Kỹ Thuật MBBR Trong Xử Lý Nước Thải
1. Kỹ thuật MBBR – Màng vi sinh tầng chuyển động
a. Giới thiệu kỹ thuật MBBR
Kỹ thuật MBBR được mô tả một cách dễ hiểu là quá trình xử lý hiếu khí trong đó sử dụng các vật liệu làm giá thể ở trạng thái lơ lửng giúp cho vi sinh dính bám vào để sinh trưởng và phát triển, kỹ thuật MBBR là sự kết hợp giữa hệ thống xử lý hiếu khí Aerotank truyền thống và lọc sinh học hiếu khí.
Do dùng vật liệu màng vi sinh nên mật độ vi sinh (MLVSS) trong bể xử lý cao hơn so với kĩ thuật bùn hoạt tính phân tán. Quá trình xử lý sử dụng các loại vi sinh vật bám dính, tuy nhiên giá thể vi sinh được sử dụng trong kỹ thuật này là giá thể đệm di động có diện tích bề mặt rất lớn, do chúng luôn chuyển động trong bể nên đã tận dụng được tối đa diện tích bề mặt của giá thể vi sinh, do đó mật độ sinh vật trong cụm bể xử lý vi sinh rất lớn, bên cạnh đó việc giá thể chuyển động làm tăng khả năng hòa tan ôxi vào nước, điều này khiến hiệu quả xử lý theo kỹ thuật này cao hơn nhiều so với những kỹ thuật khác.
Kỹ thuật MBBR là giải pháp kỹ thuật mới nhất hiện nay trong lĩnh vực xử lý nước thải vì tiết kiệm được diện tích xây dựng đối với mặt bằng nhỏ hẹp, đặc biệt đối với các cơ sở y tế nằm trong khu vực đô thị, đông dân cư và cho hiệu quả xử lý cao. Vật liệu làm giá thể phải có tỷ trọng nhẹ hơn nước đảm bảo điều kiện lơ lửng được. Các giá thể này luôn chuyển động không ngừng trong toàn thể tích bể nhờ các thiết bị thổi khí.
Ưu điểm của công nghệ xử lý nước thải áp dụng kỹ thuật MBBR:
- Diện tích công trình nhỏ.
- Hiệu quả xử lý BOD cao, có thể đạt mức A QCVN14:2008/BTNMT.
- Quá trình vận hành đơn giản.
- Chi phí vận hành thấp.
- Chi phí bảo dưỡng thấp.
- Hàm lượng bùn tạo ra thấp.
- Không phát sinh mùi trong quá trình vận hành.
- Mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao hơn so với hệ thống xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính lơ lửng, vì vậy tải trọng hữu cơ của bể MBBR cao hơn.
- Chủng loại vi sinh vật xử lý đặc trưng: Lớp màng biofilm phát triển tùy thuộc vào loại chất hữu cơ và tải trọng hữu cơ trong bể xử lý vi sinh.
- MBBR có thể sử dụng cho các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, xử lý nước thải bệnh viện…
b. Nguyên lý hoạt động của kỹ thuật MBBR
Màng vi sinh tầng chuyển động là một dạng của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bởi lớp màng sinh học (biofilm). Trong kỹ thuật MBBR, lớp màng biofilm phát triển trên giá thể lơ lửng, di động trong lớp chất lỏng của bể phản ứng. Những giá thể này chuyển động được trong chất lỏng là nhờ hệ thống sục khí cung cấp oxy cho nước thải.
Bể xử lý vi sinh hoạt động giống như quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí trong toàn bộ thể tích bể. Đây là quá trình xử lý bằng lớp màng bioflm với sinh khối phát triển trên giá thể mang mà những giá thể mang này lại di chuyển tự do trong bể phản ứng và được giữ bên trong bể phản ứng.
c. Giá thể di động
Giá thể di động là nhân tố quan trọng nhất của kỹ thuật MBBR.Các giá thể này có lớp màng biofilm dính bám trên bề mặt. Những giá thể này được thiết kế sao cho diện tích bề mặt hiệu dụng lớn để màng biofilm dính bám trên bề mặt của giá thể và tạo điều kiện tối ưu cho hoạt động của vi sinh vật khi những giá thể này lơ lửng trong nước.
Tùy thuộc vào đặc tính quá trình tiền xử lý, tiêu chuẩn xả thải và thể tích thiết kế bể thì mỗi loại giá thể có hiệu quả xử lý khác nhau.
Tất cả các giá thể đều có tỷ trọng nhẹ hơn so với tỷ trọng của nước, tuy nhiên mỗi loại giá thể có tỷ trọng khác nhau. Điều kiện quan trọng nhất của quá trình xử lý này là mật độ giá thể trong bể, để giá thể có thể chuyển động lơ lửng ở trong bể thì mật độ giá thể tối đa trong bể xử lý vi sinh nhỏ hơn 67%. Trong mỗi quá trình xử lý bằng màng sinh học thì sự khuyếch tán của chất dinh dưỡng (chất ô nhiễm) ở trong và ngoài lớp màng là nhân tố đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý, vì vậy chiều dày hiệu quả của lớp màng cũng là một trong những nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý. Chiều dày của lớp màng trên giá thể động thông thường phải nhỏ hơn 10µm, điều này có nghĩa là chiều dày của lớp màng rất mỏng để các chất dinh dưởng khuếch tán vào bề mặt của lớp màng.
Để đạt được điều này độ xáo trộn của giá thể trong bể là nhân tố rất quan trọng để có thể di chuyển các chất dinh dưỡng lên bề mặt của màng và đảm bảo chiều dày của lớp màng trên giá thể mỏng.
Những nghiên cứu khác nhau đã chứng minh rằng nồng độ sinh khối trên một đơn vị thể tích của bể là 3 – 4 kg SS/m3, giống như quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính lơ lửng. Vì vậy, tải trọng thể tích của bể lớn do sinh khối hình thành trên lớp màng biofilm cao.
d. Lớp màng biofilm
Lớp màng biofim là quần thể các vi sinh vật phát triển trên bề mặt giá thể. Chủng loại vi sinh vật trong màng biofilm tương tự như đối với hệ thống xử lý bùn hoạt tính lơ lửng. Hầu hết các vi sinh vật trên màng biofilm thuộc loại dị dưỡng (chúng sử dụng cacbon hữu cơ để tạo ra sinh khối mới) với vi sinh vật tùy tiện chiếm ưu thế. Các vi sinh vật tùy tiện có thể sử dụng oxy hòa tan trong hỗn hợp nước thải, nếu oxy hòa tan không có sẵn thì những vi sinh vật này sử dụng Nitrit/Nitrat như là chất nhận điện tử.
Tại bề mặt của màng biofilm và lớp chất lỏng, chất dinh dưỡng và oxy khuếch tán qua lớp chất lỏng tới lớp màng biofilm và được vi sinh vật sử dụng cho quá trình phát triển và sinh trưởng, ngược lại các sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học tạo ra trong lớp màng biofilm sẽ được khuếch tán từ lớp màng biofilm ra ngoài tới hỗn hợp chất lỏng.
Quá trình khuếch tán vào và ra lớp màng biofilm xảy ra liên tục. Khi các vi sinh vật phát triển, lớp màng Biofilm ngày càng dày. Bề dày của lớp màng ảnh hưởng đến hiệu quả hòa tan oxy và chất dinh dưỡng cung cấp từ bề mặt vào trong cho quần thể vi sinh vật sinh trưởng.
Các vi sinh vật ở lớp ngoài cùng của lớp màng biofilm sẽ nhận lượng oxy hòa tan và chất dinh dưỡng bề mặt được nhiều nhất dẫn đến sự giảm nồng độ oxy hòa tan qua lớp màng biofilm vào các lớp phía trong, từ đó tạo ra các lớp vi sinh vật hiếu khí, tùy tiện, thiếu khí trên màng biofilm.
Ở lớp màng phía ngoài cùng của màng biofilm khi nồng độ oxy hóa tan và nồng độ cơ chất cao thì số lượng vi sinh vật hiếu khí sẽ chiếm ưu thế. Ở lớp biofilm ở sâu hơn khi nồng độ oxy và cơ chất giảm thì những vi sinh vật tùy tiện và thiếu khí sẽ chiếm ưu thế hơn những vi sinh vật khác. Trong những lớp này, quá trình Nitrat hoá xảy ra khi Nitrat trở thành chất nhận điện tử đối với vi sinh vật tùy tiện. Vì vậy, những vi sinh vật ở lớp màng biofilm hay dính bám trên bề mặt giá thể sẽ bị ảnh hưởng bởi sự khuyếch tán oxy và cơ chất giảm dần qua lớp màng. Khi những vi sinh vật dính bám trên lớp màng biofilm ban đầu yếu đi thì hoạt động xáo trộn của những giá thể sẽ rửa trôi lớp màng biofilm ra khỏ giá thể.
Đối với việc khử nitrogen, kỹ thuật MBBR đạt hiệu quả cao khi hệ thống thiết kế qua hai bước nitrat hóa và khử nitrat. Nitrat hóa là quá trìnhchuyển hóa ammonia và nitrogen hữu cơ thành dạng hợp chất nittrogen với oxi như nitrit, nitrat và quá trình khử nitrat xảy ra khi chuyển các dạng oxi hóa trên thành khí nitơ thông qua các dạng khí NO, N2O, và biến thành N2.Cả ba dạng khí trên đều có thể giải phóng vào không khí. Quá trình nitrat hóa và khử nitrat thường xảy ra ở hai bể phản ứng khác nhau do nitrat hóa xảy ra ở điều kiện hiếu khí do vi khuẩn nitrosomonascòn quá trình khử nitrat thường xảy ra ở điều kiện thiếu oxi do vi khuẩn nitrobacter.
Phương trình chuyển hóa trong xử lý hiếu khí và nitrat
Sự chuyển hoá các chất hữu cơ (đặc trưng bằng BOD) và các chất dinh dưỡng nhờ vi khuẩn hiếu khí đucợ biểu diễn nhờ các phương trình sau đây:
- Đồng hoá (Catabolism)
CxHyOzN + O2 → CO2 +H2O + NH3 + Năng lượng
- Dị hoá (Anabolism)
CxHyOzN + Năng lượng → C5H7NO2
- Tự phân huỷ (Autolysis)
CxHyOzN + O2 → CO2 +H2O + NH3 + Năng lượng
Trong quá trình oxy hoá sinh hoá hiếu khí, các hợp chất hữu cơ chứa nito, lưu huỳnh, phốt pho cũng được chuyển thành nitorat (NO3-), sulfat (SO42-), phốt phát (PO43-), CO2 và H2O.
Khi môi trường cạn nguồn cacbon hữu cơ, các loại vi khuẩn nitorit hoá (Nitrosomonas) và nitorat hoá (Nitrobacter) thực hiện quá trình nitorat hoá theo 2 giai đoạn:
55NH4+ +76O2 + 5CO2 → C5H7NO2 + 54NO2- + 52H2O +109H+
400NO2- + 195O2 + NH3 + 2H2O +5CO2 → C5H7NO2 + 400NO3-
Trong quá trình này tỷ lệ sử dụng oxy do Nitrosomonas là 3,33g O2 cho 1 g N-NH4 và do Nitrobacter là 1,11 gO2 cho 1 g N-NO2. Trong điều kiện yến khí, không có oxy tự do, các loại vi khuẩn nitorat (Denitrificans) tách oxy từ nitorat và nitorit để oxy hoá các chất hữu cơ. Lượng oxy được giải phóng từ 1g NO2- là 1,71g và từ 1g NO3 là 2,85g. Quá trình này thường được gọi là quá trình thiếu khí (Anoxic) nếu sản phẩm cuối cùng là nito phân tử N2 dạng khí bay ra khỏi nước.
Liên hệ ngay để được tư vấn miễn phí!
- Hotline: 0982.888.596 – 098.5555.251
- Email: info@vdavina.com
- Nhà máy: KCN An Khánh, Hoài Đức, Hà Nội
- Website: vdavina.com
VDA VINA – Giải pháp xanh cho môi trường bền vững!
