Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí

1. Giới thiệu

1.1. Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải cũng như một số chất ô nhiễm vô cơ khác như H₂S, Sunfit, Ammonia,… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển.

1.2. Phân loại

Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học được chia làm 2 loại:

• Công nghệ sinh học kỵ khí.
• Công nghệ sinh học hiếu khí.

2. Công nghệ sinh học hiếu khí (Aerobic biological technology)

Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá.

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau:

Giai đoạn 1: Oxy hoá các chất hữu cơ:

• C_xH_yO_zN + O₂ => xCO₂ + H₂O + NH₃

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

• C_xH_yO_zN + NH₃ + O₂ => xCO₂ + C₅H₇NO₂

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

• C₅H₇NO₂+ 5O₂ => xCO₂ + H₂O

• NH₃ + O₂ => HNO₂ + O₂ => HNO₃

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

Hình 1. Nguyên lý công nghệ sinh học hiếu khí

Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Tuỳ theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:

• Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng: chủ yếu được sử dụng khử chất hữu cơ chứa carbon.
• Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám.

3.1. Công nghệ xử lý nước thải bùn hoạt tính hiếu khí (Activated Sludge Process)

Bùn hoạt tính (Activated sludge) là những quần thể sinh vật, vi sinh vật bao gồm: vi khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh và các loại động vật không xương, động vật bậc cao khác (giun, dòi, bọ). Các sinh vật này sử dụng các chất hữu cơ trong nước thải làm chất dinh dưỡng, vì thế sẽ loại bỏ các chất hữu cơ độc hại ra khỏi nước thải.

Hình 2. Bùn hoạt tính trong xử lý nước thải

Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân huỷ xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng.

Bản chất của phương pháp là phân huỷ sinh học hiếu khí với cung cấp oxy cưỡng bức và mật độ vi sinh vật được duy trì cao (2000 mg/l – 5000 mg/l do vậy tải trọng phân huỷ hữu cơ cao và cần ít mặt bằng cho hệ thống xử lý. Tuy nhiên hệ thống có nhược điểm là cần nhiều thiết bị (máy thổi khí, bộ phối khí, bơm ly tâm,thiết bị đo DO …) và tiêu hao nhiều năng lượng.

Tốc độ sử dụng oxy hoà tan trong bể bùn hoạt tính phụ thuộc vào:

• Tỷ số giữa lượng thức ăn và lượng vi sinh vật.
• Nhiệt độ.
• Tốc độ sinh trưởng và hoạt động sinh lý của vi sinh vật.
• Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất.
• Lượng các chất cấu tạo tế bào.
• Hàm lượng oxy hoà tan (DO).

Một thông số quan trọng trong quá trình này đó là DO – Dissolved Oxygen. DO là lượng oxy hoà tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật thường được tạo ra do sự hoà tan từ khí quyển hoặc do quang hợp của tảo. Nồng độ oxy tự do trong nước nằm trong khoảng 8 – 10 mg/l và dao động mạnh phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phân huỷ hoá chất, sự quang hợp của tảo,… Khi nồng độ DO thấp, các loài sinh vật nước giảm hoạt động hoặc bị chết.

Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải được đưa vào hệ thống cần có :

• Hàm lượng SS (Suspended Solids) không vượt quá 150 mg/l.
• pH trong từ 6,5 đến 8,5.
• Nhiệt độ từ 10°C đến 40°C.
• Tổng hàm lượng muối hòa tan TDS (Total Dissolved Solids) không quá 15 g/l.
• Nồng độ oxy hòa tan DO (Dissolved Oxygen) từ 2 đến 4 mg/l.

Kết luận: Bản chất của xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học là phân huỷ các chất ô nhiễm hữu cơ nhờ vi sinh vật. Tuỳ thuộc vào bản chất cung cấp không khí, các phương pháp phân huỷ sinh học có thể phân loại xử lý hiếu khí, kị khí hoặc tuỳ tiện. Để đạt được hiệu quả phân huỷ sinh học các chất ô nhiễm hữu cơ cao cần bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết như nitơ, phốt pho và có thể một vài nguyên tố hiếm. Phương pháp xử lý sinh học được áp dụng tương đối rộng do chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp.

Trên đây là công nghệ xử lý nước thải bùn hoạt tính hiếu khí của nhà máy TransAsia TanTec.

Cám ơn các bạn đã đọc bài viết./.