Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là phương pháp dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh để xử lý nước thải, xử lý các chất hữu cơ, chất bẩn có trong nước thải.

Cơ chế xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là lợi dụng vi sinh vật có trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng. Từ đó sẽ có sản phẩm của các quá trình phân hủy này là khí CO2, H2O, N2, ion sulfite…

Các phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là công nghệ dễ vận hành, chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Và mục đích rõ ràng của phương pháp này là khử các chất hữu cơ có trông nước thải (COD và BOD)

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí là quá trình sử dụng vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy. Gồm phương pháp xử lý sinh học tự nhiên và nhân tạo.

1. Phương pháp xử lý sinh học tự nhiên:

- Ao hồ sinh học hiếu khí:

Là loại ao nông 0,3 ÷ 0,5m có quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ chủ yếu nhờ các VSV hiếu khí.

Nguyên lý hoạt động: Oxy từ không khí dễ dàng khuyếch tán vào lớp nước phía trên và ánh sáng mặt trời chiếu rọi, làm tảo phát triển, tiến hành quang hợp thải ra oxy.

- Cánh đồng tưới và bãi lọc: 

Thường sử dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt do chứa N:P:K = 5:1:2 phù hợp cho phát triển thực vật. Nhằm xử lý nước thải đồng thời tận dụng nước thải làm nguồn phân bón.

Nguyên tắc hoạt động: dựa trên khả năng giữ cặn trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, trong đất chứa VSV hiếu khí với lượng oxy có trong các lổ hỏng và mao quản của lớp đất mặt.

2. Phương pháp xử lý sinh học nhân tạo

- Bể Aerotank:

Là các bể phản ứng sinh học được làm hiếu khí bằng cách thổi khí nén và khuấy đảo cơ học làm cho VSV tạo thành các hạt bùn hoạt tính lơ lửng trong khắp pha lỏng.

Nguyên lý: Là công trình bê tông cốt thép hình chữ nhật hoặc hình tròn. Nước thải chảy qua suốt chiều dài bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxy hòa tan và tăng cường quá trình oxy hóa chất bẩn hữu cơ có trong nước.

Quá trình oxy hóa gồm 3 giai đoạn:

• Gđ 1 : Tốc độ oxy = tốc độ tiêu thụ oxy. Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển. VSV sinh trưởng mạnh dẫn đến lượng oxy tăng cao.

• Gđ 2 : VSV phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxy gần như ít thay đổi. Chính giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy nhất.

• Gđ 3 : Sau 1 thời gian khá dài tốc độ oxy hoá cầm chừng và có chiều hướng giảm, tốc độ tiêu thụ của oxy tăng lên.

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải của Aerotank:

• DO

• pH

• Nhiệt độ

• Nồng độ cơ chất

• Thành phần dinh dưỡng

• Các chất có độc tính trong nước thải

• Nồng độ các chất lơ lửng ở dạng huyền phù

- Bể lọc sinh học: 

Bể lọc sinh học là công trình nhân tạo, trong đó chất thải được lọc qua lớp vật liệu lọc rắn có bao bọc lớp màng vi sinh vật. Bể lọc sinh học bao gồm các bộ phận chính sau: phần chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước trên toàn bộ bề mặt bể, hệ thống thu và dẫn nước sau khi lọc, hệ thống dẫn và phân phối khí cho bể lọc.

Lọc sinh học bao gồm:

• Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước (lọc phun hay lọc nhỏ giọt).

• Lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước.

Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước. Một vài thông số phải được duy trì trong quá trình hệ thống lọc sinh học đang vận hành:

• pH : 7

• Độ ẩm

• Nhiệt độ : 30-40º C

• Mức Oxy

Ưu điểm:

• Giảm việc trông coi

• Tiết kiệm năng lượng

Nhược điểm:

• Hiệu suất làm sạch nhỏ hơn với cùng một tải lượng khối

• Dễ bị tắc nghẽn

• Rất nhạy cảm với nhiệt độ

• Không khống chế được quá trình thông khí, dễ bốc mùi

• Chiều cao hạn chế

• Bùn dư không ổn định

• Khối lượng vật liệu tương đối nặng nên giá thành xây dựng cao

Ưu điểm của lớp vật liệu ngập trong nước:

• Chiếm ít diện tích vì không cần bể lắng trong.

• Đơn giản, dễ dàng cho việc bao, che công trình, khử độc hại, đảm bảo mĩ quan

• Không cần phải rửa lọc, vì quần thể VSV được cố định trên giá đỡ cho phép chống lại sự thay đổi tải lượng của nước thải.

• Dễ dàng phù hợp với nước thải pha loãng.

• Đưa vào hoạt động rất nhanh, ngay cả sau 1 thời gian dừng làm việc kéo dài hàng tháng.

• Có cấu trúc modun và dễ dàng tự động hoá

Nhược điểm:

Làm tăng tổn thất tải lượng, giảm lượng nước thu hồi.

• Tổn thất khí cấp cho qúa trình, vì phải tăng lưu lượng khí không chỉ đáp ứng cho nhu cầu của VSV mà còn cho nhu cấu co thuỷ lực

• Phun khí mạnh tạo nên dòng chuyển động xoáy làm giảm khả năng giữ huyề phù

- Đĩa quay sinh học: 

Là công trình của thiết bi xử lý nước thải bằng kỷ thuật màng lọc sinh học dựa trên sự gắn kết của VSV trên bề mặt của vật liệu

Nguyên tắc hoạt động:

Khi màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ có trong nước thải sau đó tiếp xúc với oxy ra khỏi đĩa. Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc với không khí vừa tiếp xúc với chất hữu cơ giúp chất hữu cơ bị phân hủy nhanh.

- Mương oxy hóa

Mương oxy hóa là một dạng cải tiến của Aerotan khuấy trộn hoàn chỉnh làm việc trong điều kiện hiếu khí kéo dài với bùn hoạt tính. Thường sử dụng đối với nước thải có độ ô nhiễm bẩn cao BOD20 = 1000 ÷ 5000mg/l.

Tham khảo thêm một số hệ thống xử lý nước thải ở bài viết: https://greenwater.com.vn/cac-he-thong-xu-ly-nuoc-thai.html

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Kỵ Khí

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Kỵ Khí bao gồm 2 loại đó là tự nhiên và nhân tạo:

1. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Kỵ Khí nhân tạo

• Bể UASB.

• Lọc sinh học kỵ khí.

• Kỵ khí tiếp xúc

- Quá trình xử lý trong bể UASB:

Lớp bùn lắng có hoạt tính rất cao ở dưới đáy. Chất thải được đưa vào từ dưới đáy của bể phản ứng vào trong lớp bùn. Dưới tác dung của vi sinh vật kị khí Chúng được chuyển hoá thành mêtan và cacbon dioxide. Chất khí phát sinh giữ cho cả lớp bùn được trộn đều. Một số hạt bị dẩy lên khỏi lớp bùn. Khi mất “bẩy khí” chúng lắng xuống trở lại lớp bùn.

Ưu điểm

• Không tốn nhiều năng lượng

• Quá trình công nghệ không đòi hỏi kỷ thuật phức tạp

• Tạo ra lượng bùn có hoạt tính cao, nhưng lượng bùn không sản sinh không nhiều giảm chi phí xử lý

• Loại bỏ chất hữu cơ với lượng lớn, hiệu quả

• Xử lý BOD trong khoảng 600 ~ 150000 mg/l đạt từ 80-95%

• Có thể xử lý một số chất khó phân hủy

• Tạo ra khí có ích

Nhược điểm

• Diện tích cần dùng để xử lý chất thải lớn.

• Quá trình tạo bùn hạt tốn nhiều thời gian khó kiểm soát.

• Cần nhiệt độ khá cao.

- Lọc kỵ khí: 

+ Lọc Kỵ khi với sinh trưởng gắn kết trên giá mang hữu cơ ANAFIZ

Vật liệu lọc: 

• Chiều dày lớp vật liệu là 2m.

• Vật liệu lọc có thể là ở:

  • Dạng tấm (chất dẻo)

  • Vật liệu rời hạt, như hạt polyspiren có đường kính 3-5 mm.

Nguyên tắc:

• Nước thải được tiếp xúc với vật liệu.

• Khi nước thải chảy qua lớp vật liệu lọc, vi khuẩn tạo thành màng vi sinh vật .

• Chất hữu cơ khi tiếp xúc với màng vsv sẽ bị hấp thụ và phân hủy. Bùn cặn được giữ lại trong khe rỗng của lớp lọc.

• Sau 2-3 tháng làm việc xả bùn một lần,thau rửa lọc.

+ Xử lý nước thải bằng lọc kỵ khí với vật liệu giả lỏng trương nở ANAFLUX

Vật liệu lọc

• Hạt Biolite: Kích thước nhỏ hơn 0.5mm với những tính:

  • Cấu tạo lỗ nên diện tích riêng là khá lớn.

  • Khối lượng riêng nhỏ.

  • Chịu được va đập.

Nguyên tắc

• Nước thải được bơm hướng lên qua lớp vật liệu lọc

• Vi sinh vật trong nước thải được cố định trên lớp vật liệu hạt.

• Lớp vật liệu này không được đặt cố định và có khuynh hướng giản nở khi có dòng nước đi qua.

Ưu điểm

• Ít bị tắt nghẽn trong quá trình làm việc

• Không tẩy trôi các quần thể sinh học bám trên vật liệu.

Nhược điểm

• Giữ lưu lượng 5 – 10 m3/h để giữ cho lớp vật liệu ở trạng thái xốp – trương nở.

• Phải thu hồi các hạt vật liệu theo dòng nếu muốn loại bỏ huyền phù cần phải đặt thêm thiết bị lắng trong tiếp theo.

• Trong nhiều trường hợp, phải thực hiện axit hoá sơ bộ.

- Kỵ khí tiếp xúc: 

Công trình gồm một bể phản ứng và một bể lắng riêng biệt với một thiết bị điều chỉnh bùn tuần hoàn.

Nguyên lí làm việc

Nước thải chưa xử lý được khuấy trộn với vòng tuần hoàn và sau đó được phân hủy trong bể phản ứng kín không cho không khí vào. Sau khi phân hủy, hỗn hợp bùn nước đi vào bể lắng: nước trong đi ra và bùn được lắng xuống đáy.

Ưu điểm

• Có thể chuyển bùn từ bể này sang bể khác một cách dễ dàng

• Lọc bỏ được BOD5 tới 80 ÷ 95% và COD từ 65 ÷ 90% ( tùy thuộc vào bản chất của nước thải)

Ứng dụng

Phương pháp này ít chịu ảnh hưởng bởi lưu lượng, thích hợp đối với việc xử lý phân chuồng, xử lý các nước thải đặc như trong công nghiệp đồ hộp, cất cồn, công nghiệp hóa chất, công nghiệp bột giấy, công nghiệp đường.

Bạn có thể tham khảo thêm 2 công nghệ xử lý nước thải tiên tiến hiện nay:

• MBBR

• MBR

2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Kỵ Khí tự nhiên

Ao hồ kỵ khí là loại ao sâu. Các VSV kỵ khí hoạt động sống không cần oxy của không khí. Chúng sử dụng oxy ở các hợp chất như nitrat, sulfat… để oxy hóa các chất hữu cơ thành các axit hữu cơ, các loại rượu và khí CH4, H2S, CO2, …, và H2O

Nguyên lý làm việc

Nước thải dẫn vào hồ được đặt chìm đảm bảo cho việc phân phối cặn đồng đều trong hồ. Cửa xả nước ra khỏi hồ theo kiểu thu nước bề mặt và có tấm ngăn bùn không cho ra cùng với nước.

Ứng dụng

Loại ao hồ này có thể tiếp nhận loại nước thải (kể cả nước thải công nghiệp) có độ nhiễm bẩn lớn, tải BOD cao và không cần vai trò quang hợp của tảo.

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu - kỵ khí

Đây là loại ao hồ phổ biến trong thưc tế. Đó là loại kết hợp có hai quá trình song song: phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hòa tan có điều ở trong nước và phân hủy kỵ khí (sản phẩm chủ yếu là CH4) cặn lắng ở vùng đáy.

Nguyên lý làm việc

Ở tầng trên quá trình oxy hóa các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước xảy ra nhờ tảo quang hợp dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Ở tầng dưới các chất hữu cơ bị phân hủy kỵ khí sinh ra các khí CH4, H2S, H2…

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Sau khi xử lý sinh học, nước thải có thể giảm được 90 ÷ 98% BOD nhưng tổng N chỉ giảm được 30 ÷ 40% và khoảng 30% lượng P, hàm lương N và P vượt quá ngưỡng cho phép thì cần xử lý bổ sung bằng phương pháp thiếu khí

Đây là quá trình chuyển hóa Nitrat thành N trong điều kiện không cấp thêm oxy từ ngoài vào. Quá trình khử Nitrat bao gồm việc oxy hóa nhiều chất hữu cơ trong xử lý nước thải, sử dụng Nitrat hoặc Nitrit như là chất nhận điện tử thay cho oxy.