11. Co so bun hat, so sanh SBR va Aeroten

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BÙN HẠT HIẾU KHÍ
SO SÁNH SBR VÀ AEROTEN

1.1 ĐỊNH NGHĨA.
Bùn hạt là tập hợp các sinh khối lơ lửng kết dính lại với nhau tạo thành hạt, là
sản phẩm của quá trình phân hủy chất hữu cơ nhờ các vi sinh vật hiếu khí trong
điều kiện được cấp khí và các chất nền cần thiết.
Bùn hạt trước đây được ứng dụng rộng rãi trong thiết bị phân hủy kỵ khí dịng
chảy ngược (UASB), hiện nay đang mở rộng ứng dụng dưới dạng bùn hạt hiếu
khí.
1.2 CẤU TRÚC BÙN HẠT
Bùn hạt thường có cấu trúc 3 lớp:
 Lớp trong cùng: gồm vi khuẩn methanothrix, những tế bào hình thành trung
tâm của bùn hạt
 Lớp giữa: là những vi khuẩn hình gậy của nhóm vi khuẩn sử dụng acetone
sinh hidro, nhóm sử dụng hidro.
 Lớp ngồi cùng: nhóm vi khuẩn hình gậy, hình sợi và hình cầu, hỗn hợp vi
khuẩn lên men sinh khí hidro.
Mỗi cấu trúc bùn hạt là tập hợp các nhóm vi khuẩn khác nhau cần thiết cho q
trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ, thành phần của bùn hạt phụ thuộc vào
loại cơ chất.
1.3 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA BÙN HẠT.
a. ƯU ĐIỂM.
 Mật độ vi sinh vật trong cấu trúc bùn hạt cao
 Hiệu quả xử lý nước thải cao khi hình thành bùn hạt
 Chịu được tải trọng cao
 Kích thước hạt bùn lớn nên có khả năng lắng nhanh
 Ít bị rửa trơi
 Chịu được xốc tải
 Giảm thể tích cơng trình
b. NHƯỢC ĐIỂM

 Khó kiểm sốt trạng thái và kích thước hạt bùn


 Các hạt bùn thường không ổn định và rất dễ bị phá vỡ khi có sự thay đổi
mơi trường
Tuy nhiên, đối với từng loại bùn hạt hiếu khí và kỵ khí sẽ có những ưu nhược
điểm khác nhau. Bùn hạt kỵ khí nhược điểm là thời gian thích nghi lâu, cần phải
gia nhiệt, nhạy cảm với độc tố. Còn đối với bùn hạt hiếu khí sẽ có những ưu
điểm: Q trình thích nghi và tạo mầm hạt xảy ra rất nhanh, ít tốn thời gian; hiệu
quả xử lý bùn hạt hiếu khí có thể bằng hoặc cao hơn bùn hạt kỵ khí; thích hợp
cho việc xử lý các nguồn nước thải có chất lượng hữu cơ cao.( Rosen Winkel
2000).
So sánh thuộc tính của bùn hạt hiếu khí (SBR), bùn hoạt tính (Aerotank) và bùn
hạt kỵ khí (UASB).
Thơng số

Xử lý hiếu khí

UASB

SBR

(Bùn hoạt tính)

(Bùn hạt kỵ khí)

(Bùn hạt hiếu khí)

Vài ngày

3 tháng

1 tuần

1 -2

20

5-8

0.5 -1

10

4

<40

>100

<60

2-10

0.9 - 3

13.2

15 – 70

100 – 250

275

0.25 – 0.4

0.04 – 0.1

0.183 – 0.25

0.04 – 0.075

0.02 – 0.04

0.023 – 0.075

Thời gian thích nghi
MLSS (g/L)
ORL (mgCOD/L.d)
COD sau xử lý
(mg/L)
K (d-1)
Ks (mg/L)
Y (mgVSS/mgCOD)
Kd (d-1)

Nhận xét: Dựa vào những thuộc tính trên, ta thấy bùn hạt hiếu khí có những ưu
điểm hơn nhiều do vậy hiện nay người ta đã tập trung nghiên cứu bùn hạt hiếu
khí. Đã có những nghiên cứu về bùn hạt hiếu khí dựa trên những chất nền là
acetate natri và glucose và bùn hạt hiếu khí cũng đã áp dụng ở nhiều nước cho

các loại nước thải có nguồn dinh dưỡng cao như N, P…
1.1.4. CƠ CHẾ TẠO HẠT
Quá trình tạo hạt là quá trình các bơng bùn kết dính với nhau dưới tác dụng của
polymer ngoại bào. Lực xáo trộn càng mạnh thì các vi sinh vật càng tiết ra nhiều
polymer ngoại bào để kết dính lại với nhau hoặc là sẽ bị rửa trơi ra ngồi. Độ xáo
trộn cao tạo điều kiện va chạm tốt và tác động xốy hình elip làm các hạt được
vo trịn, bề mặt mịn có dạng hình cầu, đặc chắc.
Bùn hạt được hình thành trên mơi trường đầy đủ chất dinh dưỡng, các điều kiện
vận hành nghiêm ngặt như pH = 6.8-7.2, DO phải lớn hơn 2mg/l, thời gian lưu
nước càng ngắn thì khả năng tạo hạt càng cao.


Bùn hạt là một trường hợp phát triển đặc biệt của màng vi sinh. Bùn hạt là sự
tổng hợp của vi khuẩn acid hóa, vi khuẩn nitrit và vi khuẩn khử ni trít; bùn hạt là
hệ vi khuẩn có tính kỵ nước hiếu khí xáo trộn tốt; cấu trúc của màng vi sinh là kết
quả của quá trình sinh khối, sự phát triển này có tác động trực tiếp đến nồng độ
cơ chất nền và tốc độ phát triển của vi sinh. Sự cân bằng giữa nồng độ cơ chất
và lực kéo sẽ tạo nên màng vi sinh phát triển tốt. Sự tăng trưởng chậm về sinh
khối là động lực để phát triển hạt.
1.1.5. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BÙN HẠT
1. Lực cắt.
Lực cắt là một trong những yếu tố hình thành nên hình dạng đều và đặc chắc
của bùn hạt. Lực cắt ảnh hưởng đến tính kỵ nước của tế bào. Bề mặt kỵ nước
của tế bào có vai trò quan trọng trong việc ổn định và gia tăng sự tương tác bề
mặt giữa các tế bào làm cho bề mặt trở nên mịn hơn.. Đồng thời lực cắt càng
cao thì VSV có khuynh hướng tiết ra nhiều polymer ngoại bào hơn để kết dính lại
với nhau hoặc bị cuốn trơi ra ngồi. Điều này dẫn đến việc sinh khối của bùn hạt
ngày càng cao, khả năng lắng, tỷ trọng riêng của hạt tăng, tỷ lệ tiêu thụ oxy riêng
cao( SOUR)
2. Thời gian lắng.

Thời gian lắng là yếu tố rất quan trọng việc hình thành hạt vì nó quyết định lượng
bùn tích lũy và tốc độ lắng của hạt, việc lựa chọn những hạt đặc chắc dựa trên
tốc độ lắng khác nhau các hạt, sợi và bông bùn.
3. Thời gian lưu nước.
Bể sinh học hoạt động theo mẻ được thực hiện trong vài giờ. Thông thường các
cơ chất sẽ được sử dụng trong thời gian ngắn, vì vậy việc giảm thời gian lưu
nước và tăng tải trọng chất nền, tốc độ phát triển của VSV nhỏ sẽ tăng khả năng
tích lũy sinh khối của VSV làm cho hạt trở nên đặc chắc hơn.
4. Chất nền
Thành phần của chất nền là yếu tố quan trọng trong sự hình thành bùn hạt.
Dolfing et al (1987) đã kết luận rằng sự hình thành ban đầu của bùn hạt là hiện
tượng sinh học bị ảnh hưởng bởi chất nền và ông đã đề nghị sử dụng nước thải
chứa các hợp chất hidrocacbon cho việc tạo bùn hạt.
5. Nhiệt độ
Nhiệt độ thấp quá hay cao quá đều ảnh hưởng đến sự hình thành bùn hạt ban
đầu. Nhưng khi bùn hạt đã ổn định thì nhiệt độ khơng cịn ảnh hưởng mạnh đến
hiệu quả xử lý của bùn hạt.
Một yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định của hạt là sự cạnh tranh của vi khuẩn về
khơng gian, oxy và chất nền. Chính vì vậy sự thay đổi về nhiệt độ sẽ ảnh hưởng
lên sự cạnh tranh về vi khuẩn.


Khi nhiệt độ cao thì vi khuẩn hình sợi sẽ phát triển nhiều làm giảm khả năng lắng
của hạt.
6. Hàm lượng oxy hòa tan
Tỷ lệ sử dụng của bùn hạt là 41,90 g O2/kg MLSS.h cao hơn 2 lần bùn hoạt tính
(18.32 g O2/kgMLSS.h). Do vậy DO trong nước ln đảm bảo lớn hơn 2 mg/l.
7. Thành phần vi lượng
Các chất vô cơ là thành phần không thể thiếu trong quá trình tạo bùn hạt, thành
phần này đảm bảo cho quá trình sinh lý của vi sinh vật.

Các nguyên tố vơ cơ gồm những thành phần chính:
• Chức năng cấu trúc của chất sống
• Chức năng điều hịa các hoạt động sống
Vai trò cực kỳ quan trọng của các chất vơ cơ là duy trì sự cân bằng axit kiềm ở
trong mô tế bào, các dịch bào tạo áp suất thẩm thấu cần thiết để tiến hành q
trình chuyển hóa các chất, các nguyên tố đa vi lượng như: Ca, P, Mg, Na, Cl,
S…và vi lượng như: Fe, I2, Co, F, Cu, Ni, Mn, Al…
1.2. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SBR.
1.2.1. GIỚI THIỆU
SBR ( sequencing batch reactor): Bể phản ứng theo mẻ là dạng cơng trình xử lí
nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính , nhưng 2 giai đoạn sục khí và
lắng diễn ra gián đoạn trong cùng một kết cấu.
Hệ thống SBR là hệ thống dùng để xử lý nước thải sinh học chứa chất hữu cơ
và nitơ cao. Hệ thống hoạt động liên tục bao gồm quá trình bơm nước thải –
phản ứng – lắng – hút nước thải ra; trong đó q trình phản ứng hay cịn gọi là
q trình tạo hạt ( bùn hạt hiếu khí), q trình này phụ thuộc vào khả năng cấp
khí, đặc điểm chất nền trong nước thải đầu vào.
Nói chung, Cơng nghệ SBR đã chứng tỏ được là một hệ thống xử lý có hiệu quả
do trong q trình sử dụng ít tốn năng lượng, dễ dàng kiểm soát các sự cổ xảy
ra, xử lý với lưu lượng thấp, ít tốn diện tích rất phù hợp với những trạm có cơng
suất nhỏ, ngồi ra cơng nghệ SBR có thể xử lý với hàm lượng chất ô nhiễm có
nồng độ thấp hơn.
1.2.2. CÁC GIAI ĐOẠN XỬ LÝ BẰNG SBR
Qui trình hoạt động: gồm 4 giai đoạn cơ bản:
1. Đưa nước vào bể (Filling): đưa nước vào bể có thể vận hành ở 3 chế độ: làm
đầy tĩnh, làm đầy khuấy trộn, làm đầy sục khí .
2. Giai đoạn phản ứng ( reaction): sục khí để tiến hành q trình nitrit hóa, nitrat
hóa và phân hủy chấ hữu cơ. Trong giai đoạn này cần tiến hành thí nghiệm để
kiểm sốt các thơng số đầu vào như: DO, BOD, COD, N, P, cường độ sục khí,

nhiệt độ, pH… để có thể tạo bơng bùn hoạt tính hiệu quả cho q trình lắng sau
này
3. Giai đoan lắng (Settling): Các thiết bị sục khí ngừng họat động, q trình lắng
diễn ra trong mơi trường tĩnh hồn tồn, thời gian lắng thường nhỏ hơn 2 giờ.
4.Giai đoạn xả nước ra (Discharge): Nước đã lắng sẽ được hệ thống thu nước
tháo ra đến giai đoạn khử tiếp theo; đồng thời trong q trình này bùn lắng cũng
được tháo ra.
Ngồi 4 giai đoạn trên, cịn có thêm pha chờ, thực ra là thời gian chờ nạp mẻ
tiếp theo ( pha này có thể bỏ qua).
1.2.3. ƯU NHƯỢC, ĐIỂM CƠNG NGHỆ SBR
A. ƯU ĐIỂM
• Hệ thống SBR linh động có thể xử lý nhiều loại nước thải khác nhau với nhiều
thành phần và tải trọng.
• Dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng thiết bị ( các thiết bị ít) mà khơng cần phải tháo
nước cạn bể. Chỉ tháo nước khi bảo trì các thiết bị như: cánh khuấy, motor, máy
thổi khí, hệ thống thổi khí.
• Hệ thống có thể điều khiển hồn tồn tự động
• TSS đầu ra thấp, hiệu quả khử photpho, nitrat hóa và khử nitrat hóa cao
• Q trình kết bơng tốt do khơng có hệ thống gạt bùn cơ khí
• Ít tốn diện tích do khơng có bể lắng 2 và q trình tuần hồn bùn.
• Chi phí đầu tư và vận hành thấp ( do hệ thống motor, cánh khuấy… hoạt động
gián đoạn)
• Q trình lắng ở trạng thái tĩnh nên hiệu quả lắng cao.
• Có khả năng nâng cấp hệ thống
B. NHƯỢC ĐIỂM
• Do hệ thống hoạt động theo mẻ, nên cần phải có nhiều thiết bị hoạt động đồng
thời với nhau.
• Cơng suất xử lý thấp ( do hoạt động theo mẻ)
• Người vận hành phải có kỹ thuật cao

1.2.4. CÁC Q TRÌNH SINH HỌC DIỄN RA TRONG BỂ SBR.
(1) Quá trình phân hủy hiếu khí cơ chất đầu vào và nitrat hóa.
Q trình được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn tự dương và dị dưỡng, khi điều
kiện cấp khí và chất nền được đảm bảo trong bể sẽ diễn ra các q trình sau:
• Oxy hóa các chất hữu cơ
CxHyOz + (x+y/4 – z/2) O2 → x CO2 + y/2 H2O


• Tổng hợp sinh khối tế bào
n(CxHyOz) + nNH3+ n(x+y/4 –z/2-5)O2→(C5H7NO2)n + n(x-5)CO2 +
n(y-4)/2 H2O
• Tự oxy hóa vật liệu tế bào (phân hủy nội bào)
(C5H7NO2)n + 5nO¬2 → 5n CO2 + 2n H2O + nNH3
• Q trình nitrit hóa
2NH3 + 3O2 → 2NO2- + 2H+ + 2H2O ( vi khuẩn nitrosomonas)
( 2NH4+ + 3O2 → 2NO2- + 4H+ + 2H2O)
2NO2- + O2 → 2NO3- ( vi khuẩn nitrobacter)
Tổng phản ứng oxy hóa amoni:
NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + 2H2O