Công nghệ MBBR trong xử lý nước thải

Một trong những công nghệ mới về xử lý nước thải đang được nhắc đến rất nhiều hiện nay bởi tính năng hiệu quả xử lý cao, đồng thời tiết kiệm diện tích, đó chính là công nghệ xử lý nước thải MBBR.

a. Nguyên tắc hoạt động

           MBBR là từ viết tắt của cụm Moving Bed Biofilm Reactor, trong đó sử dụng các giá thể cho vi sinh dính bám để sinh trưởng và phát triển.          

Nhưng vì sao công nghệ MBBR là công nghệ được các chuyên gia đánh giá cao như vậy! Bởi vì vật liệu làm giá thể 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 và cánh khuấy qua đó thì mật độ vi sinh ngày càng gia tăng, hiệu quả xử lý ngày càng cao.

Trong bể hiếu khí dính bám MBBR, hệ thống cấp khí được cung cấp để tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng và phát triển. Đồng thời quá trình cấp khí phải đảm bảo được các vật liệu luôn ở trạng thái lơ lửng và chuyển động xáo trộn liên tục trong suốt quá trình phản ứng. Vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ sẽ dính bám và phát triển trên bề mặt các vật liệu. Các vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thải để phát triển thành sinh khối. Quần xả vi sinh sẽ phát triển và dày lên rất nhanh chóng cùng với sự suy giảm các chất hữu cơ trong nước thải. Khi đạt đến một độ dày nhất định, khối lượng vi sinh vật sẽ tăng lên, lớp vi sinh vật phía trong do không tiếp xúc được nguồn thức ăn nên chúng sẽ bị chết, khả năng bám vào vật liệu không còn. Khi chúng không bám được lên bề mặt vật liệu sẽ bị bong ra rơi vào trong nước thải. Một lượng nhỏ vi sinh vật còn bám trên các vật liệu sẽ tiếp tục sử dụng các hợp chất hữu cơ có trong nước thải để hình thành một quần xã sinh vật mới.

sinh vật còn bám trên các vật liệu sẽ tiếp tục sử dụng các hợp chất hữu cơ có trong nước thải để hình thành một quần xã sinh vật mới.

Ngoài nhiệm vụ xử lý các hợp chất hữu cơ trong nước thải, thì trong bể sinh học hiếu khí dính bám lơ lững còn xảy ra quá trình Nitritrat hóa và Denitrate, giúp loại bỏ các hợp chất nito, photpho trong nước thải, do đó không cần sử dụng bể Anoxic. Vi sinh vật bám trên bề mặt vật liệu lọc gồm 3 loại: lớp ngoài cùng là vi sinh vật hiếu khí, tiếp là lớp vi sinh vật thiếu khí, lớp trong cùng là vi sinh vật kị khí. Trong nước thải sinh hoạt, nito chủ yếu tồn tại ở dạng ammoniac, hợp chất nito hữu cơ. Vi sinh vật hiếu khí sẽ chuyển hóa hợp chất nito về dạng nitrite, nitrate. Tiếp tục vi sinh vật thiếu khí và kị khí sẽ sử dụng các hợp chất hữu cơ trong nước thải làm chất oxy hóa để khử nitrate, nitrite về dạng khí N2 bay lên. Mặt khác quá trình nito một phần còn được thực hiện tại bể lắng sinh học. Vì vậy hiệu quả xử lý hợp chất nito, photpho trong nước thải sinh hoạt của công trình này rất tốt.

 Ngoài ra, để tăng cường khả năng xử lý nito của bể sinh học thiếu khí người ta thêm vao bể giá thể MBBR.Thể tích của vật liệu MBBR so với thể tích bể được điều chỉnh theo tỷ lệ phù hợp, thường là <50% thể tích bể.

Bể sinh học kết hợp giá thể lơ lửng MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể thiếu khí.

Trong bể hiếu khí sự chuyển động của các giá thể được tạo thành do sự khuyếch tán của những bọt khí có kích thước trung bình từ máy thổi khí. Trong khi đó ở bể thiếu khí thì quá trình này được tạo ra bởi sự xáo trộn của các giá thể trong bể bằng cánh khuấy.

Công nghệ MBBR trong xử lý nước thải
Công nghệ MBBR trong xử lý nước thải

 

           Hình 1: Bể MBBR hiếu khí                                    Hình 2 : Bể MBBR thiếu khí

b. Ưu điểm nổi bật

  • Chịu được tải trọng hữu cơ cao, 2000-10000gBOD/m³ngày, 2000-15000gCOD/m³ngày.
  • Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90%.
  • Loại bỏ được Nito trong nước thải.
  • Tiết kiệm được diện tích.

 c. Phạm vi áp dụng

  • Ứng dụng cho hầu hết các loại nước thải có ô nhiễm hữu cơ: trường học, khu dân cư, bệnh viện, thủy sản, sản xuất chế biến thực phẩm, đồ uống đóng hộp, nước thải công nghiệp, dệt nhuộm …

d. Mô tả hoạt động của giá thể

      Nhân tố quan trọng của quá trình xử lý này là các giá thể động 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 lớp màng biofim 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 lững trong nước.

      Tất cả các giá thể 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 chiếm tứ 25 – 50% thể tích bể và tối đa trong bể MBBR phải 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.

Ưu điểm của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp MBBR

  • Mật độ vi sinh vật xử lý trên một đơn vị thể tích cao: 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.
  • Hiệu quả xử lý cao.
  • Tiết kiệm diện tích xây dựng: diện tích xây dựng của MBBR nhỏ hơn so với hệ thống xử lý nước thải hiếu khí đối với nước thải đô thị và công nghiệp.
  • Dễ dàng vận hành.
  • Điều kiện tải trọng cao: Mật độ vi sinh vật trong lớp màng biofilm rất cao, do đó tải trọng hữu cơ trong bể MBBR rất cao.

Bảng 1. Các thông số thiết kế đặc trưng bể MBBR

Thông số thiết kế Đơn vị Ngưỡng đặc trưng
Thời gian lưu trong bể Anoxic h 1.0 – 1.2
Thời gian lưu trong bể hiếu khí h 3.5 – 4.5
Diện tích bề mặt lớp biofilm m2/m3 200 – 250
Tải trọng BOD kg/m3.d 1.0 – 1.4

(Metcalf & Eddy, 2004)

Giới thiệu các loại giá thể trong bể MBBR

Công nghệ MBBR trong xử lý nước thải
Công nghệ MBBR trong xử lý nước thải

Bảng 2. Thông số các loại giá thể

  • Đặc trưng tính kị nước cao, khả năng bám dính sinh học cao
  • Chất lượng màng sinh học tốt khó rơi ra khỏi vật liêu, độ dày lớp film ngoài 10 -200 m, lớp film trong có độ dày thay đổi theo tải trọng.
  • Ngoài ra còn có enzim sinh học kích hoạt khả năng xử lí của sinh vật trong nước thải.
  • Xử lí N, P trong nước thải.
  • NH3 – N : 98 – 99%, TN : 80- 85%, TP : 70 75%
  • Chiếm khoảng không gian ít.
  • Không bị nghẹt bùn trong khoảng thời gian dài hoạt động.
  • Tạo bùn nặng dễ lắng, tạo ra 40 – 80% bùn ít hơn quá trình bùn hoạt tính.
  • Hiệu quả xử lí 30 – 50% cao hơn quá trình bùn hoạt tính trong khi đó chi phí hoạt động giảm ít nhất 30%.
  • Có thể được thả trực tiếp trong bể hiếu khí, kỵ khí, thiếu khí. Không cần phải thay thế trong vòng 30 năm.
  • Không bị ảnh hưởng bởi hình dạng bể, có thể sử dụng cho tất cả các loại bể.

So sánh hệ thống MBBR và hệ thống bể sinh học hiếu khí

Hệ thống Tải trọng BOD (KgBODm3/ngày) MLSS(mg/L) Diện tích bề mặt (m2/m3)
MBBR 10 8000 – 20000 510 – 1200
Bể sinh học hiếu khí 1.5 3000 – 5000

So sánh thông số thiết kế của MBBR với các công nghệ khác

Thông số Thổi khí kéo dài Bùn hoạt tính SBR MBBR
Tải trọng thể tích (kg/m3.ngày) 0.16 – 0.4 0.31 – 0.64 0.08 – 0.24 0.91
Thời gian lưu (giờ) 18 – 36 4 – 8 8 – 36 1 – 2
F/M ngày-1 0.05 – 0.15 0.2 – 0.5 0.05 – 0.3 1.1
Lượng khí cung cấp (m3/kg BOD khử) 90 – 125 45 – 90 45 – 90 60

Kỹ thuật xử lý nước thải chế biến nông sản
Xử lý nước thải dệt nhuộm
Phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi
Các phương pháp xử lý asen trong nước và nước thải
xử lý Asen trong nước bằng quá trình lọc sinh học
Công nghệ xử lý nước thải Bio Containerized
Moving Bed Biofilm Reactor

CTY ĐÔNG DƯƠNG