Mục tiêu - Bùn hoạt tính

Lý thuyết và nguyên tắc của bùn hoạt tính?

Các biến thể khác nhau của quá trình bùn hoạt tính?

Các hoạt động và duy trì một hệ thống bùn hoạt tính điển hình.

Quy trình an toàn sử dụng trong điều hành một hệ thống bùn hoạt tính?

Vào bài

1. Giới thiệu về bùn hoạt tính

Nguyên tắc vi sinh

Quá trình bùn hoạt tính

Bùn hoạt tính là một quá trình sinh học nhằm sử dụng các vi sinh vật để chuyển đổi các chất hữu cơ và một số chất vô cơ từ nước thải vào khối tế bào. Bùn hoạt tính sau đó được tách ra khỏi chất lỏng bằng quá trình lắng. Bùn lắng được tuần hoàn sử dụng lại (RAS) hay thảy đi (WS). Bùn hoạt tính thường được sử dụng như là một quá trình trong xử lý nước thải bởi vì nó là một quá trình xử lý hiệu quả và linh hoạt, và chứng tỏ khả năng trình độ cao trong xử lý.

Vai trò của các vi sinh vật trong quá trình bùn hoạt tính

Các vi sinh vật có vai trò quyết định trong quá trình bùn hoạt tính nhằm chuyển đổi và hòa tan được chất hữu cơ, được thể hiện thông qua  nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), vào khối tế bào. Trong quá trình bùn hoạt tính truyền thống, các vi sinh vật sử dụng oxy để phân huỷ chất hữu cơ (là thực phẩm) cho sự tăng trưởng và sự sống còn của chúng. Theo thời gian nước thải di chuyển qua bể sục khí, thực phẩm (BOD) giảm khi gia tăng kết quả trong khối tế bào (nồng độ MLSS).

2. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe và sự tăng trưởng của vi sinh vật

Quá trình xử lý nước thải bùn hoạt tính phải hoạt động trong điều kiện môi trường thích hợp để cung cấp sự lành mạnh cho quần thể vi sinh vật ngày càng phát triển. Khi vận hành nhà máy phải theo dõi quá trình bùn hoạt tính để đảm bảo các điều kiện môi trường đang được cung cấp cho các vi sinh vật, khi đó hiệu suất nhà máy xử lý nước thải mới đạt được hiệu quả.

Thức ăn

Nước thải vào nhà máy xử lý cung cấp thức ăn cho vi sinh vật cần thiết cho sự tăng trưởng và sinh sản của chúng. Thực phẩm này chủ yếu là các chất hữu cơ. Việc hòa tan các chất hữu cơ càng nhiều thì càng dễ dàng hơn cho các vi sinh vật có thể hấp thụ chúng. Khi đó, số lượng và loại chất hữu cơ trong các nhà máy xử lý ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của vi sinh vật, tác động đến tổng lượng BOD và BOD hòa tan cho phép nhà máy vận hành có thể xác định số lượng và loại thức ăn cho các vi sinh vật.

Dòng chảy

Nước thải đến chảy vào nhà máy xử lý phải ở một tốc độ nhất định cho phép các vi sinh vật có đủ thời gian để tiêu thụ thức ăn và lắng thích hợp. Dòng vào cao có thể rút ngắn thời gian cần thiết cho việc xử lý đầy đủ nước thải. Dòng chảy quá cao có thể rửa sạch vi sinh vật ra khỏi nhà máy thông qua việc lắng.

Nhiệt độ

Tất cả các phản ứng sinh học và hóa học đều bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Ở nhiệt độ lạnh tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật chậm và nhanh hơn nhiều ở nhiệt độ ấm hơn. Hầu hết các vi sinh vật tăng trưởng tốt nhất ở nhiệt độ vừa phải từ 10-25ºC. Nhiệt độ bồn sục khí nên thường xuyên đo và ghi lại.

pH

Các phản ứng sinh học và hóa bị ảnh hưởng bởi pH. Môi trường pH giữa 6,0-9,0 là lý tưởng cho các vi sinh vật phát triển. Axit (pH thấp) hoặc kiềm (pH cao) có thể ảnh hưởng xấu đến tăng trưởng vi sinh vật và sự tồn tại của chúng. Các nhà vận hành nên đo pH nước và sục khí lưu vực để đảm bảo điều kiện pH thích hợp.

Các chất dinh dưỡng

Vi sinh vật cần chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho, và một số kim loại cho sự trao đổi chất của chúng. Hầu hết nước thải đến về nhà máy xử lý, đặc biệt là nước thải sinh hoạt, chứa đựng rất nhiều các chất dinh dưỡng vi lượng. Tỷ lệ BOD5 với nitơ (N) và phốt pho (P) nên ít nhất 100: 5: 1. Nước thải vào nên được đo để xác định tỷ lệ chất dinh dưỡng này.

Độc tính

Nước thải vào nhà máy xử lý có thể chứa các vật liệu hoặc các hợp chất độc hại đối với vi sinh vật. Tùy thuộc vào nồng độ của chất độc, vi sinh vật có thể bị phá hủy hoặc tỷ lệ trao đổi chất của chúng bị ảnh hưởng, do đó làm suy yếu hiệu suất nhà máy.

Các loại động vật nguyên sinh và sinh vật thường thấy trong bùn hoạt tính

Động vật nguyên sinh là những sinh vật đơn bào, có kích thước lớn hơn vài trăm lần so với vi khuẩn.  Có bốn loại động vật nguyên sinh thường được tìm thấy trong hệ thống bùn hoạt tính. Chúng được xác định theo cách di chuyển của chúng trong môi trường nước thải. Bốn loại là amip, ciliates (bơi tự do và cuống), flagellates và suctorians.

Figure 1.2.4.1

3. Các điều kiện có lợi cho sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi khuẩn trong quá trình bùn hoạt tính

Sự phát triển của các sinh vật hình sợi có thể xảy ra do các điều kiện sau đây:

• Oxy hoà tan thấp
• Thực phẩm thấp so với tỷ lệ vi sinh
• Ph thấp
• Sulfite cao
• Thiếu hụt dinh dưỡng
• Dầu mỡ quá mức

Các điều kiện môi trường cần thiết để hỗ trợ sự phát triển của vi khuẩn nitrat

Vi khuẩn nitrat chuyển đổi amoniac thành nitrat. Chúng làm việc tốt nhất với các điều kiện môi trường sau đây:

• Oxy hòa tan lớn hơn 1,0 mg / L
• pH giữa 7.0 và 8.5
• Độ kiềm lớn hơn 50 mg / L
• Nhiệt độ giữa 50-85 º F (10-30 ° C)

Các điều kiện môi trường cần thiết cho sự phát triển của vi khuẩn khử Nitrat

Vi khuẩn khử Nitrat chuyển đổi nitrit và nitrat thành khí nitơ. Chúng làm việc tốt nhất với các điều kiện môi trường sau đây:

• Oxy hòa tan thấp hơn 0,2 mg / L
• pH giữa 7.0 và 8.5
• Chất hữu cơ thích hợp (BOD)
• Nhiệt độ giữa 50-85 º F (10-30 ° C)

4. Quy trình biến thể của bùn hoạt tính

Quá trình bùn hoạt tính

Dòng chảy bùn hoạt tính tuần hoàn là một quá trình mà trong đó bùn hoạt tính chảy đi và trở về vào bể sục khí với tốc độ không đổi. Tuổi bùn nói chung nên ít hơn 15 ngày, tốt nhất là từ 3-10 ngày.

Figure 1.3.1.1

 

Quá trình sục khí bùn hoạt tính mở rộng

Sục khí mở rộng cũng sử dụng mô hình dòng chảy tuần hoàn, tuy nhiên, các bể sục khí lớn hơn để có thể cung cấp hơn 15 giờ thời gian lưu thủy lực (HRT). Tuổi bùn thường là lớn hơn 15 ngày, tốt nhất từ 15-30 ngày. Điều này dẫn đến một xử lý nước thải cao, và ít WAS. Mương Oxy hóa (oxidation ditch) là một biến thể của quá trình sục khí mở rộng.

Figure 1.3.2.1

 

Biến thể khác của quá trình bùn hoạt tính

Mớm từng bước

Trong quá trình mớm, dòng thải chính được thêm vào ở hai hoặc nhiều điểm dọc theo chiều dài của bể sục khí (xem hình 1.3.3.1). Hình thức này cho phép rải đều tải trọng hữu cơ và làm chúng hòa tan trong suốt chiều dài của lưu vực. Cấu hình này cũng cho phép kiểm soát tốt hơn trong việc xử lý sốc tải và MLSS thấp hơn trước khi vào bể lắng thứ cấp.

Tiếp xúc ổn định

Một quá trình gồm hai bể xử lý bùn hoạt tính (xem hình 1.3.3.2). Bể đầu tiên (bể tiếp xúc) có một thời gian bị giam giữ ngắn, tiếp theo là làm trong nước (lắng). Bùn lắng được bơm vào một bể thứ hai (bể tái sục khí) với một thời gian bị giam giữ lâu hơn. Lợi thế của tiếp xúc ổn định là ít đòi hỏi tổng khối lượng bể hơn quy trình thông thường, và nó làm giảm khả năng mất MLSS qua rửa trôi. Ổn định tiếp xúc có thể được áp dụng khi giới hạn thải là không cần thiết.

Trộn hỗn hợp

Là quá trình bùn hoạt tính, nơi các chất thải của toàn bộ bể sục khí được trộn nhanh chóng tạo thành hỗn hợp để thống nhất cung cấp thực phẩm duy nhất (BOD), vi sinh vật và oxy hòa tan (xem hình 1.3.3.3). Quá trình này được sử dụng khi một dòng nước không yêu cầu chất lượng cao. Trộn hỗn hợp thường được sử dụng trong các nhà máy công nghiệp bùn hoạt tính.

Phản ứng hàng loạt theo trình tự (SBR)

Phản ứng hàng loạt theo trình tự (SBR) là một biến thể của quá trình bùn hoạt tính bằng cách xử lý trái ngược với một xử lý liên (xem hình 1.3.3.4). Trong hầu hết các cơ sở sử dụng SBR đòi hỏi ít nhất hai lò phản ứng để xử lý nước thải có thể được chấp nhận.

Một số lượng lớn các biến thể dựa trên cơ chế độc quyền và quy trình xử lý SBR, nhưng tất cả các hệ thống đều có một chuỗi ít nhất bốn bước mà cần phải thực hiện cho các hoạt động đúng đắn của hệ thống. Bốn bước xử lý bao gồm:

• Lấp đầy
• Phản ứng
• Lắng
• Gạn / thải bùn

SBRs loại bỏ các chất dinh dưỡng có thể có các bước bổ sung trong chuỗi. SBRs nhằm xử lý thứ cấp trong một diện tích nhỏ hạn chế bởi vì lắng thứ cấp không được sử dụng trong quá trình này và đòi hỏi một hệ thống điều khiển phức tạp hơn.

Figure 1.3.3.1

Figure 1.3.3.2

 Figure 1.3.3.3

 Figure 1.3.3.4

Th.s Nguyễn Minh Trí lược dịch