Đồ án Nghiên cứu và đánh giá xử lí lọc sinh học bằng giá thể xơ dừa và day cước nhựa trong xử lý nước thải sinh hoạt

ù chiều rộng khoảng 0,3-1,5 mm chiều dài khoảng 1-10 mm (điển hình cho nhóm này là vi khuẩn E. coli có chiều rộng 0,5 mm chiều dài 2 mm); nhóm vi khuẩn hình que cong và xoắn ốc (Spirilla), vi khuẩn hình que cong có chiều rộng khoảng 0,6-1,0 mm và chiều dài khoảng 2-6 mm; trong khi vi khuẩn hình xoắn ốc có chiều dài có thể lên đến 50 mm; nhóm vi khuẩn hình sợi có chiều dài khoảng 100 mm hoặc dài hơn. Các vi khuẩn đóng vai trò quan trọng bậc nhất trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên cũng như trong các bể xử lý, biến chất hữu cơ thành chất ổn định tạo thành bông cặn dễ lắng, làm sạch nước thải trong vòng tuần hoàn vật chất Vi khuẩn được chia thành 2 nhóm chính: Vi khuẩn ký sinh (Paracitic Bacteria) là vi khuẩn sống bám vào vật chủ, thức ăn của nó là thức ăn đã được vật chủ đồng hóa, chúng thường sống trong đường ruột của người và động vật, đi vào nước thải theo phân và nước tiểu. Hình 2.15: Paracitic Bacteria Vi khuẩn hoại sinh (Saprophytic Bacteria) dùng chất hữu cơ không hoạt động làm thức ăn, nó phân hủy cặn hữu cơ làm chất dinh dưỡng để sống và sinh sản, và thải ra các chất gồm cặn hữu cơ có cấu tạo đơn giản và cặn vô cơ. Bằng quá trình hoạt động như vậy, vi khuẩn hoại sinh đóng vai trò cực kì quan trọng trong việc làm sạch nước thải. Nếu không có hoạt động sống và sinh sản của vi khuẩn, quá trình phân hủy sẽ không xảy ra. Có rất nhiều loài vi khuẩn hoại sinh, mỗi loài đóng vai trò rất đặc biệt trong mỗi công đoạn của quá trình phân hủy hoàn toàn cặn hữu cơ có trong nước thải và mỗi loài sẽ tự chết khi hoàn thành quy trình sống và sinh sản ở giai đoạn đó. Hình 2.16: Saprophytic Bacteria Tất cả các loài vi khuẩn ký sinh và hoại sinh can có thức ăn và oxi để đồng hóa. Một số loài trong số vi khuẩn này chỉ có thể hô hấp bằng oxi hòa tan trong nước gọi là vi khuẩn hiếu khí, còn quá trình phân hủy chất hữu cơ của chúng gọi là quá trình hiếu khí hay quá trình oxi hóa. Một số loài khác trong số các vi khuẩn này không thể tồn tại được khi có oxi hòa tan trong nước, những vi khuẩn này gọi là vi khuẩn kị khí và quá trình phân hủy gọi là quá trình kị khí, quá trình này tạo ra các mùi khó chịu. Còn một số loài vi khuẩn hiếu khí trong quá trình phân hủy chất hữu cơ, nếu thiếu hoàn toàn oxi hòa tan, chúng có thể tự điều chỉnh để thích nghi với môi trường gọi là vi khuẩn hiếu khí tùy nghi. Ngược lại cũng tồn tại một loài vi khuẩn kị khí, khi có oxi hòa tan trong nước chúng không bị chết mà lại làm quen được với môi trường hiếu khí gọi là vi khuẩn kị khí tùy nghi. Sự tự điều chỉnh để thích nghi với môi trường có sự thay đổi của oxi hòa tan của vi khuẩn hoại sinh là rất quan trong trong quy trình phân hủy chất hữu cơ của nước thải trong các công trình xử lý. Nhiệt độ của nước thải có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hoạt động và sinh sản của vi khuẩn, phần lướn vi khuẩn hoại sinh hoạt động có hiệu quả cao và phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ từ 20-400C. Một số loài vi khuẩn trong xử lý cặn phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ 50-600C. Khi duy trì các điều kiện môi trường: thức ăn, nhiệt độ, pH, oxy, độ ẩm thích hợp để vi khuẩn phát triển thì hiệu quả xử lý sinh học trong công trình sẽ đạt hiệu quả cao nhất. Tuy nhiên không phải tất cả các loài vi khuẩn đều có lợi cho quá trình sinh hóa, một vài trong số chúng là loài gây hại, trong đó có hai loài vi khuẩn tiêu biểu có hại cho hệ thống. Một là các dạng vi khuẩn dạng sợi (Filamentous) là các dạng phân tử trung gian, thường kết với nhau thành lớp lưới nhẹ nổi lên mặt nước và gây cản trở cho quá trình lắng, làm cho lớp bùn đáy không có hiệu quả, sinh khối sẽ không gắn kết lại và theo các dòng chảy sạch đã qua xử lý ra ngoài. Một dạng vi khuẩn có hại khác tồn tại trong lượng bọt dư thừa trong các bể phẩn ứng sinh hóa, phát sinh từ các hệ thống thông gió để tuần hoàn oxi trong hệ thống. Theo phương thức dinh dưỡng, vi khuẩn được chia làm 2 loại như sau: - Vi khuẩn dị dưỡng (Heterotroph): sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn cacbon dinh dưỡng và nguồn năng lượng để hoạt động sống, xây dựng và phát triển tế bào. Hình 2.17: Heterotroph - Vi khuẩn tự dưỡng (Autotroph): có khả năng oxi hóa chất vô cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp. Trong nhóm này có vi khuẩn nitrate hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh… 2,3.2. Virus và thực khuẩn thể: Virus là những sinh vật cực nhỏ (kích thước khoảng 20-100nm). Chúng không có cấu tạo tế bào, thành phần hóa học rất đơn giản, chỉ bao gồm protein và acid nucleic, virus chỉ chưa AND hoặc ARÛN, không thể sống độc lập mà phải sống kí sinh vào tế bào chủ. Mỗi virus có một loại tế bào chủ tương ứng, virus bám vào tế bào chủ rồi xâm nhập vào nội bào, phần acid nucleic được giải phóng ra khỏi vỏ bọc. Virus có nhiều dạng: virus của động vật có hình quả cầu, hình trứng (virus đậu gà), hình hộp vuông hay hình chữ nhật (đậu bò), hay hình gậy…virus thực vật có hình quả cầu hay hình que dài( virus đốm lá, thuốc lao). Sự hiện diện của virus trong nước thải sẽ ảnh hưởng không tốt cho quá trình xử lý. Thực khuẩn thể là virus của vi khuẩn, có khả năng làm tan các tế bào vi khuẩn rất nhạnh. Thực khuẩn có hình dáng giống quả chùy, phần đuôi cán có sợi móc để bám vào vỏ của tế bào vi khuẩn, rồi làm tan một lỗ nhỏ trên vỏ tế bào, phần acid nucleic bên trong của virus sẽ nhanh chóng xâm nhập vào nội bào. Trong nước thải thường có những vi khuẩn gây bệnh cho người và động vật, kèm theo có cả những thực khuẩn thể tương ứng với từng loại vi khuẩn đó. Do đó khi thấy có thực khuẩn thể trong nước thải người ta có thể kết luận được sự có mặt của vi khuẩn tương ứng. 2.3.3. Vi nấm (Fungi) Nấm có cấu tạo cơ thể đa bào, hiếu khí, và thường thuộc loại cơ thể sinh vật dị dưỡng. Chúng lấy dưỡng chất từ các chất hữu cơ trong nước thải. Cùng với vi khuẩn, nấm chịu trách nhiệm phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải. Về mặt sinh thái học nấm có hai ưu điểm so với vi khuẩn: nấm có thể phát triển trong điều kiện ẩm độ và pH thấp. Không có sự hiện diện của nấm, chu trình cacbon sẽ chậm lại và các chất thải hữu cơ sẽ tích tụ trong môi trường. Các giống nấm thường gặp trong nước thải là Saplogeria và Leptomus Hình 2.17: Fungi 2.3.4. Nấm men Nấm men thuộc cơ thể đơn bào, chúng có hình dạng không ổn định, thường là hình cầu, hình elip, hình bầu dục và cả hình dài. Tế bào nấm men thường có kích thước lớn gấp 5-10 lần tế bào vi khuẩn, kích thước trung bình của nấm men là 9-10 µm và rộng 2-7 µm. Nấm men phân hủy các chất hữu cơ hạn chế hơn nhưng chúng có thể lên men được một số đường thành rượu, acid hữu cơ, glycerin trong điều kiện kị khí và phát triển tăng sinh khối trong điều kiện kị khí. Hình 2.18: Nấm men 2.3.5. Nấm mốc Nấm mốc được phân bố rộng rãi trong tự nhiên, chúng không phải là thực vật cũng không phải là động vật nên chúng hoàn toàn khác với vi khuẩn và nấm men. Nấm mốc có khả năng phân hủy được các chất hữu cơ khó phân hủy như xenlulozo, hemixenlulozo và lignin. Nói chung vi sinh dạng nấm có kích thước lớn hơn vi khuẩn và không có vai trò trong giai đoạn phân hủy ban đầu các chất hữu cơ trong quá trình xử lý nước thải. Mặc dù nấm có thể sử dụng các vật chất hữu cơ tan trong mối quan hệ cạnh tranh với các vi khuẩn, nhưng chúng dường như không cạnh tranh tốt trong quá trình sinh trưởng lơ lửng hay ở điều kiện bám dính, trong môi trường bình thường, vì vậy không tạo thành sự can đối trong hệ thống vi trùng học. Nói cách khác khi không cung cấp đủ oxi và nito hoặc khi pH quá thấp, nấm có thể sinh sản nhanh, gay ra các vấn đề ảnh hưởng tương tự như các vi khuẩn dạng sợi. Hình 2.19: Nấm mốc 2.3.6. Tảo (Algae) Tảo là nhóm vi sinh vật tự dưỡng quang hợp, có diệp lục và có khả năng sử dụng CO2 hoặc bicacbonat làm nguồn cacbon và nguồn nito, phosphor vô cơ để cấu tạo tế bào dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Trong nước giàu nguồn N và P, đặc biệt là P sẽ là điều kiện rất tốt cho tảo phát triển. Nguồn CO2 có thể do vi sinh vật hoạt động trong nước, phân hủy các chất hữu cơ tạo thành cung cấp cho tảo hoặc từ không khí. Mặc dù tảo không phải là sinh vật gây hại, nhưng chúng có thể gây ra một số vấn đề trong quá trình xử lý nước thải. Tảo phát triển làm cho nước có màu sắc, thực chất là màu sắc của tảo. Tảo xanh Aphanizomenon blosaquae, Anabaena microistic…làm cho nước có màu xanh lam. Tảo Oscilatoria rubecens làm cho nước ngã màu hồng Khuê tảo ( Melosira, Navicula) làm cho nước có màu nâu. Chrisophit làm cho nước có màu vàng nhạt. Tảo phát triển còn làm cho nước có nhiều mùi khó chịu như mùi cỏ, mùi thối… Hình 2.20: Algae 2.3.7. Nguyên sinh động vật (Protozoa) Bên cạnh nhóm vi khuẩn thì nhóm nguyên sinh động vật cũng góp phần quan trọng trong các quá trình xử lý nước thải. Chúng thuộc vào nhóm động vật sống trôi nổi trong nước, có cấu tạo cơ thể đa bào, hầu hết sống hiếu khí hoặc yếm khí không bắt buộc chỉ có một số loại sống yếm khí. Các nguyên sinh động vật quan trọng trong quá trình xử lý nước thải bao gồm các cho Amoeba, Flagellate và Ciliate. Các nguyên sinh động vật này có thể được coi như là các chất chỉ thị của nước thải , vì sự có mặt của chúng có nghĩa là bùn hoạt tính thích hợp với cơ chất có trong nước thải. Các nguyên sinh động vật còn ăn các vi khuẩn và các vi sinh vật khác. Do đó nó đóng vai trò quan trọng trong việc can bằng hệ vi sinh vật trong các hệ thống xử lý sinh học và tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh trong nước thải. 2.4. Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng phương pháp sinh trưởng gắn kết trong xử lý nước thải 2.4.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí với sinh trưởng gắn kết Năm 1865, tại Berlin- Đức, bác sĩ Alexander Mueller đã chứng minh được rằng nước thải có thể được lọc sạch bởi những sinh vật sống có trong một cột lọc. Năm 1868, ông Edward Frankland, một thành viên của Hội đồng Anh đã nghiên cứu phương thức lọc đối với nước thải ở London với một cột bên trong có chứa vật liệu dạng tấm làm từ sỏi thô và đất có than bùn. Năm 1882, Warrington đã chứng minh rằng có thể làm giảm chất ô nhiễm trong nước bằng sỏi sạch. Lọc sinh học được áp dụng đầu tiên ở Mỹ năm 1891 và ở Anh năm 1893. Hệ thống lọc sinh học đầu tiên được thiết lập tại trại thực nghiệm Lawrence, bang Matsachusét, nước Mỹ năm 1891. Năm 1901, hệ thống lọc sinh học đầu tiên được giới thiệu áp dụng tại Madison, Wisconsin. Đến năm 1940 ở nước này đã có 60% hệ thống xử lý nước thải áp dụng công nghệ lọc sinh học. Năm 1960, đĩa quay sinh học đầu tiên được áp dụng ở CHLB Đức, sau đó ở Mỹ. Ở Mỹ và Canada, 70% hệ thống đĩa quay sinh học được sử dụng để loại bỏ BOD, 25% để loại bỏ BOD và Nitrate, 5% để loại bỏ Nitrate. Những năm 1970, lọc sinh học trở nên phổ biến ở nước Đức. Những năm 1980, lọc sinh học được áp dụng để xử lý sự phát thải độc chất và sự phát tán chất ô nhiễm hữu cơ trong công nghiệp. Đến những năm 1990, có hơn 500 hệ thống xử lý sử dụng biện pháp lọc sinh học trong xử lý nước ở Đức và Hà Lan. Năm 1995, Guitonas và Alexious đã tiến hành thí nghiệm sử dụng một bể lọc sinh học hai giai đoạn, hiếu khí và kị khí, với giá thể bằngc hất dẻo. Hiệu quả xử lý Nitơ đạt được khá cao với nước thải đô thị ở nhiệt độ cao. Năm 1996, tại nhà máy xử lý nước thải KCN Việt Nam- Singapore đã áp dụng hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí với giá thể gắn kết, sử dụng tấm PVC nhám làm giá thể dính bám cho vi sinh vật, hiệu quả xử lý BOD đạt trên 70%. Mới đây, năm 2004, Viện Hóa học Công nghệ (Bộ Công nghiệp) đã phối hợp với Trung tâm Công nghệ môi trường quốc tế Nhật Bản (ICETT) chuyển giao công nghệ xử lý bằng vi sinh vật. Công nghệ này đã được sử áp dụng để xử lý nước thải sông Tô Lịch cực kì ô nhiễm, người ta chỉ việc bơm cho nước chảy qua hệ thống lọc. Vật liệu lọc là những thứ có sẵn, dễ tìm kiếm và rất rẽ tiền như đá vôi, chất phế thải xây dựng có độ xốp cao, chai nhựa phế thải, than củi, các loại vỏ động vật có chứa nhiều canxi như sò, ốc, hến. Ngoài ra chỉ cần thêm một số cành cây khô, gỗ mục để làm môi trường cho các vi sinh vật phát triển là có thể thực hiện qui trình lọc. Nước qua hệ thống lọc sẽ trong vắt mà không cần sử dụng hóa chất. Mô hình thực nghiệm được đặt tại Cầu Diễn- Hà Nội, với công suất 50m3/ngày, và kết quả thu được là: + Hiệu xuất xử lý COD đạt 65 – 70% + Hiệu xuất xử lý BOD đạt 85 – 90% + Hiệu xuất xử lý SS đạt >90% + Hiệu xuất xử lý Coliform đạt >99% + Thông số DO > 6,5% + Thông số pH >7,5 (Công nghiệp Việt Nam, số 15, ngày 14/4/2004, trang 9) 2.4.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí với sinh trưởng gắn kết Đây là phương pháp xử lý kị khí nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám với vi khuẩn kị khí trên các giá mang. Hai quá trình phổ biến của phương pháp này là lọc kị khí và lọc với vật liệu trương nở, được dùng để xử lý nước thải chứa các chất carbon hữu cơ. Quá trình xử lý với sinh trưởng gắn kết cũng được dùng để khử nitrate. Bể lọc yếm khí do công ty Cấp thoát nước số 2 nghiên cứu thiết kế đã đưa vào vận hành có kết quả là cột lọc dùng vật liệu lọc nổi polyspirence, đường kính hạt 3-5mm, chiều dày 2m. Nước thải đi vào bể được phân phối đều theo diện tích đáy bể. Dòng nước đi từ dưới lên tiếp xúc với khối bùn lơ lửng ở dưới lớp lọc rồi tiếp xúc với khối hạt lọc có vi khuẩn yếm khí dính bám. Chất hữu cơ hòa tan trong nước thải được hấp thụ và phân hủy, bùn cặn được giữ lại trong khe rỗng của lớp lọc. Sau 2-3 tháng xả bùn dư 1 lần. Nước đi qua lớp lọc được tách khí rồi chảy vào máng thu theo ống dẫn đưa sang xử lý hiếu khí. (Trịnh Xuân Lai– 2000) Lọc kị khí với sinh trưởng gắn kết trên giá mang hữu cơ: trong phương pháp này lớp vi sinh vật phát triển thành màng mỏng trên vật liệu làm giá mang bằng chất dẻo, có dòng nước đẩy chảy qua. Vật liệu có thể là chất dẻo ở dạng tấm sắp xếp hay bằng vật liệu rời hoặc hạt, như hạt polyspiren. Nước thải đi từ dưới lên phía trên được tiếp xúc với vật liệu có vi sinh vật kị khí và tùy nghi phát triển dính bám thành màng mỏng. (Lương Đức Phẩm, 2002) Lọc kị khí với vật liệu giả lỏng trương nở: vi sinh vật được cố định trên lớp vật liệu hạt được giãn nở bởi dòng nước dân lên sao cho sự tiếp xúc của màng sinh học với các chất hữu cơ trong 1 đơn vị thể tích là lớn nhất. Hãng Degremont đã chế tạo ra một loại vật liệu hạt Biolite đặc biệt, có kích thước nhỏ hơn 0,5mm có cấu tạo lỗ nên diện tích riêng là khá lớn, khối lượng riêng nhỏ, chịu được va đập. (Lương Đức Phẩm, 2002) Năm 1990, Warnakula và công sự, thuộc Viện Nghiên cứu cây cao su của Sri Lanka đã bắt đầu nghiên cứu về việc sử dụng xơ dừa làm giá thể trong xử lý nước thải cao su bằng phương pháp sinh học hiếu khí và kị khí. Nghiên cứu này cho thấy, vật liệu mới này tạo ra nhiều khoảng trống cho vinh sinh vật phát triển. Và kết quả của nghiên cứu này đã được công bố trong hội nghị quốc tế về công nghệ xử lý nước thải trong các nhà máy chế biến cao su từ ngày 8 đến ngày 13 tháng 3 năm 1999. Nguyễn Ngọc Bích, Lâm Minh Triết, Lê Huy Bá (2002) đã xây dựng một mô hình thử nghiệm bể phân hủy kỵ khí ở quy mô 5m3/ngày đã được thiết lập và vận hành trong hai năm để xử lý nước thải ngành chế biến cao su có các hàm lượng COD và BOD tương ứng khoảng 9500 mg/l và 6500 mg/l. Xơ dừa thô được sử dụng là giá thể cho vi sinh vật kết bám trong bể. Kết quả với thời gian lưu nước là 2 ngày, hiệu quả xử lý COD là 90% và BOD là 90%. 2.4.3 Vật liệu làm giá thể Vật liệu dùng làm giá thể trong xử lý nước thải bằng quá trình sinh học dính bám khá phong phú: từ đá giăm, đá cuội, đá ong, vòng kim loại, vòng gốm, than đá, than cốc, gỗ mảnh, chất dẻo tấm uốn lượn v.v…. Các loại đá thường được chọn có kích thước trung bình 60 –100 mm. Chiều cao lớp đá chọn khoảng 0,4 – 2,5 –4m, trung bình là 1,8 –2,5 m. Nếu kích thước hạt, cục vật liệu nhỏ sẽ làm giảm độ hở giữa các cục vật liệu, gây tắc nghẽn cục bộ, nếu kích thước quá lớn thì diện tích tiếp xúc bị giảm nhiều dẫn đến giảm hiệu suất xử lý. Bể với vật liệu là đá giăm thường có dạng hình tròn. Các thanh gỗ, đặc biệt là loại gỗ đỏ ở Mĩ, và các tấm chất dẻo (plastic) lượn sóng hoặc gấp nếp được sắp xếp thành những khối bó chặt được gọi là modun vật liệu. Các modun này được xếp lên giá đỡ, khối lượng toàn bộ của vật liệu giảm đi nhiều và làm cho chiều cao của lớp lọc tăng lên đáng kể. Những thập nên gần đây, do kĩ thuật chất dẻo có nhiều tiến bộ, nhựa PVC (polyvinyl clorit), PP (Polypropylen) được làm thành tấm lượng sóng, gấp nếp, dạng cầu khe hở, dạng vành hoa (plasdek), dạng vách ngăn v.v… có đặc điểm là rất nhẹ. Phần lớn, các vật liệu hiện có trên thị trường đều đáp ứng được các yêu cầu sau: - Diện tích riêng lớn, thay đổi từ 80 – 220 m2/m3. - Chỉ số chân không cao để tránh lắng động (thường cao hơn 90%). - Nhẹ. Có thể sử dụng ở độ cao lớn (từ 4 đến 10m, có thể cao hơn). - Có độ bền cơ học đủ lớn. Khi làm việc, vật liệu dính màng sinh học và ngậm nước nặng tới 300 –350 kg/m3. - Quán tính sinh học cao. - Ổn định hóa học Vật liệu là chất dẻo khác nhau về hình dạng, được xác định bằng tỉ số giữa diện tích bề mặt/ thể tích; trọng lượng/ thể tích; tính xốp của vật liệu. Các đặc tính vật lí của một số loại vật liệu dùng làm giá thể được giới thiệu ở bảng 6 Bảng 2.5. Tính chất vật lí của một số vật liệu dùng cho lọc nhỏ giọt Vật liệu Kích thước (in) Khối lượng/ thể tích (Ib/ ft3) Diện tích bề mặt (ft2/ft=3) Độ thông thoáng (%) Đá cuội: -Nhỏ -Lớn 1 – 2,5 4 – 5 78 – 90 50 – 62 17 – 21 12 – 50 40 – 50 50 – 60 Xỉ lò cao: -Nhỏ -Lớn 2 – 3 3 – 5 55 – 75 50 – 62 17 – 21 14 – 18 40 – 50 50 – 60 Chất dẻo (tấm): Thông thường Bề mặt riêng cao 24 x 24 x 48 24 x 24 x 48 2 – 6 2 – 6 24 – 30 30 – 60 94 –97 94 –97 Gỗ đỏ 48 x 48 x20 9 – 11 12 – 15 70 – 80 Quả cầu chất dẻo 1 – 3,5 3 – 6 38 – 85 90 - 95 Ghi chú: Kích thước của tấm chất dẻo và gỗ đỏ là kích thước của modun. Đơn vị tính: 1 in = 25,4mm 1b/ft3 x 16,0185 = 1g/m3 ft2/ft3 x 3,2808 = 1m2/m3 Vật liệu bằng chất dẻo có thể chia làm hai loại chính: - Vật liệu có sắp xếp - Vật liệu để rối Tuổi thọ trung bình của vật liệu chất dẻo vào khoảng vài chục năm. Việc thay chúng do nhiều nguyên nhân: do quá bẩn, bị vỡ, giá đỡ bị hỏng… Trước đây vật liệu thường được dùng là đá giăm, đá cuội có kích thước 25 x 100mm với bể lọc cao khoảng 1 – 2,5m, đến nay, nhờ có plastic làm vật liệu lọc, bể lọc có thể cao tới 9 – 10m. Với quần thể vi sinh vật bám vào vật liệu lọc như đá granit, vòng gốm, nhựa plastic… quá trình oxi hóa diễn ra rất nhanh. Do vậy hệ thống này có những ưu điểm: - Rút ngắn được thời gian xử lý. - Đồng thời có thể xử lý hiệu quả nước cần có quá trình khử nitrat hoặc phản nitrat hóa. Qua thực tế, bể lọc sinh học nhỏ giọt hay phun tia với vật liệu truyền thống, như đá, sỏi, than cục,… có một số ưu điểm so với bùn hoạt tính như sau: - Giảm việc trông coi. - Tiết kiệm năng lượng, không khí cấp trong hầu hết thời gian lọc làm việc bằng cách thông tự nhiên từ cửa thông gió đi vào qua lớp vật liệu Nhưng cũng có một số nhược điểm sau: - Hiệu suất làm sạch nhỏ hơn với cùng một tải lượng khối. - Dễ bị tắc nghẽn. - Rất nhạy cảm với nhiệt độ. - Không khống chế được quá trình thông khí, dễ bốc mùi. - Chiều cao hạn chế. - Bùn dư không ổn định. - Vì khối lượng vật liệu tương đối nặng, nên kéo theo giá thành xây dựng cao. Với vật liệu là chất dẻo đã khắc phục được những nhược điểm trên, như giảm hiện tượng tắc nghẽn, chiều cao lớn, không khí tốt hơn cho phép lọc làm việc với tải trọng thể tích cao hơn. Ngoài lọc sinh học nhỏ giọt còn có biện pháp lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước. Lọc sinh học với vật liệu nổi, ít bị tróc màng sinh học bám quanh các hạt vật liệu, mặc dù tốc độ thông gió lớn, hàm lượng cặn lơ lửng có ở trong nước ra khỏi lọc đều nhỏ hơn 20 mg/l. Do đó không cần bố trí bể lắng hai trong hệ thống xử lý. Kĩ thuật này dựa trên hoạt động của quần thể vi sinh vật tập trung ở màng sinh học có hoạt tính mạnh hơn ở bùn hoạt tính. Do vậy nó có thể có những ưu điểm sau: - Chiếm ít diện tích vì không cần bể lắng trong (bể lắng 2). Đơn giản, dễ làm cho việc bao, che công trình, khử độc hại (ít mùi và ít ồn), đảm bảo mỹ quan. - Không cần rửa lọc, vì quần thể vi sinh vật được cố định trên giá đỡ cho phép chống lại sự thay đổi tải lượng của nước thải. - Đễ dàng phù hợp với nước thải pha loãng. - Đưa vào hoạt động rất nhanh, ngay cả sau một thời gian dừng hoạt động hàng tháng. - Có cấu trúc modun và dễ dàng tự động hóa. Tuy nhiên phương pháp này cũng làm kéo theo một số hiện tượng như tắc nghẽn khí do việc nước chảy xuống, khí đi lên đã đưa đến sự dính kết các bọt khí với nhau và tạo nên các túi khí trong khối vật liệu. Đồng thời cũng kéo theo một số nhược điểm sau: - Làm tăng tổn thất tải lượng, giảm lượng nước thu hồi. - Tổn thất khí cấp cho quá trình, vì tăng lưu lượng khí không chỉ đáp ứng cho nhu cầu cầu của vi sinh vật mà còn nhu cầu cơ thủy lực. - Phun khí mạnh tạo nên dòng chuyển động xoáy làm giảm khả năng giữ huyền phù. Chương 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3. Phương pháp nghiên cứu 3.1. Phương pháp luận 3.1.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình sinh học Phần lớn vi khuẩn có khả năng sinh sống và phát triển trên bề mặt vật rắn, khi có đủ độ ẩm và thức ăn là các chất hữu cơ, muối khoáng và oxy. Chúng dính bám trên bề mặt vật rắn bằng chất gelatin do chính vi khuẩn tiết ra và chúng có thể dễ dàng di chuyển trong lớp gelatin dính bám này. Đầu tiên vi khuẩn cư trú hình thành tập trung ở một khu vực, sau đó màng vi sinh không ngừng phát triển, phủ kín toàn bộ bề mặt vật rắn bằng một lớp đơn bào. Chất dinh dưỡng (hợp chất hữu cơ, muối khoáng) và oxy có trong nước thải cần xử lý khuyếch tán qua màng biofilm vào tận lớp xenlulo đã tích lũy ở sâu nhất mà ở lớp đó ảnh hưởng của oxy và chất dinh dưỡng không còn tác dụng. Sau một thời gian, sự