Bùn hồi lưu được đưa vào ngăn tái sinh (hay ngăn phục hồi hoặc cịn gọi là ngăn hoạt hĩa). Ở đây mơi trường tái sinh là nước thải cĩ hoặc khơng được cân bằng dinh dưỡng, nhưng nhất thiết phải sục khí và khuấy đảo (cũng cĩ thể chỉ cần một trong hai biện pháp hiếu khí). Bùn được phục hồi ở ngăn này khoảng 2 – 3 giờ, cĩ khi tới 6 giờ để oxi hĩa hết các chất hữu cơ hấp phụ trên bề mặt và các khe hở của hạt bùn, tới khi ổn định (đạt lượng bùn tối đa và các thơng số khác đạt yêu cầu, đặc biệt là khả năng oxi hĩa là cao nhất và ổn định).
Nước thải từ lắng 1 được trộn đều với bùn hoạt tính tái sinh đã ổn định đưa ngăn tiếp xúc. Ở đây bùn hoạt tính hấp phụ các chất keo, các chất lơ lửng và đồng thời hấp phụ các chất hữu cơ ở dạng hịa tan cĩ trong nước thải, quá trình oxi hĩa lơ lửng và đồng thời hấp phụ các chất hữu cơ ở dạng hịa tan cĩ trong nước thải, quá trình oxi hĩa các chất này xẩy ra tức thì và diễn ra trong thời gian 30 – 60 phút. Sau khi xử lí hỗn hợp bùn - nước đi sang bể lắng 2. Bùn thu được ở bể lắng 2 được hồi lưu đưa vào ngăn tái sinh để làm ổn định. Bùn dư được xả ra ngồi để đưa đi xử lí bùn.
Ưu điểm của bể: thơng khí tích cực cĩ dung tích nhỏ, chịu được sự dao động lớn của lưu lượng và chất lượng nước thải, hiệu suất xử lí khá cao. Quy trình này được ứng dụng và làm việc cho hiệu suất cao trong xử lí nước thải sinh hoạt và nước thải cơng nghiệp thực phẩm.
f. Aeroten thơng khí kéo dài
Aeroten thơng khí kéo dài được dùng xử lí nước thải cĩ tỉ số là F/M (tỉ lệ giữa BOD5 trong nước thải và bùn hoạt tính – mg BOD/mg bùn hoạt tính) thấp, tải trọng thấp, thời gian thơng khí thường là 20 – 30 giờ để duy trì hệ vi sinh vật làm việc ở pha hơ hấp nội bào (hay là pha hoạt động nội sinh).
Cơng suất thích hợp cho Aeroten loại này là <= 3500 m3/ngày. Trong sơ đồ cơng nghệ khơng cần bể lắng, nước chỉ cần loại rác đi thẳng vào Aeroten. Tồn bộ bùn ở lắng 2 được tuần hồn lại Aeroten. Bùn dư được đưa lên sân phơi.
Tải trọng của bể này (tính theo BOD trên đơn vị thể tích bể): 240 mgBOD/m3.ngày
Lượng khơng khí cần cấp theo BOD
− Bể sâu 1,8m cần 280 m3/kg BOD5
− Bể sâu 2,7m cần 187 m3/1kg BOD5
− Nếu làm thống bằng máy khuấy cơ học trên bề mặt thì cần khơng ít hơn 2 kgO2/1kgBOD5
g. Aeroten thơng khí cao cĩ khuấy đảo hồn chỉnh
Bể hiếu khí cĩ tốc độ thơng khí cao và khuấy đảo hồn chỉnh là loại Aeroten tương đối lí tưởng để xử lí nước thải cĩ độ ơ nhiễm cũng như nồng độ các chất lơ lửng cao. Aeroten loại này sẽ cĩ thời gian làm việc ngắn. Rút ngắn được được thời gian thơng khí vận hành ở tỉ số F/M cao, giảm tuổi của bùn hoạt tính (thời gian lưu nước trong bể ngắn).
Trong bể Aeroten khuấy đảo hồn chỉnh, nước thải, bùn hoạt tính, oxi hĩa hịa tan được khuấy trộn đều, tức thời. Do vậy, nồng độ bùn hoạt tính và oxi hịa tan được phân bố đều ở mọi nơi trong bể và dẫn đến quá trình oxi hĩa được đồng đều, hiệu quả cao.
Ưu điểm của quy trình cơng nghệ này là:
+ Pha lỗng ngay tức khắc nồng độ chất nhiễm bẩn, kể cả các chất độc hại (nếu cĩ).
+ Khơng xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở một nơi nào trong bể.
+ Thích hợp cho xử lí nước thải cĩ tải trọng cao, chỉ số thể tích bùn cao, cặn khĩ lắng.
Hình 5.11: Sơ đồ cơng nghệ của bể Aeroten thơng khí cao cĩ khuấy đảo hồn
chỉnh
5.7.1.5. Cung cấp oxi cho Aeroten
Các vi sinh vật trong Aeroten chủ yếu ở dạng hiếu khí. Chúng cần oxi để duy trì hoạt động sống: tăng trưởng số lượng tế bào và oxi hĩa các chất hữu cơ nhiễm bẩn nước. Trong nước thải cĩ một ít oxi hịa tan được vi sinh vật sử dụng trong thời gian đầu của quá trình sinh trưởng, sau đĩ lượng oxi này cạn kiệt. Nhu cầu oxi của vi khuẩn hiếu khí trong Aeroten rất lớn. Các nguồn oxi do khơng khí khuếch tán vào nước và cĩ thể do tảo sinh ra trong quá trình quang hợp cũng khơng thể đáp ứng được nhu cầu này. Do vậy, việc cung cấp oxi cho Aeroten – bể phản ứng sinh học hiếu khí và các dạng cơng trình hiếu khí khác như các sinh học, mương oxi hĩa…là vơ cùng quan trọng.
Trong một số quyển sách về vấn đề này thường được gọi là “Hệ thống làm thống” Thực chất ở đây là cung cấp oxi, mà chủ yếu là oxi hịa tan pha lỏng (nước), cho nhu cầu sinh lí của v Trong một số quyển sách về vấn đề này thường được gọi là “Hệ thống làm thống” Thực chất ở đây là cung cấp oxi, mà chủ yếu là oxi hịa tan pha lỏng (nước), cho nhu cầu sinh lí của vi sinh vật.
Cung cấp oxi cĩ các biện pháp: + Thổi, nén khí.
+ Làm thống cơ học
+ Thổi nén khí kết hợp với khuấy đảo cơ hoc.
Các trạm xử lí lớn cần hiếu khí tích cực cho các Aeroten, người ta thường trang bị một trạm khí nén. Khơng khí được nén qua các máy nén khí (Compressor) và đưa vào bình chứa với áp lực cao rồi xả dần qua các ống dẫn khí vào hệ thống phân phối khí trong Aeroten.
Hệ thống khí nén cần cĩ bình tách dầu mỡ để tránh làm tắc các lỗ phân phối khí thành tia hoặc bọt nhỏ, cũng cĩ thể cĩ bình làm nguội khí nén để tránh hiện tượng làm cho nước thải trong Aeroten tăng nhiệt độ quá giới hạn làm việc.
Việc phân phối khí đều trong các lớp nước ở Aeroten cĩ ý nghĩa rất lớn. Nĩ ảnh hưởng trực tiếp đến độ hịa tan của oxi, hệ số sử dụng oxi của vi sinh vật, đến hiệu quả xử lí và cơng suất sử dụng điện năng, chi phí quản lí…Để phân phối khí người ta hay dùng hệ thống ống lắp theo hình xương cá đặt trong lịng Aeroten; ống cĩ đục lỗ nhỏ để phun thành tia khí hoặc khơng đục lỗ mà cho phun thành dong bọt lớn; lắp ở đầu khí ra là các ống xốp, tấm xốp hình vịng trịn, hình nĩn..
Kích thước các lỗ phân phối khí như sau:
− d <= 0,1 mm cho bọt khí nhỏ
− d từ 5 đến 25 mm cho bọt khí lớn.
Phổ biến nhất là phương pháp phân phối khí qua tấm xốp. Khí ra khỏi các lỗ nhỏ của tấm xốp thành tia bọt khí làm cho hỗn hợp nước bùn chuyển động thành vịng xoắn. Diện tích các tấm xốp chiếm tới 6 – 10% diện tích đáy bể.
Tấm xốp vuơng thường cĩ kích thước 0,3 x 0,3 x 0,04m. Đĩa xốp cĩ đường kính khoảng gần như thế. Vật liệu xốp được chế bằng oxit nhơm trộn với keramzit, đá thạch anh, than cốc, backelit và bột thủy tinh rồi nung chảy.
Dùng tấm xốp cĩ nhiều ưu điểm hơn so với ống đục lỗ: hệ số sử dụng khơng khí tăng 1,75 lần. Song, biện pháp này cũng cĩ nhược điểm là các lỗ của tấm xốp dễ bị kín làm tắc dịng khí do cac nguyên nhân: bụi bẩn dầu mỡ trong khơng khí, gỉ sắt hoặc vi khuẩn, nấm mốc phát triển ở trong các lỗ đĩ.
Phân phối khí bằng ống đục lỗ, sau một thời gian sử dung các lỗ này cĩ thể bị vít kín với các nguyên nhân giống như trên. Trong số ống đục lỗ người ta cĩ thể dùng ống cĩ lỗ khoan với d = 2,5 mm. Các ống này đặt lơ lửng cách mặt nước là 0,8 – 1 m. Hoặc cĩ thể dùng quạt giĩ thổi mạnh thay máy nén khí.
Làm thống (hiếu khí) bằng các máy khuấy đảo cơ học. Các loại máy khuấy đảo cơ học cĩ thể là rất khác nhau, nhưng nguyên lí cơng tác đều giống nhau: khi thiết bị làm việc sẽ tạo ra vùng áp thấp để khơng khí thâm nhập vào nước.
Các thiết bị làm thống cơ học cĩ thể phân theo:
+ Hiệu ứng: loại xâm nhập sâu, loại xâm nhập bề mặt;
+ Mặt phẳng đặt trục quay của cánh khuấy: loại nằm ngang, loại đứng; + Cấu tạo của cánh khuấy: loại nĩn, đĩa, trục, bánh xe, tuốc bin và xoắn ốc.
Lắp hệ thống khuấy cơ học với các thiết bị thường khơng ngập quá sau trong nước. Phần mơtơ điện ở phía trên mặt nước làm quay hệ thống khuấy đảo để khơng khí thâm nhập vào nước. Trong thời gian gần đây người ta chế tạo thiết bị làm thống cơ học di động để khuấy đảo nước thải trong các hồ sinh học.
Với máy khuấy cơ học, cĩ ý kiến cho rằng, nếu đảm bảo độ hiếu khí thì bùn hoạt tính trong Aeroten sẽ lắng đọng tốt hơn, giá thành quản lí thấp hơn 15% so với khí nén. Khuấy đảo cơ học cĩ thể áp dụng cho Aeroten cĩ cơng suất 800 – 3000 m3/ngày.
Hệ thống hiếu khí kết hợp gồm sục khí nước bằng khí nén và khuấy đảo bằng cơ hoc. Hệ thống này cĩ thể là các thiết bị tách rời: hệ thống khí nén và khuấy đảo riêng biệt như đã giới thiệu ở trên hoặc đưa khí nén vào trục máy khuấy đứng cĩ một hoặc vài tua bin. Ở dưới tuốc bin cuối cùng ngập sâu ở trong nước, người ta gắn một vành đục lỗ phân tán khí. Khơng khí đi ra khỏi lỗ nhỏ của vành thành tia kết hợp khuấy trộn của cánh tuốc bin sẽ được hịa tan tốt hơn.
Hiếu khí khuấy trộn hịan chỉnh gồm hai hệ thống: sục khí nén và khuấy trộn bề mặt tích cực thường trang bị cho các Aeroten xử lí các loại nước thải cĩ chỉ số thể tích bùn cao, cặn khĩ lắng và cĩ thể là nước thải cĩ BOD cao cần pha lỗng ngay tức khắc trong tồn thể tích bể, khơng xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ.
5.7.1.6. Mương oxi hĩa
Năm 1950, lần đầu tiên ở Hà Lan, cơng trình đưa mương oxi hĩa vào xử lí nước thải do tiến sĩ Pasveer cơng tác tại Viện nghiên cứu Pulic Engineering chủ trì. Đến nay mương oxi hĩa cĩ nhiều cải tiến và được áp dụng rộng rãi, đặc biệt ở các trạm xử lí với quy mơ nhỏ.
Mương oxi hĩa là một dạng cải tiến của Aeroten khuấy trộn hồn chỉnh làm việc trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính (sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật trong nước thải) chuyển động tuần hồn trong mương. Nước thải cĩ độ nhiễm bẩn cao BOD20 = 1000 – 5000 mg/l cĩ thể đưa vào xử lí ở mương oxi hĩa. Đối với nước thải sinh hoạt chỉ cần qua chắn rác, lắng cát và khơng qua lắng 1 và cĩ thể đưa vào mương oxi hĩa. Tải trọng của mương tính theo bùn hoạt tính vào khoảng 200g BOD5/kg.ngày. Một phần bùn được khống hĩa ngay trong mương. Do đĩ, số lượng bùn giảm khoảng 2,8 lần. Thời gian xử lí hiếu khí 1 – 3 ngày.
Hình 5.12: Cấu tạo mương oxi hĩa
Mương oxi hĩa cĩ dạng hình chữ nhật, hình trịn hay hình elíp. Đáy và bờ cĩ thể làm bằng bê tơng cốt thép hoặc đào (đắp) đất cĩ gia cố. Chiếu sâu cơng tác từ 0,7 đến 1,0 m. Tốc độ chuyển động nước trong mưong >= 0,3 m/s, làm thống (khuấy đảo) bằng thiết bị cơ học với trục nằm ngang.
5.7.2. Lọc sinh học 5.7.2.1. Nguyên lý
Phương pháp lọc nước nĩi chung lồi người đã biết từ lâu, song đưa đưa nĩ thành một biện pháp cơng nghệ xử lí nước nĩi chung và nước thải nĩi riêng mãi tới thể kỷ XIX mới được xác lập. Lọc sinh học lần đầu tiên được áp dung ở Mĩ năm 1891 và ở Anh năm 1893. Khái niệm về sinh học lọc nhỏ giọt được phát triển từ khi dùng các bể
lọc tiếp xúc được chứa đầy các đá hịn bị đập vỡ và cho nước đi qua. Nước chảy qua lọc, tiếp xúc với mọi vật liệu lọc trong khoảng thời gian ngắn.
Về nguyên lí của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxi hĩa các chất bẩn hữu cơ cĩ trong nước. Các màng sinh học, là tập thể các vi sinh vật ở màng sinh học, oxi hĩa các chất bẩn hữu cơ cĩ trong nước. Các màng sinh học, là tập thể các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hiếu khí, kị khí và kị khí tùy tiện. Các vi khuẩn hiếu khí được tập trung ở phần lớp ngồi của màng sinh học. Ở đây chúng phát triển và gắn với giá màng là các vật liệu lọc (được gọi là sinh trưởng gắn kết hay sinh trưởng dính bám).
Trong quá trình làm việc, các vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy từ trên xuống, sau đĩ nước thải đã làm sạch được thu gom xả vào lắng 2. Nước vào lắng 2 cĩ thể theo những mảnh vỡ của màng sinh học bị trĩc ra khi lọc làm việc. Trong thực tế, một phần nước đã qua lắng 2 được quay trở lại làm nước pha lỗng cho các loại nước thải đậm đặc trướ khi vào bể lọc và giữ nhiệt cho màng sinh học làm việc.
Chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxi hĩa bởi quần thể vi sinh vật ở màng sinh học. Màng này thường dầy khoảng 0,1 – 0,4 mm. Các chất hữu cơ trước hết bị phân hủy bở vi sinh vật hiếu khí. Sau khi thấm sâu vào màng, nước hết oxi hịa tan và sẽ chuyển sang phân hủy bởi vi sinh vật kị khí. Khi các chất hữu cơ cĩ trong nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ chuyển sang hơ hấp nội bào và khả năng kết dính cũng giảm, dần dần bị vỡ cuốn theo nước lọc. Hiện tượng này gọi là “trĩc màng”. Sau đĩ lớp màng mới lại xuất hiện.
5.7.2.2. Phân loại
Lọc sinh học đang được dùng hiện này chia làm hai loại: + Lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc khơng ngập nước + Lọc sinh học cĩ vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước.
5.7.2.3. Lọc sinh học cĩ lớp vật liệu khơng ngập trong nước a. Lọc phun hay nhỏ giọt (Trickling filter)
Nguyên lý cấu tạo và hoạt động
Lọc nhỏ giọt là loại bể lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc khơng ngập nước. Các vật liệu lọc cĩ độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích là lớn nhất trong điều kiện cĩ thể. Nước đến lớp vật liệu lọc chia thành các dịng hoặc hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu và được làm sạch do vi sinh vật của màng phân hủy hiếu khí và kị khí các chất hữu cơ cĩ trong nước. Các chất hữu cơ phân hủy hiếu khí sinh ra CO2 và nước, phân hủy kị khí sinh ra CH4 và CO2 làm trĩc màng ra khỏ vật mang, bị nước cuốn theo. Trên mặt giá mang là vật liệu lọc lại hình thành lớp màng mới. Hiện tượng
này được lặp đi lặp lại nhiều lần. Kết quả là BOD của nước thải vi sinh vật sử dụng làm chết chất dinh dưỡng và bị phân hủy kị khí cũng như hiếu khí: nước thải được làm sạch.
Hình 5.13: Nguyên lý cấu tạo bể lọc sinh học nhỏ giọt
Nước thải trước khi đưa vào xử lí ở lọc phun (nhỏ giọt) cần phải xử lí sơ bộ để tránh tắc nghẽn các khe trong vật liệu. Nước sau khi xử lí ở lọc sinh học thường nhiều chất lơ lửng do các mảnh vỡ của màng sinh học cuốn theo, vì vậy cần phải đưa vào lắng 2 và lưu ở đây thời gian thích hợp để lắng cặn. Trong trường hợp này, khác với nước ra ở bể Aeroten: nước ra khỏi lọc sinh học thường ít bùn cặn hơn ra từ Aeroten. Nồng đọ bùn cặn ở đây thường nhỏ hơn 500 mg/l, khơng xảy hiện tượng lắng hạn chế. Tải trọng bề mặt của lắng 2 sau lọc phun vào khoảng 16 – 25 m3/m2.ngày.
Vật liệu lọc
Vật liệu lọc khá phong phú: từ đá dăm, đá cuội, đá ong, vịng kim loại, vịng gốm,