Phương pháp này áp dụng với loại nước 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 công trình hiếu khí như: bể aerotank, lọc sinh học, mương oxy hóa,…
• Aerotank [13]
- Bể Aerotank truyền thống:Nước thải sau bể lắng đợt I được trộn đều với bùn hoạt tính
tuần hoàn ở ngay đầu bể Aerotank. Dung tích bể được thiết kế với thời gian lưu nước để làm thoáng trong bể từ 6 – 8 giờ khi dùng hệ thống sục khí và khi dùng thiết bị khuấy đảo làm thoáng bề mặt thì t = 9 – 12 giờ. Tuổi của bùn thường từ 3 – 15 ngày.
+ Phạm vi p dụng: Nồng độ BOD đầu vào thường < 400 mg/l, + Hiệu quả xử lý BOD vào khoảng 80 – 95%.
Hình 2.7 : Sơ đồ làm việc của bể aeroten truyền thống.
- Bể Aerotank tải trọng cao: Bể Aerotank tải trọng cao được áp dụng để xử lý nước thải
đầu ra đạt chất lượng từ loại B - C .
Nước thải qua bể lắng đợt I và được trộn đều với 10 – 20% lượng bùn tuần hòan đi vào bể Aerotank để làm thoáng trong thời gian 1 – 3 giờ. Nồng độ bùn hoạt tính trong bể
Bể Aeroten làm thoáng kéo dài 20 – 30 giờ lưu nước trong bểBể lắng 2
Tuần hoàn bùn hoạt tính Lưới chắn rác
Xả ra
Nguồn tiếp nhận ≤ 1000 mg/l.
+ Phạm vi áp dụng: BOD đầu vào lớn hơn 500 mg/l. + Hiệu quả : Xử lý BOD được 60 – 65%.
- Bể Aerotank được cấp khí giảm dần theo dòng chảy:
Nước thải và bùn họat tính được đưa vào đầu bể. Thường ở đây có nồng độ chất hữu cơ nhiễm bẩn lớn nhất, sẽ xảy ra cường độ ôxy hóa cao, nhu cầu lượng ôxy lớn nhất. Do đó cần cấp không khí nhiều và giảm dần theo chiều dài bể. Thời gian sục khí nước thải với bùn hoạt tính là 6 – 8 giờ. Lượng bùn sau khi hoạt hóa được hồi lưu thường bằng 25 – 50% lưu lượng dòng vào.
Ưu điểm của bể:
- Giảm được lượng không khí cấp.
- Không có sự làm hiếu khí qúa mức ngăn cản sự sinh trưởng và hoạt động của vi khuẩn khử các hợp chất chứa nitơ, trong đó có giai đoạn khử nitrat thành N2 bay vào không khí.
- Bể Aerotank ổn định và tiếp xúc
Nước thải từ bể lắng I được trộn đều với bùn hoạt tính đã được tái sinh đưa vào ngăn tiếp xúc của bể, ở ngăn tiếp xúc bùn hoạt tính hấp phụ phần lớn các chất keo lơ lửng, các chất hữu cơ ở dạng hòa tan có trong nước thải với thời gian rất ngắn khoảng 0,5 – 1giờ rồi chảy sang bể lắng đợt II. Bùn lắng ở đáy bể lắng đợt II được bơm tuần hoàn lại ngăn tái sinh. Ơ bể tái sinh, bùn được làm thoáng trong thời gian từ 3 – 6 giờ để oxy hóa hết các chất bẩn hữu cơ, bùn sau khi tái sinh trở thành ổn định. Bùn dư được thải ra ngoài.
Ưu điểm :
Bể Aerotank có dung tích nhỏ, chịu được sự dao động của lưu lượng và chất lượng nước thải.
- Bể Aerotank thông khí kéo dài
Hình 2.8: Sơ đồ làm việc của bể Aeroten làm thoáng kéo dài
+ Bể này chỉ áp dụng cho nhà máy xử lý nước thải có công suất Q ≤ 3500
m3/ngày.Tải trọng tính theo BOD5 trên một đơn vị thể tích bể La = 240 mg BOD/m3. ngày.
Lượng không khí cần cấp vào tính theo BOD: + Bể sâu 1,8m cần 280 m3/ 1kg BOD5 + Bể sâu 2,7m cần 187 m3/ 1kg BOD5
Nếu làm thoáng bằng máy khuấy cơ học trên bề mặt thì cần không ít hơn 2 kg O2/ 1kg BOD5
- Bể Aerotank có khuấy trộn hoàn chỉnh
Bể hiếu khí có tốc độ thông khí cao khuấy đảo hoàn chỉnh là loại bể tương đối lý tưởng để xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm và các chất lơ lửng cao. Bể này có thời gian làm việc ngắn.
Trong bể Aerotank nước thải, bùn hoạt tính , ôxy hóa tan được khuấy trộn đều. Do đó, nồng độ các chất được phân bố đều ở mọi nơi trong bể và dẫn đến quá trình ôxy hóa được đồng đều, hiệu quả cao.
Hình 2.9 : Sơ đồ làm việc của bể aeroten khuấy trộn hoàn chỉnh.
Ưu điểm của quy trình công nghệ này
- Pha loãng ngay nồng độ các chất nhiễm bẩn, kể cả các chất độc hại nếu có.
- Không xảy ra hiện tượng qúa tải cục bộ ở mọi nơi trong bể.
- Thích hợp cho xử lý các loại nước thải có tải trọng cao, chỉ số thể tích bùn cao, cặn khó lắng.
• Bể lọc sinh học
Hình2.10 : Bể lọc sinh học
Nguyên lý hoạt động: Hệ thống lọc thường làm việc theo nguyên tắc ngược chiều. nước thải được phân bố đều trên bề mặt và thấm qua lớp vật liệu đã cố định màng sinh học, tại đây các chất hữu cơ bị giữu lại và được vi sinh vật hiếu khí phân hủy thành CO2 và H2O. Oxy được cung cấp vào đáy thiết bị nhằm giúp quá trình oxi hóa được tốt hơn. Màng sinh học chứa 3,75% chất khô có độ dày 50-700µm (độ dày tối ưu 150µm), lớp màng chia làm 2 vùng:
- Vùng yếm khí - Vùng hiếu khí
Vùng yếm khí càng nhỏ thì hiệu quả oxy hóa càng cao, thời gian lưu của màng thường 10÷ 14 ngày. Khi các tế bào vùng yếm khí chết đi, màng sẽ tách khỏi vật liệu lọc và cuốn theo nước.
Vật liệu lọc sử dụng trong các bể lọc sinh học yêu cầu phải có diện tích bề mặt/Đơn vị diện tích lớn như: Đá cục, than đá cục, cuội sỏi lớn, đá ong (kích thước 60 - 100mm) hoặc sử dụng vật liệu lọc bằng nhựa PVC đúc sẵn.
Có thể chia bể lọc sinh học thành :
- Bể lọc sinh học có lớp vật liệu lọc không ngập trong nước (Lọc phun, lọc nhỏ giọt) - Bể lọc sinh học có lớp vật liệu lọc ngập trong nước
Ưu nhược điểm, phạm vi áp dụng của bể lọc sinh học
Ưu điểm:
- Tiết kiệm chi phí nhân công (giảm việc trông coi)
- Tiết kiệm năng lượng (Có thể sử dụng cách thông gió tự nhiên)
- Dễ dàng trong vận hành.
Ưu điểm:
- Đơn giản, chiếm ít diện tích dễ dàng cho việc bao che công trình
- Đảm bảo mỹ quan, ít có khả năng sinh mùi - Không cần phải rửa lọc (Vì quần thể vi sinh vật được cố định trên giá đỡ cho phép chống lại sự thay đổi tải lượng của nước thải)
- Dễ dàng trong vận hành, có khả năng tự động hóa
Nhược điểm:
- Hiệu suất làm sạch nhỏ hơn bể lọc có lớp vật liệu lọc ngập trong nước với cùng một tải lượng khối
- Dễ bị tắc nghẽn
- Rất nhạy cảm với nhiệt độ
- Không khống chế được quá trình thông khí, dễ sinh mùi
Nhược điểm:
-Làm tăng tổn thất tải lượng, giảm lượng nước thu hồi
- Tiêu tốn năng lượng cho việc thông khí nhân tạo
- Khí phun lên tạo nên dòng chuyển động xoáy, làm giảm khả năng giữ huyền phù
-Phạm vi: áp dụng cho các hệ thống có công suất 200÷1000m3/ngày đêm. -Hiệu suất xử lý đạt trên 90%.
- Áp dụng xử lý nước thải có BOD5 <500mg/l,
Hiệu suất làm sạch nước thải trong các bể lọc sinh học phụ thuộc vào các chỉ tiêu sinh hoá, trao đổi khối, chế độ thủy lực và kết cấu thiết bị. trong đó cần chú ý: BOD của nước cần làm sạch, bản chất các hợp chất hữu cơ, chiều dày màng sinh học, độ thấm ướt
Vùng thiếu khí Nước vào Nước ra Thiết bị làm thoáng Vùng hiếu khí Vùng thiếu khí
của màng, cường độ sục khí, tính chất của nước thải, mức độ phân bố đều nước thải theo diện tích tiết diện.
• Mương oxy hóa.[6]
Mương oxy hóa là dạng cải tiến của bể aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh, làm việc trong chế độ làm thoáng kéo dài với dung dịch bùn hoạt tính lơ lửng trong nước thải chuyển động tuần hoàn liên tục trong mương. Hàm lượng bùn trong mương oxy hóa tuần hoàn duy trì từ 4000-6000 mg/l. Hàm lượng oxy hòa tan được cung cấp bởi thiết bị cấp khí bề mặt. Hàm lượng DO trong vùng hiếu khí trên 2,2 mg/l diễn ra quá trình oxy hóa các chất hữu cơ và nitrat hóa. Trong vùng thiếu khí hàm lượng DO thấp hơn từ 0,5-0,8 mg/l diễn ra quá trình khử nitrat.
Hình 2.11 : Mương oxi hóa
- Cấu tạo: Mương oxi hóa có dạng hình chữ nhật kết hợp với hình tròn. Mương được xây bằng bê tông cốt thép hoặc đất, mặt trong ốp đá, láng xi măng,.. vận tốc nước chảy trong mương 0,25÷0,3 m/s. chiều sâu mương 1÷4m, chiều rộng trung bình của mương 2÷6m.
- Phạm vi: Mương oxi hóa thường được áp dụng để xử lý nước thải có biên độ dao động lớn về nồng độ và lưu lương giữa các giờ trong ngày.
- Ưu điểm:
+ Xử lý hiệu quả BOD, nito và photpho cao. + Quản lý đơn giản.
+ Không cần xử lý ổn định bùn. - Nhươc điểm:
+ Diện tích xây dựng lớn. + Thời gian lưu lớn.
2.3.2.2.Phương pháp xử lý yếm khí.[6]
Quá trình xử lý yếm khí là quá trình phân giái yếm khí các hợp chất hữu co, vô cơ có thế chuyển hóa nhờ vi sinh vật hô hấp yếm khí và hô hấp tùy tiện. phương pháp này chỉ áp dụng cho nước thải có hàm lượng BOD và cặn lơ lửng cao (BOB >1800 mg/l; SS nằm trong khoảng 300÷400mg/l). Sản phẩm phân giải hoàn toàn các hợp chất hữu cơ của quá trình này là khí sinh học(Biogas), chủ yếu là CH4 và CO2.
• Bể UASB
Nguyên tắc hoạt động : Nước thải sau khi điều chỉnh PH theo ống dẫn vào hệ thống phân
phối đảm bảo phân phối đều nước trên diện tích đáy bể. Nước thải đi từ dưới lên với vận tốc V=0,6 đến 0,9 m/h. Hỗn hợp bùn yếm khí trong bể hấp phụ chất hữu cơ hòa tan trong nước thải, phân hủy, chuyển hóa chúng thành khí (khoảng 70-80% là metan, 20-30% là cacbonic). Bọt khi sinh ra bám vào hạt bùn cặn nổi lên trên làm xáo trộn và gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng, khi hạt cặn nổi lên trên va phải tấm chắn, hạt cặn bị vỡ, khí thoát lên trên, cặn rơi xuống dưới. Hỗn hợp bùn nước đã tách hết khí đi vào ngăn lắng. Nước thải trong ngăn lắng tách bùn lắng xuống dưới đáy và tuần hoàn lại vùng phản ứng yếm khí. Nước trong dâng lên trên được thu vào máng dẫn sang bể làm sạch hiếu khí (làm sạch đợt 2). Khí biogass được dàn ống thu về bình chứa theo ống dẫn khí đốt đi ra ngoài.
Hình 2.12. cấu tạo bể UASB
- UASB không thích hợp với nước thải có hàm lượng SS lớn, hàm lượng amoniac > 2000 mg/l hặc hàm lượng sunfat vượt quá 500mg/l.
- Hiệu quả xử lý cao 75÷90% + Có khả năng thu hồi năng lượng. + 5% BOD tạo thành sinh khối.
+ Tải trọng hữu cơ rất cao, có thể lên tới 50 kg/m-3.