Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Nước là nguồn tài nguyên quý giá của tất cả các sinh vật sống trên trái đất.  Nếu không có nước thì sẽ không có sự sống xuất hiện. Vì vậy mà việc bảo vệ nguồn nước sạch là việc làm rất quan trọng. Ngày nay, nhu cầu sử dụng nước sạch của người dân cho hoạt động sinh hoạt và sản xuất tăng cao, nên lượng nước thải nhiễm bẩn cũng sẽ tăng. Nếu lượng nước thải này không được xử lý mà xả thải trực tiếp sẽ làm ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến cuộc sống của người dân và hệ sinh thái môi trường. Để đảm bảo chất lượng nước thải đầu ra đạt quy chuẩn xả thải, con người đã áp dụng các công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, hóa lý, cơ học để loại bỏ chất bẩn ra khỏi dòng nước.

Vậy công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là gì?

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học chủ yếu là dựa vào hoạt động sống của các vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Các vi sinh vật này sử dụng các chất hữu cơ có trong nước thải và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng và đồng thời các chất hữu cơ này sẽ được phân giải thành hợp chất vô cơ đơn giản. Mục đích của quá trình này là khử BOD và COD.

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học có thể được phân loại như sau:

xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

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 các vi sinh vật hiếu khí để phân hủy các chất hữu cơ thích hợp có trong nước thải trong điều kiện được cung cấp oxy liên tục.

Quá trình phân hủy chất hữu cơ của VSV hiếu khí có thể mô tả bằng phản ứng sau:

(CHO)nNS + O2 → CO2 + H2O + NH4+ + H2S + Tế bào VSV + ∆H

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí gồm 3 giai đoạn:

  • Giai đoạn 1: Oxi hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào.

CxHyOzN + (x+ +  + ) O2 → xCO2 + []H2O + NH3

  • Giai đoạn 2 (quá trình đồng hóa): Tổng hợp để xây dựng tế bào

CxHyOzN + NH3 + O2 → xCO2 + C5H7NO2

  • Giai đoạn 3 ( quá trình dị hóa): Hô hấp nội bào

C5H7NO2 + 5O2 → xCO2 + H2O

NH3 + O2 → O2 + HNO2 → HNO3

Khi không đủ cơ chất, quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng sự tự oxi hóa chất liệu tế bào.

Các quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Tùy theo từng loại VSV khác nhau quá mà quá trình sinh học hiếu khí nhân tạo được chia thành:

  • Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng
  • Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám

Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

  • Hồ sinh học hiếu khí

Ao, hồ sinh học hiếu khí là loại công trình mà ánh sáng có thể chiếu xuyên xuống dưới đáy ao hồ. Ở đây, quá trình quang hợp của tảo được thực hiện trong toàn bộ tầng nước nên sự khếch tán oxy qua bề mặt và quang hợp là yếu tố chính cung cấp oxy trong ao, hồ. Ao, hồ sinh học hiếu khí được chia làm 2 loại: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ nhân tạo (có sục khí).

hồ sinh học hiếu khí tự nhiên

hồ sinh học hiếu khí tự nhiên

  • Cánh đồng tưới và bãi lọc

Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc là 2 công nghệ độc lập, tuy nhiên trong một số điều kiện cụ thể thì hai công nghệ này kết hợp với nhau thành một dây chuyền công nghệ.  Thường thì cánh đồng lọc hỗ trợ cho cánh đồng tưới khi mà tới thời gian muốn giảm tưới và biến đất nghèo dinh dưỡng thành đất giàu dinh dưỡng.

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.

  • Bể bùn hoạt tính (bể hiếu khí Aerotank)

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

Bể bùn hoạt tính là một trong những phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp. Ưu điểm của bể này là dễ xây dựng và vận hành. Tuy nhiên do bể này sử dụng bơm để tuần hoàn bùn nhẳm ổn định lại nồng độ bùn hoạt tính ở trong bể nên khi vận hành dễ tốn năng lượng.

Nguyên lý làm việc của bể là quá trình sinh học xảy ra qua 3 giai đoạn:

  • Giai đoạn 1: tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi. Ở giai đoạn này, bùn hoạt tính được hình thành và phát triển. Các VSV được sinh trưởng mạnh dẫn đến lượng oxi tăng cao.
  • Giai đoạn 2: VSV phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi gần như không thay đổi. Và trong giai đoạn này, các chất hữu cơ bị phân hủy mạnh nhất.
  • Giai đoạn 3: tốc độ oxi hóa giảm dần và sau đó lại tăng lên. Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu cơ giảm dần và quá trình nitrat hóa amoniac xảy ra. Sau cùng, nhu cầu tiêu thụ oxi lại giảm và quá trình làm việc của aerotank kết thúc.

Sơ đồ hoạt động của bể Aerotank trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Cơ chế hoạt động của bể Aerotank trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Có nhiều loại bể bùn hoạt tính: bể bùn hoạt tính truyền thống, bể bùn hoạt tính tiếp xúc ổn định, bể bùn hoạt tính cấp khí kéo dài, bể bùn hoạt tính cấp khí giảm dần, bể bùn hoạt tính khuấy trộn hoàn toàn, bể bùn hoạt tính nạp nước thải theo bậc (cấp khí nhiều bậc).

  • 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 được bao phủ bởi lớp màng vi sinh vật. Các vi khuẩn trong màng sinh học thường có hoạt tính cao hơn vi khuẩn trong bùn hoạt tính. Màng sinh học hiếu khí là một hệ vi sinh vật tùy tiện.

Cấu tạo của bể lọc sinh học gồm các bộ phận chính: 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.

Bể lọc sinh học được chia làm 2 loại là: lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước và lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý trong thiết bị lọc sinh học: bản chất của chất hữu cơ ô nhiễm, vận tốc oxi hóa, cường độ thông khí, tiết diện màng sinh học, thành phần vi sinh….

  • Lọc sinh học nhỏ giọt

Bể lọc sinh học nhỏ giọt rất đa dạng, gồm các loại: lọc sinh học nhỏ giọt quay, biophin nhỏ giọt, bể lọc sinh học thô….  Bể thường có dạng hình trụ hay hình chữ nhật.

Thiết bị lọc nhỏ giọt thường bao gồm 5 phần chính: môi trường lọc đệm, bể chứa, hệ thống cung cấp nước thải, cống thoát ngầm và hệ thống thông gió.

Nước thải được đưa vào xử lý được phân thành các màng nhỏ chảy qua lớp vật liệu đệm sinh học, dưới tác dụng của các vi sinh vật phân hủy hiếu khí trên lớp màng vật liệu thì các chất hữu cơ bị phân hủy và loại bỏ.

lọc sinh học nhỏ giọt - xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

lọc sinh học nhỏ giọt – xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Ưu điểm của loại hình công nghệ này là: Ít tốn diện tích đất xây dựng, Chi phí đầu tư thấp , Quy trình vận hành đơn giản và hoàn toàn tự động

  • Đĩa quay sinh học

Là công trình của thiết bị xử lý nước thải bằng kỹ thuật màng lọc sinh học dựa trên sự gắn kết của VSV trên bề mặt của vật liệu. RBC khử BOD và nitrat rất hiệu quả, được sử dụng nhiều để xử lý nước thải chế biến thủy sản.

Trong quá trình vận hành, các VSV sẽ sinh trưởng gắn trên bề mặt đĩa và hình thành lớp màng mỏng nhầy trên bề mặt ướt của đĩa. Khi đĩa quay, thì các lớp màng vi sinh vật lần lượt tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và với không khí để hấp thụ oxi. Đĩa quay cũng là cơ chế để tách các chất rắn thừa ra khỏi bề mặt các đĩa nhờ lực ly tâm.

Cấu tạo đĩa quay sinh học tiếp xúc

Cấu tạo đĩa quay sinh học tiếp xúc – xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

  • Mương oxi hóa

Là một dạng aerotank cải tiến khuấy trộn hoàn chỉnh trong điều kiện hiếu khí kéo dài, nước chuyển động tuần hoàn trong mương.

Thường sử dụng với nước thải có độ nhiễm bẩn cao BOD20 từ 1000-5000 mg/l

Mương oxi hóa được chia làm 2 nhóm chính là liên tục và gián đoạn

Ưu điểm:

  • Mương oxi hóa đơn giản, chi phí vận hành thấp, chi phí đầu tư nhỏ hơn 2 lần so với bể lọc sinh học.
  • Hiệu quả xử lý BOD, nito, photpho cao
  • Ít bị ảnh hưởng bởi sự dao động lớn về chất lượng và lưu lượng.

Mương oxy hóa - xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Mương oxy hóa – xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

  • Bể hiếu khí gián đoạn SBR

Bể SBR là bể phản ứng làm việc theo mẻ dạng công trình xử lý bùn hoạt tính nhưng 2 giai đoạn sục khí và lắng được thực hiện trong cùng một bể, hoạt động theo chu kỳ gián đoạn. Hệ thống SBR là hệ thống xử lý sinh học nước thải chứa hợp chất hữu cơ và nito cao.

Các bước xử lý trong chu kỳ hoạt động được thực hiện như sau:

Bể SBR - xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Bể SBR – xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

  • Pha làm đầy (filling): nước thải được đưa vào bể SBR đủ một lượng đã quy định trước, nước thải vào sẽ mang một lượng thức ăn cho các vi khuẩn trong bùn hoạt tính, tạo môi trường có các phản ứng sinh hóa xảy ra. Nước đưa vào bể có thể làm việc theo 3 chế độ: làm đầy tĩnh, khuấy trộn hoặc thông khí.
  • Pha sục khí (khử BOD) (reaction): các quá trình nitrit hóa, nitrat hóa và phân giải các hợp chất hữu cơ được tiến hành nhờ vào việc cung cấp khí trong bể. Trong pha này còn xảy ra quá trình nitrat hóa, amoniac trong nước thải sẽ được chuyển hóa thành nitrit và nitrat.
  • Pha lắng trong (settling): sau khi quá trình oxi hóa xảy ra, các thiết bị sục khí ngừng hoạt động, quá trình lắng được diễn ra trong môi trường tĩnh hoàn toàn. Bông bùn được lắng xuống đáy bể và nước nổi lên trên tạo lớp màng phân các bùn và đặc trưng, đồng thời sẽ xảy ra quá trình phản nitrat, nitrat và nitrit được tạo ra ở pha trên sẽ bị khử nito.
  • Xả cặn dư và xả nước ra (discharge): nước nổi trên bề mặt sau một thời gian lắng sẽ được tháo ra khỏi bề SBR , lượng cặn dư cũng được xả ra theo.
  • Chờ tiếp nhận nước thải mới, thời gian chờ có thể phụ thuộc vào thời gian vận hành.

Ưu và nhược điểm của công nghệ SBR:

Ưu điểm:

  • Không cần bể lắng và tuần hoàn bùn
  • Trong pha làm đầy, bể SBR đóng vai trò như bể cân bằng vì vậy bể SBR có thể chịu được tải trọng cao và sốc tải.
  • Ít tốn diện tích xây dựng do các quá trình cân bằng cơ chất, xử lý sinh học và lắng được thực hiện trong cùng một bể.
  • TSS đầu ra thấp, hiệu quả khử photpho, nitrat hóa và khử nitrat hóa cao.
  • Quá trình kết bông tốt do không có hệ thống gạt bùn cơ khí.
  • Hệ thống có điều khiển hoàn toàn tự động.
  • Chi phí đầu tư và vận hành thấp.
  • Dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng thiết bị (các thiết bị ít) mà không cần phải tháo nước cạn bể. Chỉ tháo nước khi bảo trì các thiết bị như: cánh khuấy, mô-tơ, máy thổi khí, hệ thống thổi khí.
  • Có thể hạn chế được sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi thông qua việc điều chỉnh tỷ số F/M và thời gian thổi khí trong quá trình làm đầy.
    Nhược điểm:
  • Nếu như quá trình lắng bùn xảy ra sự cố thì sẽ dẫn bùn trôi ra theo đường ống.
  • Người vận hành phải có kỹ thuật cao.
  • Có thể xảy ra quá trình khử nitrat trong pha lắng nếu thời gian lưu bùn dài. Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng bùn nổi do bị khí nito đẩy lên và xảy ra nghiêm trọng vào những ngày có nhiệt độ cao.
  • Bể Unitank

Hệ thống xử lý nước thải Unitank là một khối bể được chia làm 3 ngăn, thông thủy với nhau bằng cửa mở ở phần tường chung. Hoạt động của bể gồm 2 pha chính và 2 pha trung gian. Trong mỗi ngăn sẽ có máy sục khí và cánh khuấy, 2 ngăn ngoài có hệ thống máng tràn nhằm thực hiện cả 2 chức năng là sục khí và lắng.

Unitank - xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

Unitank – xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

  • Giai đoạn chính thứ nhất:

Nước thải được đưa vào ngăn số 1 và được sục khí tại đây. Nước sẽ được hòa trộn với bùn hoạt tính, các chất hữu cơ sẽ được hấp thụ và phân hủy một phần. Sau đó nước thải sẽ tiếp tục được đưa vào ngăn số 2 và ngăn này tiếp tục được sục khí. Cuối cùng nước thải được đưa vào ngăn số 3 trong điều kiện tĩnh và bùn sẽ được lắng xuống đáy bể và nước trong sẽ được chảy ra ngoài máng tràn.

  • Giai đoạn trung gian thứ nhất

Mỗi pha chính sẽ được tiếp nối bằng một pha trung gian. Tại đây nước thải sẽ được đưa vào ngăn số 2 và được sục khí, trong khi đó ngăn 1 và 3 đóng vai trò là ngăn lắng. Trong thời gian này, pha chính tiếp theo (với hướng chảy ngược lại) sẽ được chuẩn bị để đảm cho quá trình phân tách bùn và nước trong tốt.

  • Giai đoạn chính thứ hai

Lúc này nước thải sẽ được đưa và từ ngăn thứ 3 và được sục khí tại đây. Sau đó nước thải sẽ được đưa và ngăn số 2 và tiếp tục sục khí. Cuối cùng nước thải được đưa vào ngăn thứ nhất trong điều kiện tĩnh và ngăn này đóng vai trò là ngăn lắng, lúc này bùn sẽ được lắng xuống đáy bể và nước trong sẽ chảy ra ngoài theo máng tràn.

  • Giai đoạn trung gian thứ hai

Ở giai đoạn này, nước thải sẽ được đưa vào ngăn thứ 2 và sục khí, ngăn thứ nhất và thứ 3 đóng vai trò là ngăn lắng nhưng lúc này ngăn thứ nhất sẽ ở cuối quá trình lắng. Giai đoạn này chuẩn bị cho hệ thống bước vào giai đoạn chính thứ nhất và bắt đầu cho chu trình mới

Ưu điểm của loại hình công nghệ này là:

  • Tích hợp được các công đoạn Anoxic, hiếu khí và lắng vào trong 1 công trình xử lý giúp tiết kiệm được diện tích xây dựng.
  • Không cần hệ thống bơm bùn hồi lưu giúp tiết kiệm được điện năng, giảm chi phí vận hành.
  • Có thể sử dụng hệ thống phân phối khí theo kiểu nổi hoặc chìm.
  • Cùng tạo ra các quá trình hiếu khí – thiếu khí – kỵ khí trong cùng một chu trình giúp xử lý tốt được các hợp chất nito trong nước thải.
  • Bể Biofor

Bể lọc sinh học hiếu khí biofor là hệ thống lọc sinh học với vi khuẩn hiếu khí có dòng khí – nước dâng lên. Công trình xử lý này sử dụng bùn hoạt tính để chuyển hóa các chất hữu cơ (chất gây ô nhiễm) thành các chất vô cơ (chất không gây ô nhiễm).

Nguyên tắc hoạt động của bể biofor: Nước thải chảy liên tục vào đáy bể và được phân phối đều lên trên nhờ hệ thống đĩa thổi khí đặt dưới đáy bể. Sau đó, nước đi qua lớp vật liệu lọc Biolite và ở đây, các thành phần cặn lơ lửng có trong nước thải được giữ lại. Các chất hữu cơ bị loại bởi lượng vi sinh vật có nồng độ cao bám dính trên lớp vật liệu tiếp xúc trong cả quá trình lọc.

Việc thiết kế dòng nước thải đi từ dưới lên giúp hạn chế phát sinh mùi. Nước thải sau khi ra khỏi hệ thống có hàm lượng BOD –COD giảm 85-90%.

Những đặc điểm của của loại hình kỹ thuật này là:

  • Loại bỏ BOD5 của chất thải chứa nồng độ nhỏ hơn 300 mg/l
  • Giữ lại huyền phù của chất thải có nồng độ nhỏ hơn 150 mg/l
  • Loại bỏ amoniac bằng oxi hóa
  • Khử nitrat của nước chứa nitrat bằng không khí nén

Mô hình bể biofor - xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Mô hình bể biofor – xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

 

Liên hệ công ty Hòa Bình Xanh

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí
5 (100%) 5 votes

Tags: , , ,

Tin tức khác