Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng

LỜI MỞ ĐẦUHiện nay, có rất nhiều phương pháp được dùng để xử lý nước thải, bao gồm: cơ học, hóa lý, sinh học,…Trong đó, phương pháp sinh học, đặc biệt là phương pháp sinh học hiếu khí lơ

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp được dùng để xử lý nước thải, bao gồm: cơ học, hóa lý, sinh học,…Trong đó, phương pháp sinh học, đặc biệt là phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng đang được coi như là phương pháp hữu hiệu trong lĩnh vực xử lý nước thải có hàm lượng hữu cơ cao vì những ưu điểm của nó như: đơn giản, rẻ tiền, hiệu quả cao hơn các biện pháp cơ học, hóa lý,…Quá trình công nghệ này hoạt động dựa trên

sự hoạt động của hệ vi sinh vật sống trong môi trường được cung cấp nhiều không khí cùng với sự xáo trộn cơ học liên tục hoặc gián đoạn để đạt được hiệu quả xử lý tốt Vì vậy, để có thể áp dụng hiệu quả phương pháp xử lý này, điều kiện tiên quyết là phải có một quần thể vi sinh vật tốt hay nói theo từ chuyên môn là bùn hoạt tính để phân hủy chất ô nhiễm

Khi kết hợp với các công trình xử lý cơ học như: song chắn rác, bể lắng cát, các loại bể lắng và công trình xử lý hoá học như bể khử trùng Clorine để tạo thành một quy trình công nghệ hoàn chỉnh, trong đó các công trình xử lý sinh học hiếu khí lơ lửng như:

bể Aeroten, mương oxy hoá hay SBR đóng vai trò là công trình xử lý chủ đạo sẽ cho kết quả xử lý đạt tiêu chuẩn của các QCVN hiện hành đối với nước thải sinh hoạt và công nghiệp

Tuy nhiên, không phải lúc nào bùn cũng có hoạt tính mạnh để xử lý nước thải Trái lại, các kỹ sư vận hành phải thường xuyên đối mặt với vô số những rắc rối phát sinh khi vận hành bùn hoạt tính Một trong những rắc rối thường gặp đó là việc suy giảm hay mất đi quần thể vi sinh vật hay còn gọi là hiện tượng bùn tạo khối Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng nói trên trong đó các yếu tố vận hành như pH, tải trọng,

… có ảnh hưởng khá quan trọng Vì vậy, với đề tài “Xử lý nước thải bằng phương

pháp sinh học hiếu khí lơ lửng” sẽ phân tích rõ hơn về các quá trình vi sinh vật hiếu

khí lơ lửng, các công trình xử lý sinh học hiếu khí lơ lửng tương ứng, đồng thời đưa ra

một công nghệ xử lý hoàn chỉnh cho khu dân cư và các sự cố khi vận hành các công trình hiếu khí lơ lửng cùng các biện pháp khắc phục

CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH VI SINH VẬT HIẾU KHÍ LƠ LỬNG

1.1 Cơ sở lý thuyết

Đây là quá trình xử lí sinh thái nhất, hầu như không sử dụng hoá chất Nước thải

có thể đạt chất lượng cao Trong quá trình ôxi hoá thì chất ôxi hoá là ôxi không khí, rẻ nhất Chất thải là bùn vi sinh (sinh khối)

Nguyên tắc của phương pháp là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH… thích hợp Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ đồ:

(CHO)nNS + O2 → CO2 + H2O + NH4+ + H2S + Tế bào vi sinh vật + ∆H

Trong điều kiện hiếu khí NH4+ và H2S cũng bị phân huỷ nhờ quá trình Nitrat hóa, sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:

NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ H2O + ∆H

H2S + 2O2 → SO42- + 2H+ + ∆HHoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí bao gồm quá trình dinh dưỡng: Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và các nguyên tố khoáng vi lượng kim loại để xây dựng tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản Quá trình phân huỷ: vi sinh vật oxi hoá phân huỷ các chất hữu cơ hoà tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành nước và CO2 hoặc tạo ra các chất khí khác So với phương pháp kỵ khí thì phương pháp hiếu khí có các ưu điểm là những hiểu biết về quá trình xử lý đầy đủ hơn Hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn, không gây ô nhiễm thứ cấp như phương pháp hoá học, hoá lý

Nhưng phương pháp hiếu khí cũng có các nhược điểm là thể tích công trình lớn

và chiếm nhiều mặt bằng hơn Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn hơn Chi phí vận hành cho năng lượng sục khí tương đối cao Không có khả năng thu hồi năng lượng Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ khi nguyên liệu khan hiếm Sau xử lý sinh ra một lượng bùn dư cao và lượng bùn này kém ổn định đòi hỏi chi phí đầu tư để xử lý bùn Xử lý với nước thải có tải trọng không cao như phương pháp kỵ khí

 Mô tả quá trình:

Thực chất quá trình phân huỷ chất bẩn hữu cơ bằng phương pháp hiếu khí là quá trình lên men bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxi để cho sản phẩm là CO2,

H2O, NO3-, SO42- Cũng như xử lý kỵ khí, khi xử lý hiếu khí các chất bẩn phức tạp như protein, tinh bột, chất béo,… sẽ bị thuỷ phân bởi các men ngoại bào cho các chất đơn giản là các Axit amin, các Axit béo, các Axit hữu cơ, các đường đơn…Các chất đơn giản này sẽ thấm qua màng tế bào và bị phân huỷ tiếp tục hoặc chuyển hoá thành các vật liệu xây dựng tế bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O

Cơ chế quá trình xử lý hiếu khí gồm 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1 - Oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu

cầu năng lượng của tế bào

CxHyOzN + (x + y/4 + z/3 + ¾) O2 → xCO2 + [(y-3)/2] H2O + NH3

Giai đoạn 2 (Quá trình đồng hóa) - Tổng hợp để xây dựng tế bào

CxHyOzN + NH3 + O2 → xCO2 + C5H7NO2

Giai đoạn 3 (Quá trình dị hóa) - Hô hấp nội bào

C5H7NO2 + 5O2 → xCO2 + H2O; NH3 + O2 → O2 + HNO2 → HNO3

Khi không đủ chất dinh dưỡng quá trình chuyển hoá các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng sự tự oxi hóa chất liệu tế bào

Các nội dung này được thể hiện ở cân bằng cacbon như hình sau:

Hình 1.1: Cân bằng vật chất đối với cacbon (BOD 5 ) trong hệ xử lí sinh học hiếu khí

Kết quả là nước giảm các chất ô nhiễm và sinh khối tăng Để thực hiện điều này trong thực tế xử lí nước thải phải áp dụng các kĩ thuật sao cho hệ vi sinh có điều kiện

thực hiện tốt các chức năng đã nêu, đồng thời phải tách được lượng bùn dư hình thành

Kĩ thuật bùn hoạt tính (BHT) ra đời 1914 tại Anh đáp ứng được các yêu cầu này Trong thực tế, kĩ thuật BHT có sơ đồ như sau:

Hình 1.2: Sơ đồ công nghệ hệ xử lí sinh học bằng kĩ thuật bùn hoạt tính

Trong các kĩ thuật sinh học bùn dư chính là sinh khối thừa, phải xử lí

 Ả n h h ư ở n g c ủ a nh iệ t đ ộ

Nhiệt độ nước thải có ảnh hưởng rất lớn tới tốc độ phản ứng sinh hóa trong quá trình xử lý nước thải Nhiệt độ không những ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật mà còn tác động lớn tới quá trình hấp thụ khí oxy vào n ước thải và sự phát triển cũng như tính lắng của bông bùn

Khi nồng độ MLVSS cao (> 10,000 mg/l): sự thay đổi nhiệt độ sẽ gây ra ảnh hưởng vật lý đến bông bùn Nếu nhiệt độ giảm, nước thải sẽ trở nên nặng làm giảm tốc độ lắng củ a bông bùn Khi nhiệt độ tăng lên, nước thải ít nặng hơn nên tốc độ lắng của bông bùn tăng lên

Khi nồng độ MLVSS khá nhỏ, khoảng 2000 mg/l thì sự thay đổi nhiệt độ

sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc bôn g bùn Khi nhiệt độ tăng lên, vi sinh hoạt động nhiều hơn làm sinh ra nhiều chất không hòa tan được như lipids và dầu mỡ Những chất này đ ược bông bùn hấp thụ nên vận tốc lắng giảm xuống

Bảng 1.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình bùn hoạt tính

 Ả n h h ư ở n g c ủ a k i m l oại n ặ n g

Nước thải công nghiệp thường chứa nhiều kim loại nặng độc hại Hầu hết các kim loại nặng xâm nhập vào bùn hoạt tính ở dạng hòa tan như oxit kim loại hay dưới dạng các ion tự do như Cu2+, Pb2+ Khi các kim loại này hấp thụ vào bề mặt của tế bào vi khuẩn, một vài phản ứng hóa học và lý học sẽ xảy ra Sự hiện diện của các kim loại này ở tế bào vi khuẩn sẽ làm bông bùn nặng hơn Một vài kim loại nặng hấp thụ vào trong tế bào vi khuẩn, khi vào trong tế bào vi khuẩn, chúng sẽ tấn công các enzyme Khi các enzyme bị tấn công sẽ làm trì trệ hoạt động của các vi khuẩn Kim loại nặng không chỉ tấn công vi khuẩn mà còn tấn công trùng tiên mao, trùng bánh xe, giun tròn di chuyển tự do Việc này dẫn tới làm giảm hoạt động của các vi sinh vật và chúng bị rửa trôi nhiều ở dòng ra

Kim loại nặng trong nước thải ức chế hoạt động của những vi khuẩn khử cBOD và nBOD Khi có sự hiện d iện của các kim loại nặng độc hại trong nước, các

vi khuẩn chỉ khử một lượng nhỏ cBOD (cacbon BOD), do vậy vi khuẩn chỉ sử dụng một lượng nhỏ N và P Vì thế nồng độ các ion amoni và orthophotphat trong nước thải sẽ cao Do các vi khuẩn nitrat hóa bị ức chế bởi các kim loại nặng, quá trình nitrat hóa sẽ bị chậm lại Nếu quá trình nitrát hóa bị chậm lại hay ngừng hẳn, sẽ

xảy r a sự tích lũy của các ion nitrit Vi khuẩn Nitrosomonas chuyển hóa amoni thành nitrit chịu được kim loại nặng tốt hơn Nitrobacter - vi khuẩn chuyển hóa nitrit

thành nitrat, cho nên nước thải đầu ra có nồng độ cao các ion nitrit trong khi nồng độ các ion nitrat thì thấp Khi quá trình nitrat hóa bị ngừng hẳn, amoni không bị oxy hóa trong bể sục khí và được thải ra ngoài Quá trình khử BOD bị ngưng trệ thì oxy sẽ không được sử dụng cho các hoạt động của vi sinh vật, khi đó nồng độ oxy trong bể aeroten sẽ cao

 Ả n h h ư ở n g c ủ a c ác c h ất h o ạt đ ộ n g b ề mặt

Khi trong nước thải hiện diện các chất hoạt độn g bề mặt như xà bông hoặc thuốc tẩy, hoạt động của các trùng tiên mao và các động vật đa bào sẽ bị gián đoạn hoặc ngừng hẳn, các bông bùn trưởng thành bị yếu và hoạt động của chúng bị ngưng trệ Khi đó, số lượng lớn bông bùn nhỏ được hình thành dưới dạng rời rạc hoặc phân tán Xà bông hay thuốc tẩy tác động mạnh đến tế bào bên dưới lớp bảo vệ của trùng bánh xe và biểu bì tế bào của giun tròn di chuyển tự do Do đó mà hoạt động của các vi sinh này chậm lại Các chất hoạt động bề mặt này còn làm tăng tổng chất rắn lơ lửng (TSS), làm giảm hiệu quả xử lý, tăng chi phí vận hành Ngoài ra, chúng còn làm thay đổi sức căng bề mặt của nước Vì vậy đôi khi cũng sinh ra bọt váng (foam) Một vài chất hoạt độn g bề mặt còn hiện diện như là độc tố

 S ự l ê n m e n c ủ a n ư ớ c t h ải

Nước thải lên men là do sự hiện diện của quá nhiều acid và rượu đơn giản,

hoà tan Đây sẽ là môi trường sống rất thuận lợi cho các vi khuẩn dạng sợi Nồng độ sunfit khoảng 3mg/l hay nhiều hơn hoặc nồng độ của các axit, rượu hoà tan đơn giản khoảng 200 mg/l sẽ tạo điều kiện cho các vi khuẩn dạng sợi sinh sôi và phát triển

như: Beggiatoa sp., Microthrix parvicella, Thiothrix sp., và loại 021N.

 N h u c ầu oxy

Khi oxy bị giới hạn, các vi sinh vật dạng sợi sẽ chiếm ưu tế, làm bùn hoạt tính trở nên khó lắng, tạo khối bùn Nên duy trì DO trong bể: 1.5 - 2 mg/l DO cao (> 2mg/l) có thể cải thiện tốc độ nitrat hoá với tải lượng BOD cao Giá trị DO > 4 mg/l không cải thiện hoạt động đáng kể trong khi chi phí làm thoáng tăng đáng kể Thông thường, khi chỉ khử B OD, nhu cầu oxy sẽ từ 0,9 - 1,3 kgO2/kgBOD đối với SRT từ 5

- 20 ngày

Khi nồng độ oxy trong b ể aeroten < 1 mg/l kéo dài liên tục trong 10 tiếng hoặc hơn sẽ làm gián đo ạn hoạt động tạo bông bùn và gây mất bùn Khi nồng độ oxy trong nước bị giới hạn, hoạt động củ a trùng tiên mao sẽ chậm lại Ngoài ra, các động vật nguyên sinh bị ảnh hưởng bởi nồng độ oxy thấp bao gồm: giun tròn bơi t ự

do, trùng tiên mao bò, trùng tiên mao có cuống Hoạt động của động vật ngu yên sinh

sẽ giảm khi nồng độ oxy < 1 mg/l kéo dài liên tục trong vòng 36 tiếng Hoạt động của các động vật nguyên sinh thường tăng trong vòng 12 tiếng khi nồng độ oxy trong nước lên trên 1mg/l

 L ư ợ n g d i n h d ư ỡ n g

Vi khuẩn và vi sinh v ật sống dùng chất dinh dưỡng N, P, BOD, làm thức

ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không tan và thành tế bào mới Thiếu dinh dưỡng sẽ gây ra một số vấn đề vận hành trong bùn hoạt tính bao gồm: mất bùn và gây bọt trên bề mặt bể aerotank

Bảng 1.2: Các chất dinh dư ỡng cần thiết cho hoạt động sống của tế bào

vi khuẩn.

Các chất dinh dưỡng cần thiết C, Ca, Cl, H, K, N, Mg, Na, O, P, S

Các chất dinh dưỡng thứ yếu B, Co, Cu, Cr, F, Fe, I, Mn, Mo, Ni, Se,

Si, V, Zn

(Theo Settleability Problem and Loss of Solids in the Activated Sludge Proces, bảng 7.3 trang

54)

Nguồn Nitơ sử dụng cho các vi sinh bao gồm toàn bộ Nitơ hữu cơ và Nitơ vô

cơ Nitơ được chuyển hoá chủ yếu để tạo ra các protein, các axit nucleic, các polymer của tế bào Nếu dùng công thức kinh nghiệm của tế bào: C5H7O2N, thì lượng Nitơ

cần thiết chiếm 12,4 % trọng lượng tế bào, lượng P cần thiết bằng 1/5 giá trị N Đây

là giá trị tiêu biểu nhưng không nhất thiết phải luôn luôn như vậy, giá trị này thay đổi tùy theo thời gian lưu bùn và các yếu tố môi trường

Bảng 1.3: Phần trăm thành phần của các nguyên tố chính trong tế bào vi khuẩn

tính trên trọng lượng khô

Dinh d ưỡng Phần trăm xấp xỉ

Nồng độ dinh dưỡng sẽ giới hạn khi nồng độ Nitơ và Photpho nằm trong

khoảng 0.1 - 0.3 mg/l Thông thường, nếu SRT lớn hơn 7 ngày, khoảng 5 g Nitơ và 1g Photpho là cần thiết cho 100g BOD để du y trì đủ dinh dưỡng cho quá trình Tỉ lệ BOD : N : P thường là 100 : 5 : 1

Nước thải công nghiệp thường chứa một lượng lớn BOD hòa tan phân h ủy nhanh vì vậy cần phải cung cấp một lượng lớn chất dinh dưỡng Sự thiếu hụt sinh dưỡng trong quá trình bùn hoạt tính thường xảy ra trong suốt thời kì tải trọng cao điểm vì BOD trong bể sục khí quá cao nên quá trình phân hủy đòi hỏi một lượng dinh dưỡng lớn Khi thiếu dinh dưỡng lâu dài, các vi khuẩn dạng sợi sẽ phát triển, xuất hiện bọt, bông bùn do thiếu dinh dưỡng trở nên không tốt Tron g suốt quá trình thiếu dinh dưỡng, một phần BOD không phân hủy được và sẽ chu yển sang dạng không tan polysaccharide hay bùn loãng Dạng này sẽ được hòa tan và phân hủ y sau khi dinh dưỡng được bộ sung thêm Bùn loãng này ở bên ngoài tế bào, ảnh hưởng khả năng lắng và làm sản sinh, tích lũy bọt

Các chất dinh dưỡng đầu tiên mà vi khuẩn sử d ụng để phân hủy BOD là

NH4-N, HPO42- bởi các chất này sẽ khuếch tán từ nơi có nồng độ cao bên ngoài tế bào đến nơi có nồng độ thấp bên trong tế bào, do đó vi khuẩn không bị tiêu hao năng lượng do quá trình hấp thụ Thường nồng độ NH4-N khoảng 1mg/l và 0,5 mg/l cho HPO42- Đối với quá trình hoạt tính nitrat hoá hoàn toàn có nồng độ NH4-N trong bể

sục khí < 1mg/l, thì nồng độ NH3-N khoảng 3mg/l là đủ Nồn g độ các ch ất dinh dưỡng phải luôn luôn được chú ý khi có sự hiện diện của chất độc trong nước Khi

có độc tố, ho ạt động của các enzyme hay sự phân hủy BOD sẽ bị cản trở Khi đó vi khuẩn chỉ sẽ dùng một lượng nhỏ các chất dinh dưỡng Và như vậy, nồng độ các chất này trong bể sục khí sẽ cao hơn

Bảng 1.4: Giá trị dinh dư ỡng cần thiết để khử BOD (g/kg BOD)

Dinh dư ỡng Số lư ợng cần thiết (g)

 T h ờ i g i an l ư u b ù n

SRT là yếu tố quan trọng trong quá trình bùn hoạt tính, vì nó ảnh hưởng đến quá trình xử lý, thể tích bể, lượng bùn sinh ra, nhu cầu oxy Thời gian lưu bùn được xác định bằng việc tách bùn thải bỏ trong bể làm thoáng hằng ngày

Đối với hệ thống khử B OD, SRT có thể dao động từ 3 - 5 ngày, phụ thuộc vào nhiệt độ của nước thải Ở nhiệt độ 18 - 25ºC, với những hệ thống khử BOD và giảm quá trình nitrat hoá, SRT có thể chọn là 3 ngày Để loại trừ nitrat hóa, một số quá trình bùn hoạt tính có SRT = 1 ngày, hay nhỏ hơn Ở 10ºC, SRT = 3 - 5 ngày cho

CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ LƠ

LỬNG

2.1 Bể bùn hoạt tính – bể Aeroten

2.1.1 Giới thiệu chung

Xử lý nước thải bằng bể Aeroten được nhà khoa học người Anh đề xuất từ năm

1887, nhưng đến năm 1914 mới được áp dụng trong thực tế và tồn tại, phát triển rộng rãi cho đến nay trong lĩnh vực xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp

Bể Aeroten thường là công trình bê tông cốt thép hình khối chữ nhật hoặc hình tròn với bề mặt thoáng tiếp xúc với không khí Là công trình xử lý sinh học hiếu khí sử dụng bùn hoạt tính (đó là loại bông bùn sinh học chứa nhiều vi sinh vật), Ở đó nước thải chảy liên tục vào bể đồng thời không khí nén được thổi vào bể để khuấy trộn bùn với nước thải nhằm duy trì trạng thái lơ lửng của bùn hoạt tính trong khắp pha lỏng và cung cấp oxy cần thiết cho vi sinh vật thực hiện các quá trình phân huỷ chất hữu cơ Hỗn hợp bùn hoạt tính và nước thải trong bể hiếu khí được gọi là hỗn hợp chất lỏng

Trong bể Aeroten, mỗi m3 nước thải cần xử lý được cung cấp khoảng 8 m3 khí Không khí được bơm vào gần đáy bể xử lý hiếu khí thông qua hệ thống phân phối không khí

Xử lí nước thải công nghiệp chế biến, sinh hoạt, có thể thực hiện hiếu khí kéo dài

và khử BOD gần như hoàn toàn

2.1.2 Nguyên lý làm việc của bể Aeroten

Quá trình xử lý nước thải trong Aeroten thường qua 3 giai đoạn:

 Giai đoạn thứ nhất: Bùn hoạt tính hình thành và phát triển Lúc này, cơ chấtt và

chất dinh dưỡng đang rất phong phú, sinh khối bùn còn ít Theo thời gian, quá trình thích nghi của vi sinh vật tăng, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số

Hình 2.1: Hệ thống phân phối

không khí trong bể Aeroten

nhân, sinh khối bùn tăng mạnh Vì vậy, lượng oxy tiêu thụ tăng dần vào cuối giai đoạn này rất cao Tốc độ tiêu thụ oxy vào cuối giai đoạn này có khi gấp 3 lần ở giai đoạn 2 Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu cơ tăng dần.

 Giai đoạn thứ hai: Vi sinh vật phát triển ổn định, hoạt lực enzym đạt cực đại và

kéo dài trong thời gian tiếp theo Tốc độ phân hủy chất hữu cơ đạt cựcđại, các chất hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất Tốc độ tiêu thụ oxy gần như không thay đổi sau một thời gian khá dài

 Giai đoạn thứ ba: Tốc độ tiêu thụ oxy có chiều hướng giảm dần và sau đ1ó lại

tăng lên Tốc độ phân hủy chát bẩn hữu cơ giảm dần và quá trình Nitrat hóa amoniac xảy ra Sau cùng, nhu cầu tiêu thụ oxy lại giảm và quá trình làm việc của Aerotank kết thúc

2.1.3 Phân loại

Hệ thống bể Aeroten gồm các loại: bể Aeroten truyền thống, bể Aeroten tiếp

xúc-ổn định, bể Aeroten thông khí kéo dài, bể Aeroten thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh, bể Aeroten chọn lọc

bể được hòa trộn (dòng thải) sẽ đi ra ở đầu đối diện Mô hình dòng chảy gần giống như hệ thống dòng chảy đều, với sự phân bố thời gian lưu chất phụ thuộc vào tỷ lệ chiều dài và chiều rộng của bồn chứa, hỗn hợp trong bể gồm oxy do thiết bị cung cấp, các chất nền có sẵn trong dòng vào và dòng ra

Lượng gió cấp vào từ 55 m3/1kg BOD5 đến 65 m3/1kg BOD5 cần khử Chỉ số thể tích bùn thường dao động từ 50 – 150 ml/g, tuổi của bùn thường từ 3 – 15 ngày Nồng

độ BOD đầu vào thường < 400mg/l, hiệu quả làm sạch thường từ 80 – 95%

 Bể Aeroten tiếp xúc-ổn định:

Hệ thống này chia bể phản ứng thành 2 vùng: vùng tiếp xúc là nơi xảy ra quá trình chuyển hóa các vật chất hữu cơ trong nước thải đầu vào, và vùng ổn định là nơi bùn hoạt tính tuần hoàn từ thiết bị lọc được sục khí để ổn định vật chất hữu cơ Do nồng

độ chất rắn lơ lửng trong nước khá cao trong bể ổn định (tương đương với nồng độ bùn hoạt tính tuần hoàn), tổng thể tích bể phản ứng sinh hóa (vùng tiếp xúc và ổn định) có

thể nhỏ hơn, giống như ở loại bể bùn kiểu truyền thống, trong khi vẫn duy trì thời gian lưu bùn như cũ Vì vậy, bể bùn loại này được sữ dụng để có thể vừa làm giảm thể tích

bể phản ứng, hoặc có thể làm gia tăng khả năng lưu chứa cửa bể bùn truyền thống

Trong vùng tiếp xúc, thời gian tiếp xúc từ 20 – 60 phút (phụ thuộc lưu lượng dòng vào) Dòng bùn tái sinh thường chiếm 25 – 75% dòng nước thải đầu vào để xử lý Thể tích của vùng ổn định chiếm 50 – 60% tổng thể tích của toàn hệ thống, với thời gian lưu nước thường từ 0,5 – 2 giờ, trong khi thể tích vùng tiếp xúc là 30 – 35% tổng thể tích chung, với thời gian lưu nước là 4 – 6 giờ tùy thuộc vào dòng bùn hoạt tính tuần hoàn Hiệu quả xử lý của hệ thống này thường đạt 85 – 95% khả năng loại bỏ BOD5 và các chất rắn lơ lửng khỏi nước thải xử lý

Bể bùn tiếp xúc ổn định thường dùng trong xử lý nước thải sinh hoạt với số lượng đáng kể các hợp chất hữu cơ dưới dạng các phân tử chất rắn

Hình 2.2 : Bể bùn tiếp xúc - ổn định

 Bể bùn hoạt tính thông khí kéo dài:

Thường có thời gian lưu bùn kéo dài để ổn định lượng sinh khối rắn từ quá trình

chuyển hóa của các vật chất hữu cơ bị phân hủy bởi vi khuẩn Thời gian lưu bùn thường kéo dài từ 20 – 30 ngày, đồng nghĩa với việc cần thời gian lưu nước khoảng 24 giờ để duy trì khả năng pha trộn nồng độ các chất rắn lơ lửng trong nước Thời gian lưu nước kéo dài có 2 tác dụng: làm giảm lượng chất rắn bị loại bỏ và làm tăng sự ổn định của quá trình Tuy nhiên, đối với bể phản ứng loại lớn thì yêu tố này sẽ gây một số bất lợi,

đó là làm hạn chế khả năng pha trộn

Hình 2.3: Hệ thống bể bùn hoạt tính thông khí kéo dài

 Bể bùn hoạt tính thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh:

Bể hiếu khí có tốc độ thông khí cao và khuấy đảo hoàn chỉnh là loại Aerotank tương đối lý tưởng để xử lý nước thải có độ ô nhiễm cũng như nồng độ các chất lơ lửng cao Aerotank loại này sẽ có thời gian làm việc ngắn Rút ngắn được thời gian thông khí bằng vận hành ở tỉ số F/M cao, giảm tuổi thọ bùn hoạt tính (thời gian lưu nước trong bể ngắn) Trong bể Aerotank khuấy đảo hoàn chỉnh, nước thải, bùn hoạt tính, oxy hòa tan được khuấy trộn đều, tức thời Do vậy, nồng độ bùn hoạt tính và oxy hòa tan được phân

bô đều ở mọi nơi trong bể và dẫn đến quá trình oxy hóa được đồng đều, hieu quả cao

Ưu điểm của công nghệ này là:

− Pha loãng ngay tức khắc nồng độ các chất nhiễm bẩn, ke cả các chât độc hại (nếu có)

− Không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở một nơi nào trong bể

− Thích hợp cho xử lý các loại nước thải có tải trọng cao, chỉ số thể tích bùn cao, cặn khó lắng

Hình 2.4: Bể Aerotank thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh

Dựa trên nguyên lý làm việc của Aerotank khuấy đảo hoàn chỉnh, người ta thay không khí nén bằng cách sục oxy tinh khiết Bể phản ứng thường có nhiều ngăn, kín, và cung cấp các dòng nước giàu oxy ở dạng khí hòa trộn trong chất lỏng Dòng nước thải vào và dòng bùn hoạt tính tuần hoàn chỉ được đưa vào ở ngăn đầu tiên cùng với oxy (thường tinh khiết 98%) Ở mỗi ngăn có sự pha trộn hoàn toàn trong từng ô Sự pha trộn các chất rắn lơ lửng và oxy hòa tan được cung cấp cho mọi ngăn Các loại máy móc sử dụng trong loại bể này là: máy thổi khí bề mặt tốc độ nhỏ và tuabin đặt trong nước Việc

sử dụng nguồn oxy độ tinh khiết cao sẽ có tác dụng làm gia tăng áp suất oxy tham gia trong mọi ngăn, vì vậy sẽ làm tăng tỉ lệ chuyển hóa thể tích oxy hơn so với hệ thống sử dụng không khí Điều này sẽ làm cho thể tích bể phản ứng sinh hóa cần sử dụng nhỏ lại,

vì vậy thời gian lưu nước chỉ còn khoảng 2 – 4 giờ Thời gian lưu bùn tối thiểu từ 1 – 2 ngày thường được sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt, còn đối với nước thải công nghiệp cần thời gian lưu bùn dài hơn

 Bể bùn hoạt tính chọn lọc:

Bể bùn hoạt tính này chỉ mới được phát minh gần đây, được dùng để kiểm soát

sự tăng trưởng quá mức của các vi khuẩn lên men, có thể gồm các loài gây hại Nó cung cấp điều kiện môi trường có lợi cho sự tăng trưởng của các vi sinh vật kết bông, kết quả

là làm gia tăng khả năng lắng đọng của bùn hoạt tính Bể bùn hoạt tính chọn lọc sử dụng

2 cơ chế để chọn lọc các vi sinh vật: động học và trao đổi chất Bể bùn hoạt tính chọn lọc thường chia thành từng khối thể tích nhỏ, chứa trong các ngăn riêng biệt Dòng chảy xuống từ bể phản ứng có thể được pha trộn hoàn toàn hay chỉ là dòng chảy kín

Hình 2.5: Bể bùn hoạt tính chọn lọc

Ngoài ra bể Aeroten còn được phân loại theo:

 Phân loại theo chế độ thủy động:

 Aeroten đẩy