Bể Aerotank là công trình thường được sử dụng trong phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí nhân tạo. Phương pháp này dựa trên nhu cầu oxy cần cung cấp cho sinh vật hiếu khí có trong nước thải hoạt động và phát triển. Quá trình này của vi sinh vật gọi chung là các hoạt động sống, gồm hai quá trình: quá trình dinh dưỡng sử dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và các yếu tố vi lượng khác để xây dựng tế bào mới, phát triển tăng sinh khối, phục vụ cho sinh sản; quá trình phân huỷ các chất hữu cơ còn lại thành CO2 và nước. Cả hai quá trình trên đều cần oxy. Để đáp ứng nhu cầu oxy của hai quá trình trên người ta thường phải khuấy đảo khối nước hoặc sử dụng các biện pháp hiếu khí tích cực hơn như khí nén hoặc quạt gió với áp lực cao.
Nguyên lý làm việc của bể aerotank
Nước thải sau khi đã xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hòa tan cùng các chất lơ lửng đi vào aeroten. Các chất lơ lửng này là một số chất rắn và có thể là các chất hữu cơ chưa phải là dạng hòa tan. Các chất lơ lửng làm nơi vi khuẩn bám vào để cư trú, sinh sản và phát triển, dần thành các hạt cặn bông. Các hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước. Chính vì vậy, xử lý nước thải ở aeroten được gọi là quá trình xử lý với sinh trưởng lơ lửng của quần thể vi sinh vật. Các hạt bông cặn này cũng chính là bùn hoạt tính. Vi khuẩn và vi sinh vật sống dựng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành tế bào mới. Trong aeroten lượng bùn hoạt tính tăng dần lên, sau đó được tách ra tại bể lắng đợt hai. Một phần bùn được quay trở lại về đầu bể aeroten để tham gia xử lý nước thải theo chu trình mới.
Quá trình chuyển hóa chất bẩn trong bể xử lý nước thải được thực hiện theo từng bước xen kẽ và nối tiếp. Một vài loài vi khuẩn tấn công vào các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp để chuyển thành các chất hữu cơ đơn giản, là nguồn chất nền cho vi khuẩn tiếp theo. Quá trình này tiếp diễn cho đến khi chất thải cuối cùng không thể là thức ăn của vi sinh vật được nữa. Nếu trong nước thải đậm đặc chất hữu cơ hoặc có nhiều chất hữu cơ khó phân hủy, cần có thời gian để chuyển hóa thì phần bùn hoạt tính tuần hoàn phải tách riêng và sục oxy cho chúng tiêu hóa thức ăn đã hấp thụ. Quá trình này gọi là tái sinh bùn hoạt tính.
Như vậy quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính thường gồm các giai đoạn sau:
- Khuấy trộn tạo điều kiện tiếp xúc nước thải với bùn hoạt tính.
- Cung cấp oxy để vi khuẩn và các vi sinh vật khác oxy hóa chất hữu cơ. - Tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải.
- Tái sinh bùn hoạt tính tuần hoàn và đưa chúng về lại bể aerotank.
Nguồn: Lê Thị Hồng Thảo, Thiết kế hệ thống xử lí nước thải Bệnh Viện Giao Thông Vận Tải Đà Nẵng, 2007.
Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải của aerotank
- Lượng oxy hòa tan trong nước
Điều kiện đầu tiên để đảm bảo cho aerotank oxy hóa các chất bẩn hữu cơ với hiệu suất cao là phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxy, mà chủ yếu là oxy hòa tan trong môi trường lỏng, đáp ứng đầy đủ cho nhu cầu hiếu khí của vi sinh vật trong bùn hoạt tính. Lượng oxy có thể coi là đủ khi nước thải ra khỏi bể lắng hai có nồng độ oxy hòa tan là 2mg/l. Nguồn: Lương Đức Phẩm (2003), Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, Nhà xuất bản Giáo dục, Đà Nẵng.
Để đáp ứng nhu cầu oxy hòa tan trong aerotank, ta có thể chọn giải pháp: + Khuấy trộn cơ học.
+ Thổi và sục khí bằng hệ thống khí nén. + Kết hợp nén khí với khuấy trộn cơ học. - Thành phần dinh dưỡng đối với vi sinh vật
Trong nước thải, thành phần dinh dưỡng chủ yếu là nguồn cacbon (được gọi là cơ chất hoặc chất nền được thể hiện bằng BOD) - chất bẩn hữu cơ dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật. Ngoài BOD, cần chú ý tới hai thành phần khác: nguồn nitơ và nguồn phosphat. Đây là những chất dinh dưỡng tốt nhất đối với vi sinh vật. Vi sinh vật phát triển còn cần tới một loại các chất khoáng khác, như Mg, K, Ca, Mn, Fe, … Thường các nguyên tố này ở dạng ion đều có trong nước thải.
- pH của nước thải có ảnh hưởng nhiều đến quá trình hóa sinh của vi sinh vật, quá trình tạo bùn và lắng; pH thích hợp cho xử lý nước thải ở aeroten khoảng 6,5 - 8,5.
- Nhiệt độ
Nhiệt độ nước thải trong aeroten có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động sống của vi sinh vật. Hầu hết các vi sinh vật có trong nước thải là các thể ưa ấm. Chúng có nhiệt đo sinh trưởng tối đa là 400C và tối thiêu là 50C. Vì vậy nhiệt độ xử lý nước thải chỉ trong khoảng 6 - 370C, tốt nhất là 15 - 350C.
Nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến chuyển hóa của vi sinh vật mà còn ảnh hưởng nhiều đến quá trình hòa tan oxy cũng như khả năng kết lắng của các bông cặn bùn hoạt tính.
- Các chất có độc tính ở trong nước thải ức chế đến đời sống của vi sinh vật. - Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ có trong nước để đảm bảo cho aeroten làm việc có hiệu quả.
Nồng độ cơ chất trong môi trường ảnh hưởng nhiều tới đời sống vi sinh vật. Nói chung chúng đều có nồng độ cơ chất tới hạn hoặc cho phép, nếu vượt quá sẽ ức chế đến sinh lý và sinh hóa của các tế bào vi sinh vật, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình trao đổi chất, đến việc hình thành enzim, thậm chí có 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.
3.1.4.4. Tính toán bể aeroten
Để thiết kế bể aerotank ta căn cứ vào các yếu tố sau đây:
- Thành phần và tính chất nước thải.
- Nhu cầu oxy cần cho quá trình oxy hoá học. - Mức độ xử lý nước thải.
- Hiệu quả sử dụng không khí.
* Nội dung tính toán Aeroten bao gồm:
- Tính thời gian làm thống
- Tính toán hệ thống cấp khí cho aeroten.
Việc tính toán bể aeroten được dựa vào điều 6.15 - 20 TCN 51 - 84. Để tính được lượng nước và
Ta có phương trình cân bằng vật chất cho bể aerotank là : Qh1.X + Qth.Xth = (Q + Qth).X1
Trong đó:
Qh1 : lưu lượng nước thải vào bể, Qh1 = 12.5 m3/h. Qth : lưu lượng bùn hoạt tính tuần hoàn
X : nồng độ bùn hoạt vào bể
X1 : nồng độ bùn hoạt tính trong bể, X1= 2g/l.
Xth : nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn, Xth= 10g/l (độ ẩm bùn sau bể lắng lấy bằng 99%).
Giá trị X nhỏ so với X1 và Xth nên đại lượng X.Qh1 xem như là không có. Khi đó phương trình cân bằng vật chất sẽ được viết đưới dạng:
Qth.Xth=(Q+Qth).X1 Chia cả 2 vế cho Q:
⇒ = X1. đặt = α α gọi là tỉ số tuần hoàn α.Xth = X.αX
⇒ α = = = 0.25