Xử lý nước thải sinh hoạt bằng thiết bị lọc nhỏ giọt cải tiến với giá thể sinh học kiểu mới

Trong nghiên cứu này, nước thải sinh hoạt được xử lý bằng mô hình thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt cải tiến. Hệ thống hoạt động với tải lượng hữu cơ 1,2 kg BOD/m3 ngày đêm. Kết quả cho thấy, hiệu quả xử lý tốt nhất với lượng giá thể chiếm 75% thể tích thiết bị. Với lượng giá thể này, hiệu quả xử lý ở các thời gian lưu nước khác nhau (2, 4, 6, 8 và 10 tiếng) cũng được nghiên cứu. Kết quả là hệ thống xử lý tốt BOD và dinh dưỡng (hiệu quả 90,7; 78,7 và 77,1% lần lượt đối với BOD, N và P).

Trước tình hình khó khăn về kinh tế và xu hướng tiết kiệm năng lượng trên thế giới, các công nghệ xử lý nước thải có chi phí đầu tư và vận hành thấp đang và sẽ là nhu cầu rất lớn cho các doanh nghiệp xả thải. Các công nghệ xử lý bằng phương pháp sinh học kỵ khí và hiếu khí phổ biến hiện nay, hoặc có chi phí đầu tư lớn, hoặc có chi phí vận hành cao, hoặc cả hai loại chi phí đều tốn kém. Các phương pháp kỵ khí như UASB, ABR,… đều là những công nghệ cải tiến. Tuy nhiên, chúng có một số nhược điểm như xuất hiện mùi hôi và chi phí xây dựng cao. Trên thực tế, một bể sinh học kỵ khí thường yêu cầu một bể hiếu khí theo sau để nước đầu ra đạt chuẩn xả thải. Các công nghệ hiếu khí truyền thống, như bể hiếu khí bùn hoạt tính, MBBR, cũng bộc lộ nhiều hạn chế như chi phí cho thiết bị, vật tư và năng lượng vận hành lớn.

Lọc sinh học nhỏ giọt (TF) là một công nghệ hiếu khí với nhiều ưu điểm như vận hành ổn định, cấu tạo đơn giản, có thể hoạt động ở các tải lượng hữu cơ khác nhau một cách hiệu quả và đặc biệt là tiết kiệm năng lượng. Trong thiết bị TF, lớp màng vi sinh hình thành trên giá thể sinh học tạo nên 2 vùng: hiếu khí - nằm trên bề mặt và thiếu khí - nằm ở lớp bên trong, giữa lớp hiếu khí và bề mặt giá thể sinh học. Chính vì lý do này mà trong thiết bị TF cùng một lúc xảy ra hai quá trình: nitrat và khử nitrat hóa, xử lý N một cách hiệu quả. Tuy nhiên, thiết bị này cũng còn tồn tại một số nhược điểm cần khắc phục: dễ tích tụ sinh khối trong lớp giá thể sinh học, gây tình trạng tắc nghẽn và ảnh hưởng đến phản ứng sinh học hiếu khí, làm giảm hiệu quả xử lý, thường xuyên phải bảo trì hệ thống và dễ gây mùi nếu để vùng kỵ khí chiếm thể tích lớn trong thiết bị. Về giá thể sinh học (GTSH), đây cũng là một nhược điểm của loại công nghệ này. Hiện nay có nhiều loại GTSH được áp dụng và bán trên thị trường: dạng sợi, cầu, tổ ong, bánh xe,… Tuy nhiên, các loại giá thể này có giá thành cao, qua thực tế sử dụng cho thấy không bền trong điều kiện nước thải và có bề mặt riêng thấp.

Một số nghiên cứu về TF đã được thực hiện. Tải lượng hoạt động của một TF thường được thiết kế trong khoảng 1-75 m3/m2 ngày đêm. Chiều cao bể phản ứng thông thường được chọn ở 1,8-2,4m. Tuy nhiên, bể càng sâu thì hiện tượng tắt nghẽn càng dễ xảy ra, tổn áp tăng nhanh. Đây là hiện tượng gây nhiều khó khăn và tốn kém ở khâu vận hành hệ thống trong thực tế. Ngoài ra, tải lượng hữu cơ thường được khống chế trong khoảng 0,07-3,2 kg BOD/m3 ngày đêm.

Một thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt được cải tiến (upgraded Trickling Filter-uTF) để khắc phục các hạn chế của công nghệ này sẽ bổ sung thêm một sự lựa chọn nữa cho các công nghệ xử lý nước thải tiết kiệm năng lượng và có khả năng ứng dụng rộng rãi. Trong nghiên cứu này, thiết bị lọc nhỏ giọt tiên tiến xử lý nước thải điển hình của các khu công nghiệp (KCN) tại Đà Nẵng: KCN Hòa Khánh, KCN Liên Chiểu, KCN Hòa Cầm. Hiệu quả xử lý và thời gian thích nghi được đánh giá ở các lượng giá thể sinh học và thời gian lưu khác nhau.

Kết quả cho thấy, với nghiên cứu thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt cải tiến so với thiết bị truyền thống, hiệu quả xử lý được cải thiện. Một vài chế độ vận hành được thử nghiệm đã làm sáng tỏ một số vấn đề: khi giá thể sinh học chiếm 75% thể tích ngập nước, quá trình denitrate hóa xảy ra nhiều nhất và hiệu quả xử lý tốt nhất. Hiệu quả xử lý BOD đạt 89,6 - 92,7%, xử lý TN đạt 78,8 - 82,5%, xử lý TP đạt 77,2 - 81,9% với thời gian lưu nước là 10h. Mức độ DO trong pha nước ở 1,2 - 3,1 mg/L, tạo môi trường thiếu khí trong lớp màng vi sinh bám trên GTSH. Khi lượng GTSH chiếm 75% thì DO nằm trong khoảng 1,2 - 3,1 mg/L, tạo môi trờng thiếu khí trong lớp màng vi sinh bám trên GTSH và thời gian thích nghi là ngắn nhất với 20 ngày. Thời gian lưu nước 6 tiếng được xem là tối ưu nhất trong việc xử lý các hợp chất hữu cơ và dinh dưỡng. Việc bố trí nước ngập 50 mm so với mức GTSH làm tăng thời gian lưu nước và tiếp xúc nước-biofilm. Ngoài ra, trong suốt quá trình hoạt động, không có hiện tượng tắt nghẽn cục bộ và các đường ống thoát. Nước ngập giúp cặn lơ lửng mềm và có kích thước nhỏ, giảm thiểu vấn đề tắc nghẽn.  

KHPTO