BỂ THÁP lọc SINH học

II/ Nguyên Lý Phương Pháp Lọc Sinh Học: -Lọc sinh học sử dụng vi sinh vật đế phân hủy những hợp chất hữu cơ hoặc biến đối nhũng hợpchất vô cơ thành cac-bon-nic, nước và muốiế -Vi sinh v

o

ntí

■pr

Phân 1: Giới Thiêu Vê Loc Sinh Hoc

• • •

I/ Lọc Sinh Học Là Gì?

-Lọc sinh học (biofiltration) là một công nghệ điều khiến sự ô nhiễm mới

-Nó bao gồm sự loại bỏ và ô xi hóa những hợp chất bị nhiễm bấn bằng phương pháp sinh họcnhờ các vi sinh vật

-Lọc sinh học có thể xử lý những phân tử khí hữu cơ- những hợp chất hữu cơ bay hơi ( VolatileOrganic Compound- VOC's) hoặc các hợp chất cacbon, hay những chất khí độc vô cơ- amoniachay H2S

-Lọc sinh học được thiết lập rất tốt trong công nghệ điều khiển ô nhiễm ở Đức và Hà Lan và nócũng thu hút được sự quan tâm ở Bắc Mỹ

II/ Nguyên Lý Phương Pháp Lọc Sinh Học:

-Lọc sinh học sử dụng vi sinh vật đế phân hủy những hợp chất hữu cơ ( hoặc biến đối nhũng hợpchất vô cơ) thành cac-bon-nic, nước và muốiế

-Vi sinh vật cố định dính bám và phát triến trên bề mặt vật liệu đệm dạng rắn tạo thành các lớpmàng sinh học (biofilms)

-Vi sinh vật tiếp xúc với nước thải và tiêu thụ cơ chất (chất hữu cơ, dinh dưỡng, khoáng chất)làm sạch nước

-Nguyên liệu lọc thường là than bùn, đất, phân compốt hay cây thạch nam, tuy nhiên bột cacbon

đã được hoạt hóa và polysterene cũng có thế được sử dụng Sự lựa chọn nguyên liệu lọc là vô cùng quan trọng bởi vì nó phải cung cấp cho vi sinh vật dinh dưỡng, sự phát triển về mặt sinh học, và có dung tích hấp thụ tốt

-trong các phòng thí nghiệm, với mục đích tăng cường tốc độ phân hủy, vi sinh vật được cân nhắc đến đầu tiên là hiệu quả của chúng trong việc phân hủy của nguyên liệu được nghiên cứu

*Quá trình sinh học là một sự ô xi hóa nhờ vi sinh vật, và có thế được viết như sau:

Họp chất gây ô nhiễm + Oxi -> C02+ H20 + nhiệt + sinh khối

Vi sinh vật sống trong lớp màng sinh học ẩm , mỏng, nơi được bao bọc xung quanh các phần tử củanguyên liệu lọc

Họp chất bấn được khuyếch tán trong hệ thống lọc và được hấp thụ bên trên màng

sinh học Thực tế đây là vị trí mà quá trình ô xi hóa được thực hiện Các chất bẩn không được

luân chuyế cố định đến nguyên liệu lọc.

III/ Câu tạo cơ bản của 1 hệ thông lọc sinh học:

Thành phần cơ bản của một hệ thống lọc sinh học la

> Lớp lọc: Một hệ thống lọc sinh học chứa đựng một hoặc nhiều hơn một lớp lọc điển hìnhcao lm

> Hệ thống ống để đẩy khí đi qua hệ thống lọc sinh học

Nó có tác dụng làm ẩm khí trước khi đi vào hệ thống lọc sinh học , bởi vì các dòng khí liên tục bên bên ngoài lớp lọc luôn rất khô

> Hệ thống phân phối nước: (bế lọc sinh học nhỏ giọt)

> Cấu tạo của màng sinh học:

Hình: Các vi sinh vật bám dính trên vật liệu

Của Vi Sinh Vât

Trong Bễ Lọc:

1 Giai đoạn chậm (lag-phase)

2 Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase)

3 Giai đoạn cân bang (stationary phase)

4 Giai đoạn chết (log-death phase)

lag phase

TIME

V/ Một Vài Thông số Phải Được Duy Trì Trong Quá

Trình Hệ Thống Lọc Sinh Học Đang Vận Hành.

1 Độ ấm: Độ ẩm là yếu tố thiết yếu cho hệ thống lọc sinh học làm việc hiệu quả nhất

Vi sinh vật cần một môi trường am Từ việc nguyên liệu lọc có khuynh hướng khô

đi bởi dòng khí, do đó hệ thống lọc sinh học phải có một trạng thái ốn định đế làm

ấm khí trước khi đi vào nguyên liệu lọc

2 Temperature:Vi sinh vật hoạt đồng tốt nhất giữa 30 và 40 độ c Ở một khíacạnh nào đó nó có thế có ích cho một hiệu quả tốt hơn bao gồm những phươngpháp cho sự điều khiển bậc nhiệt độ

3 Mửc Oxy: Từ việc phần lớn sự phân hủy là hiếu khí, bậc ô xy là vô cùng quan trọng trong một quá trình lọc sinh họcẵ Trên thực tế, Ô xy không được sử dụng trực tiếp ở dạng khí, nhưng vi sinh vật sử dụng ô xy có mặt ở dạng hòa tan trong màng sinh học Trong một số trường hợp của chất gây ô nhiễm nhất định, ô xy nên được thêm vào

4 pH: pH nơi mà vi sinh vật có thể hoạt động hiệu quả nhất là khoảng 7 Vì vậy ph của khí bẩn phải được duy trì xung quanh giá trị này

VI/ Các Yếu Tố ảnh Hưởng Đến Hiệu Quả Lọc

> Nồng độ chất hữu cơ

> Thời gian lưu nước trong bể

> Diện tích bề mặt của vi sinh vật

Phần 2: Be, Tháp Lọc Sinh Học:

A/ Be Loc Sinh Hoc:

Iế Phân loại:

1/ Be lọc sinh học vói vật liệu tiếp xúc không ngập nước.

A/ Theo tài trong thủy lưc:

A 1/ Be lọc sinh học nhỏ giọt: 1 - 4 , 1 m3/m2 ngày

A 2/ Bể lọc sinh học cao tải :4,1 - 40,7 m3/m2.ngày B/ Theo tăi trong hữu

CO’:

B.1/ Bể lọc sinh học nhỏ giọt :0,08-0,4 gbod5/m3vll B.2/ Bể lọc sinh học cao tải : 0,4 - 1,6kgbod5/m3vll

2/ Lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước.

a) Lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước- vật liệu lọc nốiẻ

b) Lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước- vật liệu lọc cố định

II Một Số Loại Bễ Lọc Sinh Học:

1/ Be lọc sinh học có lóp vật liệu không ngập nước (bế lọc sinh học nhỏ giọt)

Be lọc sinh học nhở giọt đã được dùng đế xử lý nước thải hơn 100 năm

- Bế lọc nhở giọt đầu tiên xuất hiện ở Anh năm 1893, hiện nay được sử dụng ở hầu khắp các nước với các trạm xử lý công suất nhỏễ

- Ớ nước ta bế lọc sinh học nhỏ giọt đã được xây dựng tại nhà máy cơ khí Hà Nội, xí nghiệpchế biến thuốc thú y Hà Tây, bệnh viện đa khoa Gia Lâm

V Ề V

A/ phân loai bể loc sinh hoc nhò giot:

A 1/ Be lọc vận tốc chậm: có hình trụ hoặc chữ nhật, nước thải được nạp theo chu kỳ, chỉ cókhoảng 0,6 , 1,2 m nguyên liệu lọc ở phía trên có bùn vi sinh vật còn lớp nguyên liệu lọc ở phíadưới có các vi khuẩn nitrat hóa Hiệu suất khử BOD cao và cho ra nước thải chứa lượng nitrat

cao Tuy nhiên cần phải lun ý đến vấn đề mùi hôi và sự phát triển của ruồi Psychoda Nguyênliệu lọc thường dùng là đá sỏi, xỉ.

A. 2/ Be lọc vận tốc trung bình và nhanh: thường có hình trụ tròn, lưu lượng nạp chất hữu cơ caohơn, nước thải được bơm hoàn lun trở lại bế lọc và nạp liên tục, việc hoàn lưu nước thải giảmđược vấn đề mùi hôi và sự phát triển của ruồi Psychoda Nguyên liệu lọc thường sử dụng là đásỏi, plasticề

A. 3/ Bế lọc cao tốc: có lun lượng nạp nước thải và chất hữu cơ rất cao, khác với bế lọc vận tốcnhanh ở điếm có chiều sâu cột lọc sâu hơn do nguyên liệu lọc làm bằng plastic, do đó nhẹ hơn

ASA-26 BLACK ASA-40 BLACK

ASA-40 WHITE

L*0ỊỆLi.

ASA-26 WHITE

B. 2/ Hệ thống phân phối nước:

- Dàn ống tự động qua (bế trộn, tháp lọc)

- Dàn ổng cố định (lọc sinh học nhở giọt) cao tải

- Khoảng cách từ vòi phun đến bề mặt VL: 0.2-0.3 m

- Sử dụng nguyên tắc phản lực

- Áp lực tại vòi phun từ 0,5-0,7 m

- Vận tốc phụ thuộc vào lưu lượng và thường bằng 1 vòng/10 phút;

- Khoảng cách tù' lớp vật liệu lọc đến vòi phun tò 0,2-0,3 m

❖ Tốc độ quay của dàn phân phối nước có thế xác định theo công thức sau:

B. 3/ Sàn đỡ và thu nước:

♦♦♦ Có 2 nhiệm vụ:

- Phân phối đều gió vào bế lọc đế duy trì MT hiếu khí trong các khe rỗng

- Sàn đỡ được thiết kế sao cho có thể thu nước đều

❖ Cấu tạo:

- Sàn đỡ bằng bê tông và sàn nung

- Khoảng cách từ sàn phân phối đến đáy bể thường 0.6-0.8 m, i = l - 2 %

- Đáy bế dốc 1 -2% về máng thu trung tâm;

- Tường giữa đáy và sàn phân phối có đặt cửa sổ thông gió

- Tổng diện tích cửa sổ chiếm 20% diện tích sàn

B. 4/ Cấp Khí

- Cấp khí tụ' nhiên phụ thuộc vào sự chênh lệnh nhiệt độ:

+ Nhiệt độ của nước thấp hơn nhiệt độ của không khí, khi đó nhiệt độ khí trong lỗ rỗng thấp nênkhí sẽ đi từ trên xuống và ngược lại;

+ Khi nhiệt độ nước bằng nhiệt độ không khí, sẽ không có sự trao đối khí nên cần thối khí với tốc độ 0,3 m3/m2.phút

c/

Hoat đông:

Dạníĩ 1

- Nước thải được phân phối đều trên bề mặt nguyên liệu lọc (hoạt động như giá bám cho

vi khuân) theo kiếu nhỏ giọt hoặc phun tia

Sau khi tiếp xúc VL tạo thành các hạt nhỏ chảy thành màng nhỏ luồng qua khe hở VL lọc

Ớ bề mặt VL lọc và các khe hở giữa chúng các cặn bân được giữ lại tạo thành

- Ngày nay người ta thường sử dụng chu trình lọc 2 pha bao gồm 2 bế lọc nổi tiếp nhau

1/ Mục đích:*

o Tăng hiệu quả xử lý

o Pha loãng nước thải đầu vào

o Đẩy mạnh quá trình tách màng vi sinh cũ 2/ Các kiếu tuần hoàn nước:

Xả cặn lại Xả cặn ra khu

Xả căn ỉại

bề ỉắng 1

*-Xá cặn ra khu > xử íý cặn

Dạng 2

Nước tuân hoàn

Dạng 3

Nướcthải đầuvào

Xả cặn iại bể lẳng 1

Xả cặn ra khu xử tý cặn Nước thải

đầu vảo

4- Sơ Đồ Hệ Thống Xử Lý Nước Thải Sử Dụng Bể Lọc SH Nhỏ Giọt

D/ Quá trình hiếu khí, ki khí trong bể loc sinh hoc không ngâp nưóc:

D 1/ Quá trình hiếu khí trong bế lọc sinh học không ngập nước:

Quá trình này diễn ra ở lớp ngoài của màng vi sinh với sự tham gia của các vi sinh vật hiếukhí sinh trưởng bám dính như: Staphylococcus, Nitrobacter,

D 1.1/ Quá trình nitrate boá

Nhìn chung, quá trình nitrat hóa chia làm 2 quá trình:

NhJ + 3/2 02 2H+ + N02

-NO2- + m>4 62 t NO3- Thực hiện bởi nhóm vi khuẩn nitrosomonas, quá trình sau được thực hiện bởi nhóm vi khuấn nitrobacter. Cả 2 quá trình đều sử dụng oxi

Dể2/ Quá trình kị khí trong bế lọc sinh học không ngập nước:

Quá trình xử lý kị khí là quá trình phản ứng trao đối của vi sinh vật trong điều kiện không

sử dụng oxy phân tử từ không khí mà sử dụng oxy trong các hợp chất đế oxy hóa các chất

ô nhiễm

ị- Quá Trình Phân Hủy Chất Hữu Cơ Gồm 3 Quá Trình

Chính :

D.2.1/ Quá trình lên men Mêtan

Trong quá trình lên men mêtan, các chất hữu cơ khác nhau bị phân hủy và hóa hơi thànhCH4 và C02 thông qua hoạt động của vi khuân kị khí, và quá trình phân hủy bao gồm ba giaiđoạn :

> Giai đoạn 1 : thủy phân các chất rắn hữu cơ lơ lửng hay các cao phân tử hòa tan

> Giai đoạn 2 : phân hủy các chất hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp thành axit béo bay hơi, cuối cùng thành axit axetic

> Giai đoạn 3 : tạo mêtan từ axit axêtic hay từ H? và C02

D.2.3/ Và quá trình khử photpho sinh học( khó xảy ra trong bể lọc sinh học)

E/ Tính toán bể loc sinh hoc nhò niot:

1/ Hiệu quà kliĨT BOD:

(CO: cônạ suất oxy hoá (g/nr nẹ.đ) )

thải + 21: tỳ lệ oxy không

khí

4- một sô thông sô tham khảo:

í/ ưu nhươc điểm của bể loc sinh hoc cỏ lớp vât liêu không ngâp nước: F.l/ ưu

> Rút ngắn được thời gian xử lý

> Đồng thời có thể xử lý hiệu quả nước thải qua quá trình khử Nitrat hoặc phản nitrat hóa

> Giảm việc trông coi

> Tiết kiệm năng lượng, không khí được cấp trong hầu hết thời gian lọc làm việc bằng cáchlưu thông tự nhiên tù' cửa thông gió đi vào qua lớp vật liệu

> Rất nhạy cảm với nhiệt độ

> Không khống chế được quá trình thông khí, dễ bốc mùi

> Chiều cao hạn chế

> Bùn dư không ổn định

> Vì khối lượng vật liệu tương đối nặng, nên kéo theo giá thành xây dựng cao

2/ Bế lọc sinh học có vật liệu lọc ngập nướcệ • • • • • ơ • 1

A/ cấu tao: gồm có:

A.l/ Vật liệu lọc nổi:

> Hạt vật liệu lọc nổi chủ yếu là polystryrene (hạt móp) có đường kính 2 - 5mm, trên lớp vật liệu này là lưới chắn inox mắt lưới 1.5xl.5mm

> Lọc sinh học với vât liệu nổi ít bị tróc màng sinh học bám quanh các vật liệu lọc, mặc dùtốc độ thông gió lớn, hàm lượng cặn lơ lửng có ở trong nước ra khỏi lọc đều nhỏ hơn 20

22Ỉ

A.3/ một số bộ phận khác:

> Máng phân phối nước thải sau bê lắng 1,

> Dàn ống phân phổi nước vào và thu nước rửa lọc,

> Ông xả nước rửa loc,

> Máng thu nước lọc,

> Ống dẫn nước sau lọc,

> Ông dẫn và dàn phân phối k h í ,

> Hộp ngăn nước trở lại máy gió,

> Ống dẫn gió ,

> Lưới chắn,

> Khoảng trống đế lớp VLL giãn nở khi rửa = V 2 chiều dày lóp VLL,

> Chiều cao lớp nước rửa lọc; khoảng 1,2-1,4 m

7>ỉí-:=s~‘:ii- ễ *ĩ ni-:V;:;Ị-:

ỉi<V' ,Ề '-VA •Vivi.sv '.v'v'iii

„Y y

Hình Ĩ4.Ỉ5 Sư dồ hể lọt' sinh học vật ỉiệit ỈỌ( n<ír

B/

Hoat đông:

> Nước sau khi qua bể lắng đợt 1 được bơm lên máng phân phối, theo ống ống dẫn phân bố

đề khắp trên diện tích đáy bể

> Nước được trộn đều với không khí cấp tù’ ngoài vào qua dàn phân phối

> Hỗn hợp khí nước thải đi cùng chiều từ dưới lên, qua lớp vật liệu lọc Taị đây xảy ra quátrình khử BOD và chuyến hoá NH4+ thành N03\

> Lóp vật liệu lọc cũng có khả năng khử cặn lơ lửng trong nước thải

> Khi bế lọc đạt đến tốn thất áp lực yêu cầu, ta tiến hành rửa bế lọc Đóng van cấp nước vàkhí, đóng mở van xả rửa liên tục nhiều lầnể

> Rửa lọc: khi tốn thất áp lực đến 0,5m tiến hành rửa lọc 3 lần, mỗi lần 30-40 giây, cường độrửa lọc 12-141/s.m2

> Độ giãn nở của vật liệu lọc, e = 40

> Đe khử được tiếp BOD, N03‘, p người ta sử dụng loại bế lọc loại 2 lóp trở lên, nước đi qualớp vật liệu giàn phân phối khí đặt giữa 2 lớp vật liêu lọc sao cho lớp vật liệu lọc phía dưới làvùng thiếu khí để khử N03‘ và p

> Nước và không khí đi từ dưới lên c

- a, P: phụ thuộc vào q&Ị của KK, vào F

D/ Ưu, nhươc điểm của bể loc sinh hoc cỏ vât liêu loc ngâp trong nước:

D l / un điểm:

> Cùng một lúc có thể khử BOD và chuyển hóa NH4 thành N03;

> Lớp vật liệu lọc có thể giữ lại được cặn lơ lững

Dể2/ nhược điểm:

> Thời gian thích nghi với môi trường và tạo thành các màng sinh học (biofilm) dài

> Không thế xử lý các chất ô nhiễm có khả năng hấp phụ thấp và tốc độ phân hủy sinh học chậm

B/ Tháp Phản ứng Sinh Học Lọc Và Tự Làm Sạch: I/ Cấu Tạo:

> Không khí bên ngòai được thối vào trong hệ thống bằng hệ thống khi tĩnh, các phân tử ô xy

sẽ hoà tan với các tinh thể nước mà không làm xáo trôn dòng chảy hay ảnh hưởng đến sựphát triến của màng vi sinh

> Tháp tự làm sạch mà không cần đến sự tác động từ bên ngoài

> Trong khi nồng độ ô xy hòa tan trong nước có trị số mg/1 rất thấp, thì nhu cầu ô xy sinh hoá

(BOD) và hoá học (COD) của các nước thải lại rất cao với chỉ số thường nằm trong khoảngtù' 1.000 đến 10.000 mg/lề

> Khối lượng vi sinh với mật độ cao đạt được nhờ các phương pháp nghiên cún cải tiến hiệnđại này

> Chỉ cần một lần đầu nuôi cấy các vi sinh vật vào trong tháp, khi mật độ vi sinh dầy đặc, tháp lọc làm việc ổn định, trong quá trình từ 3 đến 5 năm mà chỉ cần bố sinh 5-10 lượng vi sinh vào trong tháp giúp cho tháp lọc sinh học rề dàng phân hủy lấy lại sự ốn định

> Tùy theo từng hoàn cảnh ô nhiễm cụ thể đưa vào sử dụng hỗn hợp trùng vi sinh phù hợp

III/ Ưu Điểm Tháp Phăn ứng Sinh Học Lọc Và Tự Làm Sạch

> Hoạt tính sinh học rất cao và ốn định

> Có khả năng tự làm sạch, không cần phải bảo trì

> Tuỳ theo nguồn nước thải cần xử lý đế nuôi cáy các gia thể vi sinh cho phù hợpẻ

> Áp dung cho cả hai nguồn nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp (đối với nước thải công nghiệp xử lý sinh học ở giải đoạn cuối nhằm hấp thụ nitơ mà phương pháp hoá học chưa thực hiên được)

là 3,21 - 4,00 kg/m3.d (hiệu suất khử BOD là 60 - 65%)

2 Hiệu suất khử BOD của bể lọc sinh học hoạt tính và bế lắng thứ cấp được tính theocông thức:

Trong đó:

Le: nước thải sau xử lý L0: nước thải trước xử lý

KT: khả năng khử BOD ở nhiệt độ T o = K2oeT'20; K20= 12,16 TL: lưu lượng

nạp chất hữu cơ kg/m3.d;

0 = 1,016 đổi với nước thải gia dụng

II/ Bể Lọc Sinh Học Nhỏ Giọt Kết Hợp Với Bể Sục Khí:

Hệ thống này gồm bể lọc sinh học nhỏ giọt, bế sục khí và bế lắng thứ cấp Các bùn vi sinh vật từ

bế lọc được đưa qua bế sục khí đế tạo bông cặn và khử các chất hũu cơ hòa tan

III/ Kêt Hợp Bê Lọc Thô Với Bê Bùn Tính:

Giống như bế lọc sinh học nhỏ giọt kết họp với bế sục khí, tuy nhiên hệ thống này có thế hoạtđộng được với lun lượng nạp chất hữu cơ cao hơn Be lọc thô dùng đế

khử chất hữu cơ của nước thải giúp cho hệ thống khỏi bị hoạt động quá tải hay dưới tải

IV/ Kết Hợp Bể Lọc Sinh Học Với Bể Bùn Hoạt Tính

V/ Kết Hợp Be Lọc Sinh Học Và Be Bùn Hoạt Tính Theo Dạng Nối Tiếp