Lọc Sinh Học Bởi Lớp Vật Liệu Lọc Ngập Trong Nước.

trong thiết bị lọc sinh học người ta thay vật liệu lọc bằng những tấm mang làm bằng vật liệu nhẹ, xốp có cấu tạo dạng ống hoặc dạng miếng, chúng được thiết kế sao cho có nhiều nếp gấp khúc để tăng diện tích bề mặt.

Nước thải có chứa vi sinh vật tham gia xử lý được tưới từ trên xuống lớp vật liệu lọc hay tấm mang theo nguyên tắc chênh lệch thế năng. Khi dòng nước thải chảy qua vật liệu lọc hay tấm mang vi sinh vật sẽ phát triển làm cho màng sinh vật bám vào khắp bề mặt của nguyên liệu lọc, tấm mang. Như vậy nước thải theo dòng chảy từ trên xuống sẽ tiếp xúc với màng sinh vật.

Khi đó sẽ xảy ra quá trình oxy hoá các chất bẩn có trong nước thải để cuối cùng khi đến bể lắng thứ cấp nước thải sẽ co ùchỉ số BOD5 giảm đi rất nhiều so với nước thải chưa xử lý.

Trong quá trình vận hành của bể lọc sinh học, sự sinh trưởng và chết của màng sinh học xảy ra không ngừng. Khi màng sinh vật bị chết sẽ bị tách ra khỏi nơi bám và bị cuốn theo dòng nước chảy ra khỏi bể lọc, cuối cùng sẽ được lắng đọng ở bể lắng thứ cấp cùng với cặn bùn.

Hiệu quả của hệ thống bể lọc sinh học rất cao có thể giảm 90% chỉ số BOD5 của nước thải.

Hình 3.1 : Cấu tạo của màng lọc sinh học

3.1.2 Phân loại lọc sinh học

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 96 trang tài liệu này.

Dựa vào nguyên tắc hoạt động, quá trình lọc sinh học chia làm 3 loại:

Lọc sinh học ngập nước( submerged filter); vật liệu lọc đặt ngập chìm trong nước. Được chia thành nhiều loại dựa trên cách hoạt động của giá thể: nền cố định( fixed bed), nền mở rộng( expanded bed) và nền giá lỏng( fluiđize bed).

Thiết bị sinh học tiếp xúc quay( Rotating Contactor): Đĩa quay sinh học sử dụng một lượng lớn các đĩa quay một phần hay hoàn toàn trong nước. Nước thải được làm sạch bằng hệ thống màng lọc chính là các vi sinh vật tạo thành xung quanh mặt đĩa mà RBC là một ví dụ cho trường hợp này.

Hình 3.2: Đĩa quay sinh học

Thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt( trickling filter); Nước được chảy từ trên xuống qua toàn vật liệu lọc. Lọc sinh học nhỏ giọt gồm một bể tròn hay hình chữ nhật có chứa vật liệu lọc( đá, ống nựa, nhựa miếng). Nước thải được tưới liên tục hay gián đoạn từ một ống phân phối thích hợp đặt bên trên bể. Khi nước thải tiếp xúc với lớp màng vi sinh trên bề mặt giá thể cũng là lúc chất hữu cơ được tiêu thụ. Và như thế nước thải được làm sạch.

Hình 3.3: Lọc sinh học nhỏ giọt

3.2 Lọc sinh học bởi lớp vật liệu lọc ngập trong nước.

3.2.1 Cấu tạo và quy trình vận hành

Được sử dụng ở Pháp, Mỹ, Úc trong những năm 90 của thế kỷ XX, dùng để xử lý nước thải sinh hoạt và công nghệ thực phẩm. Hiện nay trên thế giới đã có nhiều loại bể lọc với vật liệu ngập trong nước được sử dụng. Vật liệu lọc thường là các vật liệu nhẹ, dễ nổi.

Ở Việt Nam áp dụng thành công loại bể lọc vật liệu lọc nổi để xử lý nước cấp đến quy mô 10000m3/ ngày. Với nước thải loại bể này đã áp dụng để xử lý nước thải của một số bệnh viện.

Vật liệu lọc nổi d=2-5mm

Cấu tạo:

Hình 3.4: Cấu tạo bể lọc sinh học có vật liệu ngập nước

1: Máng phân phối nước thải sau khi qua lắng 1 2: Giàn ống khoan lỗ phân phối vào và thu nước xả rửa

3: Ống xả nước rửa lọc 4: Máng thu nước lọc

5: Ống dẫn nước đã lọc sang bể lọc đợt 2 hoặc vào bể tiếp xúc khử trùng nước thải.

6: Ống dẫn và giàn ống phân phối khí 7: Hộp ngăn nước trở lại máng gió

8: Ống dẫn gió từ máy nén tới

9:Hạt vật liệu nổi polystyrol( hạt móp) đường kính 2- 5 mm, diện tíh bề mặt 700- 800 m2/ m3 vật liệu lọc.

10: Lưới chắn inox, mắt lưới 1,5x 1,5 mm

11: Khoang trống để lớp vật liệu lọc giãn nở,khi rửa thường lấy bằng 1/ 2 chiều dày lớp lọc.

12: Chiều cao lớp nước để rửa lọc thường lấy từ 1,2- 2,4 m

Nước sau khi qua bể lắng 1 được bơm lên máng phân phối(1) theo ống dẫn

(2) phân phối đều trên diện tích đáy bể, nước được trộn đều với không khí cấp từ ngoài vào qua giàn ống phân phối (6). Hỗn hợp khí- nước thải đi cùng chiều từ dưới lên qua lớp vật liệu lọc. Trong lớp vật liệu lọc xảy ra quá trình khử BOD và chuyển hoá NH4+ thành NO3-, lớp vật liệu lọc có khả năng giữ lại cặn lơ lửng. Nước trong được thu vào máng (4) theo ống (5) đi ra ngoài.

Nếu muốn khử BOD, Nito và P thì nên sử dụng loại bể lọc sinh học có từ hai lớp trở lên. Ở bậc lọc cuối, giàn phân phối khí đặt ở giữa lớp vật liệu lọc sao cho lớp vật liệu lọc nằm dưới dàn ống phân phối khí có đủ thể tích vùng kỵ khí để khử No3- và P. độ chênh mực nước giữa các bể lọc sinh học làm việc nối tiếp khoảng 0,5 m.

Khi tổn thất trong lớp vật liệu lọc đến 0,5 m thì xả bể lọc bằng cách đóng van nước, van cấp khí và đóng mở van xả rửa 3 lần, mỗi lần từ 30- 40s. cuờng độ rửa lọc 12- 14 l/ sm2. độ giãn nở của vật liệu bằng 40%. Quy trình gió, nước cùng chiều và đi từ dưới lên cho hiệu quả xử lý cao, tổn thất ít. Khác với quy trình gió nước ngược chiều, nước thải di từ trên xuống, gió đi từ dưới lên, tổn thất thuỷ lực qua lớp lọc tăng cao, hiệu quả xử lý không tốt hơn quy trình cùng chiều. Điều này có thể giải thích là khi nước và khí chuyển động cùng chiều thì có điều kiện để chất bẩn chứa trong nước thải tiếp xúc nhiều hơn với khí.

Hình 3.5 : sơ đồ chi tiết bể lọc sinh học

3.2.2 Tính chất của vật liệu lọc nổi

Vật liệu lọc nổi thông thường gọi là Polystyrol, ở Việt nam gọi là “ xốp”

Các tính chất lý hoá của hạt vật liệu phụ thuộc vào tính chất nguyên liệu và phương pháp sản xuất các hạt. Các hạt vật liệu nổi gồm các lớp cở sở polymer

tạo nên các vách tường kín có hình dạng khác nhau chứa nay khí, thể tích các lỗ kín bean trong vào khoảng 96- 98%.

Các hạt Polystyrol có độ bền hoá học cao, loại nhãn hiệu PSV và PSV- S còn bền vững dưới tác dụng của axit mạnh( trừ axit nitric) và môi trường khoáng xâm thực. Các hạt có độ bền cao trong nước biển và chỉ bị phá huỷ dưới tác dụng của estehydrocacbua thơm. Vì vậy, các hạt nổi cho phép ứng dụng để lọc sinh học nước thải của đa số các ngành công nghiệp khác nhau thậm chí cả nước thải chứa dầu.

H3.6:hạt lọc nổi PS H3.7:vật liệu đệm cho vsv dính bám

Các hạt vật liệu nổi có thể tăng độ bào mòn khi xử lý loại nước thải công nghiệp có chứa các vẩy lồi nhọn như oxit trong nước thải xí nghiệp luyện kim. Khi lọc nước lần đầu và không đủ thời gian rửa lọc bằng nước nóng thì các hạt vật liệu nổi bị vảy dầu làm giảm hiệu suất lọc. Độ trương nở của của các hạt vật liệu nổi không quá 2- 3%.

Các hạt vật liệu nổi không bị mục nát, có độ bền cao dưới tác dụng của các loại nấm và các vi sinh vật. Có thể áp dụng tốt ở điều kiện nhiệt đới. Vật liệu nổi chỉ bị phủ một lớp phù du trong điều kiện ngừng lọc lâu ngày ở ngoài trời nắng.

Tính chất độc hại của hạt vật liệu nổi được xác định bởi số lượng chất hoá dẻo styrol dư thừa. Sự chuyển hoá các styrol tăng tỷ lệ với việc tăng nhiệt độ và số lượng hạt trong thể tích nước. Nồng độ styrol trong nước đã lọc là có hạn, điều đó dược giả thích bởi độ hoà tan thấp của styrol trong nước và hàm lượng hạn chế của chất hoá dẻo khi polymer ở dạng polystyrol. Nhìn chung polystyrol không có độc hại khi dùng để xử lý nước thải.

2.2.3 Vi sinh vật trong xử lý bằng lọc sinh học.

Khi nước thải chảy qua, trên bề mặt các hạt vật liệu lọc sẽ hình thành, phát triển các vi sinh vật và sinh vật gọi là tạo màng sinh vật. Bể lọc sinh vật là công trình làm sạch hiếu khí và đa số các loài vi sinh vật đều cần thiết oxy. Mặc dầu là công trình làm sạch hiếu khí, nhưng bể lọc sinh vật phải được coi là hệ tuỳ tiện. Vì khi bắt đầu thì vi sinh vật gồm hệ hiếu khí nhưng khi màng sinh vật đã hình thành thì sẽ tạo ra lớp yếm khí nằm giữa bề mặt hạt vật liệu và lớp hiếu khí hoạt tính ở mặt ngoài màng sinh vật.

Những quần thể sinh vật, vi sinh vật của màng này sẽ hấp thụ từ nước thải những chất dinh dưỡng cần thiết và sử dụng những chất đó trong quá trình trao đổi kiến tạo và năng lượng. Ở phần trên của lớp vật liệu, nồng độ các chất dinh dưỡng cao hơn hàng chục lần so với nồng độ của nước khi qua lớp vật liệu dưới. Kết quả là ở các lớp vật liệu phía trên, màng sinh vật phát triển mạnh hơn và các chất hữu cơ cũng bị oxy hoá mạnh hơn, do đó tiêu thụ cũng mạnh hơn. Vai trò chủ đạo trong quần thể sinh vật ở lớp vật liệu phía trên là những vi sinh vật dinh dưỡng bởi các chất hữu cơ tan: vi khuẩn, nấm và một số xạ khuẩn không màu.

Trong bể lọc, vai trò chính là những vi khuẩn hiếu khí, tuỳ tiện và yếm khí. Ở mặt ngoài của màng là lớp hiếu khí, rất dễ thấy lợi trực khuẩn tạo nha bào Bacillus. Ở lớp yếm khí trung gian của màng( tức là lớp giữa hạt vật liệu và lớp hiếu khí mặt ngoài) gồm chủ yếu vi khuẩn yếm khí Desulfvibrio. Ở đó hoàn toàn không có oxy, phần lớn vi khuẩn trong bể là loại tuỳ tiện- sống trong điều kiện có oxy hoà tan hoặc thiếu oxy cũng được. Những vi khuẩn tuỳ tiện gồm: nhiều loại như Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Mcrococcus- là những giống thuộc họ Enterobacteriaceae.

Nấm: cũng có trong bể lọc, chúng là loại hiếu khí nên chỉ sống ở vùng có oxy hoà tan. Nấm cạnh tranh với vi khuẩn để lấy thức ăn, nhưng không nổi so với vi khuẩn. Do đó ở điều kiện môi trường bình thường thì sự phát triển của nấm

cũng bị hạn chế. Với nước thải công nghiệp, đặc biệt là với pH thấp thì nấm và một số loài vi khuẩn dạng chỉ phát triển mạnh. Nhưng đó là điều không mong muốn.

Tảo: trên bề mặt bể lọc thường phát triển tảo. Tảo không đóng vai trò nhiều cho quá trình phân huỷ chất hữu cơ vì chúng sống chủ yếu nhờ các ion vô cơ trong nước thải. Ánh sáng m,ặt trời cũng cần cho quá trình năng lượng của tảo thì bị hạn chế, nên ở bể lọc, tảo không phát triển được nhiều, mà chủ yếu tồn tại ở lớp bề mặt của bể mà thôi. Tuy nhiên chúng cũng phát triển và có khi phủ dầy trên bề mặt đó, nhưng rồi lại bị nước xối đi xuống lớp dưới.

Động vật nguyên sinh và động vật không xương: cũng có trong bể lọc. Ở các lớp vật liệu phía trên có các loại bền vững chịu được với trạng thái oxy. Đó là cá loài Paramecium, Putrium, P. Caudatum, Colpidium Colpoda,… Nói chung Protozoa có đủ loài từ Phytomastigophora đến Suctoria. Phytomastigophora tồn tại ở các lớp phía trên khi chất dinh dưỡng đủ cao và cho phép chúng cạnh tranh được với vi khuẩn. Ciliata có thể thấy ở mọi nơi ở các vùng hiếu khí. Loài Ciliata có tiên mao, chân thì sống ở những lớp dưới bể. Ở các bộ lọc, Protozoa rất đa dạng, thậm chí trong một bể chúng rất dễ biến đổi tuỳ thuộc sự biến đổi thức ăn và điều kiện môi trường.

Ngoài ra còn có các loài động vật bậc cao: Dòi, bọ và các loại côn trùng, giun sán như: Podura, Psychoda… Những loài này ăn vi sinh vật, động vật hạ đẳng và sống ở các vùng hiếu khí.

Nhìn chung ở mặt trên cùng của bể lọc có sinh khối nhiều nhất và màng lọc cũng dày nhất, vùng giữa ít hơn và vùng dưới ít hơn nữa. Màng vi sinh vật sẽ tăng dần lên và dày thêm, các tế bào bên trong màng ít tiếp xúc với cơ chất và ít nhận được oxy phải chuyển sang phân huỷ kỵ khí. Sản phẩm của biến đổi kỵ khí là các axit hữu cơ và các alcol…Các chất này tan ra chưa kịp khuyếch tán ra ngoài đã bị các vi sinh vật khác sử dụng và nước lọc qua bể không ảnh hưởng gì lớn.