Ưu, Khuyết Điểm Phương Pháp Xử Lí Sinh Học Kết Hợp Với Giá Bám

Tuy nhiên, trên thực tế còn rất nhiều loại vật liệu có thể làm giá bám được như: nút chai nhựa, lưới cước, bông lọc,… Bởi vì, các loại vật liệu này ngoài việc có độ rỗng thích hợp làm giá bám mà chúng còn có giá thành rất rẻ. Do đó, cần nghiên cứu thêm về việc sử dụng các loại vật liệu có sẵn ở địa phương hoặc có giá rẻ, dễ tìm mua để làm giá bám. Qua đó có thể tiết kiệm được chi phí cho quá trình vận hành hệ thống.

2.2.2.4 Ưu, khuyết điểm phương pháp xử lí sinh học kết hợp với giá bám

a. Ưu điểm

+ Mật độ vi sinh vật trong bể bùn hoạt tính sẽ tăng lên (Lâm Minh Triết - Lê Hoàng Việt, 2009).

+ Kết hợp với loại bỏ dưỡng chất (N, P) thông qua quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa (Lê Hoàng Việt, 2003).

+ Cải thiện nồng độ chất rắn lơ lửng có trong nước thải, giảm lượng bùn sinh ra. Nâng cao chất lượng nước đầu ra mà không cần xây thêm bể.

b. Khuyết điểm

+ Nhu cầu DO trong bể cao hơn so với bể sinh học không có kết hợp với giá bám. Do đó, cần phải sục khí nhiều hơn và gây ra tốn điện năng (Lê Hoàng Việt, 2003).

+ Nếu vận hành không tốt có thể sẽ xảy ra hiện tượng quá trình phân hủy chất hữu cơ trong đều kiện yếm khí chiếm ưu thế hơn quá trình phân hủy hiếu khí. Khi đó sẽ xuất hiện mùi hôi do khí H2S được sinh ra trong quá trình yếm khí (Lâm Minh Triết - Lê Hoàng Việt, 2009).

+ Bên cạnh đó, trong quá trình vận hành bể sinh học có bổ sung giá bám thì vật liệu làm giá bám có thể bị mất (mài mòn hoặc cọ xát).

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 154 trang tài liệu này.

2.2.3 Sơ lược về quá trình lắng và bể lắng

2.2.3.1 Quá trình lắng

Theo Lâm Minh Triết - Nguyễn Thanh Hùng - Nguyễn Phước Dân (2006), quá trình lắng là quá trình tách các chất lơ lửng ra khỏi nước thải dưới tác dụng của trọng lực lên hạt lơ lửng có tỷ trọng nặng hơn tỷ trọng của nước.

Quá trình lắng được ứng dụng trong:

+ Lắng cát (cát, mảnh kim loại, thuỷ tinh, hạt trái cây, mảnh xương,...)

+ Loại bỏ cặn hữu cơ trong bể lắng đợt I.

+ Loại bỏ cặn sinh học (bùn hoạt tính, màng vi sinh vật) trong bể lắng đợt II.

+ Loại bỏ các bông cặn trong quá trình keo tụ - tạo bông.

+ Nén bùn trọng lực nhằm giảm độ ẩm bùn trong công đoạn xử lý bùn.

Dựa vào hàm lượng và khả năng tương tác giữa các hạt, có thể phân chia ra làm 4 dạng lắng:

+ Lắng hạt rời rạc.

+ Lắng kết bông.

+ Lắng cản trở.

+ Lắng nén.

2.2.3.2 Sơ lược về bể lắng

Theo Hoàng Huệ (1996), tùy theo công dụng của bể lắng trong dây chuyền công nghệ mà người ta phân biệt bể lắng đợt I (bể lắng sơ cấp) và đợt II (bể lắng thứ cấp). Bể lắng đợt I đặt trước công trình xử lý sinh học, bể lắng đợt II đặt sau công trình xử lý sinh học.

Bể lắng thứ cấp có dạng hình chữ nhật hoặc hình tròn, có chức năng loại bỏ các tế bào vi khuẩn nằm ở dạng các bông cặn, các bông cặn này sẽ lắng xuống đáy bể lắng tạo thành bùn, một phần bùn ở bể lắng được hoàn lưu về bể bùn hoạt tính, phần còn lại được xả ra ngoài hệ thống xử lý bùn. Thời gian lưu tồn (giờ) có hoàn lưu bùn hoạt tính trong bể lắng biến thiên trong khoảng 1,5h - 2,5h (Metcalf and Eddy, 2003).

2.2.3.3 Tìm hiểu về quá trình lọc qua tầng cặn lơ lửng (ngăn lắng trong bể USBF)

Đối với bể lắng thứ cấp truyền thống thông thường thì việc tách các hạt cặn ra khỏi nước bằng trọng lực, nhưng đối với ngăn lắng trong bể USBF thì việc tách các hạt cặn ra khỏi nước bằng cách lọc qua tầng cặn lơ lửng, với lớp vật liệu lọc là bùn hoạt tính cho phép cải thiện chất lượng nước sau lắng so với công nghệ lắng truyền thống.

Hỗn dịch đi vào ngăn lắng từ phía dưới, chính dòng hỗn dịch đi lên này duy trì trạng thái lơ lửng của lớp bùn, do diện tích của mặt cắt ngăn lắng tăng dần làm cho tốc độ nước dâng giảm dần. Trong quá trình đi qua lớp vật liệu lọc là bùn hoạt tính, các bông bùn nhỏ có khuynh hướng kết dính lại với nhau hay dính kết với các bông bùn có trước hình thành những bông bùn lớn hơn, cho đến khi tốc độ nước dâng cân bằng với tốc độ lắng của các bông bùn thì chúng bắt đầu tích tụ lại và được giữ lại trong lớp vật liệu lọc là bùn hoạt tính (Wang, Shammas, and Hung, 2009).

Các dạng ngăn lắng như: ngăn lắng có đáy tam giác, ngăn lắng có dạng nón cụt và hình lăng trụ. Đây là ba loại ngăn lắng được sử dụng phổ biến nhất. Loại đầu tiên là hình nón đơn giản có đầu vào phía dưới, loại thứ hai là khe mở theo chiều dọc của khối chữ V và loại thứ ba là hình trụ.

Hình 2.6. Một số ngăn lắng trong bể USBF (Nguồn: Wang, Shammas, and Hung, 2009)

2.2.4 Giới thiệu công nghệ USBF

2.2.4.1 Sơ lược vê công nghệ USBF

Theo Mahvi, Nabizadh, Pishrafti và Zarei (2008), công nghệ USBF là công nghệ được cải tiến từ qui trình bùn hoạt tính cổ điển trong đó kết hợp với 3 quá trình thiếu khí (anoxic), hiếu khí (a erobic) và lắng trong một đơn vị xử lý nước thải.

Bên cạnh đó, đặc điểm trên đây của bể USBF cũng chính là điểm khác với hệ thống xử lý bùn hoạt tính kinh điển, thường tách rời ba quá trình trên nên tốc độ và hiệu quả xử lý không cao. Với sự kết hợp này bể USBF sẽ được sử dụng rộng rãi do tiết kiệm chi phí cho quá trình xây dựng và vận hành hệ thống.

2.2.4.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể USBF

2.2.4.2.1 Cấu tạo

Theo Nguyễn Hàn Mộng Du (2006), bể USBF gồm có 3 ngăn chính, ngăn thiếu khí (anoxic), ngăn hiếu khí (aerobic) và ngăn lắng. Máng chảy tràn và thu nước đầu ra, ống thu bùn, bộ phận sục khí và cánh khuấy.

2.2.4.2.2 Nguyên tắc hoạt động

Theo Mahvi, Nabizadh, Pishrafti và Zarei (2008), bể USBF được thiết kế nhằm kết hợp các quá trình loại bỏ cacbon, quá trình nitrat hoá/khử nitrat và loại bỏ dinh dưỡng (N, P). Bể này có quá trình hoạt động như sau:

Nước thải sau khi loại bỏ chất rắn, sau đó được dẫn vào ngăn thiếu khí trộn lẫn với dòng tuần hoàn bùn, ngăn này có vai trò như ngăn chọn lọc thiếu khí (anoxic selector) thực hiện hai cơ chế chọn lọc động học và chọn lọc trao đổi chất để tăng cường hoạt động của vi sinh vật tạo bông nhằm tăng cường hoạt tính của bông bùn và kìm hãm sự phát triển của vi sinh vật hình sợi gây vón bùn và nổi bọt. Quá trình loại bỏ cacbon, khử nitrat và loại bỏ P diễn ra trong ngăn này.

Sau đó nước thải chảy tự động từ ngăn thiếu khí qua ngăn hiếu khí nhờ khe hở dưới đáy ngăn lắng. Ở đây oxi được cung cấp nhờ các máy thổi khí. Ở ngăn này người ta có thể bổ sung thêm giá bám để tăng cường mật độ của các vi sinh vật [18].

Nước thải sau ngăn hiếu khí chảy vào ngăn lắng và di chuyển từ dưới lên. Đây chính là giai đoạn thể hiện ưu điểm của hệ thống do kết hợp cả lọc và xử lý sinh học dùng chính khối bùn hoạt tính. Phần nước trong đã được xử lý phía trên chảy vào máng thu nước đầu ra và tự động chảy ra ngoài. Một phần hỗn hợp nước thải và bùn trong ngăn này được tuần hoàn trở lại ngăn thiếu khí [18].

Hình 2.8. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bể USBF [16]

2.2.4.3 Các quá trình diễn ra trong hệ thống

Theo Wang, Shammas, and Hung (2009), trong quá trình hoạt động của bể USBF xảy ra các quá trình sau:

2.2.4.3.1 Quá trình khử Cacbon

Quá trình này đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước thải vì nó ảnh hưởng đến các quá trình khác. Các vi sinh vật sử dụng nguồn cacbon từ các chất hữu cơ của nước thải để tổng hợp các chất cần thiết cung cấp cho sinh trưởng phát triển và sinh

sản tế bào mới... Trong bể USBF, quá trình khử cacbon được diễn ra ở cả 3 ngăn thiếu khí, hiếu khí và ngăn lắng.

2.2.4.3.2 Quá trình nitrat hóa(Nitrification) và khử nitrat (Denitrification)

Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001), nitơ có thể tồn tại ở nhiều dạng trong nước thải và qua nhiều kiểu chuyển hóa khi xử lý nước thải. Những kiểu chuyển hóa này có thể cho phép nitơ ở dạng amôn chuyển thành các sản phẩm tách khỏi nước thải.

Trong tất cả các phương pháp được sử dụng để loại bỏ nitơ, việc kết hợp hai quá trình nitrat hóa và khử nitrat là phương pháp có hiệu quả cao, ổn định và giảm giá thành xử lý do đơn giản được hệ thống, tiết kiệm diện tích cho việc thiết lập hệ thống.

Trong bể hai quá trình nitrat hóa và khử nitrat được kết hợp trong một hệ thống, quá trình nitrat hóa diễn ra trong ngăn hiếu khí và khử nitrat diễn ra trong ngăn thiếu khí. Quá trình nitrat hóa - khử nitrat, việc loại bỏ nitơ diễn ra theo hai bước. Ở bước một, nitrat hóa, nhu cầu oxi của amôn bị giảm do chất này chuyển thành nitrat, nhưng nitơ đã thay đổi dạng và không bị khử nữa. Ở bước hai, khử nitrat, nitrat được khử thành sản phẩm khí (Mahvi, Nabizadh, Pishrafti và Zarei, 2008).

Trong quá trình, dòng tuần hoàn bùn từ ngăn lắng đến ngăn thiếu khí đóng một vai trò rất lớn về mặt cung cấp nguyên liệu cho vi sinh vật hoạt động kể cả NO3- (sản phẩm của quá trình nitrat hoá diễn ra trong ngăn hiếu khí). Đồng thời dòng tuần hoàn bùn sẽ mang theo các vi sinh vật, nguồn cacbon tham gia vào quá trình. Đây cũng là một trong những ưu điểm của bể này là do sự liên kết giữa các module thực hiện các chức năng khác nhau trong cùng một hệ thống đơn giản.

2.2.4.3.3 Loại bỏ photpho bằng phương pháp sinh học

Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001), các vi sinh vật sử dụng photpho dưới dạng orthophotphat và poliphotphat để duy trì hoạt động, dự trữ, vận chuyển năng lượng và phát triển tế bào mới,...

Trong bể USBF, việc kết hợp 3 ngăn thiếu khí, hiếu khí và lắng cùng với dòng tuần hoàn bùn hoạt tính tạo nên dòng liên tục. Quá trình khử photpho được kết hợp với quá trình khử cacbon, quá trình nitrat hóa và khử nitrat. Việc kết hợp các ngăn này cũng như các quá trình hỗ trợ của các vi sinh vật được luân phiên trong điều kiện thiếu khí và hiếu khí từ đó thúc đẩy các quá trình xử lý diễn ra vượt trội hơn mức bình thường.

Nước thải vào ngăn thiếu khí đầu tiên, ở đây trong môi trường thiếu khí, các vi khuẩn sẽ tác động phân giải các hợp chất chứa photpho trong nước thải để giải phóng photpho. Dòng photpho hoà tan từ ngăn thiếu khí theo dòng nước qua ngăn hiếu khí được các vi khuẩn ưa photpho hấp thụ và tích lũy. Các vi khuẩn này hấp thụ photpho cao hơn mức bình thường vì ngoài việc phục vụ cho việc vận chuyển năng lượng tổng hợp và duy trì tế bào để sử dụng cho giai đoạn hoạt động sau mà còn tích lũy để vi sinh vật sử dụng khi cần thiết.

Trong ngăn lắng, nhờ quá trình lắng của bùn hoạt tính nên photpho sẽ được loại bỏ. Ngoài ra, nhờ dòng bùn hoạt tính tuần hoàn trở lại nên một số vi khuẩn ưa photpho sẽ được tuần hoàn trở lại ngăn thiếu khí sẽ tiếp tục phát triển và hấp thụ các photpho hoà tan có trong ngăn hiếu khí.

Theo Mahvi, Nabizadh, Pishrafti và Zarei (2008), hiệu quả của quá trình loại bỏ photpho phụ thuộc vào tỉ lệ BOD/P của nước thải.

2.2.4.3.4 Quá trình lắng trong ngăn lắng

Không giống như bể lắng thứ cấp truyền thống, ngăn lắng trong bể USBF áp dụng quy trình lọc qua nền chất rắn xáo trộn (fluidized bed filtration) với vật liệu lọc là lớp bùn hoạt tính tích tụ lại trong ngăn từ trước cho phép cải thiện chất lượng nước sau lắng. Ngăn lắng có dạng hình chóp ngũ diện úp ngược, đáy là hình chữ nhật hướng lên, đỉnh hướng xuống. Vì vậy việc thu hồi bùn lắng và tuần hoàn bùn rất thuận lợi và dễ dàng. Dòng hỗn hợp nước thải và bùn đi vào ngăn lắng từ dưới di chuyển lên trên nên dòng hỗn hợp nước thải chứa bùn hoạt tính sẽ có vận tốc giảm dần, nghĩa là bùn hoạt tính sẽ di chuyển chậm dần và lơ lửng trong vùng bùn lâu hơn [18].

2.2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của bể USBF

Một số điều kiện cơ bản ảnh hưởng tới sự phát triển của vi sinh vật và khả năng xử lý của hệ thống như sau:

+ Hàm lượng oxi hoà tan (DO): đây là một trong các thông số quan trọng nhất trong xử lý nước thải. Nhu cầu DO tuỳ thuộc vào yêu cầu thiếu khí, kị khí, hiếu khí. Trong bể này, DO trong ngăn thiếu khí vào khoảng nhỏ hơn 1mg/l và trong ngăn hiếu khí khoảng 2 - 4 mg/l. Như vậy ngăn t

hiếu khí chỉ cần dùng cách khuấy, ngăn hiếu khí phải sục khí. Khi sục khí ở ngăn hiếu khí các bóng khí phải thật mịn để có thể dễ dàng hoà tan vào trong nước thải [18].

+ Yếu tố dinh dưỡng (cơ chất hay chất nền): các chất dinh dưỡng như C, N, P…Đây là các yếu tố cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Do đó quá trình vận hành phải theo dòi yếu tố này. Ở một số hệ thống xử lý nước thải người ta thường bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật. Ngăn hiếu khí của bể USBF có nguyên tắc hoạt động cũng giống bể bùn hoạt tính nên tỉ lệ BOD5: N: P vẫn là 100: 5: 1 (Lâm Minh Triết, Lê Hoàng Việt, 2009).

+ Nhiệt độ: nhiệt độ trong hệ thống ảnh hưởng tới hoạt động của vi sinh vật và khả năng hoà tan của oxi hoà tan trong nước. Nhiệt độ quá cao thì vi sinh vật có thể bị chết. Ngược lại, nhiệt độ quá thấp quá trình thích nghi, sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật sẽ bị chậm lại, quá trình nitrat hoá, lắng… bị giảm hiệu suất rò rệt. Nhiệt độ tối ưu khoảng từ 20 - 350C phù hợp với nhiệt độ phòng thí nghiệm (Nguyễn Hàn Mộng

Du, 2006).

+ pH: ảnh hưởng tới sự tồn tại và các quá trình hoạt động của hệ thống enzyme vi sinh vật, các quá trình lắng, tạo bông bùn…ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý vi sinh vật. Khoảng pH tối ưu là từ 7,5 - 8,5 [18].

+ Chế độ thủy động: chế độ thuỷ động là một trong những yếu tố rất quan trọng trong quá trình xử lý vì nó ảnh hưởng tới sự tiếp xúc của bùn hoạt tính với nước thải, trạng thái lơ lửng và sự phân bố bùn lơ lửng đồng đều… Yêu cầu phải đảm bảo dòng thuỷ động như yêu cầu thiết kế, nếu không thì hệ thống sẽ không vận hành được hay hiệu quả xử lý không cao (Nguyễn Hàn Mộng Du, 2006).

2.2.4.5 Ưu điểm của USBF

Việc ứng dụng bể USBF có những ưu điểm [16; 17]:

+ Giảm chi phí đầu tư: USBF kết hợp nhiều các công đoạn xử lý vào một bể làm giảm kích thước các bể và giảm chi phí đầu tư công trình.

+ Chi phí vận hành và bảo trì thấp: với thiết kế gọn, tối thiểu hóa các động cơ, các thiết bị cơ động, vận hành theo chế độ tự chảy sẽ hạn chế việc giám sát quá trình và hạn chế đến mức tối đa chi phí vận hành và bảo trì.

+ Hiệu suất xử lý cao: là công nghệ thiết kế nhằm khử chất hữu cơ dạng carbon (BOD, COD) và chất dinh dưỡng (N, P) nên chất lượng nước thải sau khi xử lý luôn đảm bảo tiêu chuẩn thải theo yêu cầu nhất là hàm lượng chất dinh dưỡng mà các công trình xử lý sinh học thông thường khác khó đạt được.

+ Lượng bùn thải bỏ ít: hệ thống được thiết kế với tuổi bùn lớn hơn so với hệ thống sinh học hiếu khí thông thường nên lượng bùn sản sinh ít hơn.

+ Hạn chế mùi: dưới điều kiện phân hủy hiếu khí và nồng độ bùn lớn làm giảm những tác nhân gây mùi. Bể USBF có thể lắp đặt tại những khu vực đông dân cư mà không sợ ảnh hưởng bởi mùi.

+ Thay đổi thể tích linh động: bể lắng hình cone trong bể tạo không gian trống để các phản ứng khác xảy ra chung quanh và bản thân bể lắng cũng có thể thay đổi thể tích linh động vì ngăn lắng là ngăn rời nên ta có thể thu hẹp hoặc mở rộng góc cone để phù hợp với yêu cầu thiết kế. Bể USBF cũng có thể chịu được sự quá tải lưu lượng, khi lưu lượng tăng cao, lớp bùn họat tính dâng cao hình thành diện tích lọc lớn hơn nên cũng ít ảnh hưởng đến chất lượng nước đầu ra.

+ Hạn chế được sự phát triển của vi khuẩn hình sợi: việc tách rời quá trình khử nitrat tạo điều kiện cho việc phục hồi độ kiềm đã mất đi trong quá trình nitrat hóa. Như vậy, sẽ hạn chế được sự phát triển quá mức của vi khuẩn hình sợi, khi đó quá trình lắng sẽ tốt hơn.

+ Tiết kiệm mặt bằng sử dụng: công nghệ USBF kết hợp tất cả các quá trình khử nitrat, nitrat hóa, lắng và ổn định bùn trong một công trình làm giảm kích thước chung của công trình dẫn đến tiết kiệm mặt bằng sử dụng.

+ Không cần bể lắng đợt I: công nghệ USBF thường không cần bố trí bể lắng đợt I phía trước. Đối với các hệ thống lớn chỉ cần trang bị hệ thống sàn rác, loại cát để đảm bảo cho yêu cầu xử lý sinh học.

2.2.4.6 Các thông số thiết kế và vận hành bể USBF

Bể USBF là một loại bể xử lý sinh học, do đó các thông số thiết kế và vận hành đều nhằm làm thỏa mãn nhu cầu của hệ vi sinh vật trong bể để nâng cao hiệu quả loại bỏ các chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học. Bể USBF là cải tiến của bể bùn hoạt tính vì vậy các thông số cần thiết phải xem xét cho quá trình thiết kế và vận hành ở bể USBF sẽ giống như bể bùn hoạt tính.

2.2.4.6.1 Tỉ lệ thức ăn trên số lượng vi khuẩn F/M

Bể bùn hoạt tính là một hệ thống hoạt động trong đó các vi sinh vật phát triển và chết đi liên tục. Để hoạt động có hiệu quả người ta thường sử dụng các thông số F/M để thiết kế và vận hành hệ thống. Hệ thống đạt cân bằng khi lượng thức ăn F và lượng vi