Nƣớc thải vào
Song chắn Bể lắng cát Bể lắng đợt một
Các công trinh XLNT theo nguyên lý Cấp khí cƣỡng bức Máy nghiền rác Bể lắng đợt hai Máng trộn Bể tiếp xúc
Nguồn tiếp nhận nƣớc thải Bể mêtan Bể nén
bùn
Sân phơi bùn Làm khô bùn cặn bằng PP cơ học Sân phơi cát
SVTH: Hoàng Thị DiệuHương 33
CHƢƠNG 2: XỬ LÝ NƢỚC THẢI
BẰNG PHƢƠNG PHÁP SINH HỌC TRONG ĐIỀU KIỆN NHÂN TẠO
Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật sống và pháp triển để phân huỷ các chất hữu cơ đƣợc nhanh chóng và triệt để.
Xử lý với bất kỳ phƣơng pháp và điều kiện nào thì nƣớc thải sau xử lý phaỉ đạt những yêu cầu sau:
- Không có vi sinh vật gây bệnh và lƣợng vi sinh vật dƣới mức cho phép - Vận hành đơn giản
- Vốn đầu tƣ ban đầu không cao - Tiết kiệm mặt bằng
- Giảm ô nhiễm hữu cơ, cặn lơ lửng, muối amôn và photphat đến mức cho phép Để đạt những yêu cầu trên thì loại công trình đƣợc xử dụng là công trình xử lý sinh học nƣớc thải trong điều kiện nhân tạo, ở đây các điều kiện đảm bảo môi trƣờng thuận lợi cho vi sinh vât hiếu khí hoạt động sống và phát triển là nhờ các thiết bị cung cấp đầy đử nguồn oxy nhƣ bơm máy nén, hệ thống điều chỉnh pH, kiểm tra cung cấp nguồn dinh dƣỡng… Các biện pháp oxy hoá trong điều kiện nhân tạo đƣợc thực hiện trong 2 phƣơng pháp cơ bản:
- Bể lọc sinh học - Bể Aeroten
SVTH: Hoàng Thị DiệuHương 34
2.1. BỂ LỌC SINH HỌC
Hình 4: Bể lọc sinh học
Bể Biôphin là một công trình xử lý sinh học nƣớc thải trong điều kiện nhân tạo nhờ các vi sinh hiếu khí.
Qúa trình xử lý diễn ra khi cho một nƣớc thải tƣới lên bề mặt của bể và thấm qua lớp vật liệu học. Ở bề mặt của hạt vật liệu lọc và ở các khe hở giữa chúng các cặn bẩn đƣợc giữ lại và tạo thành màng - gọi là màng vi sinh. Lƣợng ôxy cần thiết để ôxy hoá các chất bẩn hữu cơ thâm nhập vào bể cùng với nƣớc thải khi ta tƣới, hoặc qua khe hở thành bể, hoặc qua hệ thống tiêu nƣớc từ đáy đi lên. Vi sinh hấp thụ chất hữu cơ và
nhờ có ôxy mà quá trình ôxy hoá đƣợc thực hiện. Những màng vi sinh đã “ chết ’’ sẽ
cùng với nƣớc thải ra khỏi bể và đƣợc giữ lại bể lắng đợt II.
Đây là phƣơng pháp xử lý có hiệu quả cao, nhƣng chỉ làm việc bình thƣờng trong các điều kiện sau:
- Nƣớc thải đƣợc xử lý sơ bộ trƣớc khi đƣợc đƣa vào bể Biophin - Nồng độ nhiễm bẩn BOD không đƣợc vƣợt quá 150 – 200mg/l
Muốn xử lý đƣợc nƣớc thải có hàm lƣợng BOD cao thì cần phải pha loãng rất nhiều và hệ số tuần hoàn cao. Chi phí đầu tƣ cho bể pha loãng và xử lý ban đầu lớn. Nhƣ vậy việc xử dụng phƣơng pháp này là không thích hợp.
SVTH: Hoàng Thị DiệuHương 35
Theo mức độ xử lý: Biôphin xử lý hoàn toàn và không hoàn toàn. Biôphin
cao tải có thể xử lý hoàn toàn hoặc không hoàn toàn, còn Biôphin nhỏ giọt dung để xử lý hoàn toàn.
Theo biện pháp làm thoáng, Biôphin làm thoáng tự nhiên và Biôphin làm
thoáng nhân tạo. Trong trƣờng hợp làm thoáng nhân tạo thì bể Biôphin thƣờng gọi là aerophin.
Theo chế độ làm việc: Biôphin làm việc liên tục và Biôphin làm việc gián
đoạn tuần hoàn và không tuân hoàn. Nếu nồng độ nhiễm bẩn của nƣớc thải lên bể Biôphin không cao lắm và với khối lƣợng đủ để có thể tự làm sạch thì việc tuần hoàn là không cần thiết. Trong trƣờng hợp ngƣợc lại thì tuỳ theo nồng độ của nƣớc thải mà nên hoặc bắt buộc tuần hoàn.
Theo sơ đồ công nghệ: Bể Biôphin một hay hai bậc.
Bể Biôphin hai bậc thƣờng đƣợc áp dụng khi điều kiện khí hậu không thuận lợi, khi không có điều kiện tăng chiều cao công tác của bể và khi cần nâng cao hiệu suất xử lý.
Theo khả năng chuyển tải :Biôphin cao tải và Biôphin nhỏ giọt (Biôphin
thông thƣờng).
Theo đặc điểm cấu tạo của vật liệu học: Biôphin chất liệu khối và Biôphin
chất liệu cơ bản.
Biôphin chất liệu khối có thể phân biệt:
- Biôphin nhỏ giọt có kích thứớc vật liệu lọc 40-60mm, và chiều cao công tác 1- 2m.
- Biôphin cao tải có kích thƣớc vật liệu học 60=80mm và chiều cao công tác 2- 4m.
- Biôphin có chiều cao lớn (tháp lọc)có kích thƣớc vật liệu học 60-80mm,chiều cao công tác 8-16m.
SVTH: Hoàng Thị DiệuHương 36
- Biôphin với chất liệu lọc dạng rắn: Vòng ống hay những cấu tạo khác. Vật liệu có thể là sành, chất dẻo hay kim loại. Tuỳ thuộc vào loại vật liệu mà khối lƣợng lấy trong khoảng 100-600kg/m3, độ rỗng 70-90%, chiều cao làm việc 2-6m.
- Biôphin vật liệu mềm và rulô (cuộn) làm từ lƣới thép, màng chất dẻo hay vải tổng hợp đƣợc cố định trên khung hay dƣới dạng cuộn. Khối lƣợng 5-60kg/m3, độ rỗng 94-99%, chiều cao cấp phối 3-8m.
Đối với Biôphin chất liệu bản cũng cần kể đến loại đĩa quay sinh học –là bể chứa đầy nƣớc có đáy hình lõm. Dọc theo bờ ở chỗ cao hơn mực nƣớc một ít có đặt trục gắn các đĩa bằng chất dẻo,xi măng amiăng hay kim loại với đƣờng kính 0,6-0,3m khoảng cách giữa các đĩa 10-20mm, tốc độ quay của trục đĩa 1-40v/ph. Biôphin chất liệu mềm và rulô thƣòng chỉ sử dụng khi lƣu lƣợng nƣớc thải đến 10.000m3/ngày đêm,còn Biôphin chất liệu rắn ở dạng khối q<50.000m3/ngày đêm, đĩa quay sinh học q<500m3/ngày đêm. Sau đây xết một vài loại Biôphin cơ bản thƣờng sử dụng trong thực tế.
2.1.1. Biôphin nhỏ giọt (lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nƣớc).
Biôphin nhỏ giọt dùng để xử lý sinh hoá nƣớc thải hoàn toàn với hàm lƣợng BOD sau khi xử lý đạt 15mg/l.
2.1.1.1. Hình vẽ:
SVTH: Hoàng Thị DiệuHương 37
2.1.1.2. Nguyên lý làm việc:
Nƣớc thải đƣợc đƣa vào thiết bị phân phối, theo chu kỳ tƣới đều nƣớc trên toàn bộ bề mặt bể lọc. Nƣớc thải sau khi lọc chảy vào hệ thống thu nƣớc và đƣợc dẫn ra khỏi bể. Oxy cấp cho bể chủ yếu lấy từ dƣới đáy bể lên
2.1.1.3. Cấu tạo:
Có vật liệu tiếp xúc không ngập nƣớc.
- Các lớp vật liệu có độ rỗng và diện tích lớn nhất (nếu có thể). - Nƣớc thải đƣợc phân phối đều.
- Nƣớc thải sau khi tiếp xúc VL tạo thành các hạt nhỏ chảy thành màng nhỏ luồng qua khe hở VL lọc.
- Ở bề mặt VL lọc và các khe hở giữa chúng các cặn bẩn đƣợc giữ lại tạo thành màng _ Màng sinh học.
- Lƣợng oxy cần thiết để cấp làm oxy hoá chất bẩn đi từ đáy lên.
- Những màng VS đã chết sẽ cùng nƣớc thải ra khỏi bể đƣợc giữ ở bể lắng 2. * Vật liệu lọc:
- Có diện tích bề mặt/đvị diện tích lớn
- Than đá cục, đá cục, cuội sỏi lớn, đá ong (60-100 mm) - HVL = 1.5-2.5 m.
- Nhựa đúc sẵn PVC đƣợc sử dụng rộng rãi ngày nay Æ HVL = 6=9 m. * Hệ thống phân phối nƣớc:
- Dàn ống tự động qua (bể trộn, tháp lọc).
- Dàn ống cố định ( lọc sinh học nhỏ giọt) cao tải. - Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt vật liệu 0,2-0,3m. * Sàn đỡ và thu nƣớc: có 2 nhiệm vụ:
- Thu đều nƣớc có các mảnh vở của màng sinh học bị tróc.
- Phân phối đều gió vào bể lọc để duy trì MT hiếu khí trong các khe rỗng. - Sàn đỡ bằng bê tông và sàn nung
SVTH: Hoàng Thị DiệuHương 38
2.1.1.4.Hiệu quả xử lý:
Bể Biôphin nhỏ giọt thƣờng đƣợc sử dụng trong trƣờng hợp lƣu lƣợng nhỏ từ
20-1000m3/ngày đêm. Hiệu suất xử lý cao, có thể đạt tới 90% ( theo BOD) hay cao hơn
nữa.
2.1.2. Biôphin cao tải
Bể Biôphin cao tải khác với bể Biôphin nhỏ giọt ở chỗ bể Biôphin cao tải có chiều cao công tác và tải trọng tƣới nƣớc cao hơn. Ví dụ, nếu tải trọng lên bể Biôphin
nhỏ giọt là 0,5-1,0m3
/(m3VLL/ngày đêm) thì tải trọng thuỷ lực lên bể Biôphin cao tải
là 10-30m3/(m3VLL/ngày đêm).
Vật liệu học có kích thƣớc 40-60 mm, vì vậy giữa các hạt có khe hở lớn. Nếu ở bể Biôphin nhỏ giọt thoáng gió là bằng tự nhiên thì ở bể Biôphin cao tải là nhân tạo. Nhƣ vậy việc trao đổi không khí xẩy ra ở trong thân bể cũng với cƣờng độ cao hơn.
Nhờ có tốc độ lọc lớn và sự trao đổi không khí nhanh mà quá trình ôxy hoá các chất hữu cơ xẩy ra với tốc độ cao hơn. Bể Biôphin cao tải có thể dùng để xử lý nƣớc thải bằng sinh học hoàn toàn hoặc không hoàn toàn. Để các màng vi sinh tích đọng lại không làm tắc kín các khe hở giữa các hạt vật liệu lọc thì phải thƣờng xuyên thay rửa bể. Bể Biôphin cao tải làm việc bình thƣờng nếu tạo đƣợc những điều kiện sau đây:
- Nƣớc thải phải xử lý sơ bộ trƣớc khi đƣa lên bể Biôphin.
- Nồng độ nhiễm bẩn của nƣớc không vƣợt quá 150-200 mg/l tính theo BOD Nếu hàm lƣợng BOD cao hơn mức quy định thì cần pha loãng với nƣớc song hoặc với nƣớc đã đƣợc xử lý. Tuỳ theo mức độ yêu cầu phải xử lý mà bể Biôphin cao tải có thể thiết kế với sơ dồ một bậc hoặc hai bậc.Bể Biôphin một bậc thƣờng dùng để xử lý sinh học không hoàn toàn nƣớc thải.
Bể Biôphin cao tải hai bậc áp dụng trong những trƣờng hợp khi mức độ yêu cầu xử lý đòi hỏi cao mà sơ đồ một bậc không thực hiên đƣợc. Trong đó một bậc sẽ giữ lại và ôxy hoá những chất hữu cơ dễ ôxy hoá, còn ở bậc hai ôxy hoá nốt những chất bẩn
còn lại để đạt hiệu quả nhƣ yêu cầu. Ví dụ, BOD20 của nƣớc thải đã qua xử lý sau hai
bậc đạt tới 10-15mg/l. Tuy nhiên, ta cũng có thể đạt đƣợc hiệu quả đó bằng cách tăng thời gian nƣớc lƣu ở bể Biôphin cao tải một bậc. Chiều cao cấp phối vật liệu ở bể
SVTH: Hoàng Thị DiệuHương 39
Biôphin cao tải thƣờng lấy bằng 2-4m. Bể Biôphin cao tải có thể áp dụng để xử lý sinh
học nƣớc thải với công suất q<50.000 m3/ngày đêm.
Hình 6: Bể Biôphin cao tải
Chú thích:
1- Dẫn nƣớc vào giếng phân phối 2- Giếng phân phối nƣớc vào các bể 3- Bể Biôphin
4- Hệ thống dàn quay thuỷ lực để phân phối nƣớc 5- Trạm bơm không khí vào bể
6- Hệ thống thu nƣớc sau lọc
SVTH: Hoàng Thị DiệuHương 40
2.2. BỂ AEROTEN (phƣơng pháp sử dụng bùn hoạt tính)
Hình 7: Bể aeroten
Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật tự hình thành khi thổi khí vào nƣớc thải. Đây là những vi sinh vật khoáng hoá có khả năng hấp thụ trên bề mặt của mình và oxy hoá các chất hữu cơ có trong nƣớc thải với sự có mặt của oxy. Vi sinh vật trong nƣớc thải sử dụng chất hữu cơ trong nƣớc thải cho hoạt động sống, đồng thời tăng sinh khối. Quá trình này cần một lƣợng nguyên tố khoáng nhƣ: Ca, Mg, Mn, Cu, Zn… và
một lƣợng photphas, notơ. Kết quả là lƣợng bùn tăng lên và tạo thành khí CO2 và
nƣớc.
Khi làm sạch nƣớc thải bằng phƣơng pháp này, mặc dù quá trình sinh hoá diễn ra không đồng đều: tốc độ oxy hoá giai đoạn đầu lớn, giai đoạn sau nhỏ nhƣng BOD của nƣớc thải giảm một cách đáng kẻ khoảng 90- 95%. Để giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng và cung cấp đủ lƣợng oxy dùng cho qúa trình oxy hoá các chất hữu cơ thì phải luôn đảm bảo việc thông gío.
Số lƣợng bùn tuần hoàn và số lƣợng không khí cần cùng cấp phụ thuộc vào độ nhiễm bẩn của nƣớc thải và mức độ yêu cầu xử lý của nƣớc thải. Phƣơng pháp xử lý này ngoài bề mặt xử lý chính còn có công trình phụ nhƣ: trạm thổi không khí, trạm xử
SVTH: Hoàng Thị DiệuHương 41
lý bùn, bể lắng đợt 2 hoặc thiết bị tách nƣớc, các đƣờng ống dẫn và hệ thống phân phối khí…
Phƣơng pháp này có ƣu điểm là giảm BOD đƣợc 90 – 95%, có khả năng thích ừng với các loại nƣớc thải có độ nhiễm bẩn cao và lƣu lƣợng nƣớc thải lớn. Phƣơng pháp này có nhiều ƣu điểm so với phƣơng pháp bể Biôphin:
- Vận hành đơn giản - Chi phí vận hành thấp - Hiệu suất giảm BOD cao - Tiết kiệm mặt bằng
- Có khả năng chịu đựng đƣợc sự thay đổi lớn về thành phần và lƣu lƣợng nƣớc thải.
2.2.1. Nguyên lý làm việc của bể Aeroten
Aeroten là bể phản ứng sinh học dùng để xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học hiếu khí. Aeroten đƣợc xây bằng bê tông, bê tông cốt thép... với mặt bằng thông dụng hình chữ nhật. Nƣớc thải đƣợc cho chảy qua suốt chiều dài của bể và đƣợc sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cƣờng lƣợng oxi hòa tan và tăng cƣờng quá trình oxi hóa chất bẩn hữu cơ có trong nƣớc thải.
Nƣớc thải sau khi qua bể lắng đợt 1 còn chứa các phần lớn các chất hữu cơ hòa tan và các chất lơ lửng đi vào bể aroten. Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cƣ trú sinh sản và phát triển dần thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính có màu nâu sẫm, chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nƣớc thải và là nơi cƣ trú cho các loài vi khuẩn và vi sinh vật sống khác.
Vi khuẩn và vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dƣỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành các tế bào mới. Quá trình chuyển hóa đƣợc thực hiện theo từng bƣớc xen kẽ và nối tiếp nhau. Một vài loài vi khuẩn tấn công vào các 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 loại khác dùng chất
SVTH: Hoàng Thị DiệuHương 42
này làm thức ăn và thải ra các chất đơn giản hơn nữa. Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi không còn thức ăn cho bất cứ loài sinh vật nào nữa.
Số lƣợng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lƣu trong bể aeroten không đủ để làm giảm nhanh các chất hữu cơ, do đó phải sử dụng lại bùn hoạt tính đã lắng ở bể lắng đợt 2 bằng cách tuần hoàn bùn ngƣợc trở lại vào đầu bể aeroten để duy trì nồng độ đủ của vi khuẩn trong bể.
Quá trình oxi hóa các chất hữu cơ trong bể aeroten xảy ra qua ba giai đoạn: * Giai đoạn thứ nhất: tốc độ oxi hoá bằng tốc độ tiêu thụ oxi. Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Hàm lƣợng oxi cần cho vi sinh vật sinh trƣởng, đặc biệt ở trong thời gian đầu tiên thức ăn dinh dƣỡng trong nƣớc thải rất phong phú, lƣợng sinh khối trong thời gian này rất ít. Sau khi vi sinh vật thích nghi với môi trƣờng, chúng sinh trƣởng rất mạnh theo cấp số nhân. Vì vậy, lƣợng tiêu thụ oxi tăng cao dần.
* Giai đoạn thứ hai: vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi cũng ở mức gần nhƣ ít thay đổi. Chính ở giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân huỷ nhiều nhất. Hoạt lực enzim của bùn hoạt tính trong giai đoạn này cũng đạt tới cực đại và kéo