Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ SBR

Hiện nay, xử lý nước thải bằng nhiều công nghệ hiện đại là giải pháp giải quyết các vấn đề liên quan đến chất lượng cuộc sống và giúp ổn định tình hình kinh tế - thương mại. Tùy thuộc vào từng loại nước thải khác nhau, nồng độ cũng như các chỉ số ô nhiễm mà lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp. Đối với những nguồn nước thải ít lưu lượng, có chỉ số ô nhiễm thấp thì nên ứng dụng xử lý nước thải bằng công nghệ SBR. Hãy cùng Hợp Nhất tìm hiểu về công nghệ này trong bài viết sau.

1. Công nghệ xử lý nước thải SBR là gì?

SBR (Sequancing Batch Reactor) là công nghệ xử lý nước thải sinh học theo mẻ gián đoạn. Trong đó quá trình nạp nước, xử lý sinh học, lắng và rút nước được thực hiện tuần tự trong cùng một bể.

Khác với các hệ thống xử lý sinh học truyền thống thường bố trí riêng bể sinh học và bể lắng, SBR tích hợp nhiều công đoạn xử lý trong cùng một bể, giúp tiết kiệm diện tích và dễ dàng điều chỉnh chế độ vận hành theo đặc tính nước thải.

Nguyên lý hoạt động của SBR

Một chu kỳ xử lý nước thải theo công nghệ SBR thường gồm 5 giai đoạn: Nạp nước (Fill) > Phản ứng (React) > Lắng (Settle) > Rút nước (Decant) > Chờ (Idle)

Trong đó:

• Nạp nước: Nước thải được đưa vào bể SBR.
• Phản ứng: Vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ như BOD, COD; tùy chế độ vận hành có thể kết hợp quá trình nitrification và denitrification để xử lý Nitơ.
• Lắng: Ngừng khuấy và cấp khí để bùn vi sinh lắng xuống đáy bể.
• Rút nước: Nước trong phía trên được thu ra ngoài thông qua thiết bị decanter.
• Chờ: Bể chuẩn bị cho chu kỳ xử lý tiếp theo, đồng thời có thể thực hiện xả bùn dư.

3. Các bước vận hành đối với bể SBR

Bảng Mô tả các bước vận hành đối với bể SBR

Xả bùn là một giai đoạn khá quan trọng không phụ thuộc vào 5 giai đoạn cơ bản trên đối với bể SBR, nhưng có ảnh hưởng lớn tới năng suất của bể. Lượng và tần suất xả bùn được xác định bởi năng suất yêu cầu, cũng giống như đối với bể aerotank hoạt động liên tục bình thường. 

Trong bể SBR, việc xả bùn dư thường được thực hiện ở giai đoạn lắng hoặc giai đoạn xả cạn. Đặc điểm duy nhất ở bể SBR là không cần phải tuần hoàn bùn hoạt tính. Hai quá trình làm thoáng và lắng đều diễn ra ở ngay trong một bể, cho nên không có sự mất mát bùn ở giai đoạn phản ứng và không phải tuần hoàn bùn từ bể lắng đợt 2 về bể aerotank. 

4. Tính toán thiết kế bể SBR

Nội dung tính toán bể SBR gồm các phần sau:

• Xác định lượng COD có (bCOD)và không có khả năng phân hủy sinh học và hàm lượng chất lơ lửng không phân hủy sinh học (nbSS). 
• Xác định chu kỳ vận hành bể SBR;
• Xác định kích thước bể SBR; 
• Tính toán thời gian lưu nước trong bể;
• Xác định thời gian lưu bùn trong bể;
• Tính toán thể tích phần chứa bùn của bể;
• Xác định lượng bùn hoạt tính dư.

4.1. Xác định bCOD, nbCOD và nbSS

Hàm lượng bCOD được tính bằng:

bCOD= 1,65 x BOD5, mg/l

Hàm lượng nbCOD = COD - nCOD, mg/l

Hàm lượng nbSS được tính theo công thức: 

nbSS = (TSS x MLVSS)/MLSS(1 - 0,68), mg/l

Trong đó: 

• TSS: Tổng hàm lượng chất lơ lửng đầu vào, mg/l trong đó có 68% chất lơ lửng có thể phân hủy sinh học, mg/l.
• MLVSS: Hàm lượng cặn lơ lửng bay hơi, mg/l;
• MLSS: Hàm lượng chất rắn lơ lửng, mg/l.

4.2. Xác định chu kỳ vận hành bể SBR

Thời gian làm đầy bể được xác định theo công thức:

tlđ = tpư + tl + tcn, h

Trong đó:

• tlđ: Thời gian làm đầy, h;
• tpư: Thời gian phản ứng, h;
• tl: Thời gian lắng, h;
• tcn: Thời gian chắt nước, h.

Tổng thời gian hoạt động của một chu kỳ, Tck

Tck = tlđ + tpư + tl + tcn, h

Số chu kỳ hoạt động trong ngày đêm (24h)

n1 = 24/Tck, chu kỳ

Lượng nước làm đầy cho một chu kỳ:

Vlđ = Q/n2, m3

Trong đó

• Q: Lưu lượng nước thải, m3/ng.đ;
• n2: Số chu kỳ của 2 bể SBR (n2 = n1 x 2), chu kỳ

4.3. Xác định kích thước của bể SBR

Nội dung tính toán gồm:

• Tính thể tích của bể SBR, VT;
• Chiều cao xây dựng của bể, Hxd;
• Diện tích mặt bằng của bể, F.

5. Ưu nhược điểm của công nghệ SBR trong XLNT

Công nghệ SBR cũng có một số ưu điểm và nhược điểm, dưới đây là ưu điểm của công nghệ này:

• Tiết kiệm diện tích xây dựng: SBR có thể thực hiện nhiều công đoạn trong cùng một bể nên giảm số lượng công trình đơn vị, từ đó tiết kiệm diện tích so với một số dây chuyền xử lý truyền thống.
• Hiệu quả xử lý chất hữu cơ tốt: Quá trình sinh học được kiểm soát theo từng chu kỳ giúp xử lý hiệu quả các chỉ tiêu như BOD, COD và chất rắn lơ lửng (SS) khi thiết kế đúng tải trọng.
• Có khả năng xử lý Nitơ: Bằng cách điều chỉnh các giai đoạn thiếu khí – hiếu khí trong chu kỳ, SBR có thể hỗ trợ quá trình nitrat hóa và khử nitrat, qua đó giảm Nitơ trong nước thải.
• Không cần bể lắng sinh học riêng: Sau giai đoạn phản ứng, bùn được lắng ngay trong bể SBR. Vì vậy, hệ thống có thể giảm một số hạng mục như bể Aerotank và bể lắng thứ cấp riêng biệt.
• Linh hoạt trong vận hành: Thời gian và điều kiện của từng pha có thể điều chỉnh theo đặc tính nước thải, chẳng hạn như thời gian sục khí, thời gian thiếu khí, thời gian lắng và thời gian xả.
• Có thể tự động hóa cao: SBR phù hợp với hệ thống điều khiển tự động bằng PLC, timer, cảm biến DO, ORP, mực nước..., giúp kiểm soát các chu kỳ vận hành chính xác hơn.
• Khả năng thích ứng với lưu lượng không liên tục: Công nghệ này tương đối phù hợp với những nguồn nước thải có lưu lượng biến động theo thời gian, nếu bể và chu kỳ vận hành được thiết kế phù hợp.

Một số điểm hạn chế của công nghệ này là:

• Vận hành theo chu kỳ nên cần kiểm soát chính xác: Các pha trong một chu kỳ phải được thiết lập phù hợp. Nếu thời gian phản ứng, lắng hoặc xả không hợp lý, hiệu quả xử lý có thể bị ảnh hưởng.
• Đòi hỏi hệ thống điều khiển và thiết bị tự động: SBR thường sử dụng nhiều thiết bị đóng/mở theo chu kỳ như van, bơm, máy thổi khí, thiết bị khuấy và hệ thống điều khiển. Do đó, yêu cầu kỹ thuật vận hành và bảo trì cao hơn.
• Không phù hợp với mọi loại nước thải: Nước thải có tải lượng ô nhiễm quá cao, nhiều hóa chất độc, kim loại nặng hoặc biến động thành phần lớn có thể gây ảnh hưởng đến hệ vi sinh nếu không có công đoạn tiền xử lý phù hợp.
• Khó xử lý dòng nước thải liên tục nếu không có phương án điều hòa: Vì SBR thực hiện theo từng mẻ nên trong quá trình lắng và xả, bể không tiếp nhận nước thải theo cách liên tục như một số công nghệ truyền thống. Với lưu lượng lớn và liên tục, cần bố trí bể điều hòa hoặc nhiều bể SBR hoạt động luân phiên.
• Có thể phát sinh hiện tượng bùn khó lắng: Nếu kiểm soát không tốt tải trọng, DO, tỷ lệ F/M hoặc điều kiện sinh học, có thể xảy ra bùn nở, bùn nổi hoặc bùn lắng kém, ảnh hưởng đến chất lượng nước sau xử lý.
• Cần có dung tích bể tương đối lớn đối với một số trường hợp: Do phải bố trí thời gian cho nhiều giai đoạn trong chu kỳ, việc lựa chọn thể tích bể và số lượng bể phải được tính toán kỹ để đáp ứng lưu lượng cũng như thời gian lưu cần thiết.

6. Công nghệ SBR phù hợp với các loại nước thải nào?

Công nghệ SBR phù hợp với nhiều loại nước thải có thành phần hữu cơ dễ phân hủy sinh học, đặc biệt là các nguồn nước thải có lưu lượng biến động và cần xử lý BOD, COD, SS, Nitơ. Dưới đây là một số loại nước thải phù hợp với công nghệ này:

• Nước thải sinh hoạt: Chung cư, khu dân cư, tòa nhà văn phòng, khách sạn, resort, nhà hàng, trường học;
• Nước thải thực phẩm, đồ uống: Chế biến thực phẩm, đồ uống, sản xuất bia, nước giải khát, chế biến nông sản,...;
• Nước thải chăn nuôi: SBR có thể được sử dụng để xử lý phần nước thải sau các công đoạn tiền xử lý, đặc biệt khi cần giảm BOD, COD, SS và Nitơ. Với nước thải chăn nuôi có tải lượng hữu cơ và Nitơ rất cao, thường cần kết hợp thêm các công đoạn tiền xử lý hoặc xử lý kỵ khí trước SBR.
• Nước thải dệt nhuộm: SBR có thể tham gia xử lý phần chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học. Tuy nhiên, nước thải dệt nhuộm thường chứa màu, hóa chất và các hợp chất khó phân hủy nên SBR thường không nên sử dụng đơn độc mà cần kết hợp keo tụ, oxy hóa hoặc các công đoạn xử lý màu phù hợp.
• Nước thải một số ngành sản xuất công nghiệp: Sản xuất giấy và bao bì, sản xuất tinh bột, chế biến cao su, một số loại nước thải sản xuất có thành phần hữu cơ cao. Tuy nhiên, việc lựa chọn SBR cần dựa trên kết quả phân tích nước thải đầu vào, đặc biệt là BOD, COD, SS, N, P, pH và các chất độc/ức chế vi sinh.

Trên đây là một số thông tin về công nghệ SBR trong xử lý nước thải. Việc lựa chọn và thiết kế công nghệ xử lý nước thải cần căn cứ vào nhiều yếu tố như lưu lượng nước thải, thành phần và mức độ ô nhiễm, yêu cầu chất lượng nước sau xử lý, diện tích thi công, điều kiện lắp đặt và chi phí đầu tư. Do đó, doanh nghiệp cần khảo sát và đánh giá đặc tính nước thải thực tế trước khi lựa chọn công nghệ phù hợp, nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, đạt hiệu quả xử lý và đáp ứng các yêu cầu về môi trường.

Anh/Chị có nhu cầu cần tư vấn, thiết kế và thi công, lắp đặt hệ thống xử lý nước thải, hãy liên hệ Hợp Nhấtqua Hotline: 0938.857.768 hoặc Để Lại Thông Tin tại Form Tư Vấn để được hỗ trợ nhanh chóng.

5. Tài liệu tham khảo 

Trong bài viết này, Hợp Nhất có tham khảo nội dung và hình ảnh từ các nguồn sau:

1. Sách Xử lý nước thải, Chủ biên GS. TS. Lâm Minh Triết - GS. TS. Trần Hiếu Nhuệ;

2. Tài liệu Bộ phận Công nghệ - Công ty Môi Trường Hợp Nhất;

3. Tổng hợp.