Bể lọc sinh học trong xử lý nước thải

Bể lọc sinh học là gì?

Bể lọc sinh học là một công trình ứng dụng thực tế, được sử dụng để xử lý nguồn nước cấp cho sinh hoạt hằng ngày. Nước thải sẽ được bao bọc bởi vi sinh vật đã sinh trưởng và chảy qua lớp vật liệu lọc rắn, sau đó phát triển trên bề mặt vật liệu lọc. Đây là dạng bể nhân tạo, có tác dụng giúp nước thải tiếp cận cũng như lọc được qua lớp vật liệu rắn có bọc. 

Quá trình xử lý nước thải ở đây được thực hiện thông qua quá trình phát triển sinh khối và sử dụng cơ chất làm thức ăn. 

Cấu tạo của bể lọc sinh học

Được cấu tạo từ bê tông cốt thép hoặc thép không gỉ có hình trụ tròn hoặc hình hộp chữ nhật. Gồm các thành phần sau:

• Vật liệu lọc được lựa chọn có bề mặt tiếp xúc lớn như: đá cục, đá cuội, sỏi, đá ong, giá thể hoặc các vật liệu PVC có sẵn.
• Có hệ thống cung cấp nước và đảm bảo tưới đồng đều lên bề mặt vật liệu lọc.
• Sau khi lọc xong có hệ thống thu kèm dẫn nước .
• Hệ thống dẫn kèm phân phối khí đến bể lọc hiện đại.

Nguyên lý hoạt động của bể lọc sinh học

Nguyên lý làm việc của bể lọc sinh học dựa trên sự sinh trưởng của các vi sinh vật cố định trên lớp màng bám trên lớp vật liệu lọc. Lúc này, nước thải sẽ được tưới theo chiều hướng từ trên xuống qua lớp vật liệu lọc, sau đó chảy thành lớp mỏng qua khe hở và tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt của vật liệu lọc.

Nhờ các vi sinh vật phân hủy hiếu khí, kị khí và các chất hữu cơ. Sinh ra khí metan CH4 và cacbonic CO2 làm tróc màng ra khỏi vật mang. Sau đó, bị nước cuốn đi và hình thành màng sinh học mới. Hiện tượng này được tiến hành lặp đi lặp lại, dẫn đến kết quả BOD của nước thải bị vi sinh vật sử dụng chất dinh dưỡng. Đồng thời giúp cho nước thải được làm sạch.

Để tránh hiện tượng tắc nghẽn các khe trong vật liệu lọc, trước khi đưa vào xử lý sinh học thì nước thải sẽ được xử lý sơ bộ. 

Ưu nhược điểm của bể lọc sinh học

Ưu điểm của bể lọc sinh học

• Bể lọc sinh học ngập nước cho ra quá trình oxi hóa cực kỳ nhanh, qua đó giúp rút ngắn được thời gian xử lý mà lại có thể tự điều chỉnh được thời gian lưu nước, và tốc độ dòng chảy với hiệu suất xử lý của bể lọc sinh học nhanh và xử lý được cả lượng nước cần có quá trình khử nitrat hoặc phản ứng nitrat hóa
• Công nghệ thực hiện này không tốn quá nhiều chi phí đầu tư, hay diện tích lắp đặt mà lại vận hành đơn giản, nhanh chóng, đem lại hiệu quả cao.

• Bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập nước thường ít bùn cặn hơn bể Aeroten thông thường khác

Nhược điểm của bể lọc sinh học

• Không khí thoát ra khỏi bể lọc sinh học thường có mùi hôi thối, khó chịu
• Xung quanh khu vực bể thường xuất hiện nhiều ruồi muỗi, vi sinh vật gây bệnh

Các loại bể lọc sinh học 

Bể lọc sinh học với vật liệu lọc ngập trong nước

Ưu điểm:

• Chi phí bảo dưỡng, vận hành thấp.
• Chi phí năng lượng thấp.

Khuyết điểm

• Hiệu suất thấp hơn với các bể lọc cùng loại.
• Dễ bị tắc nghẽn nên cần bảo dưỡng, bảo trì thường xuyên.
• Dễ chịu tác động của nhiệt độ bên ngoài (ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển đến hệ sinh thái vi sinh vật).
• Dễ có mùi, thông khí khó.
• Lượng bùn dư không kiểm soát được.
• Chi phí đầu tư trên 1 khối nước thải cao.

Bể lọc sinh học với vật liệu lọc không ngập trong nước

Ưu điểm

• Thi công dễ dàng.
• Công trình có độ thẩm mỹ cao
• Không phát sinh mùi
• Quá trình bảo dưỡng đơn giản và chi phí thấp.
• Có thể mở rộng theo module.
• Khả năng tự động hóa cao.

Khuyết điểm.

• Lượng nước thu hồi không cao.
• Tiêu tốn nhiều năng lượng vận hành cho quá trình thông khí sử dụng bơm cưỡng bức.
• Khả năng giữ huyền phù thấp.

Bể lọc sinh học nhỏ giọt

Là công trình xử lý nước thải với hệ thống có công suất nhỏ. Nước thải được phân phối đều trên bề mặt vật liệu lọc theo kiểu nhỏ giọt hoặc phun tia. Qua quá trình thông gió tự nhiên trên bề mặt hoặc dưới bể, để cung cấp lượng oxy cho quá trình phát triển sinh khối. 

Trong bể lọc sinh học nhỏ giọt , vật liệu rỗng giúp cho thể tích nước cũng như diện tích bề mặt tiếp xúc là lớn nhất. Nước thải qua đó cũng được phân phối bằng cách phun đều lên bề mặt lớp vật liệu, chia thành các hạt nhỏ, qua khe lớp vật liệu, chảy thành màng mỏng.

Sau khoảng thời gian nước thải tiếp xúc với màng nhầy gelatin bám quanh vật liệu lọc, ta sẽ nhận thấy lớp nhầy gelatin dày lên đáng kể. Điều này giúp ngăn cản oxy trong không khí đi vào lớp nhầy, phát triển mạnh tạo ra sản phẩm cuối cùng là khí metan CH4 và cacbonic CO2 có tác dụng làm tróc lớp màng ra, sau đó bị nước cuốn trôi xuống phía dưới.

Trên mặt lớp vật liệu cứng lúc này sẽ hình thành lớp màng nhầy mới và nước thải được làm sạch BOD và các chất ô nhiễm. Để giúp tránh các hiện tượng tắc nghẽn trong lớp vật liệu lọc hay hệ thống phun, bể lọc sinh học nhỏ giọt phải được trang bị thêm song đảm bảo, chắn rác với lưới chắn và bể lắng đợt một.

Vật liệu lọc

Vật liệu lọc tốt là loại sở hữu bề mặt tiếp xúc lớn với độ bền cơ học tương đối cao, giá cả hợp lý và không bị tắc nghẽn. Tùy thuộc vào điều kiện của mỗi đơn vị, địa phương mà người ta sẽ lựa chọn ra được loại vật liệu lọc khác nhau: đá cục, than đá cục, cuội sỏi lớn, đá ong với kích thước dao động trong khoảng từ 60 -100mm. Lưu ý rằng nếu kích thước nhỏ sẽ khiến độ rỗng bị giảm, gây ra tắc nghẽn cục bộ. Còn nếu quá lớn thì cũng khiến cho diện tích mặt tiếp xúc bị giảm, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả xử lý. 

Hệ thống phân phối nước

Hệ thống phân phối nước tốt thường sẽ là những loại được làm bằng dàn ống tự quay, đã đạt tiêu chuẩn thiết kế bể lọc sinh học nhỏ giọt. Với cấu tạo linh hoạt, đơn giản và ổn định cũng như dễ quản lý, khoảng cách từ bề mặt của lớp vật liệu cho đến vòi phun dao động trong khoảng từ từ 0,2 – 0,3m. Điều này giúp lấy không khí và để cho các tia nước phun ra thành các giọt nhỏ trên bề mặt.

Phân loại bể lọc sinh học nhỏ giọt

Bể lọc vận tốc chậm

• Hình dạng: hình trụ, hoặc hình chữ nhật với nguyên liệu lọc chủ yếu là đá sỏi, và xỉ.
• Hệ thống nước thải được nạp theo chu kỳ
• Có khoảng tầm 0.6 cho đến 1.2m nguyên liệu lọc ở phía trên là chứa bùn vi sinh vật
• Vi khuẩn nitrat hóa ở lớp dưới 
• Hiệu suất khử BOD cao
• Cho ra nước thải chứa lượng nitrat cao.

Ở bể lọc vận tốc trung bình và nhanh

• Hình dạng: hình trụ tròn với nguyên liệu lọc chủ yếu là plastic, đá sỏi
• Chức năng: giúp lưu lượng nạp chất hữu cơ cao hơn
• Nước thải được bơm hoàn lưu trở lại và nạp liên tục
• Giúp giảm được mùi hôi xuất hiện trong không khí.

Bể lọc cao tốc:

• Lưu lượng nạp nước thải, chất thải hữu cơ tương đối cao
• Nguyên liệu lọc ở đây chủ yếu là plastic nên nhẹ hơn nhiều so với đá và sỏi

Bể lọc thô:

• Lưu lượng nạp chất hữu cơ lớn hơn 1.6kg/m3.d
• Lưu lượng nước thải là 187m3/m2.d 
• Chức năng: dùng để xử lý nước thải trước giai đoạn xử lý thứ cấp

Bể lọc 2 pha

• Chức năng: Dùng để xử lý những nguồn nước thải, chất độc hại cao, những chất bị nhiễm độc
• Bể lọc 2 pha là sự kết hợp hoàn hảo giữa hai thành phần chuyên dụng là: bể lọc thứ nhất dùng để khử BOD, bể lọc thứ hai dùng để nitrat hóa.

Bể lọc sinh học cao tải

• Bể lọc sinh học cao tải là loại bể lọc được sử dụng với mục đích dùng để xử lý nước thải dạng hiếu khí với ước tính tải trọng thủy lực dao động từ 10-30 (m3 nước thải/m2 bề mặt của bể) trong một ngày. 
• Hiệu quả khử BOD lên tới 85%
• Có thể xử lý nước thải công nghiệp với công suất đạt 500 tới hàng nghìn mét khối trong ngày
• Tải trọng ở bể về phần chất bẩn dạng hữu cơ nằm ở ngưỡng Lv = 0,2-1,5 kg BOD/m3/ngày.