Trong hệ thống công nghệ xử lý nước hiện nay, bộ lọc khí sinh học (BAF) đã trở thành một trong những lựa chọn chủ đạo để xử lý tiên tiến nước thải đô thị và một số nước thải công nghiệp do tích hợp phân hủy sinh học và lọc vật lý. So với quy trình bùn hoạt tính truyền thống, quy trình BAF có quy mô nhỏ gọn, hiệu quả xử lý cao và chất lượng nước thải ổn định. Tuy nhiên, việc kiểm soát khoa học các điều kiện vận hành sẽ quyết định trực tiếp đến hiệu quả xử lý và chi phí vận hành. Bài viết này, kết hợp các ứng dụng kỹ thuật và dữ liệu thử nghiệm, phân tích sâu các điểm chính trong việc vận hành và kiểm soát quy trình BAF, đặc biệt là các thông số chính về tải trọng, tỷ lệ không khí-nước, rửa ngược và quản lý vận hành, đồng thời cung cấp các tài liệu tham khảo dựa trên dữ liệu{4}}để giúp các chuyên gia xử lý nước hiểu rõ hơn và áp dụng quy trình này.
I. Thông số cốt lõi của quy trình BAF Vận hành – Tải
Trong thiết kế và vận hành BAF, tải là yếu tố kiểm soát quan trọng nhất. Hai chỉ số tải phổ biến bao gồm tải trọng thủy lực và tải trọng thể tích. Tải thể tích thường là BOD₅, NH₃-N hoặc NO₃-N và các mục tiêu vận hành khác nhau yêu cầu tải khác nhau.
BAF được cacbon hóa cho phép tốc độ tải thể tích cao nhất và có thể chịu được nồng độ chất hữu cơ cao hơn; BAF nitrat hóa có tốc độ tải tương đối thấp hơn và việc loại bỏ nitơ amoniac phụ thuộc vào thời gian lưu lâu hơn và nguồn cung cấp oxy hòa tan ổn định hơn; BAF khử nitrat yêu cầu tốc độ tải thủy lực cao hơn để duy trì hiệu quả loại bỏ nitơ. Tối ưu hóa quy trình nên được thực hiện dựa trên các mục tiêu nước thải thực tế trong các dự án kỹ thuật. Ví dụ:-hoạt động cacbon hóa tải trọng cao có thể được sử dụng cho nước thải công nghiệp chủ yếu để loại bỏ chất hữu cơ, trong khi việc loại bỏ nitơ amoniac khỏi nước thải đô thị đòi hỏi tốc độ tải thể tích giảm. Hơn nữa, BAF dòng xuống thường sử dụng tốc độ tải thấp hơn, trong khi BAF dòng lên có thể sử dụng tốc độ tải cao hơn.
II. Tỷ lệ không khí{1}}trên{2}}nước – Yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ nitơ
So với các quy trình bùn hoạt tính truyền thống, BAF có điều kiện truyền khối tốt hơn và tỷ lệ sử dụng oxy cao hơn, do đó cho phép tỷ lệ không khí-trên{1}}nước tương đối thấp hơn. Các nghiên cứu cho thấy rằng để loại bỏ 1 kg BOD₅ cần cung cấp oxy từ 0,42–0,8 kg O₂. Nguồn cung cấp oxy trung bình của BAF là khoảng 0,51 kg O₂/kg BOD, thấp hơn nhiều so với mức 1,0–1,2 kg O₂/kg BOD của các quy trình bùn hoạt tính thông thường.
Đối với hoạt động BAF được cacbon hóa, tỷ lệ không khí-trên{1}}nước thông thường là (3–7):1. Nếu mục tiêu chính là loại bỏ nitơ amoniac thì nguồn cung cấp không khí cần thiết để loại bỏ 1 kg NH₃-N là khoảng 70 m³. Điều này có nghĩa là BAF có thể giảm tiêu thụ năng lượng sục khí một cách hiệu quả trong khi vẫn đảm bảo đủ oxy hòa tan, đây là một lợi thế lớn. Tuy nhiên, trong kỹ thuật, điều quan trọng cần lưu ý là tỷ lệ không khí và nước quá thấp có thể dẫn đến thiếu oxy trong lớp lọc và giảm hiệu suất nitrat hóa; tỷ lệ không khí{12}}trên{13}}nước quá cao sẽ làm tăng mức tiêu thụ năng lượng và có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của vật liệu lọc và màng sinh học.
III. Cường độ và tần suất rửa ngược - Đảm bảo hoạt động của lớp lọc
Sau một thời gian hoạt động, lớp lọc có thể bị tắc do chất rắn lơ lửng bị giữ lại và màng sinh học dày lên. Vì vậy, rửa ngược là một bước hoạt động thiết yếu. Hiện nay, phương pháp thường được sử dụng là rửa ngược nước-không khí kết hợp.
IV. Các vấn đề khác cần xem xét trong quá trình hoạt động
1. Kiểm soát SS
Để ngăn chất rắn lơ lửng làm tắc nghẽn lớp lọc, SS dòng vào phải được kiểm soát dưới 60–100 mg/L. Các biện pháp tiền xử lý phổ biến bao gồm lắng hoặc tuyển nổi. Nếu không, nó không chỉ dẫn đến tăng áp suất giảm trên giường lọc mà còn làm tăng gánh nặng rửa ngược.
2. Tải sốc của dòng nước thải quay trở lại
Do chu kỳ ngắn và cường độ rửa ngược cao nên nếu nước hồi lưu trực tiếp đi vào-bộ phận xử lý mặt trước thì có thể dễ dàng gây ra tải sốc. Các giải pháp bao gồm: lắp đặt bể cân bằng (bể đệm trung gian) để đệm lượng nước và biến động chất lượng nước; và lập kế hoạch thời gian rửa ngược hợp lý để tránh trùng lặp với lưu lượng nước vào cao điểm.
3. Các vấn đề tổng hợp của việc loại bỏ và khử trùng phốt pho
Trong xử lý tiên tiến hoặc tái sử dụng nước tái chế, BAF thường được sử dụng nối tiếp với các thiết bị khử trùng và loại bỏ photpho hóa học. Cần đặc biệt chú ý đến: tác động của các tác nhân hóa học lên màng sinh học, chẳng hạn như khả năng lượng muối sắt hoặc nhôm quá cao có thể ức chế hoạt động sinh học; và sự kết hợp giữa chế độ rửa ngược và cặn khử trùng để tránh ô nhiễm thứ cấp.
Tóm lại, BAF (Body Fluidization) là một quá trình kết hợp giữa hiệu quả cao và độ nén, đã được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải đô thị tiên tiến, xử lý nước thải công nghiệp và tận dụng nước tái chế. Tuy nhiên, nó không phải là “thuốc chữa bách bệnh”. Hiệu quả tối đa của nó chỉ có thể đạt được thông qua việc quản lý-cụ thể và tinh tế tại địa điểm trong hoạt động và kiểm soát. Kiểm soát tải trọng xác định liệu có thể đạt được mục tiêu điều trị hay không; việc điều chỉnh tỷ lệ không khí-trên{5}}nước liên quan đến mức tiêu thụ năng lượng và hiệu quả loại bỏ nitơ; rửa ngược là cốt lõi của việc duy trì-hoạt động ổn định lâu dài; và SS (chất rắn lơ lửng) và quản lý nước tuần hoàn là những “điều kiện ẩn” để đảm bảo hệ thống hoạt động lành mạnh. Trong tương lai, với sự phát triển của công nghệ quản lý nước thông minh và điều khiển tự động, việc vận hành và kiểm soát BAF sẽ trở nên tinh tế và thông minh hơn, đồng thời vai trò của nó trong các hệ thống xử lý nước xanh và{8}}cacbon thấp sẽ ngày càng trở nên quan trọng.