Các công trình hiếu khí nhân tạo xử lý nướ thải dựa trên cơ sở sinh trưởng lơ lửng của sinh vật

Quá trình này của vi sinh vật được gọi chung là hoạt động sống, gồm hai quá trình: dình dưỡng sử dụng các chất hữu cơ, các nguồn nitơ và phospho cùng những ion kim loại khác với mức độ v

.Chương vt CÁC CÔNG TRÌNH HIẾU KHÍ NHÂN TẠO XỬ LÍ NƯỚC THÁI DỰA TRÊN CƠ SỞ SINH TRƯỞNG LƠ LỮNG CỦA VI SINH VẬT

Xử lí nước thải bằng phương pháp hiếu khí nhân tạo dựa trên nhu cầu oxi cần cung cấp cho vi sinh vật hiếu khí có trong nước thải hoạt động và phát triển Quá trình này của vi

sinh vật được gọi chung là hoạt động sống, gồm hai quá trình: dình dưỡng sử dụng các chất

hữu cơ, các nguồn nitơ và phospho cùng những ion kim loại khác với mức độ ví lượng để xây dựng tế bào mới, phát triển tăng sinh khối; phục vụ cho sinh sản; phân hủy các chất hữu

cơ còn lại thành CO;¿ và nước Quá trình sau là quá trình phân hủy ở dạng oxi hóa các hợp

- chất hữu cơ, giống như trong quá trình hô hấp ở động vật bậc cao Cả hai: quá trình dinh dưỡng và oxi hóa của vi sinh vật có trong nước thải đều cần oxi DE đáp ứng được nhu cầu oxi này người ta thường phải khuấy đảo khối nước để oxi từ không khí được khuếch tán và hòa tan vào nước Song biện pháp này chưa thể đáp ứng được đây đủ nhu cầu về oxi Do vậy, người ta sử dụng các biện pháp hiếu khí tích cực hơn : thổi khí (bằng khí nén Hoặc quạt -

gió với áp lực cao) kết hợp với khuấy đảo Các biện pháp này thường được sử dụng trong các công trình xử lí nước thải bằng phương pháp hiếu khí nhân tạo như: các bể phản ứng sinh học hiếu khí (Aeroten Tiếng Anh a Aerotank), các bể lọc sinh hoc (Biofilter), các loại dia quay sinh hoc (Rotating biological contactor — RBC) v.v Chương này giới thiệu các công trình hiếu khí nhân tạo dựa trên cơ sở sinh trưởng lơ lừng của vị sinh vật — kĩ thuật bùn hoạt tính: aeroten, oxiten , mương oxi hóa

Các công trình này là các bể phản ứng sinh học được làm hiếu khí bằng cách thổi' khí

nén hoặc khuấy đảo cơ học (có thể là kết hợp) làm cho vi sinh vật tạo thành các hạt bùn hoạt tính lơ lửng trong-khắp pha lỏng

6.1 BE PHAN ỨNG SINH HỌC HIẾU KHÍ ~ AEROTEN

Xử lí nước thải bằng 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 ngày nay Quá trình hoạt động sống của quần thể vi sinh vật trong aeroten thực chất là quá trình nuôi vỉ sinh vật trong các bình phản ứng sinh học (bioreacter) hay các bình lên men (fermenter) thụ sinh khối Sinh khối vi sinh vật ở trong công nghệ ví sinh thường là từ một

giống thuần chủng, còn trong xử lí nước thải là quân thể vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn, có

sẵn trong nước thải

151

6.1.1 Đặc điểm và nguyên lí làm việc của aeroten

Bể phản ứng sinh học hiếu khí - aeroten là công trình bê tông cốt thép hình khối chữ

nhật hoặc hình tròn, cũng có trường hợp người ta chế tạo các aeroten bằng sắt thép hình

khối trụ Thông dụng nhất hiện nay là các aeroten hình bể khối chữ nhật Nước thải chảy

qua suốt chiều dai của bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxi hòa tan và

tăng cường quá trình oxi hóa chất bẩn hữu cơ có trong nước

Nước thải sau khi đã được xử lí sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ 6 dang hda tan

cùng các chất lơ lửng đi vào aeroten Các chất lơ lửng này là một số chất rấn và có thể là

các chất hữu cơ chưa phải là dang hòa tan Các chất:lơ lửng làm nơi vi khuẩn bám vào để cư

trú, sinh sẵn và phát triển, dần thành các hạt cặn bông Các hạt này dần dần to và lơ lửng

trong nước Chính vì vậy, xử lí nước thải ở aeroten được gọi là quá trình xử lí với sinh

trưởng lơ lửng của quần thể vi sinh vật Các hạt bông cặn này cũng chính là bùn hoạt tính

(xem chương II) Bùn hoạt tính là các bông cặn có mầu nâu sẫm, chứa các chất hữu cơ hấp

phụ từ nước thải và là nơi cư trú cho các vi khuẩn cùng các sinh vật bậc thấp khác, như

nguyên sinh động vật sống và phát triển Trong nước thải có những hợp chất hữu cơ hòa tan

_—-loại hợp chất để bị vi sinh vật phân hủy nhất Ngoài ra, còn có loại hợp chất hữu cơ khó bị

- phân hủy hoặc loại hợp chất chưa hòa tan, khó hòa tan ở đạng keo ~ các dạng hợp chất này

có cấu trúc phức tạp cần được vi khuẩn tiết ra enzim ngoại bào, phân hủy thành những chất

đơn giản hơn.rồi sẽ thẩm thấu qua màng tế bào và bị oxi hóa tiếp thành sản phẩm cung cấp

vật liệu cho tế bào hoặc sản phẩm cuối cùng là CO; và nước Các hợp chất hữu cơ ở dạng ˆ

keo hoặc ở dạng các chất lơ lững khó hòa tan là các hợp chất bị oxi hóa bằng.vi sinh vật

Quá trình oxi hóa các chất bẩn hữu cơ xẩy ra trong aeroten qua ba giai đoạn:

— Giai doan thứ nhất: tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi Ở giai đoạn này bùn hoạt

tính hình thành và phát triển, Hàm lượng oxi cần cho vi sinh vật sinh trưởng, đặc biệt ở thời

gian đầu tiên thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rất phong phú, lượng sinh khối trong thời

gian này rất ít Sau khi vi sinh vật thích nghỉ với môi trường, chúng sinh trưởng rất mạnh

theo cấp số nhân Vì vậy, lượng tiêu thụ oxi tăng cao dần l

— Giai đoạn hai: vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi cũng ở mức gần

như ít thay đổi Chính ở giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất

— Hoạt lực enzim của bùn hoạt tính trong giải đoạn này cũng đạt tới mức cực đại và kéo

đài trong một thời gian tiếp theo Điểm cực đại của enzim oxi hóa của bùn hoạt tính thường

đạt ở thời điểm sau khi lượng bùn hoạt tính (sinh khối vi sinh vật) tới mức ổn định

Qua các thông số hoạt động của aeroten cho thấy ở giai đoạn thứ nhất tốc độ tiêu thụ

oxi (hay tốc độ oxi hóa) rất cao, có khi gấp 3 lần ở giai đoạn hai

~ Giai đoạn bạ: sau một thời gian khá dài tốc độ oxi hóa cảm chừng (hầu như ít thay

đổi) và có chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên Đây là giai đoạn niưat

hóa các mưối amon

Sau cùng, nhu cầu oxi lại giảm và cần phải kết thúc quá trình làm việc của aeroten (làm

việc theo mẻ) Ở đây cân lưu ý rằng, sau khi oxi hóa được 80 - 95% BOD trong nước thải,

nếu không khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, cần phải lấy bùn cặn

152

ra khỏi nước Nếu không kịp thời tách bùn, nước sẽ bị ô nhiễm thứ cấp, nghĩa là sinh khối

vi sinh vật trong bùn (chiếm tới 70% khối lượng cặn bùn) sẽ bị tự phân Tế bào vi khuẩn có hàm lượng protein rất cao (60 — 80% so với chất khô), ngoài ra còn có các hợp chất chứa

chất béo, hidratcacbon, các chất khoáng khi bị tự phân sẽ làm ô nhiễm nguồn nước

6.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải của aeroten

~ Lượng oxi hòa tan trong nước Điều kiện đầu tiên để đảm bảo cho aeroten có khả

năng oxi hóa các chất bẩn hữu cơ vớt hiệu suất cao là phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxi,

mà chủ yếu là oxi hòa tan trong mô¿ trường lỏng, một cách liên tục, đáp ứng đầy đủ cho nhu

cầu hiếu khí của vị sinh vật trong bùn hoạt tính Lượng oxi có thể được coi là đủ khi nước

thải ra khỏi bể lắng 2 có nồng độ oxi hòa tan là 2mg/l

Để đáp ứng được như cầu oxi hòa tan trong aeroten người ta thường chọn giải pháp: + Khuấy cơ học với các dạng khuấy ngang, khuấy đứng Song, biện pháp này không hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu oxi

+ Thổi và sục khí bằng hệ thống khí nén với các hệ thống phân tán khí thành các dòng

+ Kết hợp nén khí với khuấy đảo

— 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 (hoặc bị oxi hóa) bởi vi sinh vật Ngoài BOD, cần lưu ý tới hai thành phần khác: nguồn nitơ (thường ở đạng

NH2) và nguồn phospho (ở dạng muối phosphát) Những hợp chất này (ở dạng muối amon

và phosphat) là những chất dinh dưỡng tốt nhất đối với ví sinh vật Vi sinh vật phát triển

còn cần tới một loạt các chất khoáng khác, như Mg, K, Ca, Mn, Fe, Mn, Co'v.v Thường

các nguyên tố này ở dạng ion đều có mặt trong nước thải, không những chúng đủ đáp ứng cho nhu cầu sinh lý của vi sinh vật mà trong nhiều trường hợp còn quá thừa dư

Thiếu dinh dưỡng trong nước thải (coi nước thải là môi trường nuôi cấy) sẽ làm giảm mức độ sinh trưởng, phát triển tăng sinh khối của vi sinh vật, thể hiện bằng lượng bùn hoạt tính tạo thành giảm, kìm hãm và ức chế quá trình oxi hóa các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn Nếu thiếu nitơ một cách kéo dài, ngoài việc cản trở các quá trình hóa sinh còn làm cho bừn hoạt tính khó lắng, các hạt bông bị phồng lên trôi nổi theo dòng nước ra làm cho nước

khó trong và chứa một lượng lớn vi sinh vật, làm giảm tốc độ sinh trưởng cũng như cường

độ oxi hóa của chúng

Nếu thiếu phospho, vi sinh vật dạng sợi phát triển và cũng làm cho bùn hoạt tính lắng chậm và giảm hiệu quả xử lí :

Nói chung, thiếu dinh đưỡng hai nguền N và P lâu dài sẽ ảnh hưởng nhiều tới cấu tạo tế

bào mới, giảm mức độ sinh trưởng, ảnh hưởng không tốt tới di truyền và các thế hệ sau của

vi sinh vật Trong thực tế nếu dùng hồi lưu lại nhiều lần các quần thể vỉ khuẩn này trong bùn hoạt tính sẽ làm giảm hiệu suất làm sạch nước thải Để khắc phục điều này người ta để xuất một tỉ lệ các chất dinh dưỡng cho xử lí nước thải bằng phương pháp hiếu khí như sau:

‘

153

———`

BOD: N: P= 100: 5: 1 Tỉ số này thường chỉ đúng cho 3 ngày đầu Trong thời gian này vi

sinh vật trong aeroten phát triển mạnh và bùn hoạt tính cũng được tạo thành nhiều nhất:

(nhất là 1 - 2 ngày đầu tiên) Còn quá trình xử lí kéo dài thì tỉ lệ này cân là 200: 5: 1 (thời

gian xử lí có thể tới 20 ngày) Để cân đối đinh dưỡng có thể dùng các muối amon và

phosphat bổ sung vào nước thải để tăng nguồn N và P Có thể dùng urê hoặc supephosphat

vào mục đích này

Trường hợp dư thừa lượng N và P, vi sinh vật sử dụng không hết, phải khử các thành

phần này bằng các biện pháp đặc biệt tiếp theo (xem chương VIII, mục 8.6.1 và 8.6.2) hoặc

- xử lí bằng ao hồ ổn định với việc nuôi trồng bèo, rau muống và các thực vật nổi khác

— Néng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ có trong nước thải để đảm bảo cho aeroten

làm việc có hiệu quả

Nồng độ cơ chất trong môi trường ảnh hưởng nhiều tới đời sống của vị sinh vật Nói

chung chúng đều có nồng độ cơ chất tới hạn hoặc cho phép, nếu vượt quá sẽ ức chế đến sinh

lí 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 qưá trình hoạt động sống trong trường hợp nồng độ chất bẩn hữu cơ cao hơn nồng độ

cho phép

"Nói chung, các loại nước thải có thể xử lí bằng aeroten có lượng BOD vào khoảng 500

mg/l, còn trường hợp cao hơn (không quá 1000 mg/l) phải xử lí bằng aeroten khuấy trộn

hoàn chỉnh Nếu BOD cao quá mức trên đây thì ta phải pha loãng bằng nước được quy ước

là sạch (như nước sông, hồ không bị ô nhiễm) hoặc nước đã qua xử lí có lượng BOD ở dòng

- ra thấp Cũng có thể phải qua xử lí kị khí trước xử lí hiếu khí

— Các chất có: độc tính ở trong nước thải ức chế đến đời sống củá vỉ sinh vật

Để đảm bảo cho bùn hoạt tính được tạo thành và hoạt động bình thường trong nước thải

cần phải xác định xem nước thải làm môi trường dinh dưỡng để nuôi vi sinh vật có thích

hợp không, có kìm hãm, ức chế đến sinh trưởng và tăng sinh khối của chúng hay không?

Tiến hành xác định độc tính đối với vi sinh vật, có thể dùng nước thải để nguyên hoặc

pha loãng rồi cân đối đỉnh dưỡng, sau đó cấy giống vi sinh vật (có thể là giống thuần chủng

hoặc cặn bùn của nước thải)

Việc xác định này chỉ cho ta thấy loại nước thải nào đó có thể xử lí bằng kĩ thuật bùn

hoạt tính trong aeroten được hay không, chứ không thể suy ra được tính độc của các yếu tố

, (trong đó có kim loại nặng hoặc các chất độc khác) đối với vỉ sinh vật

Nông độ muối vô cơ trong nước thải không quá 10 g/1 Nếu là muối vô cơ thông thường,

có thể pha loãng nước thải và xử lí bằng phương pháp bùn hoạt tính, còn nếu là các chất độc

như kim loại nặng, các chất độc hữu cơ phải tiến hành phân tích cẩn thận và có biện pháp

xử lí riêng biệt (hấp phụ, trao đổi ion ), sau đó mới có thể xử lí bằng phương pháp sinh học

— pH của nước thải có ảnh hưởng nhiều đến các quá trình hóa sinh của vi sinh vật, quá

trình tạo bùn và lắng Nói chung, pH thích hợp cho xử lí nước thải ở aeroten là 6,5 — 8,5

Trong thời gian cuối, nước thải trong aeroten có úH chuyển sang kiểm, có thé là các hợp

chất nitơ được chuyển thành NHạ hoặc muối amon.,

— Nhiệt độ: Nhiệt độ nước thải trong aeroten có ảnh hướng 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 (mesophile):

154

a6

chúng có nhiệt độ sinh trưởng tối đa là 40°C và tối thiểu là 5C Vì vậy, nhiệt độ xử lí nước '

thải chỉ trong khoang 6 ~ 37°C, tét nhat 1a 15 — 35°C

_Như chúng ta đã biết, nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến chuyển hóa của vi sinh vật mà

còn ảnh hưởng nhiều tới quá trình hòa tan oxi vào nước cũng như khả năng kết lắng của các

bông cặn bùn hoạt tính Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng hóa sinh thường tính

Nếu nồng độ các chất lơ lửng không quá 100 mgi thì loại hình xử lí thích hợp là bể lọc

sinh học và nồng độ không quá 150mg/1 là xử lí bằng aeroten sẽ cho hiệu quả phân hủy các

chất hữu cơ nhiễm bẩn là cao nhất

Con số này cũng chỉ là quy ước trong thực nghiệm đối với những aeroten thông thường,

còn với các aeroten hiếu khí tích cực (khuấy đảo hoàn chỉnh) nồng độ các chất rấn | lơ lửng

có thể là cao hơn

Song, với lượng chất rắn lơ lửng cao thường làm ảnh hưởng tới hiệu quả xử lí Vì vậy,

đối với những nước thải có hàm lượng chất rắn lơ lửng quá cao cần phải qua lắng 1 trong

giai đoạn xử lí sơ bộ một cách đây đủ để có thể loại bỏ vần cặn lớn và một phân các chất

rắn lơ lửng

6.1.3 Phân loại aeroten Có nhiều cách phân loại aeroten:

~ Phân loại theo chế độ thủy động: aeroten đẩy, aeroten khuấy trộn và aeroten hỗn hợp

- Phân loại theo chế độ làm việc:của bùn hoạt tính: aeroten có ngăn hoặc bể tái sinh

(hoạt hóa) bùn hoạt tính tách riêng và loại không có ngăn tái sinh bùn hoạt tính tách riêng

— Theo tải trọng BOD trên 1 gam bùn trong một ngày ta có: aeroten tải trọng cao, aeroten tải trọng trung bình và aeroten tải trọng thấp

— Theo số bậc cấu tạo trong aeroten (xây aeroten có nhiều ngăn hoặc hành lang) ta có

cdc aeroten | bac, 2 bac, 3 bac

155

Sau đây giới thiệu một số aeroten đại diện thường dùng trong xử lí nước thải

Hình 6.1 Sơ đô làm việc của bể aeroten truyền thống

Nước thải sau lắng I được trộn đều với bùn hoạt tính hồi lưu ở ngay đầu bể aeroten

Lượng bùn hồi lưu so với lượng nước thải có độ ô nhiễm trung bình khoảng 20 — 30%

Dung tích bể tính toán sao cho khi dùng khí nén sục khối nước trong bể sau 6 — 8h,

Hoặc làm thoáng bẻ mặt bằng khuấy cơ học trong 9 — 12 giờ đã đảm bảo hiệu suất xử lí tới

Với aeroten kiểu này thường dòng để xử lí nước thải có BOD < 400mg/I Lượng không

khí cấp cho aeroten làm việc: 55 — 65m” không khí cho 1kg BOD Chỉ số thể tích của bùn,

(SVJ) là 50 — 150 ml/g Tuổi của bùn là 3 — 15 ngày

Aeroten kiểu này cần có ngăn trong bể hoặc ngoài bể để hoạt hóa (tái sinh) bùn hoạt

- tính Ngăn hay bể phục hồi bùn hoạt tính còn được gọi là ngăn tái sinh hoặc ngăn.hoạt hóa

Nồng độ bùn sau khi phục hồi đạt tối 7-~ 8g/1 (trong bể aeroten làm việc chỉ cần ở nồng độ

bùn là 2 — 3g/Ï).-

— Aeroten tải trọng cao Nước thái đi vào bể có độ nhiễm bẩn cao, thường là BOD >

500 mg/l Tải trọng trên bùn hoạt tính là 400 — 1000 mg BOD/g bùn (không tro) trong một

Nước sau khi xử lí sơ bộ được trộn đều với bùn hồi lưu (lượng bùn khoảng 10 — 20%)

rồi vào bể aeroten Nồng độ bùn hoạt tính trong bể < 1000 mg/I Sau 1 — 3 giờ sục khí đã

khử được 60 ~ 65% BOD và nước ra đã có thể đạt loại C hoặc gần loại B

Bề loại này thường áp dụng để xử lí nước thải công nghiệp chế biến thịt, sữa Các loại

bể truyền thống hoặc thông thường có thể thực hiện hiếu khí kéo dài và khử BOD gần như

hoàn toàn Trong các loại bể này các chất hữu cơ hòa tan dễ phân hủy sẽ bị oxi hóa trước

hết, sau đó là các chất khó phân hủy hơn ở dạng keo hoặc các dạng hạt nhỏ iơ lửng sẽ bị vỉ

sinh vật hấp thụ rồi bị phân hủy tiếp sau

156

Í _ Bamtuẩnhuàn Ban thi

Hình 6.2 Sơ đồ làm việc của aeroten được cấp khí giảm dần theo dòng chảy

Thường nước thải và bùn hoạt tính được đưa vào đầu bể Thường ở đây có nồng độ chất hữu cơ nhiễm bẩn lớn nhất, sẽ xẩy ra cường độ oxi hóa cao, nhu cầu lượng oxi lớn nhất Đo

đó cần cấp không khí nhiều nhất và giảm dần theo chiều dài của bể

~ Giảm được lượng không khí cấp, tức là giảm công suất máy nén khí, giảm điện năng

— Không có sự làm hiếu khí quá mức ngăn cản-sinh trưởng và hoạt động của các vi

khuẩn khử các hợp chất chứa nitơ, trong đó có khâu khử nitrat thành N¿ bay vào không khí Thời gian sục khí nước thải cùng bùn hoạt tính (kể cả lượng bùn hồi lưu) là 6~ 8 giờ Lượng bùn sau hoạt hóa được hồi lưu thường bằng 25 — 50% lưu lượng đồng vào

— Bể aeroten nhiều bậc

Nước thải sau lắng 1 được đưa vào aeroten bằng cách đoạn hay theo bậc, đọc theo chiều

Cấp khí đều đọc theo chiêu dài,

Cấp khí theo cách này sẽ dư oxi một chút ở phần cuối aeroten Song, aeroten được xây

thành nhiều ngăn thì sẽ khắc phục được dễ đàng (hình 6.3a và 6.3b) Mỗi ngăn ở đây là một

Bùn hôi lưu Ban thai

Hình 6.3b Sơ đô công nghệ xử lí nước thải bằng bể hiếu khí có khuấy (Aeroten 4 ngăn)

bac Nạp theo bậc có tác dung làm cân bằng tải trọng BOD theo thể tích bể, làm giảm sự thiếu hụt oxi ở đâu bể và lượng oxi được trải đệu theo đọc bể làm cho hiệu suất sử dụng oxi

tăng lên, hiệu suất xử lí sẽ cao hơn

Các loại bể nhiều bậc được xây bằng bêtông cốt thép thường có mặt bằng hình chữ nhật chia thành nhiều ngăn Mỗi ngăn có một hoặc nhiều hành lang, ngăn cách bằng tường dọc

lơ lửng không kéo dài tới cạnh đối diện Nước thải chảy nối tiếp theo chiều hành lang Tiết điện của mỗi hành lang có thể là hình vuông boặc hình chữ nhật Hình: 6.4 giới thiệu các

Hình 6.4 Sơ đô mặt cắt (a) và chiếu nằm (b) những khoang trong bể hiếu khí (aeroten):

1 Thành bể; 2 Ống dẫn khí nền; 3 Nước vào; 4 Nước ra;

6,7,8 Hành lang nước chấy; 5 Tấm bản phán tán khí

Aeroten một hành lang được dùng với ‡rạrn xử lí nhỏ và làm việc với quy trình không

hoạt hóa bùn hoạt tính Nước thải sau khi lắng 1 và bùn hoạt tính hồi lưu từ lắng 2 đều cho vào đâu hành lang (máng phân phối nước nằm ở phía trên, còn máng phân phối bùn nằm ở

phía dưới)

`, 158 ,

“65

Aeroten hai hành lang thường có ngăn tái sinh (hoạt hóa) bùn hoạt tính Dùng một hành

- lang làm ngăn tái sinh Thể tích ngăn này bằng 50% tổng thể tích aeroten Aeroten kiểu này

gần giống aeroten có ngăn ổn định và ngăn tiếp xúc Thường được dùng ở các trạm xử lí

Aeroten ba hành lang làm việc thuận tiện khi không cần phục hồi (tái sinh) bùn hoạt

tính Song, cũng có thể để riêng 1 hành lang (33% tổng thể tích aeroten) làm ngăn hoạt hóa

Aeroten bốn hành lang có nhiều ưu việt, làm việc thuận lợi hơn bất kì quy trình công

nghệ nào Có thể dành 25 — 75% tổng thể tích aeroten để tái sinh bùn hoạt tính Aeroten

kiểu này có lượng bùn hoạt tính với khả năng oxi hóa khá cao và hiệu suất khử BÓD tương đối lớn

— Bể aeroten có ngăn tiếp xúc với bùn hoạt tính đã ổn định (Aeroten ổn định — tiếp xúc) Hình 6.5 giới thiệu sơ đồ công nghệ của bể aeroten ổn định ~ tiếp xúc

Hình 6.5 Sơ đô công nghệ xử lí nước thải bằng bể ổn định — tiếp xúc

Bùn hồi lưu được đưa vào ngăn tái sinh (hay ngăn phục hồi hoặc còn gọi là ngăn hoạt hóa) Ở đây môi trường tái sinh là nước thải có hoặc không được cân bằng dinh dưỡng, nhưng nhất thiết phải sục khí và khuấy đảo (cũng có thể chỉ cần một trong hai biện

pháp hiếu khí) Bùn được phục hồi ở ngăn này khoảng 2 - 3 giờ, có khi tới 6 giờ để oxi hóa

hết các chất hữu cơ hấp phụ trên bể mặt và các khe hở của hạt bùn, tới khi ổn định (đạt

lượng bùn tối đa và các thông số khác đạt yêu cầu, đặc biệt là khả năng.oxi hóa là cao nhất

Nước thải từ lắng 1 được trộn đều với bùn hoạt tính tái sinh đã ổn định đưa vào ngăn

tiếp xúc Ở đây bùn hoạt tính hấp phụ các chất keo, các chất lơ lửng và đồng thời hấp phụ các chất hữu cơ ở dạng hòa tan có trong nước thải, quá trình oxi hóa các chất này xẩy ra tức

thì và diễn ra trong thời gian 30 — 60 phút Sau khi xử lí hỗn hợp bùn — nước đi sang bể lắng

2 Bùn thủ được ở bể lắng 2 được hồi lưu đưa vào ngăn tái sinh để làm ổn định Bùn dự được

%â ra ngoài để đưa đi xử lí bùn

Ưu điểm của bể: thông khí tích cực có dung tích nhỏ, chịu được sự dao động lớn của lưu

lượng và chất lượng nước thải, hiệu suất xử lí khá cao Quy trình này được ứng dụng và làm

_ việc cho hiệu suất cao trong xử lí nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp thực phẩm."

159

a= Acroten thông khí kéo đài (hình 6.6) -

Aeroten thông khí kéo dài được dùng xử lí nước thải có tỉ số là F/M (tỉ lệ giữa BOD,

- trong nước thải và bùn hoạt tính — mgBODz/mg bùn hoạt tính) thấp, tải trọng thấp, thời gian

thông khí thường là 20 — 30 giờ để duy trì hệ vi sinh vật làm việc ở pha hô hấp nội bào (hay

Công suất thích hợp cho aeroten loại này là < 3500 m?/ngay Trong sơ đồ công nghệ

không cần bể lắng 1, nước chỉ cần loại rác rồi đi thẳng vào aeroten Toàn bộ bùn ở ling 2

được tuần hoàn lại aeroten Bùn dư được đưa lên sân phơi

+ Tải trọng của bể này (tính theo BOD trên đơn vị thể tích bể): 240 ngơ) ngày

+ Lượng không khí cần cấp theo BOD:

* Bể sâu 1,8m cần 280 m”/Ikg BOD;

- * Bể sâu 2,7m cần 187 m°/Ikg BOD, |

+ Nếu làm thoáng bằng máy khuấy cơ học trên bề mặt thì cân không ít hơn 2 kgO,/ 1kgBODs

Hình 6.6 Sơ đô làm việc của bể aeroten thông khí kéo dai

~ Aeroten thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh

Bể hiếu khí có tốc độ thông khí cao và khuấy đảo hoàn chỉnh là loại aeroten tương đối -

lí tưởng để xử lí nước thải có độ ô nhiễm cũng như nồng độ các chất lơ lửng cao Aeroten

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 của bùn hoạt tính (thời gian lưu nước trong bể ngắn)

Trong bể Aeroten khuấy đảo hoàn chỉnh, nước thải, bùn hoạt tính, oxi hòa tan được

khuấy trộn đều, tức thời Do vậy, nồng độ bùn hoạt tính và oxi hòa tan được phân bố đều ở

mọi nơi trong bể và dẫn đến quá trình oxi hóa được đồng đều, hiệu quả cao

Ưu điểm của quy trình công nghệ này là:

+ Pha loãng ngay tức khấc nồng độ các chất nhiễm bần, kể cả các chất độc hại (nếu có)

+ Không xdy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở một nơi nào trong bể

+ Thích hợp cho xử lí các loại nước thải có tải trọng cao, chỉ số thể tích bùn cao, cặn

khó lắng

160° -

Hình 6.7 Sơ đỗ làm việc của bể aeroten thông khí cao có khuấy đảo hoàn chỉnh

Dựa trên nguyên lí làm việc của aeroten khuấy đảo hoàn chỉnh người ta thay không khí `

nến bằng cách sục oxi tỉnh khiết Hệ thống thông khí bằng oxi thuần khiết (UNOX) có

nguyên lí làm việc như hình 6.8 hoặc trong tác xitep Oxytank) l

|

| - Thiết bị phản ứng

Hình 6.8 Aeroten làm việc với khí nén là oxi

So với thông khí thông thường, thông khí bằng oxi có những ưu điểm:

+ Hiệu suất cao nên tăng được tải trọng BOD

+ Lang bin dé dang

+ Giảm mùi đáng kể trong quá trình xử lí

Ngày nay người ta đã chế tạo loại thiết bị cố dạng bể chứa hình trụ giống như các thùng -

lên men để xử lí hiếu khí các loại nước nhiễm bẩn cao bằng cách sục khí oxi Thiết bị đó

được gọi là oxiten (oxitank)

— Oxiten (oxitank)

Oxiten là thiết bị hoặc công trình xử lí nước thải có mức độ ô nhiễm lớn bằng phương pháp sinh học hiếu khí ở mức độ cao với việc sử dụng oxi kĩ thuật và bùn hoạt tính đậm đặc

Oxiten là bể chứa hình trụ, bên ngoài phía đưới hình côn và đáy có dạng hình trdn Bé

chứa hình trụ có tường phân chia vùng làm thoáng và vũng lắng Ở khoảng giữa tường phân

chia có cửa sổ để nước bùn từ vùng làm thoáng trào vào vùng lắng Ở phần dưới tường phân

chia có cửa số để bùn hoạt tính tuận hoàn từ vùng lắng sang vùng làm thoáng

161

1, Ống thông hơi; 2 và 5 Các van khóa; 3 Động cơ điện; 4 Thiết bị làm thoáng kiểu tuốc bin;

6 Mái che; 7 Ống dẫn cấp oxi; 8 Song chắn; 9: Máng thu; 10 Ống dùng để tháo bùn thừa;

11 Bể chứa tròn; 12 Tường ngăn; 13 Vùng làm thoáng; 14 Vỏ hình con; 15 Cửa số để bùn tuần hoàn từ

vùng lắng sang vùng làm thoáng; 16 Cửa sổ để nước bùn trào từ vàng làm thoáng sang vùng lắng;

17 Ống dẫn nước thải vào vùng làm thoáng; 18 Vùng lắng; 19 Ống xả nước đã xử lí

162

Vùng làm thoáng cổ nắp đậy kín, ở phía trên đặt động cơ điện của thiết bị làm thoáng, tuốc bin và ống dẫn cấp oxi kĩ thuật „

sẽ Vùng lắng có thiết bị khuấy trộn bằng các song chắn đặt đứng d = 30 — 30mm, khoảng cách giữa chúng 300mm Phần lắng làm việc với lớp bùn lơ lửng có ống tháo để điều chỉnh

, Nguyên lí làm việc của oxiten như sau: Nuc thai dẫn theo ống trung tâm vào vùng làm

thoáng Dưới tác động của ấp lực động do tuốc bin gay nên mà hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính bão hòa oxi trào qua cửa sổ lưng chừng vào vùng lắng Do các song chắn hướng dòng mà hỗn hợp nước bùn chuyển dịch dân theo chu vi của vùng lắng, và ở đây bùn được

tách khỏi nước thải và mịn lại Nước thải đi qua lớp chất lơ lửng (chất không hòa tan được

giữ lại) vào máng thu quanh thành bể và xả theo ống dẫn Bùn tuần hoàn lắng xuống, chui qua cửa sổ ở phần dưới tường phân chia vào vùng làm thoáng

Bể oxiten thường được trang bị hệ thống cấp oxi tự động theo yêu cầu tiêu thụ, Hệ thống này tự động đảm bảo nồng độ oxi hòa tan trong nước bùn theo yêu cầu khi có sự thay

đổi thành phần, nồng độ và lưu lượng nước thải

Trọng vùng làm thoáng luôn giữ nồng độ oxi hòa tan cao ở lớp nước trên cùng Nhờ đó

mà tốc độ oxi hóa chất hữu cơ tăng lên và đồng thời cũng tăng hàm lượng oxi ở trong hỗn

hợp Do lượng oxi hòa tan tới mức độ bão hòa mà trong nước bùn ở vùng lắng tiếp tục oxi

Các chỉ tiêu biểu thị công nghệ tối tu của bể oxiten là: nồng độ oxi hòa tan 10 ~ 12 mg/l

(trong các bể aeroten khoảng 2-4 mg/l); liéu lượng bùn 6 — 8 mg/l (trong cdc bể aeroten

2,5 — 3 mg/l); thdi gian làm thoáng (kể cả thời gian nước lưu ở vàng lắng) 2,5 — 3 giờ (ở bề

aeroten 5 - 6 giờ); chi phi xây dựng ít hơn 1,5 — 2 lần; chí phí quản lí ít hơn 2,5 — 3 lần

6.1.4 Tính toán thiết kế, vận hành và kiểm ‘soat aeroten

~ Thé tich làm việc của acroten có thể tính theo một trong những công thức sau: ‘

1 ¬ Theo tỉ số F/M: khối lượng cơ chất (chất nền) trên khối lượng bùn hoạt tính:

`M

2 — Theo tốc độ sử dụng cơ chất của 1 gam bùn hoạt tính trong một đơn vị thời gian

6.2

, tM) `” pa~z) 6?

(Công thức này được dùng trong các sách của Liên Xô trước đây và sách của tác giả

163