Báo cáo chuyên đề Bể bùn hoạt tính hiếu khí Unitank

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG



BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ:

BỂ BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ
UNITANK
Sinh viên thực hiện : ĐẶNG BẢO QUỐC

Lớp

- 91202045

TRẦN NGUYỄN MỘNG QUYÊN

- 91202184

ĐOÀN LÊ QUYÊN

- 91202183

: 12090201

Khoá

: ĐH 16

Giảng viên hướng dẫn : TS. PHẠM ANH ĐỨC

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 11 năm 2014

MỤC LỤC
1


CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC
HIẾU KHÍ...................................................................................................................... 1
1.1.Nguyên tắc hoạt động của bể sinh học hiếu khí.....................................................1
1.2.Khái quát các dạng bể xử lý sinh học bùn hoạt tính hiếu khí...............................7
1.2.1. Bể bùn hoạt tính truyền thống..............................................................................8
1.2.2. Bể Aerotank..........................................................................................................9
1.2.3. Bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn.............................................................10
1.2.4. Dòng chảy nút (Bể bùn hoạt tính cấp khí giảm dần).........................................11
1.2.5. Thổi khí nhiều bậc (bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc).........................11
1.2.6. Mương oxy hóa...................................................................................................12
1.2.7. Bể hiếu khí gián đoạn – SBR (Sequencing Batch Reactor)...............................13
1.2.8. Bể Unitank..........................................................................................................15
1.3. Ưu và nhược điểm của công nghệ xử lý nước thải sinh học hiếu khí................16
CHƯƠNG 2: BỂ BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ UNITANK..................................17
2.1. Giới thiệu về bể UNITANK..................................................................................17
2.2. Các giai đoạn xử lý trong bể Unitank..................................................................19
2.2.1. Quy trình áp dụng xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học
Unitank......................................................................................................................... 22
2.2.2. Xử lý nước thải khu công nghiệp bằng công nghệ Unitank..............................23
2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của UNITANK........................................24
2.2.4. Ưu và nhược điểm của công nghệ UNITANK...................................................28
2.2.5. Các lĩnh vực ứng dụng.......................................................................................29
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BÊ UNITANK...........................................32

3.1. Các công thức tính toán thiết kế bể UNITANK..................................................32
3.2. Ví dụ về tính toán thiết kế bể UNITANK............................................................34
CHƯƠNG 4: VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG UNITANK.................37
4.1. Vận hành hệ thống UNITANK.............................................................................37
4.2. Điều khiển hệ thống UNITANK...........................................................................38
2


4.3. Các thông số kiểm soát quá trình xử lý...............................................................39
4.4. Ví dụ hệ thống UNITANK....................................................................................41
4.4.1. Lưu lượng, đặc tính chất lượng nước:...............................................................41
4.4.2. Xử lý nước thải chương trình tuyến đường quá trình thực tập, các nguyên tắc và
đặc điểm quá trình........................................................................................................41
4.4.2.1. Quy trình...........................................................................................................42
4.4.2.2.Nguyên tắc quy trình và đặc điểm......................................................................42
4.4.3. Cấu trúc chính, chức năng, kích thước, thiết kế thông số, kiểm soát hoạt động và
quản lý bảo trì...............................................................................................................42
4.4.3.1. Tổng quan xây dựng nhà máy xử lý..................................................................43
4.4.3.2. Một số lưu ý......................................................................................................43
4.4.4. Các thông số hoạt động của bể UNITANK........................................................43
4.4.5. Các chỉ số theo từng mục đích sử dụng.............................................................43
4.4.6. Chi phí đầu tư.....................................................................................................44
4.4.7. Vấn đề cần lưu ý về dự án:.................................................................................44
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN...........................................................................................45

3


Danh mục hình
Hình 1.1: mối quan hệ giữa 3 quá trình..........................................................................1

Hình 1.2: Đồ thị về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý.....................................5
Hình 1.3: Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật
trong bể xử lý nước thải...................................................................................................6
Hình 1.6: Bể bùn hoạt tính truyển thống.........................................................................7
Hình 1.4: Quá trình khử nito...........................................................................................7
Hình 1.5: Quá trình khử phospho...................................................................................9
Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống xử lý hiếu khí nước thải........................................................10
Hình 1.8: Bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn.........................................................11
Hình 1.9: Hệ thống bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc............................................12
Hình 1.10: Mương oxy hóa...........................................................................................13
Hình 1.11: Các bước xử lý trong chu kỳ hoạt động của hệ thống SBR.........................14
Hình 1.12: Bể SBR........................................................................................................15
Hình 2.1: Cấu hình của UNITANK thông thường.........................................................17
Hình 2.2: Một dạng cấu hình khác của UNITANK.......................................................18
Hình 2.3: Quá trình hoạt động bể UNITANK...............................................................20
Hình 2.4: Sơ đồ hoạt động của Unitank........................................................................22
Hình 2.5: Quy trình xử lý nước thải sinh hoạt bằng Unitank........................................23
Hình 2.6: Sự gia tăng tốc độ tăng trưởng theo cấp số nhân với sự gia tăng nồng độ cơ
chất, đến tối đa..............................................................................................................27
Hình 2.7: Sự ảnh hưởng của độc chất đến sự sinh trưởng của vi sinh vật....................28
Hình 2.6: UNITANK® multitrain - thành phố Brasilia - Brazil....................................30
Hình 2.7: UNITANK® đa tầng - nhà máy đường Cam Ranh - Việt Nam......................30
Hình 2.8: UNITANK® CƠ BẢN - cấu hình chữ nhật
Nhà máy lọc dầu Pemex – Mexico.................................................................................31
4


Hình 2.9: UNITANK® NÂNG CAO - cấu hình tròn-Rousselot – Argentina.................31
Hình 4.1: Sơ đồ vận hành của vi sinh vật trong bể.......................................................39

5


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BOD

Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa học

F/M

Food/ Microorganism
Tỷ lệ thức ăn/ vi sinh vật

MLSS

Mixed Liquor Recycled
Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn

MLTSS

Mixed Liquor Volatile Suspended Solids
Tổng cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn

MLVSS

Mixed Liquor Volatile Suspended Solids
Các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi của hỗn hợp bùn

SRT

Solids Retention Time
Thời gian lưu bùn


ĐẶT VẤN ĐỀ
Nước thải xuất phát từ hai nguồn chính: là nước thải sinh hoạt của con người và
nước thải từ ngành công nghiệp sản xuất. Tại Anh, tổng khối lượng nước thải từ các
ngành công nghiệp là khoảng 7 lần so với nước thải sinh hoạt. Nếu không được xử lý, và
thải trực tiếp ra môi trường thì các nguồn tiếp nhận sẽ trở nên bị ô nhiễm và các bệnh
truyền qua đường nước sẽ lây lan rộng rãi. Từ những năm đầu của thế kỷ XX thì các biện
pháp xử lý sinh học được đưa ra, và đây là cơ sở để xử lý nước thải trên toàn thế giới. Nó
chỉ đơn giản là giam hãm vi khuẩn tự nhiên ở nồng độ cao hơn rất nhiều trong bể. Những
vi khuẩn này, cùng với một số động vật nguyên sinh và vi sinh vật khác, được gọi chung
là bùn hoạt tính. Khái niệm về xử lý rất đơn giản. Các vi khuẩn loại bỏ các phân tử carbon
hữu cơ bằng cách “ăn” chúng. Kết quả là vi khuẩn phát triển và nước thải được làm sạch.
Nước thải được xử lý sau đó được thải vào các vùng nước - thường là sông hoặc biển.
Để tìm hiều rõ hơn, trong chuyên đề này chúng ta đi tìm hiểu về một công nghệ sử
dụng bùn hoạt tính đó là bể UNITANK.


CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC HIẾU KHÍ
1.1.

Nguyên tắc hoạt động của bể sinh học hiếu khí
Nguyên tắc hoạt động của công nghệ này là sử dụng các VSV hiếu khí phân hủy
các chất hữu cơ trong nước thải khi có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH,…thích hợp.
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ VSV gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Để thực
hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và các chất phân tán nhỏ trong
nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào VSV. Mặc dù có hàng ngàn phản ứng hóa
học liên quan đến sự trao đổi chất của một loại vi khuẩn chúng ta có thể xác định ba quá
trình chính có liên quan đến xử lý sinh học nước thải. Đó là:
-

Tiêu hóa
Hô hấp
Tăng trưởng và phân chia

Các quá trình này được đánh giá rất cao và tích hợp các mối quan hệ giữa chúng trong
một tế bào vi khuẩn duy nhất có thể được biểu thị như sau:

Hình 1.1: Đại diện của một loại vi khuẩn duy nhất cho thấy mối quan hệ giữa 3 quá trình
Hình trên cho thấy con đường tiêu hóa cac bon hữu cơ. Một số đi theo con đường
của quá trình dị hóa hoặc hô hấp và kết thúc là CO 2. Carbon này bị mất vào hệ thống.
Carbon hữu cơ còn lại sau quá trình đồng hóa hoặc theo đường tăng trưởng và kết thúc


trong sinh khối mới. Do đó carbon này được giử trong hệ thống. Mục đích của hô hấp là
để cung cấp năng lượng cần thiết cho sự tăng trưởng và duy trì các vi khuẩn.
Tốc độ quá trình oxy hóa phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và
mức độ ổn định của lưu lượng nước thải vào hệ thống nước xử lý. Ở mổi điểm nhất định,
các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa là chế độ thủy động, hàm lượng
oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng.
Các hợp chất hữu cơ được sử dụng như là nguồn cacbon và năng lượng (tăng trưởng dị

dưỡng), Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô tả bằng sơ đồ:
C10H19O3N + O2 + chất dinh dưỡng → C5H7NO2 + H2O + CO2 + NH4+…
Chất hữu cơ

sinh khối

Nhận điện tử
¼ O2 + H+ + e - → ½ H2 O
Nguồn Cacbon
Nguồn năng lượng: cho điện tử
1/50C10H19O3N + 9/25H2O → 9/50CO2 + 1/50NH4+ + 1/50HCO3- + H+ + eTrong điều kiện hiếu khí NH4+ và H2S bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hóa, sunfat
hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:
NH4+ + 2O2  NO3- + 2H+ H2O + H; H2S + 2O2  SO4+ + 2H+ + H
Hoạt động của vi sinh vật hiếu khí bao gồm quá trình dinh dưỡng: vi sinh vật sử dụng
các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và nguyên tố vi lượng kim lọai để xây dựng tế bào
mới tăng sinh khối và sinh sản. Quá trình phân hủy: vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ
hòa tan hoặc ở dạng các hạt keo phân tán nhỏ thành nước và CO 2 hoặc tạo ra các chất khí
khác.
1.2.

Mô tả quá trình sinh học hiếu khí
Quá trình phân hủy chất bẩn hữu cơ bằng công nghệ sinh học hiếu khí là quá trình lên
men bằng vi sinh vật trong điều kiện có oxy để cho sản phẩm là CO 2, H2O, NO3- và SO42-.


Trong quá trình xử lý hiếu khí các chất bẩn phức tạp như protein, tinh bột, chất béo… sẽ
bị phân hủy bởi các men ngoại bào cho các chất đơn giản là các axit amin, các axit béo,
các axit hữu cơ, các đường đơn… Các chất đơn giản này sẽ thấm qua màng tế bào và bị
phân hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa thành các vật liệu xây dựng tế bào mới bởi quá trình
hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng là CO 2 và H2O. Cơ chế quá trình hiếu khí gồm 3

giai đoạn :
 Giai đoạn 1: Oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu

cầu năng lượng của tế bào:
CxHyOzN + (x+ y/4 + z/3 + ¾) O2 men ---- > xCO2 + [(y-3)/2] H2O + NH3
Trong các bể xử lý sinh học các vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu vì nó chịu
trách nhiệm phân hủy các thành phần hữu cơ trong nước thải. Trong các bể bùn hoạt tính
một phần chất hữu cơ sẽ được các vi khuẩn hiếu khí và hiếu khí không bắt buộc sử dụng
để lấy năng lượng để tổng hợp các chất hữu cơ còn lại thành tế bào vi khuẩn mới. Vi
khuẩn trong bể bùn hoạt tính thuộc các giống Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter,
Flavobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium và hai loại vi khuẩn nitrat hóa là
Nitrosomonas và Nitrobacter. Ngoài ra còn các loại hình sợi như Sphaerotilus,
Beggiatoa, Thiothirix, Lecicothrix và Geotrichum. Ngoài các vi khuẩn các vi sinh khác
cũng đóng vai trò quan trọng trong các bể bùn hoạt tính. Ví dụ như các nguyên sinh động
vật và Rotifer ăn các vi khuẩn làm cho nước thải đầu ra sạch hơn về mặt vi sinh.
Khi các bể xử lý được xây dựng xong và đưa vào vận hành thì các vi khuẩn có sẵn
trong nước thải bắt đầu phát triển theo chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong một mẻ
cấy vi sinh. Trong thời gian đầu, để sớm đưa hệ thống xử lý vào hoạt động gần đó cho
thêm vào bể mới như một hình thức cấy thêm vi khuẩn cho bể xử lý. Chu kỳ phát triển
của các vi khuẩn trong bể xử lý bao gồm 4 giai đoạn:
•

Giai đoạn tiềm phát (lag-phase): xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và
bùn của các bể khác được cấy thêm vào bể. Đây là giai đoạn để các vi khuẩn
thich nghi với môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào.

•

Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khuẩn

tiến hành phân bào và tăng nhanh về số lượng. Tốc độ phân bào phụ thuộc vào
thời gian cần thiết cho các lần phân bào và lượng thức ăn trong môi trường.
•

Giai đoạn cân bằng (stationary phase): lúc này mật độ vi khuẩn được giữ ở một
số lượng ổn định. Nguyên nhân của giai đoạn này là các chất dinh dưỡng cần thiết
cho quá trình tăng trưởng của vi sinh vật đã bị sử dụng hết, số lượng vi khuẩn
sinh ra bằng với số lượng vi khuẩn đã chết đị.

•

Giai đoạn chết (log-death phase): trong giai đoạn này số lượng vi khuẩn chết đi
nhiều hơn vi khuẩn được sinh ra, do đó mật độ vi khuẩn trong bể giảm nhanh.
Giai đoạn này có thể do các loài có kích thước thường khả kiến hoặc là do đặc
điểm của môi trường.

Hình 1.2: Đồ thị về sự tăng trưởng của vi khuẩn trong bể xử lý
Đồ thị trên mô tả sự tăng trưởng của một quần thể vi khuẩn đơn độc. Thực tế trong
xử lý có nhiều quần thể khác nhau và có đồ thị tăng truongr giống nhau về dạng nhưng
khác nhau về thời gian tăng trưởng cũng như đỉnh của đồ thị. Trong một giai đoạn bất kỳ


nào đó sẽ có một số lượng chủ đạo do ở thời điểm đó các điều kiện như pH, oxy, dinh
dưỡng, nhiệt độ… phù hợp cho loài đó. Sự biến động về các vi sinh vật chủ đạo trong bể
xử lý được biểu diễn theo hình 1.2. Khi thiết kế và vận hành hệ thống xử lý chúng ta phải
để ý tới cả hệ vi sinh vật này, không nên nghĩ rằng đây là một “ hộp đen” với những vi
sinh vật bí mật.

Hình 1.3: Đồ thị về sự tăng trưởng tương đối của các vi sinh vật trong bể xử lý nước

thải
Trong các bể xử lý nước thải vi khuẩn đóng một vai trò quan trọng hàng đầu. Do đó
trong các bể này chúng ta phải duy trì một mật độ vi khuẩn cao tương thích với lượng các
chất ô nhiễm đưa vào bể. Điều này có thể thực hiện thông qua quá trình thiết kế và vận
hành.
Trong quá trình thiết kế chúng ta phải tính toán chính xác thời gian lưu tồn lưu của vi
khuẩn trong bể xử lý và thời gian này phải đủ lớn để các vi khuẩn có thể sinh sản được.
Trong quá trình vận hành, các điều kiện cần thiết cho quá trình tăng trưởng của vi khuẩn
(pH, chất dinh dưỡng, nhiệt độ, khuấy trộn…) phải được điều chỉnh ở mức thuận lợi nhất
cho vi khuẩn.
 Giai đoạn 2: quá trình chuyển hóa cơ chất:
-

Oxy hóa và tổng hợp tế bào (quá trình đồng hóa):


CxHyOzN + NH3+ O2 men --- > xCO2 + C5H7NO2
-

Quá trình hô hấp nội bào (Quá trình dị hóa):
C5H7NO2 + 5O2 men --- > xCO2+H2O
NH3+ O2 men --- > O2+ HNO2 men --- > HNO3
Khi không đủ cơ chất, quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng

sự tự oxy hóa chất liệu tế bào.
 Giai đoạn 3: Quá trình khử nito và phospho:

Hình 1.4: Quá trình khử nito

Hình 1.5: Quá trình khử phospho
1.2.

Khái quát các dạng bể xử lý sinh học bùn hoạt tính hiếu khí

Quá trình bùn hoạt tính: Quá trình bùn hoạt tính là sử dụng vi sinh vật để ăn các
chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải, tạo dòng ra chất lượng cao. Nguyên tắc cơ bản đằng
sau tất cả quá trình bùn hoạt tính là như quá trình phát triển của vi sinh vật, chúng tạo
thành các hạt kết hợp lại với nhau. Những hạt này được lắng xuống đáy của bể để lại phía
trên là dòng nước tương đối sạch các chât hữu cơ và các chất rắn lơ lững.
Mô tả đơn giản, nước thải được trộn với một lượng chất lỏng tái sinh có chứa một
tỉ lệ cao của các sinh vật lấy từ một bể lọc thứ cấp. Hỗn hợp này được khuấy trộn và đưa
vào một lượng lớn không khí, cung cấp oxy và giữ chất rắn ở trạng thái lơ lửng. Sau một
thời gian hỗn hợp này chảy vào một vùng lắng, nơi đó cho phép bùn lắng xuống. Một
phần của vi khuẩn được loại bỏ vì nó lẵng xuống, và một phần dòng nước sạch đi vào xử
lý thêm.
Bùn hoạt tính – hạt bùn trong nước thải do sự phát triển của các vi sinh vật trong
bể hiếu khí. Thuật ngữ “hoạt tính ” xuât phát từ thực tế là các hạt tràn ngập vi khuẩn,
nấm, và động vật nguyên sinh. Bùn hoạt tính thì khác với bùn nguyên sinh trong đó các
hạt bùn chứa nhiều vi sinh vật có thể ăn các chất hữu cơ từ trong nước thải đến.
Các thuật ngữ thường gặp trong xử lý hiếu khí bằng bùn hoạt tính:
Aerobic - một điều kiện mà có oxy hiện diện
BOD - nhu cầu oxy sinh hóa.
Bulking - bùn hình thành những đám mây trong thứ cấp không lắng khi bùn không
giải quyết đúng cách, thường được gây ra bởi vi khuẩn dạng sợi


F: M - thực phẩm với tỷ lệ vi khuẩn
Floc - khối của vi khuẩn
Keo tụ - kích động nước thải để tạo ra việc nhỏ, hạt lơ lửng để bó lại với nhau

thành các hạt nặng hơn (floc) và lắng xuống.
Tải Lượng - Lượng nguyên liệu thêm vào trong một quá trình
SRT - thời gian lưu giữ bùn
Nổi trên mặt - chất lỏng đó được lấy ra từ bùn giải quyết. Nó thường được dùng để
chỉ chất lỏng giữa bùn phía dưới và cặn bã trên bề mặt.
Quá trình sinh học xảy ra qua 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Lúc này, cơ chất và chất dinh dưỡng
đang rất phong phú, sinh khối bùn còn ít. Theo thời gian, quá trình thích nghi của VSV
tăng, chúng thường sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân, sinh khối bùn tăng mạnh. Vì
vậy, lượng oxy tiêu thụ tăng dần vào cuối giai đoạn này rất cao. Tốc độ phan hủy chất bẩn
hữu cơ tăng dần.
Giai đoạn 2: VSV phát triển ổn định hoạt lực enzim đạt max và kéo dài trong thời gian
tiếp theo. Tốc độ phân hủy chất hữu cơ đạt max, các chất hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất.
Tốc độ tiêu thụ oxy gần như không thay đổi sau một thời gian khá dài.
Giai đoạn 3: Tốc độ tiêu thụ oxy có chiều hướng giảm dần và sau đó lại tăng lên. Tốc độ
phân hủy chất bẩn hữu cơ giảm dẫn và quá trình Nitrat hóa Amoniac xảy ra. Sau cùng,
nhu cầu tiêu thụ oxy lại giảm và quá trình làm việc của bể xử lý kết thúc.
1.2.1.

Bể bùn hoạt tính truyền thống

Trong một nhà máy bùn hoạt tính truyền thống nước thải chủ yếu được xử lý và
thích ngi vi sinh vật (bùn hoạt tính hoặc sinh khối) được sục khí trong một chậu hoặc bể.
Sau một thời gian sục khí đầy đủ, các cụm kết bông bùn hoạt tính rắn được tách ra từ
nước thải trong một bể lắng thứ cấp. Nước sau đó chảy về phía trước để xử lý thêm hoặc
thải ra. Một phần của dòng chảy bùn lắng phía dưới được trả lại cho các lưu vực sục khí
để trộn vói dòng nước thải tiếp theo đi vào bể và phần bùn còn lại được thải ra vào khu
vực xử lý bùn của nhà máy xử lý.

Hình 1.6: Bể bùn hoạt tính truyển thống
1.2.2.

Bể Aerotank
Aerotank hoạt động dựa trên các chủng vi sinh vật có khả năng oxi hóa và khoáng

hóa các chất hữu cơ có trong nước thải. Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với sinh vật sinh
trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân huỷ xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều
kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lượng oxy một
cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Bản chất của phương pháp là
phân huỷ sinh học hiếu khí với cung cấp ôxy cưỡng bức và mật độ vi sinh vật được duy
trì cao (2.000mg/L –5.000mg/L) do vậy tải trọng phân huỷ hữu cơ cao và cần ít mặt bằng
cho hệ thống xử lý. Tuy nhiên hệ thống có nhược điểm là cần nhiều thiết bị và tiêu hao
nhiều năng lượng.
Hệ thống xử lý nước thải trong bể bùn hoạt tính aerotank được mô tả ở hình 1.5.


Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống xử lý hiếu khí nước thải
Aerotank được phân loại theo: chế độ thủy động lực dòng chảy vào; chế độ làm việc của
bùn hoạt tính; cấu tạo Aerotank,..
1.2.3.

Bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn

Loại bể bùn này mục đích là để xử lý nước thải công ngiệp có nồng độ đậm đặc,
đặc biệt là các chất hữu cơ khó phân hủy. Việc xử lý loại nước thải này thường khó thực
hiện trong bể bùn hoạt tính truyền thống do nồng độ các chất hữu cơ đầu vào quá cao, nó


sẽ ngăn chặn sự tạo thành sinh khối, khiến cho quá tình xử lý kém hiệu quả. Trong quá

trình khuấy trộn hoàn toàn, nước thải chảy đến và bùn tái sinh được đưa vào hòa trộn
thông qua các bể hiếu khí. Điều này cho phép nhu cầu oxy thống nhất trong cả bể sục khí
và thêm vào hoạt động ổn định khi xử lý có tải trọng va đập. Thời gian sục khí dao động
từ 3- 6h. Tỉ lệ tuần hoàn trong một hệ thống khuấy trộn hoàn toàn sẽ nằm trong khoảng
50-150 %.

Hình 1.8: Bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn
1.2.4.

Dòng chảy nút (Bể bùn hoạt tính cấp khí giảm dần)

Sơ đồ này áp dụng khi thấy rằng đầu vào của bể cần lượng oxy lớn hơn (do nồng độ chất
hữu cơ vào bể aerotank được giảm dần từ đầu đến cuối bể), do đó phải cung cấp không
khí nhiều hơn ở đầu vào và giảm dần ở các ô tiếp theo để đáp ứng cường độ tiêu thụ oxy
trong toàn bể.
Ưu điểm:
-

Giảm được không khí cấp vào, nghĩa là giảm công suất của máy thổi khí.
Không có hiện tượng làm thoáng quá mức làm ngăn cản sự sinh trưởng của vi khuẩn khử
các hợp chất chứa Nito.
Có thể áp dung ở tải trọng cao, chất lượng nước ra tốt hơn.
1.2.5. Thổi khí nhiều bậc (bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc)


Hình 1.9: Hệ thống bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc
Dòng nước được đưa vào hệ thống này ở những vị trí khác nhau dọc theo chiều dài bể.
Thông thường bể này có 4 ngăn , và nhu cầu cơ chất đầu vào cung cấp cho từng ngăn là
như nhau và bằng ¼ tổng lưu lượng nước thải cần xử lý. Thời gian phản ứng hay thời
gian không khí của hệ thống thường từ 4-8 giờ (phụ thuộc lưu lượng dòng chảy), thời

gian ở từng ngăn là 4-12 ngày. Nạp theo bậc có tác dụng làm cân bằng tải trọng BOD
theo thể tích và làm giảm độ thiếu hụt oxy ở đầu bể và lượng oxy cần thiết được trải đều
dọc theo bể, làm cho hiệu suất sử dụng oxy tăng lên, kết quả thường loại bỏ được từ 8095% BOD5 và các chất rắn lơ lửng ra khỏi nước thải.
1.2.6.

Mương oxy hóa

Mương oxy hóa là một biến thể cực kỳ hiệu quả của quá trình bùn hoạt tính, bao
gồm một kênh hình tròn hoặc oval được trang bị với các thiết bị thông khí cơ học, chẳng
hạn như cánh khuấy hoặc thiết bị sục khí đĩa.
Mương oxy hóa thường hoạt động ở chế độ thông khí kéo dài với thời gian lưu bùn
dài (SRTs). Các chất rắn được duy trì trong hệ thống treo như hỗn hợp chất thải và bùn
lưu thông xung quanh mương.


Hình 1.10: Mương oxy hóa
Nhà máy sử dụng quá trình mương oxy hóa có thể được thiết kế để đạt được mục tiêu cụ
thể bao gồm nitrat hóa, khủ nito và xử lý sinh học phot pho. Và do mực nước đến liên tục
và xả liên tục nên công nghệ mương oxy hóa là rất đáng tin cậy và không gây ra một sự
đột biến nước thải nào cho quá trình sinh học khác, khác với SBR.
Mương oxy hóa thì hiệu quả năng lượng nhiều hơn so với quá trình tương tự khác, vì vậy
công nghệ này có thể coi là một sự lựa chọn tốt cho các cộng đồng và tôt chức nhỏ xử lý
nươc thải thông thường. Nhưng mương oxy hóa cần một diện tích đất lớn hơn mà đôi khi
hạn chế sử dụng ở những nơi đất có giá thành cao.
1.2.7.

Bể hiếu khí gián đoạn – SBR (Sequencing Batch Reactor)

Bể SBR là bể xử lý bằng phương pháp sinh học theo quy trình phản ứng từng mẻ
liên tục.

Quá trình SBR là một phản ứng với một loạt các loại bỏ phốt pho và nitơ, bằng
cách kiểm soát các trình tự thời gian hoàn thành trong lò phản ứng tương tự.
Bể SBR là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính lơ lửng theo kiểu làm đầy và
xả cặn, hoạt động theo chu kỳ gián đoạn (do quá trình làm thoáng và lắng trong được thực
hiện trong cùng một bể). Các bước xử lý trong chu kỳ hoạt động của hệ thống như sau: 1làm đầy, 2-sục khí, 3-lắng trong, 4-xả cặn dư và xẻ nước ra, 5-nghỉ. Tiếp tục thực hiện xử
lý theo chu kỳ mẻ nước thải khác.


Hình 1.11: Các bước xử lý trong chu kỳ hoạt động của hệ thống SBR
Pha làm đầy (fill): Thời gian bơm nước vào kéo dài từ 1-3 tiếng. Tùy thuộc vào đối tượng
cần xử lý quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: tĩnh, khuấy trộn hoặc thông khí.
Trạng thái tĩnh là do năng lượng đầu vào thấp và nồng độ các chất nền cao ở cuối giai
đoạn. Trạng thái khuấy trộn là do có sự khử Nitrat (khi có sự hiện diện của nitrat) các chất
lơ lửng sẽ làm giảm nhu cầu oxy và năng lượng đầu vào, và cần phải có điều kiện thiếu
hoặc kỵ khí cho quá trình loại bỏ sinh hóa P. Trạng thái thông khí là do các phản ứng
hiếu khí ban đầu, làm giảm thời gian tuần hoàn và dư nồng độ chất nền ở mức thấp, điều
này là quan trọng nếu tồn tại thành phần các chất hữu cơ dễ bị phân hủy với nông độ độc
tính cao.
Pha phản ứng, thổi khí (React): Tạo phản ứng sinh hóa giửa 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 làm thoáng phụ phuộc vào chất lượng nước thải, thường là 2h. Trong pha phản
ứng, quá trình Nitrat hóa có thể thực hiện, chuyển Nitơ từ dạng N-NH 3 chuyển sang NNO2 và nhanh chóng chuyển sang dạng N-NO3
Pha lắng (settle): Quá trình diển ra trong môi trường tĩnh. Thời gian lắng trong và cô đặc
bùn thường kết thúc sớm hơn 2 giờ.
Pha rút nước (draw): Khoảng 0.5 giờ.
Pha chờ: Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian vận hành.


Hình 1.12: Bể SBR

1.2.8.

Bể Unitank

Bể này chúng ta sẽ đi tìm hiều chi tiết hơn ở phần sau.
1.3.
•

Ưu và nhược điểm của công nghệ xử lý nước thải sinh học hiếu khí
Ưu điểm:
So với công nghệ kỵ khí thì công nghệ hiếu khí có các ưu điểm là hiểu biết về quá
trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn. Công nghệ hiếu khí không
gây ô nhiễm thứ cấp như phương pháp hóa học, hóa lý.

•

Nhược điểm:
Nhưng công nghệ hiếu khí cũng có nhược điểm là thể tích công trình lớn và chiếm
nhiều mặt bằng hơn. Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn hơn. Chi phí vận
hành, đặc biệt chi phí cho năng lượng sục khí tương đối cao. Không có khả năng thu hồi
năng lượng. Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọng hữu cơ. Sau khi xử lý


sinh ra một lượng bùn dư và lượng bùn này kém ổn định, do đó đòi hỏi về chi phí đầu tư
để xử lý bùn. Xử lý nước thải có tải trọng không cao như phương pháp kỵ khí.


CHƯƠNG 2
2.1.

BỂ BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ UNITANK
Giới thiệu về bể UNITANK

UNITANK là một công nghệ đến từ Bỉ, đó là quá trình xử lý nước thải sinh học
kết hợp những ưu điểm của bể phản ứng truyền thống quá trình bùn hoạt tính và bể theo
trình tự mẻ (SBR). Nó là một lò phản ứng hình chữ nhật được chia thành ba ngăn, tên là
ngăn A, B và C (Hình 2.1). Khối lượng của ba ngăn là giống nhau và mỗi ngăn được
trang bị hệ thống thông khí và khuấy. Quá trình hoạt động theo một chu kỳ hoạt động,
trong đó có ngăn B hoạt động như bể phản ứng duy nhất, ngăn A và C là một trong hai bể
phản ứng hoặc bể lắng. Ba ngăn được kết nối với nhau bằng đường ống từ đáy hoặc
thông qua bức tường đục. Nước thải được đưa vào ngăn A, B và C luân phiên và nước
sạch được thải ra từ ngăn C hoặc A. Không có bể lắng và bùn trở lại thiết bị chính.
UNITANK thường được xem như bản sửa đổi của SBR. Tuy nhiên, nó khá khác với SBR
trong cấu hình và điều kiện thủy lưc bởi vì dòng chảy đến và chảy đi thì liên tục. Những
lợi thế đặc biệt của UNITANK bao gồm hoạt động và dễ dàng để bảo trì. Kiểm soát thay
thế có thể thực hiện một chu kỳ của điều kiện kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí và lắng xuống
trong một bể để loại bỏ chất hữu cơ và tăng cường loại bỏ các chất dinh dưỡng sinh học.
Là loại phương pháp xử lí nước thải có hiệu suất cao, mang tính kinh tế và rất linh hoạt,
có triển vọng phát triển trong tương lai.

Hình 2.1: Cấu hình của UNITANK thông thường


Hình 2.2: Một dạng cấu hình khác của UNITANK
Bể Unitank là một công trình nhân tạo dùng để xử lý nước thải bằng cách sử dụng
các quá trình sinh học hiếu khí diễn ra quá trình oxy hóa các chất hữu cơ với sự tham gia
của các VSV hiếu khí, được diễn ra liên tục và có tính chu kỳ. Nó có thể được điều chỉnh
tùy thuộc vào lưu lượng nước thải.
Cấu tạo đơn giản nhất của một hệ thống Unitank là một khối bể hình chữ nhật
được chia làm 3 ngăn, 3 ngăn này thông nhau bằng cửa mở ở phần tường chung. Kích

thước mỗi ngăn là 20,5m x 20,5m x 5m; chiều cao 5m nhưng mực nước được giữ ở mức
4,5m. Trong mỗi ngăn có một máy sục khí bề mặt công suất 75KW và cánh khuấy. Hai
ngăn ngoài có thêm hệ thống máng tràn nhằm thực hiện cả hai chức năng: vừa là bể
Aerotank (sục khí) và bể lắng. Nước thải được đưa vào từng ngăn. Nước sau xử lý theo
máng tràn ra ngoài; bùn sinh học dư cũng được đưa ra khỏi hệ thống từ hai ngăn ngoài.
Hoạt động của bể gồm hai pha chính và hai pha trung gian nối tiếp nhau cho phép xử lý
được liên tục mà không cần bể lắng riêng và hồi lưu bùn vào bể sục khí. Quá trình hoạt
động này được tự động hoá hoàn toàn.
Tùy thuộc vào lưu lượng, tính chất nước thải ban đầu và yêu cầu mức độ xử lý có
thể lựa chọn một trong những hệ UNITANK phù hợp như: UNITANK đơn; đôi; một bậc
hiếu khí; hai bậc hiếu khí; hai bậc yếm khí –hiếu khí.
•

Bản chất các quá trình của xử lý bể Unitank

1/ Oxy hóa chất hữu cơ: CxHyOz + O2 => CO2 + H2O + DH
2/ Quá trình Nitrat hóa