Quy trình bùn hoạt tính: Các thông số vận hành chính, phương thức hỏng hóc và thiết bị

Kéo một lọ thủy tinh đựng rượu hỗn hợp ra khỏi chậu sục khí lành mạnh và câu trả lời sẽ hiển thị sau vài phút: các bông bùn màu nâu, mịn sẽ lắng xuống thành một lớp trong trong vòng nửa giờ. Khối bông sống đó là bùn hoạt tính, đặc tính sinh học đằng sau hầu hết các nhà máy xử lý nước thải công nghiệp và đô thị, và nó thường xuyên loại bỏ hơn 90% BOD đầu vào khi được quản lý tốt.

Khi nó trôi đi, các dấu hiệu cảnh báo sẽ xuất hiện trong vòng vài ngày: nước thải đục, lớp bùn dày đặc tiến về phía đập nước và lịch trình quạt gió không còn hợp lý nữa. Hướng dẫn này trình bày cách thức hoạt động của quy trình bùn hoạt tính, bốn con số vận hành quyết định hiệu suất của nó, các chế độ lỗi xuất hiện thường xuyên nhất trong dịch vụ công nghiệp và các lựa chọn thiết bị giúp giữ ổn định sinh học.

Bùn hoạt tính là gì và tại sao khối bùn lại quan trọng?

Bùn hoạt tính là quá trình nuôi cấy kết bông của vi khuẩn, động vật nguyên sinh và các vi sinh vật khác được nuôi trong điều kiện sục khí có kiểm soát và được sử dụng để tiêu thụ các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải và nước thải công nghiệp.

Cái tên này có từ năm 1914, khi Edward Ardern và William Lockett trình diễn ở Manchester rằng nước thải có ga có thể được tái sử dụng để gieo hạt cho mẻ tiếp theo và việc tái chế sinh khối này giúp cắt giảm thời gian xử lý từ vài ngày xuống còn vài giờ. Một thế kỷ sau, nguyên tắc tương tự vẫn được vận hành ở phần lớn các nhà máy xử lý sinh học trên thế giới.

Floc là một hệ sinh thái hoạt động chứ không phải là một chất hóa học. Vi khuẩn dị dưỡng loại bỏ lượng cacbon được đo bằng BOD, vi khuẩn nitrat hóa chuyển đổi amoniac thành nitrat và động vật nguyên sinh gặm nhấm các tế bào bơi tự do, giúp đánh bóng nước thải. Các chất tạo bông tiết ra các polyme ngoại bào dính giúp các hạt tổng hợp, lắng xuống và nén chặt, vì vậy mọi quyết định mà người vận hành đưa ra thực sự là một quyết định về hệ sinh thái đó.

Quy trình hoạt động của bùn hoạt tính theo từng giai đoạn như thế nào

Quá trình này hoạt động như một vòng lặp liên tục: xử lý trước dòng chảy, thông khí, lắng đọng, sau đó trả lại phần lớn sinh khối và lãng phí phần dư thừa.

1. Tiền xử lý và cân bằng. Các tấm chắn và loại bỏ sạn bảo vệ máy bơm và bộ khuếch tán, đồng thời một bể cân bằng giúp xử lý trơn tru quá trình xả hàng loạt từ ca làm việc của nhà máy. Các dòng công nghiệp chứa dầu hoặc chất béo thường đi qua thiết bị tuyển nổi không khí hòa tan trước tiên, vì lớp phủ dầu ngăn chặn các khối kết tụ lắng xuống.
2. Sục khí sinh học. Các bong bóng mịn hoặc thiết bị sục khí bề mặt cung cấp oxy cho bể trong khi dòng chảy rối giữ cho khối lơ lửng. Lượng oxy hòa tan cần duy trì ở mức trên khoảng 1,5 mg/L để loại bỏ carbon và gần hơn 2 mg/L khi cần quá trình nitrat hóa.
3. Làm rõ thứ cấp. Hỗn hợp rượu chảy vào bể lắng yên tĩnh, nơi các khối cặn lắng xuống và nước trong tràn qua đập. Tải trọng bề mặt thường được giữ ở mức dưới khoảng 1,2 mét/giờ để ngăn chất rắn tràn qua.
4. Trở lại và lãng phí. Máy bơm bùn hoạt tính tuần hoàn (RAS) sẽ nâng sinh khối đã lắng trở lại đầu vào lưu vực, thường ở mức 30 đến 80% lưu lượng đến, trong khi dòng bùn hoạt tính chất thải (WAS) được kiểm soát sẽ xác định tuổi bùn, thường là 5 đến 15 ngày ở các nhà máy thông thường.

Trong trường hợp thiết bị làm sạch là nút cổ chai, các mô-đun ống nghiêng sẽ bổ sung thêm khu vực lắng đọng hiệu quả bên trong diện tích bể chứa hiện có, khiến chúng trở thành một trong những nâng cấp ít gây gián đoạn nhất cho nhà máy đang hoạt động.

Bể lắng dạng ống nghiêng để nâng cấp bể lắng Các mô-đun ống nghiêng làm tăng diện tích lắng hiệu quả trong phạm vi diện tích bể hiện có, cho phép các hạt lắng xuống nhanh hơn tốc độ dòng chảy đi lên. Đối với các nhà máy nơi công suất bể lắng bị hạn chế, đây là bản nâng cấp ít gián đoạn. Xem sản phẩm →

Bốn con số vận hành quyết định hiệu suất bùn hoạt tính

Bốn con số, MLSS, oxy hòa tan, tỷ lệ F/M và SVI, mô tả hầu hết mọi thứ xảy ra trong hệ thống bùn hoạt tính và cả bốn con số đều có thể được theo dõi bằng việc lấy mẫu định kỳ hàng ngày.

Chất rắn lơ lửng hỗn hợp (MLSS) là lượng sinh khối thực hiện công. Tỷ lệ thực phẩm trên khối lượng (F/M) so sánh BOD đầu vào với sinh khối đó: đẩy nó lên trên 0,5 và các khối sẽ lỏng lẻo và phân tán, giảm nó xuống dưới 0,1 và theo sau là các khối cặn bị thất thoát trong bể lắng. Lượng oxy hòa tan dưới khoảng 0,5 mg/L ở bất kỳ vùng nào sẽ hấp dẫn các sinh vật dạng sợi như Sphaerotilus, trong khi lượng oxy cao hơn 4 mg/L chỉ đốt cháy năng lượng của máy thổi.

Sinh học giống nhau, cấu hình khác nhau

Vòng lặp tương tự xuất hiện ở nhiều loại thực vật và cấu hình chủ yếu thay đổi lượng sinh khối mà lưu vực mang theo. Lò phản ứng theo mẻ theo trình tự (SBR) chạy toàn bộ chu trình trong một bể duy nhất, các nhà máy sục khí mở rộng giữ được nhiều bùn hơn trong thời gian dài hơn và lò phản ứng sinh học màng (MBR) thay thế bể lắng bằng màng lọc để nó có thể vận chuyển nhiều lần MLSS thông thường.

Hãy khớp cấu hình với hồ sơ phụ tải của bạn và thực tế bố trí nhân sự thay vì với con số lớn nhất trên biểu dữ liệu. Bởi vì máy thổi chiếm nhiều chi phí điện năng nên việc truyền oxy thường là cách hoàn vốn nhanh nhất trong nhà máy: thay thế lưới bong bóng thô đã cũ hoặc thiết bị sục khí bề mặt cũ bằng thiết bị khuếch tán bong bóng mịn thường xuyên cắt giảm phần năng lượng sục khí ở mức hai chữ số trong khi vẫn giữ nguyên điểm đặt DO.

Máy sục khí đĩa vi mô cho bể sục khí Thiết bị sục khí vi mô dạng màng ngăn giải phóng bong bóng mịn với diện tích tiếp xúc khí-lỏng lớn, cải thiện hiệu quả truyền oxy. Việc thay thế các thiết bị sục khí bề mặt hoặc bong bóng thô đã bị mòn bằng những thiết bị này có thể cắt giảm năng lượng sục khí trong khi vẫn giữ nguyên điểm đặt DO. Xem sản phẩm →

Khi bùn hoạt tính gặp trục trặc: Bùn lớn, tạo bọt và nổi bọt

Hầu hết các vấn đề về bùn hoạt tính đều là các hư hỏng lắng đọng chứ không phải là các hư hỏng sinh học, và chúng bắt nguồn từ một danh sách ngắn các nguyên nhân: sợi nhỏ, mất cân bằng dinh dưỡng, độ sụt oxy và sự thay đổi tải trọng.

Nguyên nhân gốc rễ phổ biến nhất

• Lượng oxy hòa tan giảm xuống dưới 0,5 mg/L ở một phần của bể, thường ở đầu vào
• Thiếu hụt chất dinh dưỡng, do nhiều chất thải công nghiệp mang theo ít nitơ hoặc phốt pho hơn nhiều so với tỷ lệ cổ điển 100:5:1 BOD/nitơ và phốt pho
• Nước thải tự hoại mang theo sunfua từ đường cống dài, kỵ khí
• Sự thay đổi lớn về tải, độ pH hoặc nhiệt độ từ sản xuất hàng loạt
• Tình trạng quá tải kéo dài trong các bể quá khổ, khiến các chất tạo bông bị đói

Bùn dâng cao là kẻ mạo danh trong danh sách này: bùn lắng tốt, sau đó khử nitrat trong bể lắng và nổi trở lại trên bong bóng nitơ. Phương pháp xử lý là vận hành, lãng phí nhiều hơn, tỷ lệ hoàn vốn cao hơn hoặc thời gian lưu trú trong lưu vực ngắn hơn chứ không phải bằng hóa chất.

Xử lý bùn hoạt tính thải trước khi vượt quá ngân sách

Bùn hoạt tính thải loãng, không ổn định và vận chuyển tốn kém, do đó, việc làm đặc và khử nước tại chỗ hầu như luôn rẻ hơn so với vận chuyển bùn ướt đi bằng xe tải.

Bùn thứ cấp cũng khó tách nước hơn bùn sơ cấp vì các hạt keo sinh học giữ nước trong các mao mạch mịn. Sau khi xử lý polyme, dự kiến ​​có khoảng 16 đến 22 phần trăm chất rắn từ máy ép trục vít hoặc máy ép lọc đai trên bùn hoạt tính thải, so với số liệu cao hơn về vật liệu sơ cấp, vì vậy hãy định cỡ xử lý bánh cho dòng sinh học chứ không phải mức trung bình.

Lựa chọn thiết bị cũng quan trọng như hóa học. So sánh chi tiết giữa máy ép trục vít và thiết kế máy ép lọc đai cho thấy sự cân bằng giữa tốc độ bắt, nhu cầu nước rửa và sự chú ý của người vận hành: máy ép trục vít chạy liên tục với lượng giặt tối thiểu, trong khi máy ép đai có thể tạo ra bánh khô hơn trên một số loại bùn nhưng cần vệ sinh đai liên tục.

Mua cả hai giai đoạn từ một nhà cung cấp cũng giúp đơn giản hóa việc đảm bảo hiệu suất. Công ty TNHH Công nghệ Bảo vệ Môi trường Yixing Hengye, một nhà sản xuất thiết bị xử lý nước thải công nghiệp được thành lập vào năm 2015, chế tạo máy ép trục vít, máy ép lọc đai và máy khử nước ly tâm decanter cùng với thiết bị sục khí, thiết bị làm sạch và hệ thống sàng lọc, đồng thời có chứng nhận ISO 9001, quản lý môi trường và sức khỏe và an toàn nghề nghiệp trong toàn bộ chuỗi thiết kế và sản xuất của mình.

Máy ép bùn trục vít Sử dụng các vòng cố định và chuyển động với cơ cấu vít tự làm sạch, máy này khử nước bùn từ 2000 đến 50000 mg/L mà không làm tắc vải lọc. Một sự lựa chọn thiết thực để xử lý khối lượng bùn được tạo ra từ các giai đoạn xử lý sinh học. Xem sản phẩm →

Câu hỏi thường gặp về bùn hoạt tính

Bùn hoạt tính khác với quy trình màng sinh học như MBBR như thế nào?

Bùn hoạt tính giữ các vi sinh vật lơ lửng dưới dạng bông và bơm chúng trở lại bể lắng. Lò phản ứng màng sinh học di chuyển (MBBR) nuôi chúng trên các giá đỡ bằng nhựa đặt trong bể, có khả năng chịu đựng sự dao động tải tốt hơn và không cần bơm trở lại, trong khi bùn hoạt tính lơ lửng thường đạt BOD nước thải thấp hơn với quy trình kiểm soát chặt chẽ hơn.

Giá trị SVI nào cho thấy bùn hoạt tính khỏe mạnh?

Coi 70 đến 150 mL/g là dải khỏe mạnh. Trong khoảng từ 150 đến 200, bùn trôi và bể lắng phải được theo dõi hàng giờ; trên 200 mL/g, bạn đang ở trạng thái đông đặc và chất rắn có thể bị mất đi trong vòng vài ngày.

Thời gian khởi động hệ thống bùn hoạt tính mất bao lâu?

Việc gieo hạt với 10 đến 20 phần trăm MLSS thiết kế từ một nhà máy lân cận thường rút ngắn thời gian vận hành xuống còn hai đến ba tuần. Nếu không có bùn hạt, hãy đợi từ 4 đến 6 tuần trước khi loại bỏ ổn định và lâu hơn trong nước lạnh.

Bùn hoạt tính có xử lý được nước thải công nghiệp nồng độ cao không?

Có, với điều kiện dòng chảy được cân bằng, các chất dinh dưỡng được cân bằng ở tỷ lệ khoảng 100:5:1 BOD/nitơ và phốt pho, đồng thời tải lượng sốc độc hại được sàng lọc ở thượng nguồn. Các nhà máy hóa chất, dệt may, da và giấy vận hành bùn hoạt tính thành công trên cơ sở chính xác đó.