Báo cáo chuyên đề bể bùn hoạt tính hiếu khí unitank

Nguyên tắc hoạt động của bể sinh học hiếu khí Nguyên tắc hoạt động của công nghệ này là sử dụng các VSV hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải khi có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệ

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

Giảng viên hướng dẫn : TS PHẠM ANH ĐỨC

Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 11 năm 2014

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC

HIẾU KHÍ 1

1.1.Nguyên tắc hoạt động của bể sinh học hiếu khí 1

1.2.Khái quát các dạng bể xử lý sinh học bùn hoạt tính hiếu khí 7

1.2.1 Bể bùn hoạt tính truyền thống 8

1.2.2 Bể Aerotank 9

1.2.3 Bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn 10

1.2.4 Dòng chảy nút (Bể bùn hoạt tính cấp khí giảm dần) 11

1.2.5 Thổi khí nhiều bậc (bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc) 11

1.2.6 Mương oxy hóa 12

1.2.7 Bể hiếu khí gián đoạn – SBR (Sequencing Batch Reactor) 13

1.2.8 Bể Unitank 15

1.3 Ưu và nhược điểm của công nghệ xử lý nước thải sinh học hiếu khí 16

CHƯƠNG 2: BỂ BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ UNITANK 17

2.1 Giới thiệu về bể UNITANK 17

2.2 Các giai đoạn xử lý trong bể Unitank 19

2.2.1 Quy trình áp dụng xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học Unitank 22

2.2.2 Xử lý nước thải khu công nghiệp bằng công nghệ Unitank 23

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của UNITANK 24

2.2.4 Ưu và nhược điểm của công nghệ UNITANK 28

2.2.5 Các lĩnh vực ứng dụng 29

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BÊ UNITANK 32

3.1 Các công thức tính toán thiết kế bể UNITANK 32

3.2 Ví dụ về tính toán thiết kế bể UNITANK 34

CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG UNITANK 37

4.1 Vận hành hệ thống UNITANK 37

4.2 Điều khiển hệ thống UNITANK 38

4.3 Các thông số kiểm soát quá trình xử lý 39

4.4 Ví dụ hệ thống UNITANK 41

4.4.1 Lưu lượng, đặc tính chất lượng nước: 41

4.4.2 Xử lý nước thải chương trình tuyến đường quá trình thực tập, các nguyên tắc và đặc điểm quá trình 41

4.4.2.1 Quy trình 42

4.4.2.2.Nguyên tắc quy trình và đặc điểm 42

4.4.3 Cấu trúc chính, chức năng, kích thước, thiết kế thông số, kiểm soát hoạt động và quản lý bảo trì 42

4.4.3.1 Tổng quan xây dựng nhà máy xử lý 43

4.4.3.2 Một số lưu ý 43

4.4.4 Các thông số hoạt động của bể UNITANK 43

4.4.5 Các chỉ số theo từng mục đích sử dụng 43

4.4.6 Chi phí đầu tư 44

4.4.7 Vấn đề cần lưu ý về dự án: 44

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 45

Danh mục hình

Hình 1.1: mối quan hệ giữa 3 quá trình 1

Hình 1.2: Đồ thị về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý 5

Hình 1.3: Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý nước thải 6

Hình 1.6: Bể bùn hoạt tính truyển thống 7

Hình 1.4: Quá trình khử nito 7

Hình 1.5: Quá trình khử phospho 9

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống xử lý hiếu khí nước thải 10

Hình 1.8: Bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn 11

Hình 1.9: Hệ thống bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc 12

Hình 1.10: Mương oxy hóa 13

Hình 1.11: Các bước xử lý trong chu kỳ hoạt động của hệ thống SBR 14

Hình 1.12: Bể SBR 15

Hình 2.1: Cấu hình của UNITANK thông thường 17

Hình 2.2: Một dạng cấu hình khác của UNITANK 18

Hình 2.3: Quá trình hoạt động bể UNITANK 20

Hình 2.4: Sơ đồ hoạt động của Unitank 22

Hình 2.5: Quy trình xử lý nước thải sinh hoạt bằng Unitank 23

Hình 2.6: Sự gia tăng tốc độ tăng trưởng theo cấp số nhân với sự gia tăng nồng độ cơ chất, đến tối đa 27

Hình 2.7: Sự ảnh hưởng của độc chất đến sự sinh trưởng của vi sinh vật 28

Hình 2.6: UNITANK® multitrain - thành phố Brasilia - Brazil 30

Hình 2.7: UNITANK® đa tầng - nhà máy đường Cam Ranh - Việt Nam 30

Hình 2.8: UNITANK® CƠ BẢN - cấu hình chữ nhật Nhà máy lọc dầu Pemex – Mexico 31

Hình 2.9: UNITANK® NÂNG CAO - cấu hình tròn-Rousselot – Argentina 31

Hình 4.1: Sơ đồ vận hành của vi sinh vật trong bể 39

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BOD Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy sinh hóa

COD Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học F/M Food/ Microorganism

Tỷ lệ thức ăn/ vi sinh vật MLSS Mixed Liquor Recycled

Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn MLTSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solids

Tổng cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn MLVSS Mixed Liquor Volatile Suspended Solids

Các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi của hỗn hợp bùn

SRT Solids Retention Time

Thời gian lưu bùn

ĐẶT VẤN ĐỀ

Nước thải xuất phát từ hai nguồn chính: là nước thải sinh hoạt của con người và nước thải từ ngành công nghiệp sản xuất Tại Anh, tổng khối lượng nước thải từ các ngành công nghiệp là khoảng 7 lần so với nước thải sinh hoạt Nếu không được xử lý, và thải trực tiếp ra môi trường thì các nguồn tiếp nhận sẽ trở nên bị ô nhiễm và các bệnh truyền qua đường nước sẽ lây lan rộng rãi Từ những năm đầu của thế kỷ XX thì các biện pháp xử lý sinh học được đưa ra, và đây là cơ sở để xử lý nước thải trên toàn thế giới Nó chỉ đơn giản là giam hãm vi khuẩn tự nhiên ở nồng độ cao hơn rất nhiều trong bể Những

vi khuẩn này, cùng với một số động vật nguyên sinh và vi sinh vật khác, được gọi chung

là bùn hoạt tính Khái niệm về xử lý rất đơn giản Các vi khuẩn loại bỏ các phân tử carbon hữu cơ bằng cách “ăn” chúng Kết quả là vi khuẩn phát triển và nước thải được làm sạch Nước thải được xử lý sau đó được thải vào các vùng nước - thường là sông hoặc biển

Để tìm hiều rõ hơn, trong chuyên đề này chúng ta đi tìm hiểu về một công nghệ sử dụng bùn hoạt tính đó là bể UNITANK

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ 1.1 Nguyên tắc hoạt động của bể sinh học hiếu khí

Nguyên tắc hoạt động của công nghệ này là sử dụng các VSV hiếu khí

phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải khi có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ,

pH,…thích hợp

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ VSV gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào VSV Mặc dù có hàng ngàn phản ứng hóa học liên quan đến sự trao đổi chất của một loại vi khuẩn chúng ta có thể xác định ba quá trình chính có liên quan đến xử lý sinh học nước thải Đó là:

- Tiêu hóa

- Hô hấp

- Tăng trưởng và phân chia

Các quá trình này được đánh giá rất cao và tích hợp các mối quan hệ giữa chúng trong một tế bào vi khuẩn duy nhất có thể được biểu thị như sau:

Hình 1.1: Đại diện của một loại vi khuẩn duy nhất cho thấy mối quan hệ giữa 3 quá trình

Hình trên cho thấy con đường tiêu hóa cac bon hữu cơ Một số đi theo con

đường của quá trình dị hóa hoặc hô hấp và kết thúc là CO2 Carbon này bị mất vào

hệ thống Carbon hữu cơ còn lại sau quá trình đồng hóa hoặc theo đường tăng trưởng và kết thúc trong sinh khối mới Do đó carbon này được giử trong hệ thống Mục đích của hô hấp là để cung cấp năng lượng cần thiết cho sự tăng trưởng và duy trì các vi khuẩn

Tốc độ quá trình oxy hóa phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải vào hệ thống nước xử lý Ở mổi điểm nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng

Các hợp chất hữu cơ được sử dụng như là nguồn cacbon và năng lượng (tăng trưởng dị dưỡng), Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ đồ:

1.2 Mô tả quá trình sinh học hiếu khí

Quá trình phân hủy chất bẩn hữu cơ bằng công nghệ sinh học hiếu khí là quá trình lên men bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxy để cho sản phẩm là CO2, H2O,

NO3- và SO42- Trong quá trình xử lý hiếu khí các chất bẩn phức tạp như protein, tinh bột, chất béo… sẽ bị phân hủy 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 hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa 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 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:

C x H y O z N + (x+ y/4 + z/3 + ¾) O 2 men > xCO 2 + [(y-3)/2] H 2 O + NH 3

Trong các bể xử lý sinh học các vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu vì nó chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải Trong các bể bùn hoạt tính một phần chất hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí và hiếu khí không bắt buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ còn lại thành tế bào vi

khuẩn mới Vi khuẩn trong bể bùn hoạt tính thuộc các giống Pseudomonas,

Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium

và hai loại vi khuẩn nitrat hóa là Nitrosomonas và Nitrobacter Ngoài ra còn các loại hình sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothirix, Lecicothrix và Geotrichum Ngoài

các vi khuẩn các vi sinh khác cũng đóng vai trò quan trọng trong các bể bùn hoạt

tính Ví dụ như các nguyên sinh động vật và Rotifer ăn các vi khuẩn làm cho nước

thải đầu ra sạch hơn về mặt vi sinh

Khi các bể xử lý được xây dựng xong và đưa vào vận hành thì các vi khuẩn có sẵn trong nước thải bắt đầu phát triển theo chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong một mẻ cấy vi sinh Trong thời gian đầu, để sớm đưa hệ thống xử lý vào hoạt động gần đó cho thêm vào bể mới như một hình thức cấy thêm vi khuẩn cho bể xử lý Chu

kỳ phát triển của các vi khuẩn trong bể xử lý bao gồm 4 giai đoạn:

 Giai đoạn tiềm phát (lag-phase): xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và bùn của các bể khác được cấy thêm vào bể Đây là giai đoạn để các vi khuẩn thich nghi với môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào

 Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khuẩn tiến hành phân bào và tăng nhanh về số lượng Tốc độ phân bào phụ thuộc vào thời gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thức ăn trong môi trường

 Giai đoạn cân bằng (stationary phase): lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một số lượng ổn định Nguyên nhân của giai đoạn này là các chất dinh dưỡng cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi sinh vật đã bị sử dụng hết, số lượng vi khuẩn sinh ra bằng với số lượng vi khuẩn đã chết đị

 Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số lượng vi khuẩn chết đi nhiều hơn vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm nhanh Giai đoạn này có thể do các loài có kích thước thường khả kiến hoặc là do đặc điểm của môi trường

Hình 1.2: Đồ thị về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý

Đồ thị trên mô tả sự tăng trưởng của một quần thể vi khuẩn đơn độc Thực tế trong xử lý có nhiều quần thể khác nhau và có đồ thị tăng truongr giống nhau về dạng nhưng khác nhau về thời gian tăng trưởng cũng như đỉnh của đồ thị Trong một giai đoạn bất kỳ nào đó sẽ có một số lượng chủ đạo do ở thời điểm đó các điều kiện như

pH, oxy, dinh dưỡng, nhiệt độ… phù hợp cho loài đó Sự biến động về các vi sinh vật

chủ đạo trong bể xử lý được biểu diễn theo hình 1.2 Khi thiết kế và vận hành hệ

thống xử lý chúng ta phải để ý tới cả hệ vi sinh vật này, không nên nghĩ rằng đây là một “ hộp đen” với những vi sinh vật bí mật

Hình 1.3: Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý nước

thải

Trong các bể xử lý nước thải vi khuẩn đóng một vai trò quan trọng hàng đầu Do đó trong các bể này chúng ta phải duy trì một mật độ vi khuẩn cao tương thích với lượng các chất ô nhiễm đưa vào bể Điều này có thể thực hiện thông qua quá trình thiết kế và vận hành

Trong quá trình thiết kế chúng ta phải tính toán chính xác thời gian lưu tồn lưu của vi khuẩn trong bể xử lý và thời gian này phải đủ lớn để các vi khuẩn có thể sinh sản được Trong quá trình vận hành, các điều kiện cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn (pH, chất dinh dưỡng, nhiệt độ, khuấy trộn…) phải được điều chỉnh ở mức thuận lợi nhất cho vi khuẩn

 Giai đoạn 2: quá trình chuyển hóa cơ chất:

- Oxy hóa và tổng hợp tế bào (quá trình đồng hóa):

Khi không đủ cơ chất, quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng sự tự oxy hóa chất liệu tế bào

 Giai đoạn 3: Quá trình khử nito và phospho:

Hình 1.4: Quá trình khử nito

Hình 1.5: Quá trình khử phospho

1.2 Khái quát các dạng bể xử lý sinh học bùn hoạt tính hiếu khí

Quá trình bùn hoạt tính: Quá trình bùn hoạt tính là sử dụng vi sinh vật để ăn các

chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải, tạo dòng ra chất lượng cao Nguyên tắc cơ bản đằng sau tất cả quá trình bùn hoạt tính là như quá trình phát triển của vi sinh vật, chúng tạo thành các hạt kết hợp lại với nhau Những hạt này được lắng xuống đáy của bể để lại phía trên là dòng nước tương đối sạch các chât hữu cơ và các chất rắn lơ lững

Mô tả đơn giản, nước thải được trộn với một lượng chất lỏng tái sinh có chứa một

tỉ lệ cao của các sinh vật lấy từ một bể lọc thứ cấp Hỗn hợp này được khuấy trộn và đưa vào một lượng lớn không khí, cung cấp oxy và giữ chất rắn ở trạng thái lơ lửng Sau một thời gian hỗn hợp này chảy vào một vùng lắng, nơi đó cho phép bùn lắng xuống Một phần của vi khuẩn được loại bỏ vì nó lẵng xuống, và một phần dòng nước sạch đi vào xử

lý thêm

Bùn hoạt tính – hạt bùn trong nước thải do sự phát triển của các vi sinh vật trong

bể hiếu khí Thuật ngữ “hoạt tính ” xuât phát từ thực tế là các hạt tràn ngập vi khuẩn, nấm, và động vật nguyên sinh Bùn hoạt tính thì khác với bùn nguyên sinh trong đó các hạt bùn chứa nhiều vi sinh vật có thể ăn các chất hữu cơ từ trong nước thải đến

Các thuật ngữ thường gặp trong xử lý hiếu khí bằng bùn hoạt tính:

Aerobic - một điều kiện mà có oxy hiện diện

BOD - nhu cầu oxy sinh hóa

Bulking - bùn hình thành những đám mây trong thứ cấp không lắng khi bùn không

giải quyết đúng cách, thường được gây ra bởi vi khuẩn dạng sợi

F: M - thực phẩm với tỷ lệ vi khuẩn

Floc - khối của vi khuẩn

Keo tụ - kích động nước thải để tạo ra việc nhỏ, hạt lơ lửng để bó lại với nhau

thành các hạt nặng hơn (floc) và lắng xuống

Tải Lượng - Lượng nguyên liệu thêm vào trong một quá trình

SRT - thời gian lưu giữ bùn

Nổi trên mặt - chất lỏng đó được lấy ra từ bùn giải quyết Nó thường được dùng để

chỉ chất lỏng giữa bùn phía dưới và cặn bã trên bề mặt

Quá trình sinh học xảy ra qua 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Bùn hoạt tính hình thành và phát triển Lúc này, cơ chất và chất dinh dưỡng

đang rất phong phú, sinh khối bùn còn ít Theo thời gian, quá trình thích nghi của VSV tăng, chúng thường sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân, sinh khối bùn tăng mạnh Vì

vậy, lượng oxy tiêu thụ tăng dần vào cuối giai đoạn này rất cao Tốc độ phan hủy chất bẩn

hữu cơ tăng dần

Giai đoạn 2: VSV phát triển ổn định hoạt lực enzim đạt max và kéo dài trong thời gian

tiếp theo Tốc độ phân hủy chất hữu cơ đạt max, 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 3: Tốc độ tiêu thụ oxy có chiều hướng giảm dần và sau đó lại tăng lên Tốc độ

phân hủy chất bẩn hữu cơ giảm dẫn và quá trình Nitrat hóa Amoniac xảy ra Sau cùng,

nhu cầu tiêu thụ oxy lại giảm và quá trình làm việc của bể xử lý kết thúc

1.2.1 Bể bùn hoạt tính truyền thống

Trong một nhà máy bùn hoạt tính truyền thống nước thải chủ yếu được xử lý và

thích ngi vi sinh vật (bùn hoạt tính hoặc sinh khối) được sục khí trong một chậu hoặc bể

Sau một thời gian sục khí đầy đủ, các cụm kết bông bùn hoạt tính rắn được tách ra từ

nước thải trong một bể lắng thứ cấp Nước sau đó chảy về phía trước để xử lý thêm hoặc

thải ra Một phần của dòng chảy bùn lắng phía dưới được trả lại cho các lưu vực sục khí

để trộn vói dòng nước thải tiếp theo đi vào bể và phần bùn còn lại được thải ra vào khu

vực xử lý bùn của nhà máy xử lý

Hình 1.6: Bể bùn hoạt tính truyển thống

1.2.2 Bể Aerotank

Aerotank hoạt động dựa trên các chủng vi sinh vật có khả năng oxi hóa và

khoáng hóa các chất hữu cơ có trong nước thải Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí

với sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân huỷ xảy ra khi nước thải tiếp

xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu

cầu cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái

lơ lửng Bản chất của phương pháp là phân huỷ sinh học hiếu khí với cung cấp ôxy cưỡng bức và mật độ vi sinh vật được duy trì cao (2.000mg/L –5.000mg/L) do vậy tải trọng phân huỷ hữu cơ cao và cần ít mặt bằng cho hệ thống xử lý Tuy nhiên hệ thống có nhược điểm

là cần nhiều thiết bị và tiêu hao nhiều năng lượng

Hệ thống xử lý nước thải trong bể bùn hoạt tính aerotank được mô tả ở hình 1.5

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống xử lý hiếu khí nước thải

Aerotank được phân loại theo: chế độ thủy động lực dòng chảy vào; chế độ làm việc của bùn hoạt tính; cấu tạo Aerotank,

1.2.3 Bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn

Loại bể bùn này mục đích là để xử lý nước thải công ngiệp có nồng độ đậm đặc, đặc biệt là các chất hữu cơ khó phân hủy Việc xử lý loại nước thải này thường khó thực hiện trong bể bùn hoạt tính truyền thống do nồng độ các chất hữu cơ đầu vào quá cao, nó

sẽ ngăn chặn sự tạo thành sinh khối, khiến cho quá tình xử lý kém hiệu quả Trong quá trình khuấy trộn hoàn toàn, nước thải chảy đến và bùn tái sinh được đưa vào hòa trộn thông qua các bể hiếu khí Điều này cho phép nhu cầu oxy thống nhất trong cả bể sục khí

và thêm vào hoạt động ổn định khi xử lý có tải trọng va đập Thời gian sục khí dao động

từ 3- 6h Tỉ lệ tuần hoàn trong một hệ thống khuấy trộn hoàn toàn sẽ nằm trong khoảng 50-150 %

Hình 1.8: Bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn

1.2.4 Dòng chảy nút (Bể bùn hoạt tính cấp khí giảm dần)

Sơ đồ này áp dụng khi thấy rằng đầu vào của bể cần lượng oxy lớn hơn (do nồng độ chất hữu cơ vào bể aerotank được giảm dần từ đầu đến cuối bể), do đó phải cung cấp không khí nhiều hơn ở đầu vào và giảm dần ở các ô tiếp theo để đáp ứng cường độ tiêu thụ oxy trong toàn bể

Ưu điểm:

- Giảm được không khí cấp vào, nghĩa là giảm công suất của máy thổi khí

- Không có hiện tượng làm thoáng quá mức làm ngăn cản sự sinh trưởng của vi khuẩn khử các hợp chất chứa Nito

- Có thể áp dung ở tải trọng cao, chất lượng nước ra tốt hơn

1.2.5 Thổi khí nhiều bậc (bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc)

Hình 1.9: Hệ thống bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc

Dòng nước được đưa vào hệ thống này ở những vị trí khác nhau dọc theo chiều dài bể Thông thường bể này có 4 ngăn , và nhu cầu cơ chất đầu vào cung cấp cho từng ngăn là như nhau và bằng ¼ tổng lưu lượng nước thải cần xử lý Thời gian phản ứng hay thời gian không khí của hệ thống thường từ 4-8 giờ (phụ thuộc lưu lượng dòng chảy), thời gian ở từng ngăn là 4-12 ngày Nạp theo bậc có tác dụng làm cân bằng tải trọng BOD theo thể tích và làm giảm độ thiếu hụt oxy ở đầu bể và lượng oxy cần thiết được trải đều dọc theo

bể, làm cho hiệu suất sử dụng oxy tăng lên, kết quả thường loại bỏ được từ 80-95% BOD5

và các chất rắn lơ lửng ra khỏi nước thải

1.2.6 Mương oxy hóa

Mương oxy hóa là một biến thể cực kỳ hiệu quả của quá trình bùn hoạt tính, bao gồm một kênh hình tròn hoặc oval được trang bị với các thiết bị thông khí cơ học, chẳng hạn như cánh khuấy hoặc thiết bị sục khí đĩa

Mương oxy hóa thường hoạt động ở chế độ thông khí kéo dài với thời gian lưu bùn dài (SRTs) Các chất rắn được duy trì trong hệ thống treo như hỗn hợp chất thải và bùn lưu thông xung quanh mương

Hình 1.10: Mương oxy hóa

Nhà máy sử dụng quá trình mương oxy hóa có thể được thiết kế để đạt được mục tiêu cụ thể bao gồm nitrat hóa, khủ nito và xử lý sinh học phot pho Và do mực nước đến liên tục

và xả liên tục nên công nghệ mương oxy hóa là rất đáng tin cậy và không gây ra một sự đột biến nước thải nào cho quá trình sinh học khác, khác với SBR

Mương oxy hóa thì hiệu quả năng lượng nhiều hơn so với quá trình tương tự khác, vì vậy công nghệ này có thể coi là một sự lựa chọn tốt cho các cộng đồng và tôt chức nhỏ xử lý nươc thải thông thường Nhưng mương oxy hóa cần một diện tích đất lớn hơn mà đôi khi

hạn chế sử dụng ở những nơi đất có giá thành cao

1.2.7 Bể hiếu khí gián đoạn – SBR (Sequencing Batch Reactor)

Bể SBR là bể xử lý bằng phương pháp sinh học theo quy trình phản ứng

từng mẻ liên tục

Quá trình SBR là một phản ứng với một loạt các loại bỏ phốt pho và nitơ,

bằng cách kiểm soát các trình tự thời gian hoàn thành trong lò phản ứng tương tự

Bể SBR là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính lơ lửng theo kiểu làm

đầy và xả cặn, hoạt động theo chu kỳ gián đoạn (do quá trình làm thoáng và lắng

trong được thực hiện trong cùng một bể) Các bước xử lý trong chu kỳ hoạt động

của hệ thống như sau: 1-làm đầy, 2-sục khí, 3-lắng trong, 4-xả cặn dư và xẻ nước

ra, 5-nghỉ Tiếp tục thực hiện xử lý theo chu kỳ mẻ nước thải khác

Hình 1.11: Các bước xử lý trong chu kỳ hoạt động của hệ thống SBR

Pha làm đầy (fill): Thời gian bơm nước vào kéo dài từ 1-3 tiếng Tùy thuộc vào đối tượng cần xử lý quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: tĩnh, khuấy trộn hoặc thông khí Trạng thái tĩnh là do năng lượng đầu vào thấp và nồng độ các chất nền cao ở cuối giai đoạn Trạng thái khuấy trộn là do có sự khử Nitrat (khi có sự hiện diện của nitrat) các chất

lơ lửng sẽ làm giảm nhu cầu oxy và năng lượng đầu vào, và cần phải có điều kiện thiếu hoặc kỵ khí cho quá trình loại bỏ sinh hóa P Trạng thái thông khí là do các phản ứng hiếu khí ban đầu, làm giảm thời gian tuần hoàn và dư nồng độ chất nền ở mức thấp, điều này là quan trọng nếu tồn tại thành phần các chất hữu cơ dễ bị phân hủy với nông độ độc tính cao

Pha phản ứng, thổi khí (React): Tạo phản ứng sinh hóa giửa nước thải và bùn hoạt tính bằng sục khí hay làm thoáng bề mặt để cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp Thời gian làm thoáng phụ phuộc vào chất lượng nước thải, thường là 2h Trong pha phản ứng, quá trình Nitrat hóa có thể thực hiện, chuyển Nitơ từ dạng N-NH3 chuyển sang N-

NO2 và nhanh chóng chuyển sang dạng N-NO3

Pha lắng (settle): Quá trình diển ra trong môi trường tĩnh Thời gian lắng trong và cô đặc bùn thường kết thúc sớm hơn 2 giờ

Pha rút nước (draw): Khoảng 0.5 giờ

Pha chờ: Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian vận hành

Hình 1.12: Bể SBR

1.2.8 Bể Unitank

Bể này chúng ta sẽ đi tìm hiều chi tiết hơn ở phần sau

1.3 Ưu và nhược điểm của công nghệ xử lý nước thải sinh học hiếu khí

 Ưu điểm:

So với công nghệ kỵ khí thì công nghệ hiếu khí có các ưu điểm là hiểu biết về quá trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn Công nghệ hiếu khí không gây ô nhiễm thứ cấp như phương pháp hóa học, hóa lý

 Nhược điểm:

Nhưng công nghệ hiếu khí cũng có 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, đặc biệt chi phí 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 Sau khi xử lý sinh ra một lượng bùn dư và lượng bùn này kém ổn định, do đó

đòi hỏi về chi phí đầu tư để xử lý bùn Xử lý nước thải có tải trọng không cao như phương pháp kỵ khí

tự mẻ (SBR) Nó là một lò phản ứng hình chữ nhật được chia thành ba ngăn, tên là ngăn

A, B và C (Hình 2.1) Khối lượng của ba ngăn là giống nhau và mỗi ngăn được trang bị

hệ thống thông khí và khuấy Quá trình hoạt động theo một chu kỳ hoạt động, trong đó có ngăn B hoạt động như bể phản ứng duy nhất, ngăn A và C là một trong hai bể phản ứng hoặc bể lắng Ba ngăn được kết nối với nhau bằng đường ống từ đáy hoặc thông qua bức tường đục Nước thải được đưa vào ngăn A, B và C luân phiên và nước sạch được thải ra

từ ngăn C hoặc A Không có bể lắng và bùn trở lại thiết bị chính UNITANK thường được xem như bản sửa đổi của SBR Tuy nhiên, nó khá khác với SBR trong cấu hình và điều kiện thủy lưc bởi vì dòng chảy đến và chảy đi thì liên tục Những lợi thế đặc biệt của UNITANK bao gồm hoạt động và dễ dàng để bảo trì Kiểm soát thay thế có thể thực hiện một chu kỳ của điều kiện kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí và lắng xuống trong một bể để loại bỏ chất hữu cơ và tăng cường loại bỏ các chất dinh dưỡng sinh học Là loại phương pháp xử

lí nước thải có hiệu suất cao, mang tính kinh tế và rất linh hoạt, có triển vọng phát triển trong tương lai

Hình 2.1: Cấu hình của UNITANK thông thường

Hình 2.2: Một dạng cấu hình khác của UNITANK

Bể Unitank là một công trình nhân tạo dùng để xử lý nước thải bằng cách sử dụng các quá trình sinh học hiếu khí diễn ra quá trình oxy hóa các chất hữu cơ với sự tham gia của các VSV hiếu khí, được diễn ra liên tục và có tính chu kỳ Nó có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào lưu lượng nước thải

Cấu tạo đơn giản nhất của một hệ thống Unitank là một khối bể hình chữ nhật được chia làm 3 ngăn, 3 ngăn này thông nhau bằng cửa mở ở phần tường chung Kích thước mỗi ngăn là 20,5m x 20,5m x 5m; chiều cao 5m nhưng mực nước được giữ ở mức 4,5m Trong mỗi ngăn có một máy sục khí bề mặt công suất 75KW và cánh khuấy Hai ngăn ngoài có thêm hệ thống máng tràn nhằm thực hiện cả hai chức năng: vừa là bể Aerotank (sục khí) và bể lắng Nước thải được đưa vào từng ngăn Nước sau xử lý theo máng tràn ra ngoài; bùn sinh học dư cũng được đưa ra khỏi hệ thống từ hai ngăn ngoài Hoạt động của bể gồm hai pha chính và hai pha trung gian nối tiếp nhau cho phép xử lý được liên tục mà không cần bể lắng riêng và hồi lưu bùn vào bể sục khí Quá trình hoạt động này được tự động hoá hoàn toàn

Tùy thuộc vào lưu lượng, tính chất nước thải ban đầu và yêu cầu mức độ xử lý có thể lựa chọn một trong những hệ UNITANK phù hợp như: UNITANK đơn; đôi; một bậc hiếu khí; hai bậc hiếu khí; hai bậc yếm khí –hiếu khí

 Bản chất các quá trình của xử lý bể Unitank

1/ Oxy hóa chất hữu cơ: CxHyOz + O2 => CO2 + H2O + DH

2/ Quá trình Nitrat hóa

- Chuyển hóa Amoniac thành Nitrite dưới tác dụng của vi khuẩn Nitrosomaonas

- Chuyển hóa Nitrit thành Nitrat dưới tác dụng của vi khuẩn Nitrobacter

3/ Quá trình khử Nitrat

4/ Quá trình khử Photpho:

- Phốt pho tồn tại trong nước thải dưới các dạng orthophosphate, polyphosphate

và phốt pho hữu cơ Trong quá trình xử lý sinh học, phốt pho trong nước thải được tách ra thông qua việc tạo thành các mô của tế bào vi sinh vật trong quá trình khử chất

2.2 Các giai đoạn xử lý trong bể Unitank

Do mực nước ở ba bể có sự chênh lệch, đã giúp dòng chảy chảy từ bể sục khí thứ nhất đến bể giữa và từ bể lắng ra ngoài Lúc đầu, mực nước dẫn vào của bể thứ nhất là cao nhất, đồng thời việc mực nước thải chiếm toàn bộ thể tích bể đã giúp cố định ống dẫn nước ở cửa ngăn giữa hai bể Lúc bể trái qua thời kì sục khí đến thời kì lắng, mực nước trong bể hạ xuống, hỗn hợp chất lỏng gồm bùn và chất thải lắng xuống, được giữ lại trong ống dẫn nước Để đưa hỗn hợp chất lỏng này ra ngoài, ta dùng nước sạch vệ sinh đường ống, nước sạch sẽ giúp các chất lỏng đó quy tụ lại rồi đẩy chúng ra ngoài bằng cửa thoát của bể, dùng máy bơm cỡ nhỏ để nâng lên sau bể giữa Dưới đây là hình ảnh minh họa cho chu trình