Biochip MBBR (Moving Bed Bio Reactor)
Công nghệ MBBR là một trong những công nghệ tiên tiến nhất hiện nay trong quá trình xử lý nước thải. Công nghệ xử lý nước thải MBBR kết hợp ưu điểm của các quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí và quá trình sinh trưởng dính bám sinh học dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ để sinh trưởng và phát triển.
Trên bề mặt của màng sinh học có 1 lớp dịch phân cách màng và hỗn dịch xáo trộn trong bể phản ứng. Chất dinh dưỡng (cơ chất) và oxy từ hỗn dịch khuyếch tán qua lớp dịch vào màng sinh học, trong khi đó, sản phẩm phân hủy sinh học khuếch tán ngược lại từ màng sinh học vào hỗn dịch. Các quá trình khuếch tán “ngược xuôi” này diễn ra liên tục.
Khi các vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, sinh khối trên giá thể vi sinh trở nên dày hơn. Độ dày của sinh khối ảnh hưởng đến khả năng “tiếp cận” của oxy hoà tan và cơ chất trong bể phản ứng với màng sinh học.
Các vi sinh vật ở lớp ngoài cùng của màng sinh học là “bước tiếp cận đầu tiên” của oxy hòa tan và cơ chất với màng sinh học. Khi oxy hòa tan và cơ chất khuếch tán qua các lớp màng sinh học bên trong, chúng sẽ được vi sinh vật sử dụng để tạo các lớp màng sinh học. Sự giảm nồng độ oxy hòa tan khi qua các lớp màng sinh học tạo thành các lớp màng sinh học hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí.
Các môi trường khác nhau tạo ra các vi sinh vật khác nhau và do đó, xảy ra các quá trình sinh học khác nhau giữa các lớp màng sinh học.
Trên lớp màng ngoài cùng, nơi có nồng độ oxy hòa tan và cơ chất cao, nhóm vi sinh vật chính là nhóm hiếu khí.
Trong các lớp màng sinh học sâu hơn, nơi nồng độ oxy và cơ chất thấp hơn, nhóm vi sinh vật tùy tiện chiếm ưu thế. Đây cũng là nơi xảy ra quá trình nitrat hóa do nitrate trở thành chất nhận điện tử của vi khuẩn tuỳ tiện. Do đó, công nghệ MBBR xử lý Nitơ và Photpho khá hiệu quả.Trong quá trình ôxy hóa sinh hóa hiếu khí, các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ, lưu huỳnh, phốt pho cũng được chuyển hóa thành nitrat (NO3-), sunphat (SO42-), phốt phát (PO43-), CO2 và H2O.
Khi môi trường cạn nguồn cacbon hữu cơ, các loại vi khuẩn Nitrit hóa (Nitrosomonas) và Nitrat hóa (Nitrobacter) thực hiện quá trình Nitrat hóa theo 2 giai đoạn:
H4+ + 76O2 + 5CO2 ==> C5H7NO2 + 54NO2 + 52H2O + 109H+ 400NO2- + 195O2 + NH3 + 2H2O + 5CO2 ==> C5H7NO2 + 400NO3-
Quá trình Nitrat hóa có thể xảy ra nếu như ngay từ đầu, Nitơ tồn tại dưới dạng Nitơ Amoniac. Tốc độ biến đổi từ Amoniac thành Nitrat đối với bùn hoạt tính như sau: cứ 3mg N-NH + trong thời gian 1 giờ thì Nitrat hóa được 1g chất hữu cơ.
a) Quá trình Nitrat hóa ( Nitrification)
b) Quá trình khử Nitrat (Denitrification)
Quá trình Nitrate hóa gồm các bước:
- NH4+ bị ôxy hóa thành NO2 do tác động của vi khuẩn Nitrit theo phản ứng:
NH4+ + 1,5O2 ==>NO2- + 2H+ + H2O - Ôxy hóa NO2- thành NO3- do tác động của vi khuẩn Nitrat hóa:
NO2- +0,5O NO3- - Tổng hợp quá trình chuyển hóa NH4+ thành NO3-:
NH + + 2O2 ==> NO3- + 2H2+ + H2O
Có khoảng 20 – 40 % NH + bị đồng hóa thành vỏ tế bào, cho nên có thể tổng hợp quá trình Nitrat hóa bằng phản ứng sau:
NH + + 2O2 ==> NO3- + 2H2+ + H2O
NH4+ + 1,731O2 + 1,962HCO3- ==> 0,038C5H7NO2 + 0,96NO3- + 1,077H2O + 1,769H2CO3
Quá trình khử Nitrat dưới tác động của các chuẩn vi khuẩn khử Nitrate như Denitrobacillus, Thiobacillus, Pseudomonas…, Nitrate và Nitrit sẽ được chuyển hóa thành NO2- và Nitơ tự do theo phản ứng:
NO3- + CH3OH ==> 6NO2- + CO2 + H2O
6NO2- + 3CH3OH ==> 3N2 + 3CO2 + 6OH–
Giới thiệu vật liệu Biochip
Biochip được sử dụng như là giá thể để vi sinh vật bám dính lên.
- Bề mặt tiếp xúc: 000m2/m3
- Vật liệu: nhựa PolyEthylene
- Hình dạng: tròn
- Chiều dày: 0,8 – 1,2mm
- Đường kính: 22mm
- Tỷ trọng: 0,98kg/lit
- Màu sắc: trắng.
Vi sinh vật sẽ trú trong các lỗ rỗng, và phát triển trên đó. Bề mặt giá thể sẽ được “làm sạch” bởi quá trình va vào nhau khi các giá thể chuyển động. Do đó, việc tự “làm sạch” là một trong những ưu điểm của giá thể biochip.
Màng nhớt, bùn hoạt tính phát triển trong các lỗ rỗng tạo thành lớp màng sinh học. Lớp màng sinh học này có vai trò chuyển hóa các chất hữu cơ ô nhiễm trong nước.
Ưu điểm của MBBR
- Diện tích tiếp xúc lớn: 3000m2/m3. Tăng khả năng trao đổi chất của vi sinh vật, hiệu quả xử lý chất hữu cơ
- Hiệu quả xử lý Nitơ và Phopho
- Có thể chịu tải trọng lớn, vi sinh ít bị sốc tải và hoạt động ổn định hơn so với công nghệ Aerotank truyền thống.
- Tiết kiệm thể tích xây dựng bể sinh học khoảng 30 – 40% so với công nghệ
- Bùn tuần hoàn ít về bể sinh học ít hơn nhiều lần công nghệ Aerotank truyền thống, tiết kiệm chi phí điện năng và xử lý bùn dư.
Nhược điểm:
Do giá thể Biochip được nhập khẩu từ Đức, giá thành khá cao.
