Bể phản ứng sinh học hiếu khí - Aerotank

   Xử lý nước thải bằng Aerotank được các nhà khoa học người Anh đề xuất từ năm 1887, nhưng đến năm 1914 mới được áp dụng trong thực tế và tồn tại, phát triển rộng rãi cho đến ngày nay. Quá trình hoạt động sống của quần thể VSV trong aerotank thực chất là quá trình nuôi VSV trong các bình phản ứng sinh học (bioreacter) hay các bình lên men (fermenter) thu sinh khối. Sinh khối VSV ở trong công nghệ vi sinh thường là từ 1 giống thuần chủng, còn trong xử lý nước thải là quần thể VSV, chủ yếu là vi khuẩn có sẵn trong nước thải.
Đặc điểm và nguyên lý làm việc của Aerotank
   Bể phản ứng sinh học hiếu khí - aerotank là công trình bê tông cốt thép hình khối chữ nhật hoặc hình tròn, cũng có trường hợp là hình trụ. Thông dụng nhất hiện nay vẫn là hình bể khối chữ nhật. Nước thải chảy qua suốt chiều dài bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxy hòa tan và tăng cường quá trình oxy hóa chất bẩn hữu cơ có trong nước.
   Nước thải sau khi được xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hòa tan cùng các chất lơ lửng đi vào aerotank. Các chất lơ lửng làm nơi vi khuẩn bám vào để cư trú, sinh sản và phát triển dần thành các hạt cặn bông, các hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước. Chính vì vậy, xử lý nước thải ở aerotank được gọi là quá trình xử lý với sinh trưởng lơ lửng của quần thể VSV. Các hạt bông cặn này cũng chính là bùn hoạt tính.
   Quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ có trong aerotank xẩy ra theo 3 giai đoạn: 

• Gđ 1: Tốc độ oxy hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxy. Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Hàm lượng oxy cần cho VSV sinh trưởng, đặc biệt ở thời gian đầu tiên thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rất phong phú, lượng sinh khối trong thời gian này rất ít. Sau khi VSV thích nghi với môi trường, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân. Vì vậy, lượng tiêu thụ Oxy tăng cao dần.
• Gđ 2: VSV phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxy gần như ở mức ít thay đổi. Chính vì vậy ở giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất. Qua các thông số hoạt động của aerotank cho thấy ở giai đoạn 1  tốc độ tiêu thụ oxy rất cao, có khi gấp 3 lần ở gdd2.
• Gđ 3: sau một thời gian khá dài tốc độ oxy hóa cầm chừng ( hầu như ít thay đổi) và có chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên. Đây là giai đoạn nitrat hóa các muối amoni.

   Sau cùng nhu cầu oxi lại giảm và cần phải kết thúc quá trình làm việc của aerotank ( làm việc theo mẻ). Ở đây cần lưu ý rằng, sau khi oxi hóa được 80 - 95% BOD trong nước thải, nếu không khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, cần phải lấy bùn cặn ra khỏi nước. Nếu không kịp thời tách bùn, nước sẽ bị ô nhiễm thứ cấp, nghĩa là sinh khối VSV trong bùn ( chiếm tới 70% khối lượng cặn bùn) sẽ tự phân hủy. Tế bào vi khuẩn có hàm lượng protein rất cao ( chiếm tới  60 - 80 % so với chất khô), ngoài ra còn có các hợp chất chứa chất béo , hidrocacbon, các chất khoáng,... khi bị tự phân hủy sẽ gây ô nhiễm nguồn nước.
Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước của aerotank

• Lượng oxi hòa tan trong nước:  điều kiện đầu tiên để đảm bảo cho aerotank có khả năng oxi hóa các chất bẩn hữu cơ với hiệu suất cao là phải đảm bảo cung cấp đủ oxi, mà chủ yếu là oxi hòa tan trong nước một cách liên tục, đáp ứng đầy đủ cho nhu cầu hiếu khí của VSV trong bùn hoạt tính. Lượng oxi có thể được coi là đủ khi nước thải ra khỏi bể lắng 2 có nồng độ oxi hòa tan là 2mg/l
• Thành phần dinh dưỡng đối với VSV: thành phần dinh dưỡng chủ yếu là nguồn cacbon ( được thể hiện bằng BOD) - chất bẩn hữu cơ dễ bị phân hủy bởi VSV. Ngoài ra còn cần lưu ý đến 2 thành phần khác là Nito ( dạng NH4⁺) và Photpho ( dạng muối photphat). Ngoài ra còn cần một số các chất khoáng khác như Mg, Ca, K, Mn, Fe, Mn,..  Thiếu dinh dưỡng trong nước thải ( coi nước thải là môi trường nuôi cấy) sẽ làm giảm mức độ sinh trưởng, phát triển tăng sinh khối của VSV, thể hiện bằng lượng bùn hoạt tính được tạo thành giảm, kìm hãm và ức chế quá trình oxi hóa các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn. Để đảm tỉ lệ dinh dưỡng trong nước thải là BOD : N : P = 100 : 5 : 1 và tỉ lệ này thường chỉ đúng trong 3 ngày đầu.
• Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ có trong nước thải để đảm bảo cho aerotank làm việc hiệu quả: các loại nước thải có thể xử lý được bằng aerotank có lượng BOD vào khoảng 500mg/l, còn trường hợp cao hơn ( không quá 1000mg/l) phải xử lý bằng aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh. Nếu BOD quá cao so với mức trên đây thì phải pha loãng bằng nước được quy ước là nước sạch ( như nước sông, hồ không bị nhiễm bẩn) hoặc nước đã được xử lý có lượng BOD ở dòng ra thấp. Cũng có thể xử lý kỵ khí trước khi xử lý hiếu khí.
• Các chất độc tố có trong nước thải ức chế đến đời sống của VSV: nồng độ muối vô cơ trong nước thải không quá 10g/l. Nếu muối vô cơ thông thường thì có thể pha loãng nước thải và xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính, còn nếu là chất độc như kim loại nặng, các chất độc hưu cơ thì phải tiến hành phân tích cẩn thận và có biện pháp xử lý riêng ( hấp thụ, trao đổi ion,...) sau đó mới có thể xử lý sinh học được.
• pH của nước thải có ảnh hưởng nhiều đến các quá trình hóa sinh của VSV, quá trình tạo bùn và lắng. Nói chung pH thích hợp là từ khoảng 6,5 - 8,5. Trong thời gian cuối, nước thải trong aerotank có pH chuyển sang kiềm, có thể là các hợp chất Nito được chuyển thành NH3 hoặc muối amoni.
• Nhiệt độ: Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động sống của VSV. Hầu hết các VSV có trong nước thải đều ưa ấm, chúng có nhiệt độ sinh trưởng tối đa là 40⁰C và tối thiểu là 5⁰C. Vì vậy nhiệt độ xử lý nước thải chỉ trong khoảng 6 - 37⁰C, tốt nhất là  5 - 35⁰C.
• Nồng độ các chất lơ lửng (SS) ở dạng huyền phù: sau khi xử lý sơ bộ, tùy thuộc vào nồng độ chất lơ lửng có trong nước thải mà xác định công trình xử lý cơ bản thích hợp như lọc sinh học hoặc aerotank. Nếu nồng độ các chất lơ lửng không quá 100mg/l thì loại hình thích hợp là bể lọc sinh học, còn nồng độ không quá 150mg/l là xử lý bằng aerotank sẽ cho hiệu quả phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn là cao nhất.

Tính toán bể aerotan.

tính toán bể aerotank moitruonggreen_com.docx