tư vấn & Lắp đặt hệ thống xử lý nước thải

Quá trình hoạt động trong bể SBR

• Hệ thống SBR gồm 2 cụm bể: cụm bể Selectorvà cụm bể C – tech. Nước được dẫn vào bể Selector trước sau đó mới qua bể C – tech.
• Bể Selector được sục khí liên tục tạo điều kiện cho quá trình xử lý hiếu khí diễn ra tại đây. Nước sau đó dược chuyển sang bể C-tech, tại đây diễn ra 5 pha theo thứ tự:
• Fill (Làm đầy): Nước thải được bơm vào bể SBR trong thời gian 1-3 giờ, trong bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tuỳ theo mục tiêu xử lý, hàm lượng BOD đầu vào, quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: làm đầy – tĩnh, làm đầy – hòa trộn, làm đầy – sục khí, tạo môi trường thiếu khí và hiếu khí trong bể, tạo điều kiện cho hệ vi sinh vật phát triển và hoạt động mạnh mẽ. trong bể diễn ra quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ, loại bỏ một phần BOD/COD trong nước thải;
• React (Pha phản ứng, thổi khí): Tạo phản ứng sinh hóa giữa 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 của pha này thường khoảng 2 giờ, tùy thuộc vào chất lượng nước thải. Trong pha này diễn ra quá trình nitrat hóa, nitrit hóa và oxy hóa các chất hữu cơ. Loại bỏ COD/BOD trong nước và xử lý các hợp chất Nitơ. Quá trình nitrat hóa diễn ra một cách nhanh chóng: sự ôxy hóa amoni (NH4+) được tiến hành bởi các loài vi khuẩn Nitrosomonas quá trình này chuyển đổi amoniac thành nitrit (NO2-). Các loại vi khuẩn khác như Nitrobacter có nhiệm vụ ôxy hóa nitrit thành nitrat (NO3-)

NH4+ +3/2O2 → NO2- + H2O + 2H+ (Nitrosomonas)

NO2- + 1/2 O2→ NO3- (Nitrobacter)

Trong giai đoạn này cần kiểm soát các thông số đầu vào như: DO, BOD, COD, N, P, cường độ sục khí, nhiệt độ, pH… để có thể tạo bông bùn hoạt tính hiệu quả cho quá trình lắng sau này.

• Settle (Lắng): trong pha này ngăn không cho nước thải vào bể SBR, không thực hiện thổi khí và khuấy trong pha này nhằm mục đích lắng trong nước trong môi trường tĩnh hoàn toàn. Đây cũng là thời gian diễn ra quá trình khử nitơ trong bể với hiệu suất cao. Thời gian diễn ra khoảng 2 giờ. Kết quả của quá trình này là tạo ra 2 lớp trong bể, lớp nước tách pha ở trên và phần cặn lắng chính là lớp bùn ở dưới.
• Draw (Rút nước): Nước đã lắng sẽ được hệ thống thu nước tháo ra không bao gồm cặn lắng nhờ thiết bị Decantor. Rút nước trong khoảng 0.5 giờ.
• Idle (Ngưng):  Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian vận hành 4 pha trên và vào số lượng bể, thứ tự nạp nước nguồn vào bể.
• Xả bùn dư: Xả bùn dư là được thực hiện trong giai đoạn lắng nếu như lượng bùn trong bể quá cao, hoặc diễn ra cùng lúc với quá trình rút nước. Giai đoạn rất quan trọng trong việc giúp cho bể hoạt động liên tục, một phần được thu vào bể chứa bùn,một phần tuần hoàn vào bể Selector, phần còn lại được giữ trong bể C – tech việc xả bùn thường được thực hiện trong giai đoạn lắng hoặc tháo nước trong.

SBR được ứng dụng rộng rãi tại các nước như Mĩ, Anh trong những hai thập kỷ qua, tại Canada cũng được áp dụng nhưng lại bị hạn chế nên vì hệ thống cần sự điều khiển chính xác hoàn toàn và tự động. Vì thế để khắc phục nhược điểm trên, hệ thống đã được thiết kế điều khiển bằng hệ thống PLC (Programmable Logic Controller), giúp cho mọi hoạt động diễn ra một cách chính xác và giảm thời gian cũng như chi phí vận hành.

Trong bể SBR có những điểm tương đương với các bể trong hệ thống xử lý sinh học theo phương pháp truyền thống:

Bể hiếu khí: nước thải đi vào bể SBR được sục khí khuấy trộn hệ thống bùn hoạt tính.

Bể lắng thứ cấp: nước thải sau khi qua pha phản ứng sẽ không được sục khí và khuấy trộn nhằm mục đích lắng để tách nước trong và cặn lắng.

Bùn được tuần hoàn trong hệ thống tương tự như bước tuần hoàn bùn trong hệ thống aerotank truyền thống.

Ưu điểm nổi bật của công nghệ SBR

• Đặc điểm nổi trội ở bể SBR không cần tuần hoàn bùn hoạt tính. Hai quá trình phản ứng và lắng đều diễn ra ở ngay trong một bể, bùn hoạt tính không hao hụt ở giai đoạn phản ứng và không phải tuần hoàn bùn hoạt tính từ bể lắng để giữ nồng độ;
• Kết cấu đơn giản và bền hơn;
• Do vận hành bằng hệ thống tự động nên hoạt động dễ dàng và giảm đòi hỏi sức người nhưng đây cũng là một nhược điểm chính vì đòi hỏi nhân viên phải có trình độ kỹ thuật cao;
• Dễ dàng tích hợp quá trình nitrat/khử nitơ cũng như loại bỏ phospho;
• Các pha thay đổi luân phiên nhưng không làm mất khả năng khử BOD khoảng 90-92%;
• Giảm chi phí xây dựng bể lắng, hệ thống đường ống dẫn truyền và bơm liên quan;
• Lắp đặt đơn giản và có thể dễ dàng mở rộng nâng cấp.

Cơ chế hoạt động của vi sinh vật trong công nghệ MBR cũng tương tự như bể bùn hoạt tính hiếu khí nhưng thay vì tách bùn sinh học bằng công nghệ lắng thì công nghệ MBR lại tách bằng màng.

Vì kích thước lỗ màng MBR rất nhỏ (0.01 ~ 0.2 µm) nên bùn sinh học sẽ được giữ lại trong bể, giúp duy trì mật độ vi sinh cao làm hiệu suất xử lý tăng và tiết kiệm diện tích xây dựng hệ thống xử lý nước thải lên đến 50%. Nước sạch sẽ bơm hút sang bể chứa và thoát ra ngoài mà không cần qua bể lắng, lọc và khử trùng.

Tính ưu việt của công nghệ này là chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn cao thường tốt hơn chất lượng loại A của QCVN 14:2008 / BTNMT, do đó, nước sau xử lý có thể tái sử dụng cho các mục đích như: rửa sàn, tưới cây,…

Không cần sử dụng bể lắng thứ cấp như công nghệ bùn hoạt tính truyền thống và các công nghệ vi sinh khác

• Tiết kiệm diện tích cao nhất
• Phù hợp với những nơi có địa hình lắp đặt phức tạp.
• Tính tự động hóa cao.
• Thường được lắp đặt ở dạng thiết bị hợp khối (dạng thiết bị hay moduls) nên dễ dàng cho công tác lắp đặt cũng như di dời khi cần.

Khi các vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, sinh khối trên giá thể vi sinh trở nên dày hơn. Độ dày của sinh khối ảnh hưởng đến khả năng “tiếp cận” của oxy hoà tan và cơ chất trong bể phản ứng với màng sinh học.

Các vi sinh vật ở lớp ngoài cùng của màng sinh học là “bước tiếp cận đầu tiên” của oxy hòa tan và cơ chất với màng sinh học. Khi oxy hòa tan và cơ chất khuếch tán qua các lớp màng sinh học bên trong, chúng sẽ được vi sinh vật sử dụng để tạo các lớp màng sinh học. Sự giảm nồng độ oxy hòa tan khi qua các lớp màng sinh học tạo thành các lớp màng sinh học hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí.

Các môi trường khác nhau tạo ra các vi sinh vật khác nhau và do đó, xảy ra các quá trình sinh học khác nhau giữa các lớp màng sinh học.

Trên lớp màng ngoài cùng, nơi có nồng độ oxy hòa tan và cơ chất cao, nhóm vi sinh vật chính là nhóm hiếu khí.

Trong các lớp màng sinh học sâu hơn, nơi nồng độ oxy và cơ chất thấp hơn, nhóm vi sinh vật tùy tiện chiếm ưu thế. Đây cũng là nơi xảy ra quá trình nitrat hóa do nitrate trở thành chất nhận điện tử của vi khuẩn tuỳ tiện. Do đó, công nghệ MBBR xử lý Nitơ và Photpho khá hiệu quả.Trong quá trình ôxy hóa sinh hóa hiếu khí, các hợp chất hữu cơ chứa  Nitơ,  lưu  huỳnh,  phốt  pho  cũng  được  chuyển  hóa  thành  nitrat  (NO3-),  sunphat (SO42-), phốt phát (PO43-), CO2 và H2O.

Khi môi trường cạn nguồn cacbon hữu cơ, các loại vi khuẩn Nitrit hóa (Nitrosomonas) và Nitrat hóa (Nitrobacter) thực hiện quá trình Nitrat hóa theo 2 giai đoạn:

H4+ + 76O2  + 5CO2   ==>  C5H7NO2  + 54NO2  + 52H2O + 109H+ 400NO2- + 195O2  + NH3  + 2H2O + 5CO2 ==> C5H7NO2  + 400NO3-

Quá trình Nitrat hóa có thể xảy ra nếu như ngay từ đầu, Nitơ tồn tại dưới dạng Nitơ Amoniac. Tốc độ biến đổi từ Amoniac thành Nitrat đối với bùn hoạt tính như sau: cứ 3mg N-NH + trong thời gian 1 giờ thì Nitrat hóa được 1g chất hữu cơ.

1. a) Quá trình Nitrat hóa ( Nitrification)
2. b) Quá trình khử Nitrat (Denitrification)

Quá trình Nitrate hóa gồm các bước:

NH4+ bị ôxy hóa thành NO2  do tác động của vi khuẩn Nitrit theo phản ứng:
NH4+ + 1,5O2    ==>NO2- + 2H+ + H2O

Ôxy hóa NO2- thành NO3- do tác động của vi khuẩn Nitrat hóa:
NO2- +0,5O NO3-

Tổng hợp quá trình chuyển hóa NH4+ thành NO3- :
NH + + 2O2    ==>         NO3-    + 2H2+  + H2O

Có khoảng 20 – 40 % NH +  bị đồng hóa thành vỏ tế bào, cho nên có thể tổng hợp quá trình Nitrat hóa bằng phản ứng sau:
NH + + 2O2              ==>              NO3-    + 2H2+  + H2O

NH4+    +  1,731O2    +  1,962HCO3-    ==>    0,038C5H7NO2    +  0,96NO3-    + 1,077H2O + 1,769H2CO3

Quá trình khử Nitrat dưới tác động của các chuẩn vi khuẩn khử Nitrate như Denitrobacillus, Thiobacillus, Pseudomonas…, Nitrate và Nitrit sẽ được chuyển hóa thành NO2- và Nitơ tự do theo phản ứng:
NO3- + CH3OH ==>  6NO2- + CO2 + H2O
6NO2- + 3CH3OH ==>  3N2 + 3CO2 + 6OH-

Giới thiệu về Biochip

Biochip được sử dụng như là giá thể để vi sinh vật bám dính lên.

• Bề mặt tiếp xúc: 000m2/m3
• Vật liệu: nhựa PolyEthylene
• Hình dạng: tròn
• Chiều dày: 0,8 – 1,2mm
• Đường kính: 22mm
• Tỷ trọng: 0,98kg/lit
• Màu sắc: trắng.

Vi sinh vật sẽ trú trong các lỗ rỗng, và phát triển trên đó. Bề mặt giá thể sẽ được “làm sạch” bởi quá trình va vào nhau khi các giá thể chuyển động. Do đó, việc tự “làm sạch” là một trong những ưu điểm của giá thể biochip.

Màng  nhớt, bùn  hoạt  tính  phát  triển  trong  các lỗ  rỗng  tạo thành lớp màng  sinh  học. Lớp màng sinh học này có vai trò chuyển hóa các chất hữu cơ ô nhiễm trong nước. Bùn bám trên BioChip

Ưu điểm của MBBR

• Diện tích tiếp xúc lớn: 3000m2/m3. Tăng khả năng trao đổi chất của vi sinh vật, hiệu quả xử lý chất hữu cơ
• Hiệu quả xử lý Nitơ và Phopho
• Có thể chịu tải trọng lớn, vi sinh ít bị sốc tải và hoạt động ổn định hơn so với công nghệ Aerotank truyền thống.
• Tiết kiệm thể tích xây dựng bể sinh học khoảng 30 – 40% so với công nghệ
• Bùn tuần hoàn ít về bể sinh học ít hơn nhiều lần công nghệ Aerotank truyền thống, tiết kiệm chi phí điện năng và xử lý bùn dư.

Nhược điểm:

• Do giá thể Biochip được nhập khẩu từ Đức, giá thành khá cao.

Nguyên lý hoạt động

Công nghệ AAO  xử  lý nước  thải bằng  vi  sinh  vật bám  vào  các  chất  lơ  lửng để  cư  trú giống như công nghệ bùn hoạt  tính  truyền  thống (CAS). Tuy nhiên công nghệ AAO  toàn diện hơn và cải thiện được nhiều nhược điểm của công nghệ CAS.

Quá trình phản ứng dựa vào các vi sinh vật hiếu khí (Bể aeroten)

Quá trình phản ứng sinh học bao gồm các bước: Kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí.

Quá trình xử lý Anaerobic (Xử lý sinh học kị khí)

Trong các bể kỵ khí xảy ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ hòa tan và các chất dạng keo trong nước thải với sự tham gia của hệ vi sinh vật kỵ khí. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển, vi sinh vật kỵ khí sẽ hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành các hợp chất ở dạng khí. Bọt khí sinh ra bám vào các hạt bùn cặn. Các hạt bùn cặn này nổi lên trên làm xáo trộn, gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng.

Quá trình phân hủy chất hữu cơ của hệ vi sinh kị khí được thể hiện bằng các phương trình sau:

(a) Chất hữu cơ + VK kỵ khí → CO2 + H2S + CH4 + các chất khác + năng lượng

(b) Chất hữu cơ + VK kỵ khí + năng lượng → C5H7O2N (Tế bào vi khuẩn mới)

Trong đó: C5H7O2N: là công thức hóa học thông dụng để đại diện cho tế bào vi khuẩn.

Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas.

Quá trình phân hủy kỵ khí được chia thành 3 giai đoạn chính: phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử, tạo các axit, tạo methane.

Quá trình xử lý Anoxic (Xử lý sinh học thiếu khí)

Tại bể anoxic diễn ra quá trình nitrat hóa và Photphorit để xử lý N, P.

Quá trình Nitrat hóa xảy ra như sau:

Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosonas và Nitrobacter. Trong môi trường thiếu oxy, các loại vi khuẩn này sẻ khử Nitrat (NO3-) và Nitrit (NO2-) theo chuỗi chuyển hóa:

NO3- → NO2- → N2O → N2↑

Khí nitơ phân tử N2 tạo thành sẽ thoát khỏi nước và ra ngoài. Như vậy là nitơ đã được xử lý.

Quá trình Photphorit hóa:

Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu cơ chứa photpho sẽ được hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất mới không chứa photpho và các hợp chất có chứa photpho nhưng dễ phân hủy đối với chủng loại vi khuẩn hiếu khí.

Để quá trình Nitrat hóa và Photphoril hóa diễn ra thuận lợi, tại bể Anoxic bố trí máy khuấy chìm với tốc độ khuấy phù hợp. Máy khuấy có chức năng khuấy trộn dòng nước tạo ra môi trường thiếu oxy cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển. Ngoài ra, để tăng hiệu quả xử lý và làm nơi trú ngụ cho hệ vi sinh vật thiếu khí, tại bể Anoxic lắp đặt thêm hệ thống đệm sinh học được chế tạo từ nhựa PVC, với bề mặt hoạt động 230 ÷ 250 m2/m3. Hệ vi sinh vật thiếu khí bám dính vào bề mặt vật liệu đệm sinh học để sinh trưởng và phát triển.

Quá trình Oxic (Xử lý sinh học hiếu khí)

Các phản ứng chính xảy ra trong bể xử lý sinh học hiếu khí như:

(a) Quá trình Oxy hóa và phân hủy chất hữu cơ:

Chất hữu cơ + O2 → CO2 + H2O + năng lượng

(b) Quá trình tổng hợp tế bào mới:

Chất hữu cơ + O2 + NH3 → Tế bào vi sinh vật + CO2 + H2O + năng lượng

(c) Quá trình phân hủy nội sinh:

C5H7O2N + O2 → CO2 + H2O + NH3 + năng lượng

Nồng độ bùn hoạt tính duy trì trong bể Aeroten: 3500 mg/l, tỷ lệ tuần hoàn bùn 100%. Hệ vi sinh vật trong bể Oxic được nuôi cấy bằng chế phẩm men vi sinh hoặc từ bùn hoạt tính. Thời gian nuôi cấy một hệ vi sinh vật hiếu khí từ 45 đến 60 ngày. Oxy cấp vào bể bằng máy thổi khí đặt cạn hoặc máy sục khí đặt chìm.

Ưu điểm

Mức đầu  tư  thấp bởi vì chi phí chủ yếu bao gồm chi phí xây dựng, một số  thiết bị chính như máy sục khí, máy bơm, máy khuấy. Không có công nghệ tiên tiến nào được áp dụng.

Sản xuất  ít bùn dư so với công nghệ CAS bởi vi sinh vật kỵ khí và thiếu khí giúp xử  lý BOD toàn diện hơn.

Chất lượng nước đầu ra có thể đạt loại A hoặc B, phụ thuộc vào kích thước của các bể.

Tiêu thụ ít điện năng hơn so với CAS

Nhược điểm

Chất lượng đầu ra phụ thuộc vào khả năng lắng của bùn hoạt tính và kích thước bể. Nếu muốn chất lượng nước đầu ra tốt hơn và ít biến động, đòi hỏi diện tích/ không gian lớn để xây dựng hệ thống. Nồng độ bùn hoạt tính trong hệ thống CAS thường duy trì trong ngưỡng từ 3-5g/L để bùn có  thể  lắng. Nếu nồng độ cao hơn, bùn có  thể bị  tràn hoặc  làm giảm độ  trong của nước đầu ra. Chất  lượng  nước  đầu  ra  có  thể  không  ổn  định,  bởi  vì  độ  lắng  của  bùn  phụ  thuộc  vào nhiều yếu tố như nhiệt độ, nồng độ MLSS, tải trọng chất hữu cơ và tải thủy lực của nước thải đầu vào…

Tốn diện tích xây dựng

Yêu cầu các hóa chất tiệt trùng

Ngoài các công nghệ kể trên còn một số công nghệ khác được sử dụng tùy từng tính chất của nước thải và yêu cầu chất lượng nước thải đầu ra.