Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, có nhiều phương pháp dùng để xử lý nước thải, bao gồm: học, hóa lý, sinh học,…Trong đó, phương pháp sinh học, đặc biệt phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng coi phương pháp hữu hiệu lĩnh vực xử lý nước thải có hàm lượng hữu cao ưu điểm như: đơn giản, rẻ tiền, hiệu cao biện pháp học, hóa lý,…Q trình cơng nghệ hoạt động dựa hoạt động hệ vi sinh vật sống mơi trường cung cấp nhiều khơng khí với xáo trộn học liên tục gián đoạn để đạt hiệu xử lý tốt Vì vậy, để áp dụng hiệu phương pháp xử lý này, điều kiện tiên phải có quần thể vi sinh vật tốt hay nói theo từ chun mơn bùn hoạt tính để phân hủy chất nhiễm Khi kết hợp với cơng trình xử lý học như: song chắn rác, bể lắng cát, loại bể lắng cơng trình xử lý hố học bể khử trùng Clorine để tạo thành quy trình cơng nghệ hồn chỉnh, cơng trình xử lý sinh học hiếu khí lơ lửng như: bể Aeroten, mương oxy hố hay SBR đóng vai trò cơng trình xử lý chủ đạo cho kết xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN hành nước thải sinh hoạt cơng nghiệp Tuy nhiên, khơng phải lúc bùn có hoạt tính mạnh để xử lý nước thải Trái lại, kỹ sư vận hành phải thường xun đối mặt với vơ số rắc rối phát sinh vận hành bùn hoạt tính Một rắc rối thường gặp việc suy giảm hay quần thể vi sinh vật hay gọi tượng bùn tạo khối Có nhiều ngun nhân gây tượng nói yếu tố vận hành pH, tải trọng, … có ảnh hưởng quan trọng Vì vậy, với đề tài “Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng” phân tích rõ q trình vi sinh vật hiếu khí lơ lửng, cơng trình xử lý sinh học hiếu khí lơ lửng tương ứng, đồng thời đưa cơng nghệ xử lý hồn chỉnh cho khu dân cư cố vận hành cơng trình hiếu khí lơ lửng biện pháp khắc phục Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng CHƯƠNG 1: Q TRÌNH VI SINH VẬT HIẾU KHÍ LƠ LỬNG 1.1 Cơ sở lý thuyết Đây q trình xử lí sinh thái nhất, khơng sử dụng hố chất Nước thải đạt chất lượng cao Trong q trình ơxi hố chất ơxi hố ơxi khơng khí, rẻ Chất thải bùn vi sinh (sinh khối) Ngun tắc phương pháp sử dụng vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất hữu nước thải có đầy đủ oxy hòa tan nhiệt độ, pH… thích hợp Q trình phân hủy chất hữu vi sinh vật hiếu khí mơ tả sơ đồ: + (CHO)nNS + O2 → CO2 + H2O + NH4 + H2S + Tế bào vi sinh vật + ∆H + Trong điều kiện hiếu khí NH4 H2S bị phân huỷ nhờ q trình Nitrat hóa, sunfat hóa vi sinh vật tự dưỡng: + + NH4 + 2O2 → NO3 + 2H H2O + ∆H H2S + 2O2 → SO4 2- + + 2H + ∆H Hoạt động sống vi sinh vật hiếu khí bao gồm q trình dinh dưỡng: Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ, chất dinh dưỡng ngun tố khống vi lượng kim loại để xây dựng tế bào tăng sinh khối sinh sản Q trình phân huỷ: vi sinh vật oxi hố phân huỷ chất hữu hồ tan dạng hạt keo phân tán nhỏ thành nước CO2 tạo chất khí khác So với phương pháp kỵ khí phương pháp hiếu khí có ưu điểm hiểu biết q trình xử lý đầy đủ Hiệu xử lý cao triệt để hơn, khơng gây nhiễm thứ cấp phương pháp hố học, hố lý Nhưng phương pháp hiếu khí có nhược điểm thể tích cơng trình lớn chiếm nhiều mặt Chi phí xây dựng cơng trình đầu tư thiết bị lớn Chi phí vận hành cho lượng sục khí tương đối cao Khơng có khả thu hồi lượng Khơng chịu thay đổi đột ngột tải trọng hữu ngun liệu khan Sau xử lý sinh lượng bùn dư cao lượng bùn ổn định đòi hỏi chi phí đầu tư để xử lý bùn Xử lý với nước thải có tải trọng khơng cao phương pháp kỵ khí  Mơ tả q trình: Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng Thực chất q trình phân huỷ chất bẩn hữu phương pháp hiếu khí q trình lên men vi sinh vật điều kiện có oxi sản phẩm CO , H O, NO - , SO 2- Cũng xử lý kỵ khí, xử lý hiếu khí chất bẩn phức tạp protein, tinh bột, chất béo,… bị thuỷ phân men ngoại bào cho chất đơn giản Axit amin, Axit béo, Axit hữu cơ, đường đơn…Các chất đơn giản thấm qua màng tế bào bị phân huỷ tiếp tục chuyển hố thành vật liệu xây dựng tế bào q trình hơ hấp nội bào cho sản phẩm cuối CO2 H2O Cơ chế q trình xử lý hiếu khí gồm giai đoạn: Giai đoạn - Oxy hóa tồn chất hữu có nước thải để đáp ứng nhu cầu lượng tế bào CxHyOzN + (x + y/4 + z/3 + ¾) O2 → xCO2 + [(y-3)/2] H2O + NH3 Giai đoạn (Q trình đồng hóa) - Tổng hợp để xây dựng tế bào CxHyOzN + NH3 + O2 → xCO2 + C5H7NO2 Giai đoạn (Q trình dị hóa) - Hơ hấp nội bào C5H7NO2 + 5O2 → xCO2 + H2O; NH3 + O2 → O2 + HNO2 → HNO3 Khi khơng đủ chất dinh dưỡng q trình chuyển hố chất tế bào bắt đầu xảy tự oxi hóa chất liệu tế bào Các nội dung thể cân cacbon hình sau: Hình 1.1: Cân vật chất cacbon (BOD5) hệ xử lí sinh học hiếu khí Kết nước giảm chất nhiễm sinh khối tăng Để thực điều thực tế xử lí nước thải phải áp dụng kĩ thuật cho hệ vi sinh có điều kiện Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng thực tốt chức nêu, đồng thời phải tách lượng bùn dư hình thành Kĩ thuật bùn hoạt tính (BHT) đời 1914 Anh đáp ứng u cầu Trong thực tế, kĩ thuật BHT có sơ đồ sau: Hình 1.2: Sơ đồ cơng nghệ hệ xử lí sinh học kĩ thuật bùn hoạt tính Trong kĩ thuật sinh học bùn dư sinh khối thừa, phải xử lí 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng  Ảnh hưởng pH pH yếu tố phát triển vi sinh vật pH lớn q hay thấp q ảnh hưởng xấu tới đời sống vi sinh Sự hình thành bơng bùn tốt pH nằm khoảng 6.5 - 8.5 Khi pH < 6.5 > 8.5, liên kết bơng bùn trở nên yếu, bùn lên vi khuẩn khơng liên kết chặt chẽ Hình1.3: Bùn liên kết yếu Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng  Ả nh hưởng nhiệt độ Nhiệt độ nước thải có ảnh hưởng lớn tới tốc độ phản ứng sinh hóa q trình xử lý nước thải Nhiệt độ khơng ảnh hưởng đến hoạt động vi sinh vật mà tác động lớn tới q trình hấp thụ khí oxy vào n ước thải phát triển tính lắng bơng bùn Khi nồng độ MLVSS cao (> 10,000 mg/l): thay đổi nhiệt độ gây ảnh hưởng vật lý đến bơng bùn Nếu nhiệt độ giảm, nước thải trở nên nặng làm giảm tốc độ lắng củ a bơng bùn Khi nhiệt độ tăng lên, nước thải nặng nên tốc độ lắng bơng bùn tăng lên Khi nồng độ MLVSS nhỏ, khoảng 2000 mg/l thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng đến cấu trúc bơn g bùn Khi nhiệt độ tăng lên, vi sinh hoạt động nhiều làm sinh nhiều chất khơng hòa tan lipids dầu mỡ Những chất đ ược bơng bùn hấp thụ nên vận tốc lắng giảm xuống Bảng 1.1: Ảnh hưởng nhiệt độ đến q trình bùn hoạt tính Nhiệt độ (ºC) > 38 Ảnh hư ởng Ảnh hưởng bất lợi việc hình thành bơng bùn Động vật ngun sinh hoạt động Tốc độ khử nBOD tăng đáng kể Tốc độ khử cBOD tăng đáng kể Bơng bùn hình thành nhanh chóng Chất béo, dầu, mỡ giảm xuống Động vật ngun sinh hoạt động mạnh mẽ > 32 > 16 > 14 > 12 >8 >4  Ả nh hưởng k im loại nặng Nước thải cơng nghiệp thường chứa nhiều kim loại nặng độc hại Hầu hết kim loại nặng xâm nhập vào bùn hoạt tính dạng hòa tan oxit kim loại hay 2+ 2+ dạng ion tự Cu , Pb Khi kim loại hấp thụ vào bề mặt tế bào vi khuẩn, vài phản ứng hóa học lý học xảy Sự diện kim loại tế bào vi khuẩn làm bơng bùn nặng Một vài kim loại nặng hấp thụ vào tế bào vi khuẩn, vào tế bào vi khuẩn, chúng cơng enzyme Khi enzyme bị cơng làm trì trệ hoạt động vi khuẩn Kim loại nặng khơng cơng vi khuẩn mà cơng trùng tiên mao, trùng bánh xe, giun tròn di chuyển tự Việc dẫn tới làm giảm hoạt động vi sinh vật chúng bị rửa trơi nhiều dòng Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng Kim loại nặng nước thải ức chế hoạt động vi khuẩn khử cBOD nBOD Khi có d iện kim loại nặng độc hại nước, vi khuẩn khử lượng nhỏ cBOD (cacbon BOD), vi khuẩn sử dụng lượng nhỏ N P Vì nồng độ ion amoni orthophotphat nước thải cao Do vi khuẩn nitrat hóa bị ức chế kim loại nặng, q trình nitrat hóa bị chậm lại Nếu q trình nitrát hóa bị chậm lại hay ngừng hẳn, xảy r a tích lũy ion nitrit Vi khuẩn Nitrosomonas chuyển hóa amoni thành nitrit chịu kim loại nặng tốt Nitrobacter - vi khuẩn chuyển hóa nitrit thành nitrat, nước thải đầu có nồng độ cao ion nitrit nồng độ ion nitrat thấp Khi q trình nitrat hóa bị ngừng hẳn, amoni khơng bị oxy hóa bể sục khí thải ngồi Q trình khử BOD bị ngưng trệ oxy khơng sử dụng cho hoạt động vi sinh vật, nồng độ oxy bể aeroten cao  Ả nh hưởng chất dầu mỡ nư ớc thải Chất béo thường gặp nước thải sinh hoạt chất bơ, margarine, dầu thực vật, dầu ăn C hất béo tìm thấy thịt, đậu phộng… Chất béo dầu mỡ thường bền vững khó bị phân hủy Trong q trình bùn hoạt tính, hợp chất bao phủ bơng bùn can thiệp vào hoạt động vi khuẩn cấu trú c bơng bùn Các chất béo, dầu, mỡ có cấu trúc hố họ c tương tự nh lipid thành tế bào h ấp thụ vào thành tế bào vi khuẩn Các hợp chất bề mặt tế bào làm t ăng nồng độ MLVSS Một số hợp chất béo, dầu mỡ khó phân hủ y tích tụ bơng bùn chuyển thành dạn g kị khí gây độc metan  Ả nh hưởng chất hoạt động bề mặt Khi nước thải diện chất hoạt độn g bề mặt xà bơng thuốc tẩy, hoạt động trùng tiên mao động vật đa bào bị gián đoạn ngừng hẳn, bơng bùn trưởng thành bị yếu hoạt động chúng bị ngưng trệ Khi đó, số lượng lớn bơng bùn nhỏ hình thành dạng rời rạc phân tán Xà bơng hay thuốc tẩy tác động mạnh đến tế bào bên lớp bảo vệ trùng bánh xe biểu bì tế bào giun tròn di chuyển tự Do mà hoạt động vi sinh chậm lại Các chất hoạt động bề mặt làm tăng tổng chất rắn lơ lửng (TSS), làm giảm hiệu xử lý, tăng chi phí vận hành Ngồi ra, chúng làm thay đổi sức căng bề mặt nước Vì đơi sinh bọt váng (foam) Một vài chất hoạt độn g bề mặt diện độc tố  Sự lên men nướ c thải Nước thải lên men diện q nhiều acid rượu đơn giản, Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng hồ tan Đây mơi trường sống thuận lợi cho vi khuẩn dạng sợi Nồng độ sunfit khoảng 3mg/l hay nhiều nồng độ axit, rượu hồ tan đơn giản khoảng 200 mg/l tạo điều kiện cho vi khuẩn dạng sợi sinh sơi phát triển như: Beggiatoa sp., Microthrix parvicella, Thiothrix sp., loại 021N  Nhu cầu oxy Khi oxy bị giới hạn, vi sinh vật dạng sợi chiếm ưu tế, làm bùn hoạt tính trở nên khó lắng, tạo khối bùn Nên trì DO bể: 1.5 - mg/l DO cao (> 2mg/l) cải thiện tốc độ nitrat hố với tải lượng BOD cao Giá trị DO > mg/l khơng cải thiện hoạt động đáng kể chi phí làm thống tăng đáng kể Thơng thường, khử B OD, nhu cầu oxy từ 0,9 - 1,3 kgO2/kgBOD SRT từ - 20 ngày Khi nồng độ oxy b ể aeroten < mg/l kéo dài liên tục 10 tiếng làm gián đo ạn hoạt động tạo bơng bùn gây bùn Khi nồng độ oxy nước bị giới hạn, hoạt động củ a trùng tiên mao chậm lại Ngồi ra, động vật ngun sinh bị ảnh hưởng nồng độ oxy thấp bao gồm: giun tròn bơi t ự do, trùng tiên mao bò, trùng tiên mao có cuống Hoạt động động vật ngu n sinh giảm nồng độ oxy < mg/l kéo dài liên tục vòng 36 tiếng Hoạt động động vật ngun sinh thường tăng vòng 12 tiếng nồng độ oxy nước lên 1mg/l  L ượ n g d i n h d ưỡ n g Vi khuẩn vi sinh v ật sống dùng chất dinh dưỡng N, P, BOD, làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành chất trơ khơng tan thành tế bào Thiếu dinh dưỡng gây số vấn đề vận hành bùn hoạt tính bao gồm: bùn gây bọt bề mặt bể aerotank Bảng 1.2: Các chất dinh dư ỡng cần thiết cho hoạt động sống tế bào vi khuẩn Các chất dinh dưỡng cần thiết Các chất dinh dưỡng thứ yếu C, Ca, Cl, H, K, N, Mg, Na, O, P, S B, Co, Cu, Cr, F, Fe, I, Mn, Mo, Ni, Se, Si, V, Zn (Theo Settleability Problem and Loss of Solids in the Activated Sludge Proces, bảng 7.3 trang 54) Nguồn Nitơ sử dụng cho vi sinh bao gồm tồn Nitơ hữu Nitơ vơ Nitơ chuyển hố chủ yếu để tạo protein, axit nucleic, polymer tế bào Nếu dùng cơng thức kinh nghiệm tế bào: C5H7O 2N, lượng Nitơ Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng cần thiết chiếm 12,4 % trọng lượng tế bào, lượng P cần thiết 1/5 giá trị N Đây giá trị tiêu biểu khơng thiết phải ln ln vậy, giá trị thay đổi tùy theo thời gian lưu bùn yếu tố mơi trường Bảng 1.3: Phần trăm thành phần ngun tố tế bào vi khuẩn tính trọng lượng khơ Dinh d ưỡng Cacbon Oxy Nitơ Hydro Photpho Sunfua Potassium Các ngun tố khác Phần trăm xấp xỉ 50% 20% 15% 8% 3% 1% 1% 2% (Theo Settleability Problem and Loss of Solids in the Activated Sludge Process, bảng 7.6 trang 59) Nồng độ dinh dưỡng giới hạn nồng độ Nitơ Photpho nằm khoảng 0.1 - 0.3 mg/l Thơng thường, SRT lớn ngày, khoảng g Nitơ 1g Photpho cần thiết cho 100g BOD để du y trì đủ dinh dưỡng cho q trình Tỉ lệ BOD : N : P thường 100 : : Nước thải cơng nghiệp thường chứa lượng lớn BOD hòa tan phân h ủy nhanh cần phải cung cấp lượng lớn chất dinh dưỡng Sự thiếu hụt sinh dưỡng q trình bùn hoạt tính thường xảy suốt thời kì tải trọng cao điểm BOD bể sục khí q cao nên q trình phân hủy đòi hỏi lượng dinh dưỡng lớn Khi thiếu dinh dưỡng lâu dài, vi khuẩn dạng sợi phát triển, xuất bọt, bơng bùn thiếu dinh dưỡng trở nên khơng tốt Tron g suốt q trình thiếu dinh dưỡng, phần BOD khơng phân hủy chu yển sang dạng khơng tan polysaccharide hay bùn lỗng Dạng hòa tan phân hủ y sau dinh dưỡng sung thêm Bùn lỗng bên ngồi tế bào, ảnh hưởng khả lắng làm sản sinh, tích lũy bọt Các chất dinh dưỡng mà vi khuẩn sử d ụng để phân hủy BOD NH4-N, HPO42- chất khuếch tán từ nơi có nồng độ cao bên ngồi tế bào đến nơi có nồng độ thấp bên tế bào, vi khuẩn khơng bị tiêu hao lượng q trình hấp thụ Thường nồng độ NH4-N khoảng 1mg/l 0,5 mg/l cho HPO42- Đối với q trình hoạt tính nitrat hố hồn tồn có nồng độ NH -N bể Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng sục khí < 1mg/l, nồng độ NH3-N khoảng 3mg/l đủ Nồn g độ ch ất dinh dưỡng phải ln ln ý có diện chất độc nước Khi có độc tố, ho ạt động enzyme hay phân hủy BOD bị cản trở Khi vi khuẩn dùng lượng nhỏ chất dinh dưỡng Và vậy, nồng độ chất bể sục khí cao Bảng 1.4: Giá trị dinh dư ỡng cần thiết để khử BOD (g/kg BOD) Dinh dư ỡng N P Số lư ợng cần thiết (g) 50 10 Fe Ca 12 6.2 K Mg 4.5 2.0 Mo Zn 0.43 0.16 Cu Co Na 0.15 0.13 0.05 (Theo Activated Sludge Bulking and Foaming Control, bảng 5.3 trang 242)  Tỉ số F/M (Tỉ số thức ăn sinh khối) Thơng thường, xử lý nước thải thị với q trình bùn hoạt tính có: SRT = - ngày, F/M = 0,3 - 0,5 gBOD/gVSS.ngày  Lượng b ùn tuần hồn Mục đích tuần hồn bùn trì đủ nồng đ ộ bùn hoạt tính bể làm thống Lưu lượng tuần hồn bùn khoảng 50 - 70% lưu lượng nước th ải trung bình Nồng độ bùn tuần hồn từ bể lắng khoảng từ 4000 - 12000 mg/l  Thời gian lưu bùn SRT yếu tố quan trọng q trình bùn hoạt tính, ảnh hưởng đến q trình xử lý, thể tích bể, lượng bùn sinh ra, nhu cầu oxy Thời gian lưu bùn xác định việc tách bùn thải bỏ bể làm thống ngày Đối với hệ thống khử B OD, SRT dao động từ - ngày, phụ thuộc vào nhiệt độ nước thải Ở nhiệt độ 18 - 25ºC, với hệ thống khử BOD giảm q trình nitrat hố, SRT chọn ngày Để loại trừ nitrat hóa, số q trình bùn hoạt tính có SRT = ngày, hay nhỏ Ở 10ºC, SRT = - ngày cho Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng q trình khử BOD Bảng 1.5: Thời gian lưu bùn tiêu biểu cho q trình bùn hoạt tính Mục đích Loại bỏ BOD hồ tan nước thải thị Chuyển hóa phần tử hữu nước thải thị Tăng cường khả tạo bơng vi sinh để xử lý nước thải thị Tăng cường khả tạo bơng vi sinh để xử lí nước thải cơng nghiệp Khử nitrat hố hồn tồn Khử photpho Ổn định q trình bùn hoạt tính SRT ( ngày) 1–2 2–4 1–3 3–5 – 18 2–4 20 – 40 (Theo Waste Water Engineering-Metcalf & Eddy, bảng 8.6 trang 680) 10 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng − Đối với nuớc thải sinh họat cần qua song chắn rác, lắng cát khơng qua lắng đưa vào mương oxi hố − Bể có nhiều kiểu hình dạng khác tuỳ thiết kế kỹ sư cơng trình Hình 2.6: Các mương oxy hố 1.2.1 Cấu tạo Mương oxy hóa xây bêtơng cốt thép mương thành đất, mặt ốp đá, láng xi măng nhựa đường Nếu mương làm vật liệu khơng phải bêtơng cốt thép chỗ đặt thiết bị làm thống phải xây bêtơng cốt thép để đảm bảo độ bền độ ổn định Mặt cắt ngang mương hình chữ nhật, hình thang Chiều sâu mương tùy thuộc vào cơng suất bơm thiết bị làm thống để đảm bảo trộn khuấy trộn cấp khí đều, đồng thời tạo vận tốc tuần hồn chảy dọc mương V ≥0,25-0,3 m/s, chọn H = 1-4 m 17 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng Chiều rộng trung bình mương thường từ đến m; Ở nơi khơng đủ chiều dài, bố trí mương theo hình zic-zắc, khu vực hai đầu mương dòng nước đổi chiều, tốc độ nước chảy nhanh phía ngồi, chậm phía làm cho bùn lắng lại, giảm hiệu xử lý Do phải xây tường hướng dòng đầu mương để tăng tốc độ nước phía Khi thiết kế mương oxy hóa, áp dụng cơng thức tính tốn bể Aerotank để xác định thể tích mương theo thơng số sau: − Tỷ số F/M (kg BOD5/kg bùn hoạt tính.ngày) : 0,04 -0,10 − Nồng độ bùn hoạt tính X (mg/L) : 2000-5000 − Hệ số tuần hồn bùn ∝ = Qt/Q : 1-2 − Thời gian lưu nước mương (giờ) : ~ ngày − Thời gian lưu bùn (ngày) : 15-50 − Tốc độ nitrate hóa (mg TKN/mg bùn.ngày) : 0,2-0,8 − Tốc độ khử nitrate (mg NO3-/mg bùn Ngày, 200C) : 0,1-0,4 − Vận tốc hỗn hợp dòng chảy tuần hồn mương 1.2.2 : 0,4 ~ 0,5 m/s Phân loại Mương oxy hố phân thành phân nhóm chính: gián đoạn liên tục Mương oxy hố gián đoạn: có hình vàh khăn, sâu từ 0,9 – 1,5, hoạt động ln phiên thổi khí lắng Vì vậy, q trình xử lý có dạng bậc thu nước xử lý có chất lượng tốt (do q trình lắng diễn chiều sâu khơng lớn) Mương oxy hố liên tục: loại giống mương oxy hoa 1gián đoạn nước vào liên tục, q trình lắng diễn mương bên hơng ln phiên Mương oxy hố liên tục dạng gọn, lắng thải nước khoảng 30 – 40 phút Trong thời gian này, lượng nước thải mương tăng độ sau ngập nước máy thổi khí tăng 18 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng a) Dạng còng kéo dài (dạng vành khăn); b) Có mương lắng bên hơng c) Có hai mương lắng bên hơng; d) Có phần vòng tròn để đo hướng chuyển động nước; e) Dạng chữ U; f) Dạng chữ L; g) Dạng lê; h) Dạng số 1; i) Dạng số Hình 2.7: Dạng mặt mương oxy hố 1.2.3 Ưu nhược điểm mương oxy hố  Ưu điểm − Ổn định Ít bị ảnh hưởng dao động lớn chất lượng lưu lượng − Vận hành đơn giản − Hiệu xử lý BOD5, nitơ, photpho cao thời gian ngắn (BOD5 nhà máy sữa = ~ 10 mg/L, BOD5 sinh hoạt = 20 ~ 25 mg/L) − Lượng bùn sinh thấp xử lý triệt để − Trong vài tải lượng nhiễm giảm 60 ~ 80% 19 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng  Nhược điểm − Kích thước cơng trình q lớn, u cầu mặt rộng, khơng thích hợp cho địa phương miền núi hay nơi đất hẹp − Đòi hỏi đất tốt phải gia cố chắn − Thời gian lưu nước dài − Lượng oxy cung cấp cho mương lớn − Tính tốn lượng máy thổi khí khó khăn 2.3 Bể hiếu khí gián đoạn – SBR (Sequencing Batch Reactor) Bể SBR bể xử lý nước thải với bùn hoạt tính lơ lửng theo kiểu làm đầy xả cặn hoạt động theo chu kỳ gián đoạn, q trình xử lý hiếu khí lắng diễn bể Các bước xử lý chu kỳ hoạt động hệ thống: Hình 2.8: Các bước xử lý chu trình hoạt động hệ thống SBR Pha làm đầy – gồm trạng thái: tĩnh, khuấy trộn thơng khí tùy thuộc vào loại nước thải Trạng thái tĩnh lượng đầu vào thấp nồng độ cao cuối giai đoạn Trạng thái khuấy trộn để khử nitrat điều kiện thiếu khí Trạng thái 20 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng thơng khí phản ứng hiếu khí ban đầu, giảm thời gian tuần hồn giữ nồng độ mức thấp, điều quan trọng tồn thành phần có chất hữu dễ phân hủy với độc tính cao Nếu khơng có phản ứng Oxy hóa xảy suốt q trình làm đầy tĩnh, nồng độ chất đạt tối đa cuối pha Nếu trạng thái khuấy trộn chọn, nồng độ chất nền, nồng độ oxy hòa tan nồng độ nitrat thay đổi suốt q trình Khi khơng có oxy diện, nitrat trở thành tác nhân điện tử phản ứng sinh hóa điều kiện thiếu khí làm giảm chất Cuối cùng, lên men phản ứng sinh hóa kỵ khí bắt đầu Oxy nitrat sử dụng hết Trạng thái thơng khí thiết lập khí cung cấp suốt q trình làm đầy Tốc độ phân hủy chất giới hạn tốc độ phản ứng sinh hóa sinh khối nồng độ chất nồng độ oxy hóa hòa tan cao so với nồng độ tối thiểu, hàm tốc độ với oxy cung cấp từ thiết bị thồi khí lớn lượng cung cấp từ thiết bị thồi khí Trong trường hợp đầu tiên, kích thước bể SBR thường nhỏ thiết bị thổi khí lớn lượng cung cấp nhiều Trong trường hợp thứ 2, đòi hỏi có bể phản ứng lớn hệ thống thơng gió nhỏ nên lượng cung cấp Khi phản ứng sinh hóa bị giới hạn tốc độ thơng gió, nồng độ Oxy hòa tan tiến gần 21 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHU DÂN CƯ BẰNG BỂ BÙN HOẠT TÍNH (AEROTEN) 3.1 Giới thiệu dự án: Khu dân cư bao gồm 719 hộ từ 2, phòng ngủ đến biệt thự khơng phòng ngủ, khu dân cư bao bọc tiện ích hấp dẫn nằm cộng đồng tách biệt, bảo vệ an ninh 24/24 có hệ thống điện dự phòng The Estella mở rộng khu cơng viên bên cạnh Bên cạnh đó, Estella có tiện ích giải trí câu lạc Billiard, phòng chiếu phim, phòng Gym hồ Jacuzzi, sân Tennis hay hồ bơi dài 50m, khu thể thao ngồi trời The Estella áp dụng tiêu chuẩn kỹ thuật xanh nhất, năm giúp tiết kiệm 23% lượng 48% lượng nước tiêu thụ Giai đoạn bao gồm 719 hộ Dự án dự kiến hồn tất vào năm 2012 Lưu lượng nước thải xử lý là: 540 m3/ngày 3.2 Thơng số thiết kế: Bảng 3.1: Tải lượng chất nhiễm từ nước sinh hoạt Các tiêu Nồng độ Đơn vị Thấp Trung bình Cao Chất rắn tổng cộng mg/L 390 720 1230 Tổng chất rắn hòa tan mg/L 270 500 860 Chất rắn lơ lửng mg/L 120 210 400 Chất rắn lắng mg/L 10 20 BOD (20 o C) mg/L 110 190 350 Tổng cacbon hữu mg/L 80 140 260 COD mg/L 250 430 800 Tổng nitơ mg/L 20 40 70 Tổng photpho mg/L 12 Clorua mg/L 30 50 90 Sunfat mg/L 20 30 50 22 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng Dầu mỡ mg/L 50 90 100 Chất hữu bay mg/L 400 No/100mL 10 -10 10 7- 10 10 -10 10 Tổng coliform 3.3 u cầu xử lý Nước thải đầu phải đạt quy chuẩn loại B kỹ thuật quốc gia nước thải sinh hoạt QCVN 14: 2008 cho bảng đây: STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị SS mg/L 100 BOD mg/L 50 N mg/L 50 P mg/L 10 Coliform MPN/10ml 5000 3.4 Hiệu suất xử lý: Cơng trình Song chắn rác Bể lắng cát Bể điều hòa Chỉ tiêu Đầu vào(mg/l) Hiệu suất(%) Đầu ra(mg/l) BOD 350 332,5 SS 400 384 N 70 70 P 12 12 BOD 332,5 315,9 SS 384 364,8 N 70 70 P 12 12 BOD 315,9 300,1 SS 364,8 364,8 N 70 70 P 12 12 23 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng Bể lắng đợt I Bể Anoxic + bể Aerotank Bể lắng II Bể khử trùng Nguồn tiếp nhận BOD 300,1 20 240,1 SS 364,8 45 200,6 N 70 70 P 12 12 BOD 240,1 80 48,02 SS 200,6 -25 250,8 N 70 70 21 P 12 70 3,6 BOD 48,02 48,02 SS 250,8 70 75,2 N 21 21 P 3,6 3,6 BOD 48,02 45,6 SS 75,2 75,2 N 21 21 P 3,6 3,6 BOD 45,6 ≤ 50 SS 75,2 ≤ 100 N 21 ≤ 50 P 3,6 ≤ 10 24 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng 3.5 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải khu dân cư: NƯỚC THẢI VÀO SONG CHẮN RÁC BỂ LẮNG CÁT Khí BỂ ĐIỀU HỊA BỂ LẮNG ĐỢT I Nước tuần hồn Khí BỂ ANOXIC BỂ AEROTANK BỂ LẮNG Hóa chất BỂ KHỬ TRÙNG Bùn tuần hồn Bể chứa bùn Máy ép bùn NGUỒN TIẾP NHẬN 25 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng Ghi chú: Đường nước Đường khí Đường bùn Thuyết minh cơng nghệ Nước thải từ sinh hoạt theo hệ thống nước thải chảy khu xử lý, qua song chắn rác vào bể lắng cát Tại song chắn rác chất rắn có kích thước lớn có nước thải, chúng bị giữ lại song chắn rác Các chất rắn có trọng lượng lớn (như cát, sỏi …) có nước thải, chúng bị giữ lại bể lắng cát Sau đó, nước thải chảy vào bể điều hòa, bể điều hòa nước thải ổn định lưu lượng, tải lượng, hạn chế q tải vào cao điểm, giúp hệ thống xử lý làm việc ổn định đồng thời giảm kích thước cơng trình đơn vị Ngồi nước thải cung cấp khí nén từ máy thổi khí qua hệ thống đĩa phân phối nhằm khuấy trộn nước thải điều hòa tạo điều kiện hiếu khí tránh tượng phân hủy kỵ khí gây mùi hơi, lắng cặn bể Từ bể điều hòa nước thải bơm qua bể lắng đợt I nhằm giảm hàm lượng SS trước vào cơng trình xử lý sinh học Nước thải bể lắng tự chảy vào bể sinh học thiếu khí (Anoxic) để phân hủy chất hữu khó phân hủy thực q trình khử nitrat hóa Tại bể Anoxic có đặt bơm khuấy chìm để xáo trộn nước nhằm trì điều kiện thiếu khí giúp khí N dễ dàng lên khỏi mặt nước Tiếp qua bể Aerotank có nhiệm vụ khử chất nhiễm lại xử lý thơng số BOD, N, P thành phần nước thải Trong bể Aerotank khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính lơ lửng nhờ thiết bị sục khí đĩa phân phối đặt đáy bể đồng thời khuếch tán oxy vào nước đảm bảo điều kiện cho q trình phân hủy hiếu khí xảy Ngồi bể Aerotank lắp đặt bơm, đường ống dẫn hỗn hợp nước bể Anoxic để tiếp tục khử nitrat Nước thải sau qua cơng đoạn xử lý hiếu khí đưa sang cơng đoạn xử lý cuối bể lắng Tại nước sau xử lý lên thu dẫn bể khử trùng Tại bể khử trùng châm dung dịch Chlorine, để khử trùng Sau nước sau xử lý nguồn tiếp nhận Còn phần bùn lắng đáy bể lắng 2, phần tuần hồn bể Anoxic xử lý lại, phần bùn dư sẽ bơm qua bể nén bùn Bể nén bùn có nhiệm vụ giảm độ ẩm bùn để thích hợp cho q trình ép bùn Bùn bể nén bùn bơm qua máy ép bùn, bả bùn ép thu gom theo qui định Nước thải sau xử lý đạt Quy chuẩn nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT Nước thải sau xử lý thải nguồn tiếp nhận 26 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng CHƯƠNG 4: CÁC SỰ CỐ KHI VẬN HÀNH BỂ AEROTEN VÀ CÁCH KHẮC PHỤC Vận hành bể Aerotank q trình phức tạp, người vận hành phải lúc kiểm sốt nhiều yếu tố khác để đảm bảo vi sinh vật điều kiện sinh trưởng tốt Thơng thường, vận hành thường gặp cố sau: TT Hiện tượng Lớp bùn bị chảy ngồi theo dòng chảy, khơng bùn lắng Ngun nhân Cách khắc phục Q tải hữu Giám tải lượng hữu cách giảm lưu lượng pha lỗng pH thấp Thêm chất kiềm Do phát triển mạnh vi khuẩn dạng sợi Thêm dinh dưỡng , thêm Clorine, Peroxyde Thiếu hụt dinh dưỡng N, P Bổ sung N, P Độc tính Một lượng lớn hạt bùn rời khỏi bề lắng Lượng lớn phân tử mờ, nhỏ rời khỏi Bùn lắng tốt lại nỗi bề mặt thời gian ngắn Vi sinh bùn hoạt tính chết thời gian ngắn Bề măt bể hiếu khí bị bao phủ lớp bọt nhờn, dày Cắt nguồn Pha lỗng Thơng khí q nhiều Giảm thơng khí thời gian lưu lượng thấp Bùn cũ Gia tăng xả bù Bùn q mịn Giảm thơng khí Tốc độ tăng trưởng bùn Tăng tuổi bùn Bùn hoạt tính mới, yếu Giảm nước thải Do nitrate hóa Tăng tốc độ tuần hồn bùn, giảm tuổi bùn để hạn chế khử nitrate hóa Thơng khí q mức Giảm thơng khí Dòng nước thải có chứa độc tính Tách bùn hoạt tính, tuần hồn tất chất rắn diện, ngưng cấp nước thải vào bể Tăng tốc độ tuần hồn Bùn q già Giảm tuổi bùn, tăng lưu lượng nước thải, sử dụng chất kiểm sốt bọt Sự tăng trưởng nấm sợi Bề măt bể hiếu khí bị bao phủ lớp bọt Do q nhiều dầu chất béo hệ thống Tăng cường loại bỏ chất béo, sử dụng chất kiểm sốt 27 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng nhờn, dày Xuất đám bọt lớn mặt bề mặt bể hiếu khí bọt Do vi sinh vật váng bám tạo bọt Loại bỏ vi sinh vật Bùn hoạt tính trẻ, số lượng Tăng tuổi bùn, giảm cung cấp nước thải, sử dụng chất kiểm sốt bọt Do chất tẩy rửa Hạn chế chất hoạt động bề mặt, sử dụng chất bơm kiểm sốt bọt Ngồi ra, vận hành bể bùn hoạt tính gặp vấn đề sau: Bảng 4.1 Các vấn đề thường gặp vận hành bể bùn hoạt tính 28 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng KẾT LUẬN 29 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng Phương pháp xử lý nước thải phương pháp sinh học ứng dụng rộng rãi nhiều cơng nghệ khác để xử lý nhiều loại nước thải khác Trong đó, phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng cơng trình nhiều cơng nghệ xử lý khác nhau, đóng vai trò quan trọng dây chuyền xử lý nước cơng nghệ xử lý nước thải ngành cơng nghiệp thực phẩm, đồ uống, xử lý nước thải thị sinh hoạt,… Cơng nghệ xử lý phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng phương pháp có giá thành (tính số đầu tư vận hành) rẻ so với phương pháp hố học hay hố lý thân cơng trình sinh học sử dụng vi sinh vật để làm nước thải mà khơng phải tốn chi phí hố chất để làm Cơng tác vận hành cơng trình xử lý sinh học nói chung, xử lý phương sinh học lơ lửng nói riêng cần phải trọng theo dõi thơng số q trình, nhìn chung việc vận hành cơng trình sinh học phức tạp cơng trình xử lý hố học hay hố lý Ngun nhân vi sinh vật thường có giới hạn hoạt động định dễ bị tác động - dẫn đến giảm khả xử lý hệ thống, thay đổi yếu tố đầu vào hệ thống nhiệt độ, tải lượng nhiễm, Oxy hồ tan, kim loại nặng… Nhìn chung cơng nghệ xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng tiếp tục ứng dụng rộng rãi khả xử lý ưu chi phí hiệu hoạt động so với nhiều phương pháp khác TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiếu khí lơ lửng Lâm Minh Triết , Nguyễn phước Dân , Nguyễn Hùng Xử lý nước thải thị cơng nghiệp Tính tốn thiết kế cơng trình , NXB ĐHQG – HCM , 2009 ; Nguyễn Văn Phước, Xử lý nước thải phương pháp sinh học, Giáo trình , 2011 ; Trần văn Nhân, Ngơ Thị Nga , Cơng nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học & Kỹ thuật , 2002 ; Lâm Minh Triết cộng , Kỹ thuật Mơi trường, NXB ĐHQG TT HCM, 2006 PGS, TS Hồng Văn Huệ (2002) Thốt nước tập 2: Xử lý nước thải Nhà xuất khoa học kỹthuật, Hà Nội 31