3.1 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI THỦY SẢN
3.1.3 PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
3.1.3.2 Xử lý sinh học trong điều kiện nhân tạo
Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng
Trong quá trình bùn hoạt tính, các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan chuyển hóa thành bông bùn sinh học – quần thể vi sinh vật hiếu khí – có khả năng lắng dưới tác dụng của trọng lực. Nước chảy liên tục vào bể Aeroten, trong đó khí được đưa vào cùng xáo trộn với bùn hoạt tính cung cấp oxy cho vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ.
Dưới điều kiện như thế, vi sinh vật sinh trưởng tăng sinh khối và kết thành bông bùn.
Hỗn hợp bùn và nước thải chảy đến bể lắng đợt 2 và tại đây bùn hoạt tính lắng xuông đáy. Một lượng lớn bùn hoạt tính (25 – 75% lưu lượng) tuần hoàn về bể Aeroten để giữ ổn định mật độ vi khuẩn, tạo điều kiện phân hủy nhanh chất hữu cơ. Lượng sinh khối dư mỗi ngày được dẫn đến công trình xử lý bùn.
Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2, H2O, NO3-, SO42-... Một cách tổng quát, vi sinh vật tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm: Pseudomonas, Zoogloea, Flacobacterium, Nocardia, Mycobacterium,... và hai loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas, nitrobacter. Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ thống cần có hàm lượng SS không vượt quá 150 mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu mỡ không quá 25 mg/l, pH từ 6,5 – 8,5 và nhiệt độ từ 6 – 370C.
Một số dạng bể ứng dụng quá trình bùn hoạt tính lơ lửng như:
- Bể Aeroten truyền thống
- Bể Aeroten khuấy trộn hoàn chỉnh - Mương oxy hóa
- Bể sinh học theo mẻ (SBR) Bể Aerotank truyền thống
Sơ đồ vận hành của bể Aerotank truyền thống như sau:
Xả bùn tươi Nước thải
Tuần hoàn bùn hoạt tính
laộngBeồ đợt 2 Beồ Aerotank
nguồn tiếp nhận Xả ra
Xả bùn hoạt tính thừa laộngBeồ
đợt 1
Hình 3.1: Sơ đồ làm việc của bể Aerotank truyền thống Bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh
Xả bùn tươi laộngBeồ đợt 1 Nước thải
Xả bùn hoạt tính thừa Tuần hoàn bùn
laộngBeồ
đợt 2 nguồn tiếp nhận Xả ra
Máy khuấy bề mặt
Hình 3.2: Sơ đồ làm việc của bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh
Ưu điểm chính của sơ đồ làm việc theo nguyên tắc khuấy trộn hoàn chỉnh là: pha loãng ngay tức khắc nồng độ của các chất ô nhiễm trong toàn thể tích bể, không xảy ra hiện tượng quá tải cục bộ ở bất cứ phần nào của bể, áp dụng thích hợp cho loại nước thải có chỉ số thể tích bùn cao, cặn khó lắng.
Mương oxy hóa
Mương oxy hóa là dạng cải tiến của bể Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh có dạng vòng hình chữ O làm việc trong chế độ làm thoáng kéo dài với dung dịch bùn hoạt tính lơ lửng trong nước thải chuyển động tuần hoàn liên tục trong mương.
Bể sinh học theo mẻ SBR
Thực chất của bể sinh học hoạt động theo mẻ (SBR – Sequence Batch Reactor) là một dạng của bể Aerotank. Khi xây dựng bể SBR nước thải chỉ cần đi qua song chắn, bể lắng cát và tách dầu mỡ nếu cần rồi nạp thẳng vào bể. Bể Aerotank làm việc theo mẻ liên tục có ưu điểm là khử được các hợp chất chứa nitơ, photpho khi vận hành đúng các quy trình hiếu khí, thiếu khí và yếm khí.
Bể sinh học làm việc theo từng mẻ kế tiếp được thực hiện theo 5 giai đoạn: đưa nước thải vào bể; tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính bằng sục khí;
lắng trong nước; tháo nước đã được lắng trong và chờ đợi để nạp mẻ mới.
Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám
Phần lớn vi khuẩn có khả năng sinh sống và phát triển trên bề mặt vật rắn, khi có đủ độ ẩm và thức ăn là các hợp chất hữu cơ, muối khoáng và oxy. Chúng dính bám vào bề mặt vật rắn bằng chất Gelatin do chính vi khuẩn tiết ra và chúng có thể dễ dàng di chuyển trong lớp Gelatin dính bám này. Đầu tiên vi khuẩn cư trú hình thành tập trung ở một khu vực sau đó màng vi sinh không ngừng phát triển , phủ kín toàn bộ bề mặt vật rắn bằng một lớp tế bào. Chất dinh dưỡng (hợp chất hữu cơ, muối khoáng) và oxy có trong nước thải cần xử lý khuếch tán qua màng biofilm vào tận lớp xenlulô.
Sau một thời gian, sự phân lớp hoàn thành: lớp ngoài cùng là lớp hiếu khí, được oxy khuếch tán xâm nhập, lớp giữa là lớp tùy nghi, lớp trong là lớp yếm khí không có oxy. Bề dày của lớp này phụ thuộc vào loại vật liệu đỡ (vật liệu lọc), bề dày lớp hoạt tính hiếu khí thường khoảng 300 - 400m.
Bể lọc sinh học
Là công trình được thiết kế nhằm mục đích phân hủy các vật chất hữu cơ có trong nước thải nhờ quá trình oxy hóa diễn ra trên bề mặt vật liệu tiếp xúc. Trong bể thường chứa đầy vật liệu tiếp xúc, là giá thể cho vi sinh vật sống bám. Vật liệu tiếp xúc thường là đá có đường kính trung bình 25 – 100 mm, hoặc vật liệu nhựa có chiều cao từ 4 -12m. nước thải được phân bố đều trên mặt lớp vật liệu bằng hệ thống quay hoặc vòi phun.
Bể lọc sinh học được chia thành hai dạng bể: bể lọc sinh học nhỏ giọt và bể lọc sinh học cao tải. Bể lọc sinh học nhỏ giọt thường dùng để xử lý sinh học hoàn toàn nước thải, giá trị BOD của nước thải sau khi làm sạch đạt tới 15 – 20 mg/l với lưu lượng nước thải không quá 1000 m3/ngđ. Bể lọc sinh học cao tải có những đặ điểm: tải trọng nước thải tới 10 – 30 m3/m2ngđ tức là gấp 10 – 30 lần so với bể lọc nhỏ giọt.
Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC)
Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC – Rotating Biological Contactors) được áp dụng đầu tiên ở CHLB Đức năm 1960 và hiện nay đã được sử dụng rộng rãi để xử lý BOD và Nitrat hóa. RBC bao gồm các đĩa tròn polystyrene hoặc polyvinyl chloride đặt gần sát nhau. Đĩa nhúng chìm khoảng 40% trong nước thải và quay ở tốc độ chậm. Khi đĩa quay, màng sinh khối trên đĩa tiếp xúc với chất hữu cơ có trong nước thải và sau đó tiếp xúc với oxy. Đĩa quay tạo điều kiện chuyển hóa oxy và luôn giữ sinh khối trong
điều kiện hiếu khí. Đồng thời đĩa quay còn tạo nên lực cắt loại bỏ các màng vi sinh không còn khả năng dính bám và giữ chúng ở dạng lơ lửng để đưa qua bể lắng đợt 2.
b) Quá trình kỵ khí
Phân hủy kỵ khí (Anaerobic Descomposotion) là quá trình phân hủy các chất hữu cơ thành các chất khí (CH4 và CO2) trong điều kiện không có oxy. Các động lực của quá trình kỵ khí và cân bằng vật chất nói chung là tương tự như các hệ thống hiếu khí, tuy nhiên có một vài khác biệt cần được cân nhắc. Việc chuyển hóa các axit hữu cơ thành khí metan sản sinh ra ít năng lượng. Lượng chất hữu cơ chuyển hóa thành khí vào khoảng 80-90%.
Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải, pH, nồng độ MLSS. Nhiệt độ thích hợp cho phản ứng sinh khí là từ 32 – 350C. Trong trường hợp nhiệt độ nhỏ hơn 300C có thể cung cấp thêm nhiệt độ để đạt được nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của vi sinh vật lên men kỵ khí. Tuy nhiên khí mêtan sinh ra từ bình phản ứng có thể được sử dụng để cung cấp nhiệt.
Ưu điểm nổi bật của quá trình xử lý kỵ khí là lượng bùn sinh ra rất thấp, vì thế cho phí cho việc xử lý bùn thấp hơn nhiều so với các quá trình xử lý hiếu khí.
Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc (Anaerobic contact process)
Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn. Hỗn hợp buùn à nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn, sau khi phân hủy hốn hợp được đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nước. Bùn tuần hoàn trở lại bể kỵ khí, lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm.
Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
Đây là một trong những dạng bể kỵ khí ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do hai đặ điểm chính sau:
- Cả ba quá trình phân hủy chất hữu cơ – lắng bùn – tách khí đước lắp đặt trong cùng một công trình.
- Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng.
Bên cạnh đó, quá trình xử lý sinh học kỵ khí UASB còn có những ưu điểm so với quá trình bùn hoạt tính hiếu khí như:
- Ít tốn năng lượng vận hành
- Ít bùn dư nên giảm chi phí xử lý bùn.
- Bùn sinh ra dễ tách nước.
- Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm chi phí bổ sung dinh dưỡng.
- Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí methane.
Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám Bể lọc kỵ khí
Bể lọc kỵ khí là bể chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ carbon trong nước thải. nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên hoặc từ trên xuống, tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó có vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phat triển. Vì vi sinh vật được giữ trên bề mặt vật liệu tiếp xúc và không vị rửa trôi theo nước sau xử lý nên thời gian lưu của tế bào sinh vật rất cao (khoảng 100 ngày).
Bể phản ứng có dòng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật liệu cố định
Là dạng kết hợp giữa quá trình xử lý kỵ khí lơ lửng và dính bám.