten nhiều bậc
Hình 5.9: Bể Aeroten nhiều bậc
Nước thải sau khi lắng 1 được đưa vào Aeroten bằng cách đoạnh hay theo bậc, dọc theo chiều dài bể (khoảng 50 – 60%), bùn tuần hồn đi vào đầu bể.
Cấp khí đều dọc theo chiều dài.
Cấp khí theo cách này sẽ dư oxi một chút ở phần cuối Aeroten. Song, Aeroten được xây thành nhiều ngăn thì sẽ khắc phục được dễ dàng. Mỗi ngăn ở đây là một bậc. Nạp theo bậc cĩ tác dụng làm cân bằng tải trọng BOD theo thể tích bể, làm giảm sự thiếu hụt oxi ở đầu bể và lượng oxi được trải đều theo dọc bể làm cho hiệu suất sử dụng oxi tăng lên, hiệu suất xử lí sẽ cao hơn.
Các loại bể nhiều bậc xây dựng bêtơng cốt thép thường cĩ mặt bằng hình chữ nhật chia thành nhiều ngăn. Mỗi ngăn cĩ một hoặc nhiều hành lang, ngăn cách bằng tường dọc lơ lửng khơng kéo dài tới cạnh đối diện. Nước thải chảy nối tiếp theo chiều hành lang. Tiết diện của mỗi hành lang cĩ thể là hình vuơng hoặc hình chữ nhật. Hình 6.4 giới thiệu các hành lang trong cấu tạo của Aeroten.
Aeroten một hành lang được dùng với trạm xử lí nhỏ và làm việc với quy trình khơng hoạt hĩa bùn hoạt tính. Nước thải sau khi lắng 1 và bùn hoạt tính hồi lưu từ lắng 2 đều cho vào đầu hành lang (máng phân phối nước nằm ở phía trên, cịn máng phân phối bùn nằm ở phía dưới).
Aeroten hai hành lang thường cĩ ngăn tái sinh (hoạt hĩa) bùn hoạt tính. Dùng một hành lang làm ngăn tái sinh. Thể tích ngăn này thường 50% tổng thể tích Aeroten.Aeroten kiểu này gần giống Aeroten cĩ ngăn ổn định và ngăn tiếp xúc. Thường được dùng ở các trạm xử lí nhỏ và trung bình.
Aeroten ba hành lang làm việc thuận tiện khi khơng cần phục hồi (tái sinh) bùn hoạt tính. Song, cũng cĩ thể để riêng 1 hành lang (33% tổng thể tích Aeroten) làm ngăn hoạt hĩa bùn hồi lưu.
Aeroten bốn hành lang làm việc cĩ nhiều ưu việt, làm việc thuận tiện hơn bất kì quy trình cơng nghệ nào. Cĩ thể dành 25 – 75% tổng thể tích Aeroten để tái sinh bùn
hoạt tính. Aeroten kiểu này cĩ lượng bùn hoạt tính với khả năng oxi hĩa khá cao và hiệu suất khử BOD tương đối lớn.
e. Bể Aeroten cĩ ngăn tiếp xúc với bùn hoạt tính đã ổn định
(Aeroten ổn định- tiếp xúc)