Lò phản ứng SBR

Lò phản ứng SBR

1 Giới thiệu về quy trình SBR

SBR là viết tắt của Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process. Ban đầu nó được đề xuất bởi các học giả người Anh Ardern và Lockett vào năm 1914, nhưng do thiết bị sục khí dễ bị tắc, mức độ điều khiển tự động thấp và quản lý hoạt động phức tạp vào thời điểm đó, nó nhanh chóng được thay thế bằng phương pháp bùn hoạt động liên tục. Cho đến những năm 1970, với sự phát triển của các thiết bị phần cứng và công nghệ phần mềm khác nhau của thiết bị sục khí mới, đập thoát nước nổi và giám sát điều khiển tự động, đặc biệt là sự cải tiến liên tục của công nghệ điều khiển tự động máy tính và công nghiệp, hoạt động tự động của quá trình xử lý nước thải đã trở thành có thể, quá trình SBR với những lợi thế độc đáo của nó đã được chú ý rộng rãi và nhanh chóng được phát triển và ứng dụng, và bây giờ hàng trăm nhà máy xử lý nước thải SBR đang hoạt động thành công trên thế giới. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Quốc gia Hoa Kỳ (EPA) coi quy trình SBR là một kỹ thuật quản lý môi trường hiệu quả, đầu tư thấp, chi phí vận hành thấp và chi phí sửa chữa.

SBR thuộc về một loại phương pháp bùn hoạt động, cơ chế phản ứng và cơ chế loại bỏ các chất gây ô nhiễm về cơ bản giống với phương pháp bùn hoạt động truyền thống, ngoại trừ cách hoạt động có sự khác biệt lớn. Nó được phân chia theo thứ tự thời gian, toàn bộ quá trình được tiến hành gián đoạn đối với một đơn vị vận hành đơn lẻ. SBR điển hình tích hợp sục khí, lắng đọng trong một hồ bơi, không cần thiết lập bể chìm thứ cấp và thiết bị hồi lưu bùn. Trong hệ thống này, bể phản ứng được lấp đầy với nước thải trong một khoảng thời gian nhất định, hoạt động theo chế độ xử lý không liên tục, sau khi xử lý hỗn hợp chất lỏng để kết tủa, với sự trợ giúp của thiết bị thoát nước đặc biệt để loại trừ chất lỏng thượng lưu, bùn sinh học kết tủa vẫn còn trong bể bơi, được sử dụng để trộn lại với nước thải để xử lý nước thải, do đó hoạt động liên tục và lặp đi lặp lại, tạo thành một quá trình xử lý hàng loạt theo thứ tự. Hệ thống SBR điển hình hoạt động trong năm giai đoạn: đầu vào, phản ứng, lắng đọng, thoát nước và nhàn rỗi. Mô hình hoạt động cơ bản điển hình của việc sử dụng công nghệ SBR để xử lý nước thải được thể hiện trong hình dưới đây:

Quy trình SBR có một số ưu điểm chính sau:

1. Có rất ít cấu trúc xử lý. Một lò phản ứng SBR tích hợp sục khí và kết tủa, loại bỏ bể chìm ban đầu, bể chìm thứ cấp và bể bơm bùn hồi lưu. Do đó, nó giúp tiết kiệm đáng kể diện tích sàn của các cấu trúc xử lý, đường ống kết nối giữa các cấu trúc và thiết bị vận chuyển chất lỏng, thường có thể làm giảm 10%~20% tổng đầu tư của dự án.

2. Do nước nghỉ giữa chừng, độ dài thời gian và lượng nước có thể được điều chỉnh, do đó, sự thay đổi chất lượng nước có khả năng thích ứng mạnh mẽ, không cần thiết lập bể điều chỉnh khác.

3. Ít diện tích hơn, ít hơn 30% -50% so với phương pháp bùn hoạt tính truyền thống, là một trong những quy trình tiết kiệm nhất trong tất cả các loại quy trình xử lý nước thải hiện nay.

4. Có thể khử nitơ và loại bỏ phốt pho. Bằng cách điều chỉnh thời gian sục khí và thời gian gián đoạn để nước thải ở trạng thái hiếu khí, thiếu oxy và kỵ khí xen kẽ trong bể phản ứng, các điều kiện được tạo ra cho quá trình khử nitơ và khử phốt pho. Đồng thời, sự thay đổi trong điều kiện môi trường này cũng có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn filament một cách hiệu quả và giảm tác động của việc mở rộng bùn.

5. Khi nhà máy xử lý nước thải mới được xây dựng và vận hành, dòng chảy thường thấp hơn giá trị thiết kế, SBR có thể tăng hoặc giảm số lượng thân bể vận hành theo nhu cầu chất lượng nước, do đó có thể tránh tiêu thụ năng lượng không cần thiết, không có quy trình khác.

Những nhược điểm chính của quy trình SBR là:

1. Quá trình cấp nước, sục khí và thoát nước của bể phản ứng thay đổi thường xuyên, không thể sử dụng quản lý nhân tạo, do đó, yêu cầu về thiết bị và dụng cụ của nhà máy nước thải cao hơn và yêu cầu người quản lý có trình độ kỹ thuật nhất định.

2. Khi lượng nước lớn sẽ lộ ra vấn đề tỷ lệ sử dụng dung tích không cao.

1.2 Giới thiệu và so sánh quy trình cải tiến SBR

Phương pháp vận hành SBR linh hoạt và thay đổi, khả năng thích ứng cao, để đáp ứng các yêu cầu về chất lượng nước và kỹ thuật thực tế khác nhau, quá trình xử lý có thể được cải thiện, với sự tiến bộ liên tục của nghiên cứu cơ bản và sự hiểu biết ngày càng tăng của mọi người về cơ chế loại bỏ chất gây ô nhiễm bùn hoạt tính, do một số hạn chế nhất định của công nghệ SBR cổ điển trong ứng dụng kỹ thuật thực tế, để đáp ứng nhu cầu của kỹ thuật thực tế, công nghệ SBR dần dẫn xuất các hình thức mới khác nhau.

Các quy trình cải tiến hiện đang được áp dụng là: ICEAS, UNITANK, DAT-IAT, CASS, v.v.

1.2.1 Nguyên tắc của ICEAS

ICEAS được gọi là phương pháp bùn hoạt động sục khí chậm trễ chu kỳ liên tục (Intermittent Cycle Extended Aviation), đặc điểm lớn nhất của nó là ở đầu đầu vào của lò phản ứng thêm một khu vực phản ứng trước, phương thức vận hành là nước liên tục (thời gian lắng đọng, thời gian thoát nước vẫn liên tục), thoát nước liên tục, không có giai đoạn phản ứng rõ ràng và giai đoạn nhàn rỗi. Nước thải đi vào khu vực phản ứng chính với tốc độ dòng chảy rất thấp từ khu vực phản ứng trước và không có tác động đáng kể đến việc tách nước bùn trong khu vực phản ứng chính. ICEAS đã nhận được sự chú ý rộng rãi trong và ngoài nước do sự đơn giản và dễ quản lý của các cơ sở ICEAS, đặc biệt là tiết kiệm chi phí hơn trong việc xử lý nước thải đô thị và nước thải công nghiệp so với hệ thống SBR cổ điển. Hơn 300 nhà máy xử lý nước thải đã được xây dựng và đưa vào hoạt động kể từ khi nó bắt đầu ở Úc vào đầu những năm 1980.

ICEAS hoạt động như thể hiện trong Hình 1-2:

Bể phản ứng SBR được chia thành hai phần theo chiều dài, với khu vực phản ứng trước ở phía trước và khu vực phản ứng chính ở phía sau. Khu vực phản ứng trước có thể đóng vai trò điều chỉnh dòng chảy, khu vực phản ứng chính là cơ thể sục khí, lắng đọng. ICEAS là một quá trình nước liên tục, nước không chỉ trong giai đoạn phản ứng, mà còn trong giai đoạn kết tủa và nước. Sau khi nước thải đi vào khu vực phản ứng trước, nó đi vào bể phản ứng chính ở trạng thái dòng chảy phẳng thông qua cổng kết nối ở dưới cùng của vách ngăn, sục khí liên tục và kết tủa nước trong bể phản ứng chính, trở thành bể phản ứng SBR liên tục vào nước và ra nước liên tục, làm cho việc phân phối nước được đơn giản hóa đáng kể và hoạt động cũng linh hoạt hơn.

Vai trò của từng đơn vị hoạt động trong quy trình ICEAS là:

A、 Giai đoạn sục khí được cung cấp oxy liên tục bởi hệ thống sục khí vào bể phản ứng, tại thời điểm này các chất hữu cơ bị oxy hóa sinh học thông qua hành động của vi sinh vật, đồng thời amoniac nitơ trong nước thải thông qua quá trình nitrat hóa và khử nitơ của vi sinh vật, để đạt được hiệu quả khử nitơ.

B、 Giai đoạn lắng đọng tại thời điểm này ngừng cung cấp oxy cho bể phản ứng, và bùn hoạt tính giảm ở trạng thái tĩnh để đạt được sự tách nước bùn.

C、 Sau khi bùn lắng xuống một độ sâu nhất định, hệ thống bể chứa nước bắt đầu hoạt động để loại bỏ chất lỏng trong bể phản ứng. Trong quá trình xử lý nước thải, do bùn lắng xuống đáy bể và nồng độ lớn, máy bơm bùn có thể được kích hoạt theo yêu cầu để xả bùn còn lại vào bể bùn để duy trì nồng độ bùn hoạt động nhất định trong lò phản ứng. Sau khi nước thải kết thúc, lại bước vào chu kỳ mới tiếp theo, bắt đầu sục khí, vòng đi vòng lại, hoàn thành xử lý nước thải.