Bể lọc sinh học nhỏ giọt là gì? Nguyên lý và phạm vi áp dụng

Tóm tắt bài viết này với AI

Try with ChatGPT Try with Claude Try with AI Mode

Bể lọc sinh học nhỏ giọt xử lý nước thải nhờ màng vi sinh bám trên vật liệu lọc. Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý, ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng thực tế.

Ở nhiều trạm xử lý nước thải đô thị, nhà máy chế biến hay bệnh viện xây từ lâu, người ta vẫn thấy những bể tròn lớn, phía trên có cánh tay quay chậm, rải nước đều xuống lớp đá hoặc lớp nhựa bên dưới. Đó là bể lọc nhỏ giọt, một trong những công nghệ xử lý sinh học lâu đời nhất mà tới nay vẫn còn chỗ đứng.

Chủ đầu tư và người vận hành thường thắc mắc ba điều: bể này xử lý được gì, khác bể sục khí ở chỗ nào, và khi nào còn nên chọn nó thay vì công nghệ mới hơn. Muốn trả lời cho đúng, cần hiểu cấu tạo và cách lớp vi sinh làm việc bên trong bể.

Bể lọc sinh học nhỏ giọt là công trình xử lý nước thải hiếu khí: nước được rải đều lên lớp vật liệu lọc thông thoáng, chảy chậm thành màng mỏng qua bề mặt phủ vi sinh. Vi sinh dùng oxy từ không khí lưu thông trong khe rỗng để phân hủy chất hữu cơ. Công nghệ này tốn ít điện, vận hành đơn giản, hợp với nước thải hữu cơ dễ phân hủy, nhưng luôn cần bể lắng phía sau và khó đáp ứng yêu cầu khử nitơ, phốt pho cao.

Bể lọc sinh học nhỏ giọt là gì?

Bể lọc sinh học nhỏ giọt, còn gọi tắt là bể lọc nhỏ giọt hay bể biophin nhỏ giọt, thuộc nhóm công nghệ màng vi sinh cố định. Vi sinh vật ở đây không trôi lơ lửng trong nước như bùn hoạt tính, mà bám thành một lớp nhầy mỏng trên bề mặt vật liệu lọc. Nước thải sau khi qua song chắn rác và bể lắng sơ bộ được phân phối từ trên xuống, thấm qua các khe rỗng rồi gom về đáy bể.

Trong bản đồ các công nghệ xử lý nước thải hiếu khí, bể lọc nhỏ giọt đứng chung nhóm với đĩa quay sinh học, MBBR và IFAS, tức các phương án dựa vào vi sinh bám dính. Điểm riêng của nó là vật liệu lọc không ngập nước: khoảng trống giữa các lớp vật liệu luôn có không khí, nên oxy đi vào màng vi sinh chủ yếu nhờ thông gió, không cần máy thổi khí công suất lớn.

Công nghệ này đã có lịch sử rất dài ở châu Âu và Bắc Mỹ, ban đầu dùng đá dăm làm vật liệu lọc. Sau này, vật liệu nhựa dạng khối hoặc dạng giá thể rời giúp bể nhẹ hơn, cao hơn và ít bị bít hơn, nên công nghệ vẫn được cải tiến chứ không bị bỏ hẳn.

Vì sao gọi là lọc nhưng không lọc cơ học?

Tên gọi dễ gây hiểu lầm. Bể lọc nhỏ giọt không giữ cặn bằng cách chắn hạt như bể lọc cát. Khe rỗng giữa các viên vật liệu khá rộng để nước và không khí cùng đi qua. Chất ô nhiễm giảm đi vì vi sinh trong màng hấp thụ rồi phân hủy chúng, chứ không phải vì bị giữ lại trên lớp lọc.

Hiểu đúng điểm này giúp tránh một sai lầm hay gặp: đưa nước còn nhiều cặn lơ lửng, dầu mỡ hoặc rác sợi vào bể với hy vọng bể sẽ lọc luôn. Kết quả là khe rỗng bị bít, nước đọng lại trên mặt, vùng thiếu khí lan rộng và hiệu quả xử lý đi xuống.

Bể lọc nhỏ giọt khác gì bể aerotank?

Aerotank nuôi bùn hoạt tính lơ lửng và phải sục khí liên tục để vừa cấp oxy vừa khuấy trộn. Bể lọc nhỏ giọt giữ vi sinh trên giá thể đứng yên và để không khí tự lưu thông. Vì thế bể lọc nhỏ giọt thường tốn ít điện hơn, ít thiết bị quay hơn, nhưng người vận hành cũng có ít “nút vặn” để chỉnh mức xử lý hơn. Muốn so kỹ với phương án bùn lơ lửng, có thể đọc thêm bài bể aerotank là gì.

Cấu tạo chính của bể lọc nhỏ giọt

Một bể lọc nhỏ giọt hoàn chỉnh không chỉ có lớp vật liệu lọc. Nó là một cụm gồm nhiều bộ phận, bộ phận nào làm không tốt cũng kéo hiệu quả cả hệ đi xuống:

• Hệ phân phối nước: thường là tay quay đặt trên đỉnh bể tròn, quay nhờ phản lực của dòng nước hoặc nhờ mô tơ; bể chữ nhật có thể dùng ống phân phối cố định có vòi phun. Yêu cầu quan trọng nhất là rải nước đều trên toàn mặt bể.
• Lớp vật liệu lọc: nơi màng vi sinh bám và phát triển, có thể là đá, sỏi, xỉ hoặc vật liệu nhựa có diện tích bề mặt lớn.
• Sàn đỡ và hệ thu nước đáy: vừa đỡ vật liệu, vừa gom nước đã xử lý, vừa chừa đường cho không khí đi vào từ phía dưới.
• Thành bể và cửa thông gió: giữ vật liệu, che chắn và tạo đường lưu thông không khí; bể cao hoặc tải nặng có thể bổ sung quạt thông gió cưỡng bức.
• Bể lắng thứ cấp: giữ lại mảng vi sinh bong ra từ lớp lọc, nếu thiếu bể này nước đầu ra sẽ đục.
• Bơm tuần hoàn: đưa một phần nước sau lọc hoặc sau lắng quay lại đầu bể để pha loãng và giữ lớp lọc luôn đủ ướt.

Vật liệu lọc nên chọn loại nào?

Vật liệu lọc quyết định diện tích bám của vi sinh, độ rỗng cho không khí và nguy cơ bít tắc. Bảng dưới so sánh hai nhóm phổ biến theo tính chất chung, không thay cho số liệu thiết kế của từng nhà sản xuất.

Khi chọn giá thể nhựa, nên hỏi rõ nhà cung cấp về độ bền dưới tia cực tím, khả năng chịu tải trọng của các lớp chồng lên nhau và mức tương thích với thành phần nước thải. Thông số diện tích bề mặt và tải trọng cho phép cần lấy theo tài liệu kỹ thuật của chính sản phẩm, không nên lấy số chung chung.

Nguyên lý xử lý trong màng vi sinh

Mỗi lần nước chảy qua, chất hữu cơ hòa tan và các hạt keo nhỏ khuếch tán vào lớp màng vi sinh. Vi khuẩn hiếu khí ở lớp ngoài dùng oxy từ không khí trong khe rỗng để oxy hóa chất hữu cơ thành khí CO2, nước và sinh khối mới. Đây là lý do thông gió quyết định hiệu quả xử lý của bể lọc nhỏ giọt.

Màng vi sinh không đồng nhất từ ngoài vào trong. Lớp sát bề mặt nước giàu oxy nên vi sinh hiếu khí chiếm ưu thế. Càng vào sâu, oxy bị tiêu thụ hết trước khi tới nơi, lớp trong cùng sát giá thể chuyển sang thiếu khí rồi kỵ khí. Cách các nhóm vi sinh này cùng tồn tại được giải thích kỹ hơn trong bài xử lý kỵ khí và hiếu khí.

Chất hữu cơ được loại bỏ qua những bước nào?

Quá trình xử lý trong bể có thể hình dung theo trình tự sau:

1. Nước thải được rải đều, chảy thành màng mỏng phủ lên bề mặt màng vi sinh.
2. Chất hữu cơ hòa tan và oxy cùng khuếch tán từ nước vào lớp vi sinh.
3. Vi sinh hiếu khí phân hủy chất hữu cơ, một phần thành năng lượng, một phần thành tế bào mới.
4. Sản phẩm phân hủy khuếch tán ngược ra nước và theo không khí thoát ra ngoài.
5. Nước gom ở đáy bể, mang theo mảng vi sinh bong ra, rồi chuyển sang bể lắng thứ cấp.

Thời gian nước tiếp xúc với màng vi sinh khá ngắn so với bể bùn hoạt tính. Vì vậy bể hợp nhất với chất hữu cơ dễ phân hủy; chất khó phân hủy cần thêm công đoạn khác.

Vì sao màng vi sinh tự bong ra?

Màng vi sinh dày dần theo thời gian. Khi đủ dày, lớp trong cùng thiếu oxy và thiếu thức ăn, vi sinh ở đó suy yếu, mất khả năng bám, rồi cả mảng bị dòng nước cuốn đi. Hiện tượng này gọi là bong màng, diễn ra tự nhiên và giúp lớp lọc tự làm mới.

Bong màng chỉ thành vấn đề khi xảy ra ồ ạt, chẳng hạn sau một đợt thay đổi tải đột ngột hay nước có độc chất. Lúc đó bể lắng phía sau nhận lượng cặn lớn bất thường. Bùn từ bể lắng thứ cấp cần đưa đi cô đặc và xử lý tiếp, có thể tham khảo các phương án xử lý bùn thải phù hợp với quy mô trạm.

Bể lọc nhỏ giọt có khử được nitơ và phốt pho không?

Bể lọc nhỏ giọt có thể nitrat hóa, tức là chuyển amoni thành nitrat, nhưng thường chỉ khi tải hữu cơ đủ thấp. Lý do là vi khuẩn nitrat hóa lớn chậm và bị vi khuẩn phân hủy hữu cơ lấn chỗ khi nước còn nhiều chất hữu cơ. Muốn khử nitrat thành khí nitơ, hệ cần thêm vùng thiếu khí riêng, bản thân bể lọc nhỏ giọt không làm tốt việc này.

Với phốt pho, bể chỉ giữ lại một phần nhỏ theo sinh khối. Nếu nguồn tiếp nhận yêu cầu chặt về phốt pho, thường phải bổ sung keo tụ hóa học hoặc chọn công nghệ sinh học có vùng kỵ khí – hiếu khí xen kẽ. Các hướng xử lý này có trong bài xử lý phốt pho trong nước thải.

Phân loại và lưu ý khi vận hành

Bể lọc nhỏ giọt được phân loại chủ yếu theo mức tải mà bể nhận. Tải trọng ở đây gồm hai đại lượng: tải thủy lực, tức lượng nước rải trên một đơn vị diện tích mặt bể, và tải hữu cơ, tức lượng chất hữu cơ đi vào một đơn vị thể tích vật liệu. Giá trị cụ thể cho từng loại khác nhau theo tài liệu thiết kế và loại vật liệu, nên cần kỹ sư tính theo nước thải thực tế.

Các dạng bể theo mức tải

• Bể tải thấp: nước đi qua chậm, thường không cần tuần hoàn; nước ra ổn định hơn và có thể nitrat hóa, nhưng cần nhiều diện tích.
• Bể tải trung bình và tải cao: dùng tuần hoàn để tăng lưu lượng rải, giữ lớp lọc ẩm đều và rửa trôi màng già; tiết kiệm mặt bằng hơn.
• Bể lọc thô: nhận tải hữu cơ rất cao, chỉ để cắt bớt một phần chất hữu cơ trước khi nước vào công đoạn sinh học chính phía sau.

Trong bể bùn hoạt tính, người vận hành thường kiểm soát tỷ lệ F/M trong xử lý nước thải, tức tỷ lệ giữa thức ăn và lượng vi sinh. Với bể lọc nhỏ giọt, lượng vi sinh bám trên giá thể khó đo trực tiếp, nên người ta theo dõi tải trọng hữu cơ và tải thủy lực thay cho chỉ số này.

Tuần hoàn nước có tác dụng gì?

Tuần hoàn là cách điều chỉnh quan trọng nhất của bể lọc nhỏ giọt. Đưa một phần nước đã xử lý quay lại giúp pha loãng nước đầu vào đậm đặc, giữ vật liệu luôn đủ ướt vào giờ thấp điểm và tạo lực rửa vừa phải để màng không dày quá. Tỷ lệ tuần hoàn cần chọn theo thiết kế và chỉnh dần khi chạy thực tế; tuần hoàn quá nhiều làm tăng tải thủy lực cho bể lắng.

Những sự cố thường gặp

• Đọng nước trên mặt bể: do màng vi sinh phát triển quá dày hoặc vật liệu bị bít bởi cặn, dầu mỡ; xử lý bằng cách tăng tuần hoàn, rửa xả, kiểm tra lại khâu tiền xử lý.
• Ruồi lọc và côn trùng: hay gặp ở bể tải thấp, lớp lọc khô từng vùng; giữ lớp lọc ướt đều thường giúp hạn chế.
• Mùi hôi: xuất hiện khi thông gió kém, vùng kỵ khí lan rộng. Bên cạnh việc cải thiện thông gió, có thể xem các giải pháp xử lý mùi cho hệ thống xử lý nước thải.
• Phân phối nước không đều: vòi phun nghẹt hoặc tay quay kẹt khiến có vùng khô, vùng quá tải; cần vệ sinh vòi định kỳ.
• Hiệu quả giảm khi trời lạnh hoặc gió mạnh: nhiệt độ thấp làm vi sinh chậm lại; ở Việt Nam ít gặp hơn nhưng vẫn cần lưu ý với bể lộ thiên ở vùng núi.

Phạm vi áp dụng: khi nào nên chọn?

Bể lọc nhỏ giọt không phải lựa chọn mặc định cho mọi trạm xử lý. Nó phát huy tốt nhất khi chủ đầu tư ưu tiên chi phí điện thấp, vận hành đơn giản và nước thải chủ yếu là chất hữu cơ dễ phân hủy.

Các trường hợp thường cân nhắc bể lọc nhỏ giọt:

• Nước thải sinh hoạt khu dân cư, thị trấn nhỏ có mặt bằng vừa phải và đội vận hành không đông.
• Nước thải chế biến thực phẩm có tải hữu cơ cao, dùng làm bước lọc thô giảm tải trước công đoạn sinh học chính.
• Cải tạo, nâng cấp trạm cũ đã có sẵn bể lọc, khi thay vật liệu đá bằng vật liệu nhựa để tăng công suất xử lý.
• Công trình cần dự phòng ổn định, ít phụ thuộc máy thổi khí khi mất điện ngắn.

Ngược lại, nên cân nhắc công nghệ khác khi đầu ra phải đáp ứng yêu cầu chặt về nitơ, phốt pho; khi mặt bằng rất hẹp; khi nước thải có nhiều dầu mỡ, cặn sợi hoặc chất độc ức chế vi sinh; hoặc khi công trình nằm sát khu dân cư nhạy cảm về mùi và côn trùng.

So sánh với các công nghệ sinh học phổ biến

Bảng trên chỉ so sánh định tính để định hướng. MBBR cũng dùng vi sinh bám dính nhưng giá thể ngập nước và chuyển động nhờ sục khí, nên chịu sốc tải tốt; xem thêm bài công nghệ MBBR nếu đang so hai phương án màng vi sinh này. Với khu vực nông thôn có đất rộng, hồ sinh học xử lý nước thải là hướng chi phí thấp hơn nữa, đổi lại cần diện tích lớn.

Bể lọc nhỏ giọt có đủ để nước đạt QCVN không?

Câu trả lời phụ thuộc vào loại nước thải, quy chuẩn áp dụng và cột yêu cầu của nguồn tiếp nhận. Một bể lọc nhỏ giọt đứng riêng thường chỉ xử lý tốt chất hữu cơ; muốn đạt yêu cầu về nitơ, phốt pho, vi sinh gây bệnh thường cần thêm khử trùng và công đoạn bổ trợ. Khi đối chiếu với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, cần xác nhận phiên bản và mức áp dụng cho đúng cơ sở trước khi chốt phương án.

Vật liệu thiết bị và lựa chọn thực tế

Thân bể lọc nhỏ giọt cỡ lớn thường xây bằng bê tông cốt thép, và với công trình quy mô đô thị đây vẫn là lựa chọn hợp lý về kết cấu. Tuy nhiên, môi trường ẩm, có khí H2S sinh ra từ vùng kỵ khí có thể gây ăn mòn sinh học cho bê tông, làm lộ cốt thép sau thời gian dài vận hành nếu không có lớp bảo vệ phù hợp.

Với các bộ phận nhỏ hơn như ống phân phối, máng thu nước, bể trung gian, bể tuần hoàn hoặc bể chứa hóa chất bổ trợ, nhựa PP là vật liệu đáng cân nhắc nhờ chịu hóa chất tốt, không gỉ và gia công hàn nối linh hoạt. CCEP chuyên gia công thiết bị bằng nhựa PP và composite, có thể chế tạo bồn bể bằng nhựa PP theo kích thước của từng công trình và kiểm soát chất lượng từ chế tạo đến lắp đặt.

Với cơ sở quy mô nhỏ như tòa nhà, khu nghỉ dưỡng hay văn phòng, một hệ module sinh học hợp khối thường gọn và dễ lắp hơn so với xây bể lọc nhỏ giọt riêng. Trường hợp này có thể tham khảo sản phẩm module xử lý nước thải sinh hoạt và trao đổi với kỹ sư để chọn công nghệ hợp với lưu lượng, chất lượng nước thải thực tế.

Kết luận

Bể lọc nhỏ giọt là công nghệ cũ nhưng chưa lỗi thời. Trong đúng bối cảnh, nó vẫn là phương án tiết kiệm và bền bỉ. Những điểm cần nhớ:

• Bể xử lý chất hữu cơ nhờ màng vi sinh bám trên vật liệu lọc, oxy cấp bằng thông gió tự nhiên hoặc quạt.
• Bể lắng thứ cấp là bắt buộc để giữ mảng vi sinh bong ra.
• Tuần hoàn nước và phân phối đều là hai yếu tố vận hành quan trọng nhất.
• Khả năng khử nitơ, phốt pho hạn chế; yêu cầu đầu ra cao cần công đoạn bổ trợ.
• Phù hợp nhất khi cần tiết kiệm điện, làm bước lọc thô hoặc cải tạo trạm cũ.

Liên hệ CCEP: Hotline 091.789.6633 – Email ccep.vn@gmail.com – Văn phòng: Nhà NV 6.1, Khu đô thị Viglacera Hữu Hưng, 272 Hữu Hưng, Nam Từ Liêm, Hà Nội.

Câu hỏi thường gặp về bể lọc nhỏ giọt

Bể lọc nhỏ giọt có cần máy thổi khí không?

Phần lớn bể lọc nhỏ giọt không cần máy thổi khí như aerotank. Không khí đi vào khe rỗng của vật liệu nhờ chênh lệch nhiệt độ giữa nước và không khí bên ngoài. Với bể cao, tải lớn hoặc khi thông gió tự nhiên không đủ, thiết kế có thể bổ sung quạt thông gió cưỡng bức, nhưng điện năng vẫn thường thấp hơn so với sục khí bùn hoạt tính.

Vì sao bể lọc nhỏ giọt cần bể lắng phía sau?

Màng vi sinh trên vật liệu lọc liên tục dày lên rồi bong ra theo dòng nước. Nếu không có bể lắng thứ cấp, các mảng sinh khối này đi thẳng ra nguồn tiếp nhận, làm nước đầu ra đục và tăng chất rắn lơ lửng. Bể lắng giữ lại phần cặn này, bùn lắng sau đó được đưa đi xử lý cùng bùn của trạm.

Khởi động bể lọc nhỏ giọt mất bao lâu?

Thời gian để màng vi sinh hình thành và ổn định phụ thuộc vào loại nước thải, nhiệt độ, vật liệu lọc và việc có bổ sung bùn giống hay không. Không có con số chung cho mọi trạm. Trong giai đoạn đầu, nên tăng tải từ từ, theo dõi chất lượng nước ra và quan sát lớp màng trên vật liệu trước khi đưa bể lên đủ công suất.

Bể lọc nhỏ giọt có xử lý được nước thải công nghiệp không?

Có thể, nếu nước thải chủ yếu chứa chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, như nước thải chế biến thực phẩm. Nước có kim loại nặng, dầu mỡ nhiều hoặc chất độc ức chế vi sinh cần tiền xử lý hóa lý trước. Với nước thải công nghiệp tải cao, bể thường làm bước lọc thô kết hợp với công đoạn sinh học khác phía sau.

Có nên thay đá bằng vật liệu nhựa trong bể cũ?

Thay đá bằng vật liệu nhựa thường giúp tăng diện tích bám, giảm bít tắc và cải thiện thông gió. Tuy nhiên, cần kiểm tra lại kết cấu thành bể, sàn đỡ, hệ phân phối và năng lực bể lắng, vì tải xử lý tăng sẽ kéo theo lượng bùn và lưu lượng tuần hoàn thay đổi. Nên để kỹ sư khảo sát trước khi quyết định.