Trạm xử lý nước thải bệnh viện nhi

1.1  THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN

– Nước thải phát sinh từ rất nhiều khâu khác nhau trong quá trình hoạt động của bệnh viện như: máu, dịch cơ thể, giặt quần áo bệnh nhân, khăn lau, chăn mền cho các giường bệnh, súc rửa các vật dụng y khoa, xét nghiệm, giải phẫu, sản nhi, vệ sinh, lau chùi làm sạch các phòng bệnh,…

– Đây là loại nước thải có chứa nhiều chất hữu cơ và các vi trùng gây bệnh.

2.1.   SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước thải bệnh viện

2.2.   THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ

1. a.      Bể thu gom

Nước thải phát sinh từ bệnh viện sẽ theo đường ống dẫn vào bể thu gom. Nước thải từ bể thu gom  sẽ được bơm qua bể điều hòa.

1. b.      Bể  điều hòa

Bể điều hòa là nơi tập trung các nguồn nước thải thành một nguồn duy nhất và đồng thời để chứa cho hệ thống hoạt động liên tục.

Do tính chất của nước thải dao động theo thời gian trong ngày, (phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như: nguồn thải và thời gian thải nước). Vì vậy, bể điều hòa là công trình đơn vị không thể thiếu trong bất kỳ một trạm xử lý nước thải nào. Đặc biệt đối với nước thải bệnh viện.

Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải, tạo chế độ làm việc ổn định và liên tục cho các công trình xử lý, tránh hiện tượng hệ thống xử lý bị quá tải. Nước thải trong bể điều hòa được sục khí liên tục từ máy thổi khí và hệ thống đĩa phân phối khí nhằm tránh hiện tượng yếm khí dưới đáy bể. Nước thải sau bể điều hòa được bơm qua bể sinh học kỵ khí (UASB).

1. c.      Bể sinh học kỵ khí UASB

Bể UASB dựa trên hoạt động của lớp bùn kỵ khí lơ lững ở đáy bể. Nước thải được đưa từ đáy bể phản ứng qua hệ thống phân phối được thiết kế đồng bộ dọc theo đầu vào. Lớp bùn hạt chiếm 1 phần nhỏ thể tích của bể, hiệu quả của hệ thống phân phối nước đầu vào và lượng khí sinh ra là kết quả của sự khuấy trộn nước thải đầu vào với lớp bùn hạt. Quá trình xử lý chất hữu cơ thực hiện bên trong lớp bùn hạt. Đối với 1 vài loại nước thải thì trên lớp bùn hạt hình thành lớp bông bùn và chất rắn lơ lững trong nước thải này không tiếp xúc với lớp bùn hạt mà di chuyển phía trên và nằm trong lớp bông bùn sau khí nước thải qua lớp bông bùn này sẽ tiếp tục qua hệ thống tách 3 pha rắn-lỏng-khí. Hệ thống tách 3 pha phải đạt yêu cầu sau:

• Tách khí và dẫn khí từ bể phản ứng ra ngoài.
• Ngăn chặn sự rửa trôi của vi khuẩn còn sống.
• Bùn lắng xuống trở lại đáy bể.
• Tấm chắn đủ chiều dài ngăn chặn lớp bùn bông phía trên cuốn trôi ra khỏi bể trong trường hợp lưu lượng tăng cao đột ngột.
• Hệ thống tách 3 pha đạt hiệu quả cao sẽ thuận lợi cho bước tiếp theo.
• Ngăn chặn sự rữa trôi của lớp bùn hạt.

Chóp thu khí hình chữ V ngược đặt trên cùng để thu lượng khí hình thành trong bể phản ứng. Những bong bóng khí là nguyên nhân cuốn trôi bùn hạt (đa số hạt bùn nhỏ) và bông bùn ra khỏi bể phản ứng. Hỗ hợp rắn-lỏng qua hệ thống phân tách là tấm chắn dòng, nước đầu ra sẽ chảy tràn qua máng răng cưa và lượng chất rắn(bùn) sẽ lắng xuống đáy bể. Kích thước của bể phản ứng ảnh hưởng bởi những yếu tố như tải trọng hữu cơ, vận tốc tối đa dòng chảy ngược trong giới hạn cho phép, loại nước thải, đặc tính lắng của bùn. Các giai đoạn xử lý trong bể UASB.   

Quá trình khử COD trong bể UASB bao gồm 4 giai đoạn: thủy phân acid hóa, acetate hóa và methane hóa. Mỗi giai đoạn sản phẩm hình thành là khác nhau và có những đặc trưng riêng:

 + Thủy phân(Hydrolysis)
Các vi sinh vật muốn phân hủy và hấp thụ các chất hữu cơ thì bước đầu các chất này phải được thủy phân thành các chất hòa tan dạng polymer hoặc monomer khi đó chúng mới có khả năng đi qua màng tế bào vi sinh vật. Chất hữu cơ phức tạp trong nước thải biến đổi thành chất hữu cơ đơn giản có khổi lượng phân tử nhỏ. Quá trình này có sự tham gia của chất xúc tác sinh học (enzyme) tiết ra bởi vi khuẩn lên men. Dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất không như Polysaccarit, protein bị phân hủy thành amino acid, carbonhydrates và được chuyển hóa thành đường hòa tan( môn và disaccharides) và lipid được chuyển hóa thành acid béo mạnh dài.

Quá trình thủy phân được thực hiện nhờ 3 vi sinh vật thủy phân(Hydrolytic  bacteria) là :Lipolytic, Proteolytic và Cellulytic. Quá trình thủy phân xảy ra chậm tốc độ thủy phân phụ thuộc vào các yếu tố: pH, kích thước hạt, đặc tính dễ phân hủy của cơ chất.

+ Acid hóa(Acidogenesis)

Những hợp chất hòa tan tạo ra trong giai đoạn thủy phân được vi khuẩn lên men sử dụng để lên men acid được thể hiện bởi nhiều nhóm vi khuẩn khác nhau. Vi khuẩn lên men acid chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohol, acid lactic, methanol, CO2, H2S, NH3 và sinh khối mới. Đa số vi khuẩn lên men acid là vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, tuy nhiên có 1 số vi khuẩn là vi khuẩn tùy tiện và cũng có thể là chất hữu cơ trao đổi bằng con đường oxi hóa. Điều này rất quan trọng đối với quá trình xử lý kỵ khí bởi vì sự hình thành oxi hòa tan là chất độc đối với những vi khuẩn kỵ khí bắt buộc như vi khuẩn methane

+ Acetate hóa (Acetogenesis)

Sản phẩm của quá trình acid hóa (các acid béo dễ bay hơi) chuyển hóa thành sản phẩm cuối cùng: acetate, hydrogen và carbondioxide. Vi khuẩn axetic chuyển hóa sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetate, H2 ,CO2, và sinh khối mới, 70% COD có trong dòng vào bị chuyển hóa thành acetic acid và phần còn lại là những chất nhường điện tử hydrogen. Vi khuẩn methane hoạt động dưới nước mạnh hơn những nhóm dinh dưỡng khác, và kết hợp với quá trình phân hủy kỵ khí. Khoảng 108 vi khuẩn methane trong 1ml nước đo tại hệ thống ống dẫn bùn(zeikus, 1979). Chúng bao gồm Methanobacterium, Methanospirillum, Methanosarcina vaø Methanococcus. Tùy thuộc vào trạng thái oxy hóa của chất hữu cơ ban đầu sự hình thành acetic acid có thể kéo theo sau bởi sự hình thành carbondioxide hoặc hydrogen. Điều này thể hiện qua các phương trình::

+ Khi y<2z

CxH­yOz  + ¼( 4x-y-2z)H2O à 1/8(4x+y-2z) CH3COOH + (2y –z) CO2

+ Khi y>2z

CxH­yOz  +  ( x-z)H2O à x/2 CH3COOH + 1/2(y –2z) H

Trong hỗn hợp chất ô nhiễm hữu cơ, cả 2 quá trình trên xảy ra đồng thời, nhưng thường hydrogen hình thành nhiều hơn carbondioxide do số electron có sẵn trong chất hữu cơ nhiều hơn 4 trên mỗi nguyên tử carbon. Do đó sự chuyển hóa chất hữu cơ dòng vào thành acetic acid thường theo sau là sự hình thành hydrogen

Các phản ứng chính xảy ra trong giai đoạn acetate hóa:

Phản ứng

   CH2(0H)COO- + 2 H2O                 à CH3COO- + HCO3- + H+ +  H2

CH3CH2CH2COO- + 2 H2O         à 2 CH3COO- + H+ + 2 H2

CH3CH2CH2CH2COO- + 2 H2O à CH3COO- + CH3CH2COO- + H+ + 2 H2

CH3CH2OH + H2O                       à CH3COO- + H+ + 2 H2

CH3CH2COO- + 3H2O                 à CH3COO- + HCO3- + H+ + 3 H2

 

 

+Methane hóa(Methanegenesis):

Methane hóa là giao đoạn cuối cùng trong toàn bộ quá trình phân hủy methane được tạo ra từ acetate(vi khuẩn acetotropic) hoặc sự tự khử carbondixide bởi hydrogen( vi khuẩn hydrogentrophic).

                    Acetotrophic methanegenesis  :   CH3COOH à CH4 + CO2

Vi sinh vật biến đổi acetate có tốc độ phát triển chậm và đây là nguyên nhân chính đòi hỏi công trình xử lý phải có thời gian lưu nước rất lớn. Trong khi đó vi khuẩn biến đổi H2 có tốc độ phát triển chậm hơn nhiều do khả năng giữ áp xuất riêng phần của H2 thấp:

                 Hydrogenotrophic methanogenesis  4 H2 + CO2 –> CH4 + 2 H2­O.

Áp suất riêng phần của H2 được giữ < 10-3 atm để vi sinh vật có thể biến đổi H2 thành CH4 theo phản ứng trên. Khi áp suất riêng phần của H2 lớn thì sản phẩm còn chứa nhiều acid béo trung gian như: acid propionic, butyric.. làm chậm quá trình tạo methane.Vi khuẩn tạo methane từ hydrogen và carbon sinh trưởng nhanh hơn vi khuẩn sử dụng acetate (Henzen và Harremoes, 1983).

Các phản ứng chính xảy ra trong giai đoạn methane hóa:

Phản ứng

CH3COO- + H2O     à  CH4 + HCO3-

4H2 + HCO3- + H+  à CH4 + 3 H2O

4CO + 2H2O           à CH4 + 3 CO2

4CH3OH                 à 3 CH4 + CO2 + 2H2O

4HCOO- + 2 H+       à CH4 + CO2 + 2HCO3-

4CH3NH2 + 2 H2O + 4 H+ à 3 CH4 + CO2 + 4 NH4+

 

Vi khuẩn lên men methane là những vi khuẩn kỵ khí bắt buộc. Các vi khuẩn này còn rất nhiều trong môi trường nước, đặc biệt trong nước thải chứa nhiều chất hữu cơ:

Bảng 3.1:  Các loại vi khuẩn methane.

STT	Vi khuẩn methane	Chất cho hydro	Nguồn Carbon tạo ra CH4
1	Methanolbacterium MOH	H2	CO2
2	Methanosareina bacteri	H2, CO2,methanol axetat	CO2, CO
3	Methanobacterium formecium	H2, CO2, focmiat	CO2
4	Methanococcus vanneielli	H2, focmiat	CO2
5	Methanolbacterium ruminantium	H2, focmiat	CO2
6	Methanolbacterium suboxydans	Butyrate, valerat capromat	CO2
7	Methanolbactetium sohugenii	Axetat,methanol butyrate	Nhoùm CH3
8	Methanosaricina methanica	Axetat,methanol butyrate	Nhoùm CH3
9	Methanococcus mazei	Axetat, butyrat	Nhoùm CH3

Trong 4 giai đoạn trên: quá trình thủy phân, acid hóa, acetic hóa thì COD không gian. Quá trình methane hóa COD không giảm.

b.> Các quá trình biến đổi hóa học trong bể UASB:

+ Protein:

Quá trình phân hủy kỵ khí protein là bước quan trọng trong chu kỳ biến đổi C và N trong thiên nhiên. Thành phần các nguyên tố cấu tạo nên protein như sau:

• Cacbon : 45-55%
• Hydro   :  6-8%
• Oxy      :  19-25%
• Nitô      : 14-21%
• Suafua  :  0 -4%

Ngoài 5 nguyên tố chính trên protein còn chứa lượng nhỏ Fe, P.

Ở giai đoạn đầu, protein bị phân hủy bởi các enzyme do vi sinh vật tiết ra tạo thành các acid amin. Ở giai đoạn acid hóa, các acid amin  sẽ tiếp tục phân hủy thành acid béo:

R-CH(NH2)-COOH   à R-CO-COOH+ NH3 à R-COOH + CO2   (1)

Ví duï:

CH3 – CH(NH2)-COOH +2 H2O àCH3-COOH + CO2 + NH3 + 4H+  (*)

( Alanin)

2 CH2(NH2)-COOH + 4 H+  à CH3 –COOH 2  + 2 NH3       (**)

(Glycin)

Coäng (*) vaø (**):

CH3–CH(NH2)–COOH +2CH2(NH2)–COOH +2H2Oà3CH3–COOH+3NH3

+CO2         (2)

Trong môi trường acid chúng sẽ phân hủy thành những acid bậc cao hơn:

3CH3 – ­CH(NH2) – COOH + 2CH2(NH2) – COOH à 2 CH3 – CH2 –COOH

+CH3–COOH+3NH3 (3)

Trong giai đoạn methane hóa, vi khuẩn phân hủy methane sẽ phân hủy các acid béo và H2, CO2 thành methane.

CH3 – COOH  à  CH4 + CO2  (4)

4H2  + CO2 à CH4 + 2 H2O  (5)

4CH3 – OH   à 3CH4 + CO2 + H2O (6)

+Lipid : Chia làm 2 loại chính

-Lipoprotein : bao gồm nhóm protein và nhóm lipid

– Glycolipid : bao gồm nhóm cacbonhydrat và nhóm lipid.

Trong quá trình phân hủy kỵ khí, lipid sẽ được thủy phan nhờ các enzyme của vi sinh vật thành glycerol và acid béo mạch dài.

CH2  –COO–R1                               R1 – COOH      CH2 -OH

CH   –COO–R2   + 3H2O à R2-COOH  +   CH – OH (7)

CH2 –COO –R3                    R3 –COOH      CH2 -OH

(Lipid)                                    (acid béo)      (Glycerol)

Các nhóm hydrocacbon trong cấu trúc phân tử giống hoặc khác nhau để tạo nên các acid béo giống hoặc khác nhau tương ứng. Sự phân hủy các acid béo mạch dài trong môi trường kỵ khí thể hiện qua phương trình:

CH3 –(CH2)16 – COOH à CH3 – (CH2)14 –COOH  +CH3 –COOH (8)

Quá trình phân hủy lặp lại (n -2)/2 lần (với n là số nguyên tử C trong phân tử acid béo)đến khi acid béo mạch dài được biến đổi hoàn toàn thành acid acetic :

CH3 –(CH2)14 –COO + 14H2O à 8CH­3 –COO + 7 H+ + 14 H2  (9)

Sự phân hủy acid béo mạch dài thành acetate phụ thuộc vào áp suất riêng phần của H2 như đã nêu ở trên. Một số vi sinh vật(Hydrogenotrophic Methanogenic bacteria) sẽ biến đổi H2 thành CH4.

+ Cacbonhydrat :

Thành phần của cacbonhydrat gồm các nguyên tố chính : C ,H, O và công thức tổng quát Cm(H2O)n. tỉ lệ O:H = 1:2.

Ví dụ:

+ Đường cao phân tử ( như tinh bột, xenlulo)

{C6(H2O)5}1200  Tinh bột

{C6(H2O)5}2000 Xenlulozo

+ Ñöôøng keùp:  C12(H2O)11  Saccarozo

+ Ñöôøng ñôn:    C5H10O5  Arabino,  C6H12O6 Glucozo

Ở giai đoạn đầu cacbonhydrat sẽ bị phân hủy thành alcohol và CO2 :

CHO-(CHOH)4­ –CHOH à CH3-CH3-CH2-CH2OH + 2CO2 + H2O (10)

(Glucozo)                        (rượu Butilic)

Alcohol tiếp tục phân hủy thành methane và CO2 :

CH3-CH3-CH2-CH2OH +  H2O à 3 CH4 + CO2   (11)

 

1. d.      Bể sinh học thiếu khí Anoxic

Nước thải từ bể UASB tự chảy qua bể sinh học thiếu khí (Anoxic) theo hướng từ dưới lên. Bể sinh học này có có nhiệm vụ khử Nitơ. Các vi khuẩn hiện diện trong nước thải tồn tại ở dạng lơ lửng do tác động của dòng chảy. Vi sinh thiếu khí phát triển sinh khối bằng cách lấy các chất ô nhiễm làm thức ăn. Nước thải sau khi qua bể Anoxic sẽ tự chảy sang bể lọc sinh học Biofor hiếu khí để tiếp tục được xử lý.

MÔ TẢ QUÁ TRÌNH KHỬ NITRATE (DENITRIFICATION)

   Khử nitrate, bước thứ hai theo sau quá trình nitrate hóa, là quá trình khử nitrate-nitrogen thành khí nitơ, nitrous oxide(N2O) hoặc nitrite oxide (NO)  được thực hiện trong môi trường thiếu khí (anoxic) và đòi hỏi một chất cho electron là chất hữu cơ hoặc vô cơ.

Hai con đường khử nitrate có thể xảy ra trong hệ thống sinh học đó là :

• · Đồng hóa : Con đường đồng hóa liên quan đến khử nitrate thành ammonia sử dụng cho tổng hợp tế bào. Nó xảy ra khi ammonia không có sẵn, độc lập với sự ức chế của oxy.
• · Dị hóa (hay khử nitrate) : Khử nitrate bằng con đường dị hóa liên quan đến sự khử nitrate thành oxide nitrite, oxide nitrous và nitơ :

NO3-   ®   NO2-  ®   NO(g)  ®   N2O (g) ®  N2(g)

Một số loài vi khuẩn khử nitrate được biết như: Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas, Paracoccus, Spirillum, và Thiobacillus, Achromobacterium, Denitrobacillus, Micrococus, Xanthomonas (Painter 1970). Hầu hết vi khuẩn khử nitrate là dị dưỡng, nghĩa là chúng lấy carbon cho quá trình tổng hợp tế bào từ các hợp chất hữu cơ. Bên cạnh đó, vẫn có một số loài tự dưỡng, chúng nhận carbon cho tổng hợp tế bào từ các hợp chất vô cơ. Ví dụ loài Thiobacillus denitrificans oxy hóa nguyên tố S tạo năng lượng và nhận nguồn carbon tổng hợp tế bào từ  CO2 tan trong nước hay HCO3-

Phương trình sinh hóa của quá trình khử nitrate sinh học :

Tùy thuộc vào nước thải chứa carbon và nguồn nitơ sử dụng.

ü  Phương trình năng lượng sử dụng methanol làm chất nhận electron :

6 NO3-  +  5 CH3OH  ®  5 CO2   +  3 N2  +  7 H2O  +  6 OH-               (2.1.1)

Toàn bộ phản ứng gồm cả tổng hợp sinh khối :

NO3-  +  1.08 CH3OH   + 0.24 H2CO3  ®  0.056 C5H7O2N  +  0.47 N2  +

1.68H2O  +   HCO3-            (2.2.2)

O2  +  0.93 CH3OH   + 0.056 NO3-  ®  0.056 C5H7O2N  +  0.47 N2  + 1.04H2O  + 0.59 H2CO3  +  0.56 HCO3-                                                                                             (2.2.3)

ü  Phương trình năng lượng sử dụng methanol, ammonia-N làm chất nhận electron:

NO3-  +  2.5 CH3OH   + 0.5 NH4+  +  0.5 H2CO3  ®  0.5 C5H7O2N  +

0.5N2  +4.5 H2O  +  0.5 HCO3-             (2.2.4)

Phương trình năng lượng sử dụng methane làm chất nhận electron :

5 CH4  +  8NO3-  ®  4 N2  +  5 CO2  +  6 H2O + 8OH-

ü  Toàn bộ phản ứng gồm cả tổng hợp sinh khối sử dụng nước thải làm nguồn carbon, ammonia-N, làm chất nhận electron :

NO3-  +  0.345 C10H19O3N +  H+ +  0.267 NH4+  +  0.267 HCO3-  ®

0.612 C5H7O2N + 0.5N2  +2.3 H2O  +  0.655CO2    (2.2.5)

Phương trình sinh hóa sử dụng methanol làm nguồn carbon chuyển nitrate thành khí nitơ có ý nghĩa trong  thiết kế: Nhu cầu oxy bị khử 2.86 g/g nitrate bị khử.  Độ kiềm sinh ra là 3.57 gCaCO3/g nitrate bị khử nếu nitrate là nguồn nitơ cho tổng hợp tế bào. Còn nếu ammonia-N có sẳn, độ kiềm sinh ra thấp hơn từ 2.9-3g CaCO3/g nitrate bị khử.

1. e.      Bể sinh học hiếu khí Biofor

Bể xử lý sinh học Biofor hiếu khí bằng bùn hoạt tính dính bám là công trình đơn vị quyết định hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý.

Bể sinh học Biofor xử lý hiếu khí có dòng chảy cùng chiều với dòng khí từ dưới lên. Các vi khuẩn hiện diện trong nước thải tồn tại ở dạng lơ lửng và dạng dính bám vào lớp vật liệu đệm. Các vi sinh vật hiếu khí sẽ tiếp nhận ôxy và chuyển hoá chất hữu cơ thành thức ăn. Quá trình này diễn ra nhanh nhất ở giai đoạn đầu và giảm dần về phía cuối bể. Trong môi trường hiếu khí (nhờ O2 sục vào), vi sinh hiếu khí tiêu thụ các chất hữu cơ để phát triển, tăng sinh khối trên vật liệu Plasdeck và làm giảm tải lượng ô nhiễm trong nước thải xuống mức thấp nhất.

Nước sau khi ra khỏi công trình đơn vị này, hàm lượng COD và BOD giảm 80-95%. Nước thải sau khi oxi hóa các hợp chất hữu cơ & chuyển hóa Amoni thành Nitrate sẽ được tuần hoàn 50-70% về bể UASB.

Nước thải sau khi qua bể lọc sinh học biofor hiếu khí sẽ mang theo một lượng bùn lơ lửng tiêp tục chảy qua bể lắng 2.

Cơ chế quá trình chuyển hóa chất hữu cơ (chất gây ô nhiễm) thành chất vô cơ (chất không gây ô nhiễm):

Lọc qua khe: Hạt có kích thước lớn hơn kích thước khe sẽ được giữ lại.

Lọc dính bám: Vi sinh vật hiếu khí, tùy tiện và kỵ khí sống trên bề mặt vật liệu sẽ lấy chất hữu cơ trong nước thải làm thức ăn, quá trình này đồng nghĩa với việc chất gây ô nhiễm đã được chuyển hóa thành chất không gây ô nhiễm.

Dần theo thời gian lớp vi sinh vật dính bám này càng dày, lúc này chỉ có những vi sinh vật bề mặt mới lấy được thức ăn, còn những vi sinh vật ở bên trong không lấy được thức ăn sẽ phân hủy nội bào, bong tróc ra và trôi theo nước sang ngăn lắng.

COHNS + O2 + Chất dd                              CO2 + NH3 + C5H7NO2 +  các sản phẩm phụ.

C5H7NO2 + 5O2                                         5CO2 + 2H2O + năng lượng.

Hình 2.3 Cơ chế quá trình chuyển hóa chất hữu cơ bằng màng vi sinh.

ƯU ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ XỬ LÝ LỌC SINH HỌC (BIOFOR) HIẾU KHÍ

– Hệ thống lọc sinh học (BIOFOR) được thiết kế trên cơ sở dữ liệu công nghệ hiện đại nhất đang được áp dụng trên thế giới.

– Quy trình Lọc sinh học Biofor hiếu khí đạt hiệu quả xử lý cao do rất dễ vận hành và kiểm soát cân bằng quá trình vận hành do chế độ thủy lực ổn định. Do bề mặt riêng vật liệu đệm rất lớn nên sinh khối vi sinh rất lớn, khả năng chịu sốc của vi sinh (với bất cứ thay đổi bất thường nào của nước thải đầu vào) cao hơn nhiều so với các công nghệ sinh học truyền thống như phương pháp hiếu khí bùn truyền thống Aerotank, xử lý theo mẻ SBR, hoặc dạng công nghệ tích hợp giữa 2 phương pháp đó (có thể gọi tạm là AST). Với những công nghệ sinh học cũ này, khi bị sốc, vi sinh dễ bị chết và quá trình khôi phục lại vi sinh tốn rất nhiều thời gian và chi phí, đòi hỏi nhân viên vận hành phải có tay nghề cao và rất kinh nghiệm.

– Lượng bùn vi sinh sinh ra trong quy trình lọc sinh học Biofor giảm (gần 50%) so với các công nghệ sinh học truyền thống như Aerotank, SBR, hoặc AST. Do vậy, giảm được chi phí về quản lý và xử lý bùn.

– Do công nghệ Lọc sinh học theo chiều cao, vật liệu đệm có bề mặt riêng lớn, nồng độ vi sinh cao và ổn định nên cho phép giảm thời gian lưu nước và giảm chi phí đầu tư xây dựng. Các công nghệ sinh học truyền thống như Aerotank, SBR, hoặc AST cần nhiều diện tích do theo lý thuyết phải thiết kế các bể sinh học nặng nề, cồng kềnh…

MÔ TẢ QUÁ TRÌNH NITRATE HÓA ( NITRIFICATION )

Quá trình nitrate hóa là quá trình oxy hóa hợp chất chứa nitơ, đầu tiên là ammonia được chuyển thành nitrite sau đó nitrite được oxy hóa thành nitrate. Quá trình nitrate hóa diễn ra theo 2 bước liên quan đến 2 chủng loại vi sinh vật tự dưỡng  Nitrosomonas và Nitrobacter

Bước 1 : Ammonium được chuyển thành nitrite được thực hiện bởi loài Nitrosomonas :

NH4+ + 1.5 O2   ®  NO2-  +  2 H+  +  H2O    (1)

Bước 2 :  Nitrite được chuyển thành nitrate được thực hiện bởi loài Nitrobacter :

NO2-  +0.5 O2 ®  NO3-       (2)

Phương trình phản ứng (1) và (2) tạo ra năng lượng. Theo Painter (1970), năng lượng tạo ra từ quá trình oxy hoá ammonia khoảng 66¸84 kcal/mole ammonia và từ oxy hoá nitrite khoảng 17.5 kcal/mole nitrite. Nitrosomonas và Nitrobacter  sử dụng năng lượng này cho sự sinh trưởng của tế bào và duy trì sự sống. Tổng hợp 2 phản ứng được viết lại như sau:

NH4+  +  2 O2  ®   NO3-   +  2 H+  +  H2O       (3)

Từ phương trình (3), lượng O2 tiêu thụ là 4.57 g/g NH4+-N bị oxy hóa, trong đó 3.43g/g sử dụng cho tạo nitrite và 1.14g/g sử dụng cho tạo nitrate , 2 đương lượng ion H+ tạo ra khi oxy hóa 1 mole ammonium, ion H+ trở lại phản ứng với 2 đương lượng ion bicarbonate trong nước thải. Kết quả là 7.14 g độ kiềm CaCO3bị tiêu thụ/g NH4+-N bị oxy hóa.

Phương trình (3) sẽ thay đổi chút ít khi quá trình tổng hợp sinh khối được xem xét đến, nhu cầu oxy sẽ ít hơn 4.57g do oxy còn nhận được từ sự cố định CO2 , một số ammonia và bicarbonate đi vào trong tế bào.

Cùng với năng lượng đạt được,  ion ammonium được tiêu thụ vào trong tế bào. Phản ứng tạo sinh khối được viết như sau :

4 CO2  +  HCO3-  +  NH4  + H2O  ®  C5H7O2N  +  5 O2

• Theo U.S.EPA Nitrogen Control Manual  (1975) : toàn bộ phản ứng oxy hóa và tổng hợp sinh khối  được viết như sau :

NH4+  +   1.83 O2  +1.98 HCO3-    ®  0.021C5H7O2N  + 0.98 NO3-  +  1.041 H2O  +1.88 H2CO3

Nhu cầu O2 là 4.2 g/g NH4+ -N bị oxy hóa.

• Theo Gujer và Jenkins (1974) : toàn bộ phản ứng oxy hóa và tổng hợp  sinh khối được viết như sau :

1.02 NH4+  +   1.89 O2  +2.02 HCO3-    ®  0.021C5H7O2N  + NO3-  +  1.06 H2O  +1.92 H2CO3

Nhu cầu O2 giảm xuống còn 4.3 gO2/g NH4+ bị oxy hóa, độ kiềm tiêu thụ tăng lên 7.2 g/g NH4+ bị oxy hóa .

1. f.       Bể  lắng II

Nước thải được dẫn vào ống trung tâm nhằm phân phối đều trên toàn bộ mặt diện tích ngang ở đáy ống trung tâm. Ống trung tâm ở bể lắng được thiết kế sao cho nước khi ra khỏi ống trung tâm có vận tốc nước đi lên trong thiết bị chậm nhất (trong trạng thái tĩnh), khi đó các bông cặn hình thành có tỉ trọng đủ lớn thắng được vận tốc của dòng nước thải đi lên sẽ lắng xuống đáy thiết bị lắng. Nước thải ra khỏi thiết bị lắng có nồng độ COD giảm 80-85%.

Nước thải sau khi lắng các bông bùn sẽ qua máng thu nước và được dẫn qua bể  khử trùng.

1. g.      Bể  khử  trùng

Nước thải sau khi xử lý bằng phương pháp sinh học còn chứa khoảng 105 – 106 vi khuẩn trong 100ml, hầu hết các loại vi khuẩn này tồn tại trong nước thải không phải là vi trùng gây bệnh, nhưng cũng không loại trừ một số loài vi khuẩn có khả năng gây bệnh.

Khi cho Chlorine vào nước, dưới tác dụng chảy rối do cấu tạo vách ngăn của bể và hóa chất Chlorine có tính oxi hóa mạnh sẽ khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật và gây phản ứng với men bên trong của tế bào vi sinh vật làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt.

Nước thải sau khi qua hệ thống xử lý đạt tiêu chuẩn nguồn xả: QCVN 28:2010/BTNMT (Cột B).

1. h.      Bể chứa bùn

Giữ & tách bùn lắng. Bùn sẽ được hợp đồng thu gom bởi đơn vị có chức năng. Phần nước sau khi tách cặn sẽ được đưa trở lại bể điều hòa để tiếp tục xử lý.