Phân tích ảnh hưởng của việc trang bị thêm quy trình MBBR tại một nhà máy xử lý nước thải phía Nam
"Bản tin hiện trạng xây dựng đô thị Trung Quốc năm 2022" do Bộ Nhà ở và Đô thị-Phát triển nông thôn của Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa phát hành vào tháng 10 năm 2023 cho thấy rằng đến cuối năm 2022, công suất xử lý của các nhà máy xử lý nước thải ở Trung Quốc đã đạt 216 triệu m³/ngày,-so với{6}}năm tăng 4,04%. Tổng lượng nước thải được xử lý có xu hướng tăng trưởng trong 10 năm liên tiếp kể từ năm 2013. Sự phát triển nhanh chóng của các thành phố đi kèm với sự gia tăng lượng nước thải xả ra và mâu thuẫn giữa đất cần thiết để mở rộng, cải tạo nhà máy xử lý nước thải và đất phát triển đô thị ngày càng trở nên rõ ràng.
Để mở rộng công suất của các nhà máy xử lý nước thải hiện có, quy trình bùn hoạt tính thông thường thường áp dụng phương pháp mở rộng nhà máy. Khi khối lượng mở rộng tăng lên, chi phí thu hồi đất tăng dần và thời gian xây dựng bị kéo dài. Tăng cường khai thác công suất xử lý trong nhà máy xử lý nước thải hiện tại hiện là biện pháp hiệu quả nhằm nâng cao hơn nữa năng lực xử lý nước thải đô thị và giảm bớt mâu thuẫn giữa phát triển đô thị và sử dụng đất. Lò phản ứng màng sinh học di chuyển (MBBR) có nguồn gốc ở Na Uy vào cuối những năm 1980. Nó tăng cường làm giàu vi khuẩn chức năng và từ đó cải thiện khả năng xử lý của hệ thống bằng cách thêm chất mang lơ lửng vào bể sinh học để tạo thành màng sinh học. Do đặc điểm là có thể "nhúng" vào hệ thống sinh học ban đầu nên nó được sử dụng rộng rãi trong việc nâng cấp và cải tạo các nhà máy xử lý nước thải, đạt được-nâng cao công suất tại chỗ mà không cần thêm đất mới. Hơn nữa, so với các quy trình trang bị thêm tiết kiệm đất-khác chẳng hạn như Lò phản ứng sinh học màng (MBR) và Tầng sôi sinh học chất mang bột tổng hợp nồng độ cao (HPB), quy trình MBBR không yêu cầu thay thế hoặc bổ sung chất mang định kỳ, khiến quy trình này có lợi thế hơn về mặt kinh tế.
Bài viết này lấy việc trang bị thêm mở rộng công suất bằng quy trình MBBR tại một nhà máy xử lý nước thải ở miền nam Trung Quốc làm ví dụ. Nó phân tích hiệu suất vận hành của nhà máy trước và sau khi trang bị thêm, hiệu suất nitrat hóa của vùng MBBR và cấu trúc cộng đồng vi sinh vật, làm rõ vai trò thực tế của quy trình MBBR trong việc mở rộng công suất tại chỗ. Mục đích là cung cấp tài liệu tham khảo và đề xuất cho việc thiết kế và vận hành các nhà máy xử lý nước thải tương tự.
1 Tổng quan dự án
Một nhà máy xử lý nước thải ở miền nam Trung Quốc có tổng công suất xử lý được thiết kế là 7,5×10⁴ m³/d, với công suất Giai đoạn I là 5×10⁴ m³/d và Giai đoạn II là 2,5×10⁴ m³/d. Cả hai giai đoạn ban đầu đều sử dụng quy trình Bardenpho đã sửa đổi. Mục tiêu xử lý chính là nước thải sinh hoạt từ khu vực thu gom và một phần nước thải công nghiệp từ khu công nghiệp. Chất lượng nước thải phải tuân thủ tiêu chuẩn loại A quy định trong "Tiêu chuẩn xả chất ô nhiễm cho các nhà máy xử lý nước thải thành phố" (GB 18918-2002). Với sự phát triển nhanh chóng của xây dựng đô thị và nền kinh tế, lượng nước thải xả ngày càng tăng và dự án đã hoạt động hết công suất hoặc vượt quá công suất. Năm 2021, theo yêu cầu của cơ quan chính phủ, dự án cần mở rộng công suất thêm 2,5×10⁴ m³/d theo quy mô ban đầu, đạt tổng công suất xử lý là 1×10⁵ m³/d. Tiêu chuẩn nước thải vẫn là loại A GB 18918-2002. Chất lượng nước thải và nước thải được thiết kế được thể hiện trongBảng 1.
Khu vực xung quanh dự án này là đất nông nghiệp và không có đủ đất dự trữ để mở rộng khu vực nhà máy ban đầu. Ngoài ra, trong quá trình xây dựng ban đầu của Giai đoạn II, các đơn vị tiền xử lý đã được xây dựng với công suất 5×10⁴ m³/d. Do đó, trọng tâm của dự án trang bị thêm này là khai thác triệt để tiềm năng xử lý của các bể sinh học hiện có và giảm thiểu việc chiếm đất để cải tạo các bể sinh học. Quy trình MBBR được sử dụng rộng rãi trong việc-mở rộng công suất tại chỗ và cải tạo các nhà máy xử lý nước thải do đặc tính "được nhúng" của nó. Ví dụ: một nhà máy xử lý nước thải ở miền bắc Trung Quốc đã sử dụng quy trình MBBR để tăng công suất, tối đa hóa việc sử dụng thể tích bể và lưu lượng xử lý hiện có, đạt được mức mở rộng công suất tại chỗ-20% với nước thải đáp ứng ổn định các tiêu chuẩn Loại A. Một nhà máy khác ở Quảng Đông đã sử dụng quy trình MBBR để{10}nâng cao hiệu suất xử lý sinh học tại chỗ, đạt được hiệu quả tốt khi tăng-công suất tại chỗ với nước thải ổn định hơn tiêu chuẩn xả thải. Do đó, khi xem xét nhu cầu thực tế của nhà máy xử lý nước thải và đánh giá toàn diện các yếu tố như việc sử dụng và vận hành đất, quy trình MBBR cuối cùng đã được chọn làm quy trình xử lý cho việc nâng cấp mở rộng công suất này.
2 Thiết kế quy trình
2.1 Quy trình xử lý
Cốt lõi của việc nâng cấp mở rộng công suất này là nâng cao công suất xử lý của các bể sinh học tại-thông qua MBBR, đảm bảo tuân thủ ổn định các tiêu chuẩn nước thải mặc dù lưu lượng tăng 100%. Do các đơn vị xử lý sơ bộ và xử lý tiên tiến ban đầu đã được xây dựng với công suất 5×10⁴ m³/d nên việc trang bị thêm này tập trung vào việc tái sử dụng các cơ sở hiện có. Việc sửa đổi cốt lõi là các bể sinh học, cùng với việc xây dựng bể lắng thứ cấp mới để đáp ứng nhu cầu xử lý sau khi lưu lượng tăng. Luồng quy trình sau khi trang bị thêm được thể hiện trongHình 1. Nước thải trải qua quá trình tiền xử lý thông qua các màn lọc thô/tinh và buồng chứa sạn, sau đó đi vào bể Bardenpho-MBBR đã được cải tiến để loại bỏ cacbon, nitơ, phốt pho và các chất ô nhiễm khác. Nước thải từ bể sinh học đi qua bể lắng và bể lắng-hiệu suất cao để đảm bảo tuân thủ ổn định các tiêu chuẩn SS và TP. Sau khi khử trùng, nước thải cuối cùng được thải vào sông tiếp nhận để bổ sung nước sinh thái.
2.2 Cải tạo bể sinh học
Kế hoạch trang bị thêm bể sinh học được thể hiện trongHình 2. Trong khi tăng gấp đôi lưu lượng xử lý, thể tích của vùng kỵ khí và thiếu khí ban đầu vẫn không thay đổi. 20% thể tích từ vùng hiếu khí ban đầu được phân chia để tạo ra vùng anoxic bổ sung, mở rộng thể tích tổng thể của vùng anoxic để đáp ứng nhu cầu khử nitrat. Chất mang lơ lửng được thêm vào thể tích còn lại của vùng hiếu khí để tạo thành vùng MBBR hiếu khí. Hệ thống hỗ trợ sàng lọc đầu vào/đầu ra và bộ trộn cụ thể MBBR{4}}đã được cài đặt. Hệ thống sục khí chuỗi ban đầu đã được thay thế bằng hệ thống sục khí đục lỗ ở đáy để đảm bảo sự hóa lỏng tốt của các chất mang lơ lửng và ngăn chặn sự thất thoát của chúng theo dòng nước. Sau khi trang bị thêm, tổng thời gian lưu nước (HRT) của bể sinh học là 8,82 giờ, với vùng kỵ khí HRT là 1,13 giờ, vùng anoxic HRT là 3,05 giờ và vùng hiếu khí HRT là 4,64 giờ. Tổng tỷ lệ tái chế nội bộ của hệ thống là 150% và Tuổi bùn là 16 ngày.
Regarding equipment, 4 sets of submersible mixers were added to the anoxic zone (Power P = 4 kW, Impeller Diameter D = 620 mm). SPR-III type suspended carriers were added to the aerobic MBBR zone, with a diameter of (25.0 ± 0.5) mm, height of (10.0 ± 1.0) mm, effective specific surface area >800 m2/m³ và mật độ 0,94 ~ 0,97 g/cm³. Mật độ gần bằng mật độ của nước sau khi gắn màng sinh học, tuân thủ tiêu chuẩn ngành "Chất độn mang polyetylen lơ lửng mật độ cao{4}}để xử lý nước" (CJ/T 461-2014). Tỷ lệ lấp đầy là 45%. Hai bộ máy trộn chìm dành riêng cho tàu sân bay bị treo{12}}đã được thêm vào (P=5.5 kW). 22 bộ hệ thống sục khí có thể nâng được, 4 bộ hệ thống sục khí cố định và 45 bộ thiết bị sục khí bong bóng mịn đã được bổ sung. Hai máy bơm tái chế bên trong đã được thay thế (Dòng Q=1600 m³/h, Cột áp H=0.60 m, P=7.5 kW).
2.3 Xây dựng bể lắng thứ cấp mới
Do lưu lượng tăng lên, các bể lắng thứ cấp hiện tại không thể đáp ứng được yêu cầu về nước thải. Cần có một bể lắng thứ cấp mới để hỗ trợ tăng công suất xử lý. Bể mới giống với bể ban đầu, sử dụng kiểu dòng chảy ngang hình chữ nhật. Thể tích bể hiệu quả là 4900 m³, với HRT=7 h. Đã thêm một máy cạo bùn loại{6}}máy bơm (Tốc độ vận hành V=0.8 m/phút). Sáu máy bơm chìm hướng trục (bơm tái chế bên ngoài) đã được bổ sung (Q=180 m³/h, H=4 m, P=5.5 kW). Hai máy bơm bùn thải đã được bổ sung (Q=105 m³/h, H=11 m, P=7.5 kW).
3 Phân tích hiệu ứng trang bị thêm MBBR
Hiệu suất vận hành trước và sau khi trang bị thêm Giai đoạn II, hiệu suất vận hành đồng thời của Giai đoạn I và Giai đoạn II, những thay đổi về chất lượng nước trong quá trình ở Giai đoạn II, cũng như khả năng nitrat hóa của các pha màng sinh học và bùn lơ lửng trong Giai đoạn II đã được phân tích để đánh giá hiệu quả nâng cao của việc trang bị thêm MBBR đối với khả năng xử lý của hệ thống.
3.1 So sánh hiệu suất hoạt động
Trước khi trang bị thêm, Giai đoạn II đã vận hành trên lưu lượng thiết kế, với lưu lượng trung bình thực tế là (3,02 ± 0,46) ×10⁴ m³/d. Sau khi trang bị thêm, lưu lượng tiếp tục tăng lên (5,31 ± 0,76) ×10⁴ m³/d, mức tăng thực tế khoảng 76%. Lưu lượng vận hành tối đa đạt 7,61×10⁴ m³/d, gấp 1,52 lần giá trị thiết kế. Chất lượng nước thải và nước thải trước và sau khi cải tạo được thể hiện trongBảng 2VàHình 3. Về tải lượng dòng chảy vào, sau khi trang bị thêm, lượng nitơ amoniac (NH₃-N), tổng nitơ (TN), COD và TP lần lượt tăng lên 1,61, 1,66, 1,60 và 1,53 lần so với mức trước khi trang bị thêm. Xét về chất lượng nước thải/nước vào thực tế, NH₃-N và TN nước vào trước/sau khi trang bị thêm lần lượt là (22,15±3,73)/(20,17±4,74) mg/L và (26,28±4,07)/(23,19±3,66) mg/L. Nước thải NH₃-N và TN trước/sau khi trang bị thêm lần lượt là (0,16±0,14)/(0,14±0,08) mg/L và (8,62±1,79)/(7,01±1,76) mg/L, với tỷ lệ loại bỏ trung bình lần lượt là 99,28%/99,31% và 67,20%/69,77%. Mặc dù lưu lượng tăng đáng kể và tải lượng nước thải đầu vào sau khi trang bị thêm, chất lượng nước thải vẫn tốt hơn trước khi trang bị thêm. Thể tích vùng anoxic tăng lên đảm bảo loại bỏ TN tốt, với TN nước thải tiếp tục giảm sau khi trang bị thêm. Vùng hiếu khí đạt được sự tăng cường đáng kể về khả năng nitrat hóa thông qua màng sinh học mang lơ lửng. Ngay cả khi thể tích vùng hiếu khí giảm 20% so với trước-trang bị thêm cũng như lưu lượng và tải lượng nước thải tăng đáng kể, việc loại bỏ NH₃-N hiệu quả cao vẫn được duy trì. COD và TP đầu vào trước/sau khi trang bị thêm lần lượt là (106,82±34,37)/(100,52±25,93) mg/L và (2,16±0,54)/(1,96±0,49) mg/L. COD và TP nước thải trước/sau khi trang bị thêm là (10,76±2,04)/(11,15±3,65) mg/L và (0,14±0,07)/(0,17±0,05) mg/L, với tỷ lệ loại bỏ trung bình lần lượt là 89,93%/93,52% và 88,91%/91,33%. Sau khi cải tạo, chất lượng nước thải vẫn ổn định tốt hơn tiêu chuẩn xả thiết kế.
Dữ liệu hoạt động từ tháng 11 đến tháng 1 năm sau (sau{0}}trang bị thêm) đã được chọn thêm để so sánh hiệu suất của Giai đoạn I và Giai đoạn II trong điều kiện nhiệt độ-thấp (nhiệt độ tối thiểu 12 độ). Nồng độ chất ô nhiễm đầu vào và nước thải cho cả hai giai đoạn được thể hiện trongHình 4. Trong điều kiện nhiệt độ-thấp vào mùa đông, nước thải từ cả hai quy trình đều ổn định hơn tiêu chuẩn xả thiết kế. Riêng đối với việc loại bỏ NH₃-N dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ thấp, với nồng độ NH₃-N đầu vào là (18,98±4,57) mg/L, nước thải Pha I NH₃-N là (0,27±0,17) mg/L và Pha II là (0,29±0,15) mg/L, cả hai đều thể hiện khả năng chịu nhiệt độ thấp tốt. Đáng chú ý, sau khi trang bị thêm MBBR trong Giai đoạn II, HRT của vùng hiếu khí chỉ bằng 66,07% so với Giai đoạn I, đạt được sự cải thiện đáng kể về hiệu suất nitrat hóa.
3.2 Phân tích hiệu suất của vùng MBBR
Để xác định thêm tác dụng thực tế của từng khu chức năng, các mẫu nước từ cuối mỗi khu chức năng trong Giai đoạn I và Giai đoạn II được lấy để đo song song. Kết quả được hiển thị trongHình 5. Nồng độ NH₃-N trong nước thải là 18,85 mg/L và 18,65 mg/L, còn nồng độ NH₃-N trong nước thải là 0,35 mg/L và 0,21 mg/L, với tỷ lệ loại bỏ NH₃-N lần lượt là 98,14% và 98,87%. Từ những thay đổi về thành phần nitơ, quá trình loại bỏ NH₃{11}}N trong Giai đoạn II chủ yếu xảy ra ở vùng MBBR hiếu khí. Nồng độ NH₃-N tại nước thải vùng MBBR là 0,31 mg/L, đóng góp 99,46% vào tổng lượng loại bỏ NH₃-N, đã tốt hơn tiêu chuẩn xả thải thiết kế. Vùng bùn hoạt tính hiếu khí tiếp theo đóng vai trò bảo vệ. Hơn nữa, các nhà máy xử lý nước thải sử dụng MBBR trong vùng hiếu khí thường có hiện tượng Nitrat hóa và khử nitrat đồng thời (SND). Tuy nhiên, trong dự án này, không quan sát thấy việc loại bỏ Tổng Nitơ vô cơ (TIN) trong vùng MBBR hiếu khí, điều này có thể liên quan đến nồng độ chất nền có ảnh hưởng tương đối thấp trong dự án này.
Để nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của việc bổ sung chất mang lơ lửng đến hiệu suất nitrat hóa của hệ thống, chất nổi phía trên từ nước thải vùng anoxic của Giai đoạn I đã được lấy. Các thử nghiệm hiệu suất quá trình nitrat hóa đã được tiến hành trên bùn nguyên chất Giai đoạn I, bùn nguyên chất Giai đoạn II, màng sinh học tinh khiết Giai đoạn II và hệ thống bùn sinh học kết hợp-pha II. Trong các điều kiện phù hợp với dự án thực tế (tỷ lệ lấp đầy chất mang, nồng độ bùn, nhiệt độ nước), DO được kiểm soát ở mức 6 mg/L để xác định hiệu suất nitrat hóa tối ưu. Kết quả được hiển thị trongBảng 3. Tốc độ nitrat hóa đối với hệ thống bùn nguyên chất Giai đoạn I, bùn nguyên chất Giai đoạn II, màng sinh học tinh khiết Giai đoạn II và hệ thống bùn sinh học kết hợp Giai đoạn II{1}} lần lượt là 0,104, 0,107, 0,158 và 0,267 kg/(m³·d). Việc bổ sung các chất mang lơ lửng đã nâng cao hiệu suất nitrat hóa của hệ thống. Tốc độ nitrat hóa của hệ thống bùn sinh học kết hợp{8}}Giai đoạn II đạt 2,57 lần so với hệ thống bùn hoạt tính tinh khiết Giai đoạn I. Hơn nữa, lượng màng sinh học tinh khiết đã cao hơn lượng bùn hoạt tính, cải thiện đáng kể khả năng chống sốc của hệ thống. Trong hệ thống kết hợp Giai đoạn II, màng sinh học đóng góp 59,92% vào quá trình nitrat hóa, giữ vị trí chủ đạo.
3.3 Phân tích tính hợp lý của việc trang bị thêm
Để phân tích tính hợp lý của việc sử dụng quy trình MBBR bùn sinh học kết hợp-cho việc trang bị thêm này, các tính toán đã được thực hiện liên quan đến tác động của việc bổ sung chất mang, khả năng chống sốc tải của hệ thống và mối tương quan giữa mức tăng lưu lượng và việc bổ sung chất mang. Nếu Giai đoạn II của dự án này không được trang bị thêm và sử dụng quy trình bùn hoạt tính truyền thống, dựa trên NH₃-N dòng vào/nước thải được thiết kế và tốc độ nitrat hóa thể tích tối ưu của bùn hoạt tính Giai đoạn I (DO=6 mg/L), nồng độ NH₃-N trong nước thải được tính toán sẽ là 5,55 mg/L, không đáp ứng tiêu chuẩn nước thải. Nếu được tính toán dựa trên tốc độ nitrat hóa tối ưu thu được từ thử nghiệm hệ thống kết hợp Giai đoạn II, ở dòng chảy vào được thiết kế, Giai đoạn II có thể chịu được nồng độ NH₃-N tối đa của dòng vào lên đến 55 mg/L, gấp 2,20 lần giá trị thiết kế, giúp tăng cường đáng kể khả năng chống sốc tải của hệ thống. Vì vậy, việc sử dụng MBBR cho việc trang bị thêm này là hợp lý và đảm bảo hiệu quả việc tuân thủ ổn định các tiêu chuẩn nước thải. Nếu Giai đoạn I cũng được trang bị thêm quy trình MBBR, dựa trên nồng độ chất ô nhiễm đầu vào/đầu ra được thiết kế, thì lưu lượng xử lý có thể tăng hơn 1 lần, mang lại khả năng cho các nhà máy xử lý nước thải phù hợp với sự phát triển đô thị nhanh chóng và đạt được sự nâng cấp suôn sẻ.
4 Tình trạng gắn màng sinh học và phân tích vi sinh vật
Phần đính kèm màng sinh học trên các chất mang lơ lửng trong dự án này được thể hiện trongHình 6. Màng sinh học bao phủ đồng đều bề mặt bên trong của chất mang, dày đặc mà không có chất keo tụ trong lỗ mang. Độ dày trung bình là (345,78 ± 74,82) μm. Sinh khối màng sinh học trung bình là (18,87 ± 0,93) g/m2, tỷ lệ chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS)/SS ổn định ở mức 0,68 ± 0,02 và VSS trung bình là (12,77 ± 0,61) g/m2.
Để khám phá thêm hiệu quả nâng cao của việc trang bị thêm MBBR đối với khả năng xử lý của hệ thống từ góc độ vi mô, các mẫu bùn hoạt tính Giai đoạn I, bùn hoạt tính Giai đoạn II và màng sinh học đã được lấy để giải trình tự thông lượng khuếch đại cao 16S{1}}. Sự phong phú tương đối của vi sinh vật ở cấp độ chi trong hệ thống được thể hiện ởHình 7.
Các chủng nitrat hóa chiếm ưu thế trên màng sinh học mang lơ lửng là Nitrospira và Nitrosomonas, với hàm lượng tương đối lần lượt là 7,98% và 1,01%. Ngược lại, loại nitrat hóa chiếm ưu thế trong cả bùn hoạt tính Giai đoạn I và Giai đoạn II là Nitrospira, với hàm lượng tương đối lần lượt là 1,05% và 1,27%. Nitrospira là chi nitrat hóa phổ biến nhất trong các nhà máy xử lý nước thải. Nhiều loài của nó đã được chứng minh là có khả năng oxy hóa amoniac (comammox) hoàn toàn, nghĩa là chỉ một vi sinh vật có thể hoàn thành quá trình từ amoniac đến nitrat. Quy trình MBBR, dưới dạng màng sinh học, đã làm giàu Nitrospira hiệu quả, với hàm lượng tương đối gấp 7,58 lần so với trong bùn hoạt tính, cung cấp nền tảng vi mô để nâng cao hiệu suất nitrat hóa của hệ thống. Cũng có thể nhận thấy rằng sự phong phú tương đối của vi khuẩn nitrat hóa trong bùn hoạt tính từ cùng hệ thống với màng sinh học (Giai đoạn II) cao hơn một chút so với hệ thống bùn hoạt tính nguyên chất Giai đoạn I. Điều này có thể là do màng sinh học bong ra từ các chất mang lơ lửng đã tiêm vào bùn hoạt tính trong quá trình đổi mới năng động, làm tăng sự phong phú tương đối của vi khuẩn nitrat hóa trong bùn.
Các loài khử nitrat chiếm ưu thế trong cả hai hệ thống chủ yếu được làm giàu trong bùn hoạt tính và có thành phần tương đối giống nhau, bao gồm Terrimonas, Flavobacteria, Dechloromonas, Hyphomicrobium, v.v. Sự phong phú tương đối của các loài khử nitrat trong Giai đoạn I và Giai đoạn II lần lượt là 8,76% và 7,52%. Từ góc độ chức năng, ngoài khả năng khử nitrat, một số loài trong Terrimonas có thể phân hủy các chất giống như anthracene-; Flavobacter có thể phân hủy nhựa phân hủy sinh học (ví dụ PHBV); Hyphomicrobium có thể sử dụng nhiều hợp chất hữu cơ độc hại và khó phân hủy-- để khử nitrat, chẳng hạn như dichloromethane, dimethyl sulfide, metanol, v.v. Dòng chảy vào của dự án này có chứa một số nước thải công nghiệp, dẫn đến sự chuyên biệt hóa của các cộng đồng vi sinh vật chức năng trong điều kiện{10}}thích nghi lâu dài. Mặc dù dự án này không thể hiện hiệu ứng SND vĩ mô đáng kể, một số nhóm chức khử nitrat vẫn được tìm thấy trên màng sinh học mang lơ lửng, bao gồm Hyphomicrobium, Dechloromonas, Terrimonas và OLB13, với tổng tỷ lệ là 2,78%. Điều này chỉ ra rằng sau khi màng sinh học đạt đến độ dày nhất định, các vi môi trường anoxic/kỵ khí được hình thành bên trong có thể tạo điều kiện cho vi khuẩn khử nitrat phát triển, đồng thời tạo khả năng xuất hiện SND trong vùng MBBR hiếu khí. Hơn nữa, Proteiniclasticum được phát hiện trong cả bùn giai đoạn I và giai đoạn II, với hàm lượng tương đối lần lượt là 1,09% và 1,18%. Chi này có khả năng phân hủy và biến đổi các chất có protein tốt. Sự phong phú của nó có thể liên quan đến sự hiện diện của nhiều doanh nghiệp sản xuất sữa trong khu vực thu gom của dự án này.
Đáng chú ý, hàm lượng tương đối của Candidatus Microthrix trong bùn hoạt tính pha I đạt 3,72%. Nó là một loại vi khuẩn dạng sợi phổ biến trong bùn hoạt tính, thường liên quan đến quá trình tạo cặn bùn. Tuy nhiên, hàm lượng tương đối của nó trong bùn pha II và màng sinh học chỉ lần lượt là 0,57% và 1,03%. Sau khi trang bị thêm quy trình MBBR, quá trình hóa lỏng của chất mang lơ lửng có tác dụng cắt đứt vi khuẩn dạng sợi, làm giảm khả năng tạo thành khối dạng sợi trong bùn hoạt tính.
5 Phân tích kinh tế
Mức tiêu thụ điện trên mỗi mét khối trước và sau khi cải tạo này lần lượt là 0,227 kWh/m³ và 0,242 kWh/m³. Với giá điện là 0,66 RMB/(kWh), chi phí điện vận hành là 0,150 RMB/m³ và 0,160 RMB/m³. Sự gia tăng tiêu thụ điện chủ yếu là do trộn vùng anoxic mới và bổ sung thiết bị điện từ bể lắng thứ cấp mới. Các hóa chất loại bỏ phốt pho được sử dụng trong dự án này là Polyferric Chloride (PFC) và Polyacrylamide (PAM). Liều lượng vẫn nhất quán trước và sau khi trang bị thêm: Liều lượng PFC 2,21 tấn/ngày, giá 0,014 RMB/m³; Liều PAM 17,081 kg/ngày, giá 0,0028 RMB/m³. Dự án này tận dụng tối đa nguồn carbon trong dòng nước thô đầu vào để khử nitrat. Không có nguồn carbon hữu cơ bên ngoài nào được thêm vào trước hoặc sau khi trang bị thêm. Chi phí điện và hóa chất trực tiếp trên mỗi mét khối trước và sau khi trang bị thêm lần lượt là 0,167 RMB/m³ và 0,177 RMB/m³.
6 Kết luận và triển vọng
(1) Giai đoạn II của một nhà máy xử lý nước thải phía Nam đã sử dụng quy trình MBBR để nâng cấp mở rộng công suất, giải quyết các vấn đề như thiếu đất. Sau khi trang bị thêm, lưu lượng xử lý tăng từ (3,02±0,46) ×10⁴ m³/d lên (5,31±0,76) ×10⁴ m³/d, đạt được mức mở rộng công suất tại chỗ- là 76%. Lưu lượng vận hành tối đa đạt 1,52 lần giá trị thiết kế, nước thải ổn định tốt hơn tiêu chuẩn xả thiết kế.
(2) Bằng cách đưa quy trình MBBR vào giai đoạn sinh học, việc loại bỏ NH₃-N hiệu quả cao và ổn định đã đạt được trong điều kiện nhiệt độ-thấp của mùa đông, mặc dù HRT hiếu khí chỉ bằng 66,07% so với HRT trong quy trình bùn hoạt tính. Vùng MBBR đóng góp 99,46% vào việc loại bỏ NH₃-N. Nếu Giai đoạn II không được trang bị thêm, với cùng lưu lượng và chất lượng nước, NH₃-N nước thải sẽ đạt 5,55 mg/L. Vì vậy, việc sử dụng MBBR cho việc trang bị thêm này là cần thiết và hợp lý.
(3) Màng sinh học mang lơ lửng đã tăng cường hiệu quả làm giàu của chi nitrat hóa lõi Nitrospira. Độ phong phú tương đối của nó trong màng sinh học gấp 7,58 lần so với trong bùn hoạt tính, cung cấp nền tảng vi mô để cải thiện hiệu suất nitrat hóa của hệ thống. Ngoài ra, việc làm phong phú các chi khử nitrat trong màng sinh học mang lại khả năng xảy ra SND.
Dự án này đã sử dụng quy trình bùn sinh học kết hợp-để đạt được-tăng công suất tại chỗ. Tuy nhiên, hoạt động thực tế vẫn còn hạn chế do khả năng lưu giữ và thu hồi bùn hoạt tính, cản trở việc nâng cao hơn nữa công suất xử lý. Hiện tại, các quy trình màng sinh học tinh khiết đã được áp dụng trong các dự án thực tế, loại bỏ hoàn toàn bùn hoạt tính và tận dụng các đặc tính-tải trọng cao của màng sinh học để loại bỏ chất ô nhiễm một cách hiệu quả, không bị hạn chế bởi các hạn chế của bùn hoạt tính. Điều này cung cấp một giải pháp mới cho việc xây dựng mới, cải tạo hoặc mở rộng các nhà máy xử lý nước thải.