Quá Trình Xử Lý Nước Thải Bằng Phương Pháp Sinh Học

Các quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học được áp dụng khi xử lý loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan và lơ lửng trong nước thải thường được áp dụng dụng để loại bỏ các thành phần ô nhiễm khác có trong nước thải bao gồm cặn lơ lửng, nitơ, photpho, kim loại nặng. Trong nội dung bên dưới, Môi trường Hợp Nhất mời các bạn cùng tìm hiểu chi tiết hơn về quá trình này.

Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học diễn ra như thế nào?

Các quá trình sinh học có thể được phân loại theo:

• Chế độ hoạt động liên tục hay theo mẻ;
• Điều kiện về thế oxy hóa khử của môi trường;
• Màng lọc hay bùn hoạt tính.

Trong điều kiện môi trường thích hợp, các vi sinh vật sẽ sử dụng các chất hữu cơ là cơ chất và oxy để tạo sinh khối. Các vi sinh vật thu nhận năng lượng và vật liệu cellular từ quá trình oxy hóa các chất hữu cơ này và có thể thực hiện trong môi trường hiếu khí hay yếm khí.

Công trình xử lý sinh học thường hoạt động liên tục trong trường hợp công suất lớn và liên tục. Còn trong trường hợp công suất bé hơn như xử lý nước thải thì thường áp dụng các quá trình hoạt động theo mẻ.

Điều kiện về thế oxi hóa khử có thể là hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí. Quá trình xử lý nhằm loại bỏ chất hữu có có thể vừa là hiếu khí (aerobic) hoặc kỵ khí (anaerobic). Hệ thống thiếu khí (anoxic) thường được áp dụng để loại bỏ chất dinh dưỡng (Nitơ).

Trong cả hai hệ thống hiếu khí và thiếu khí, oxy là chất nhận diện (hay còn gọi là chất oxy hóa) và ở dạng tự do oxy hòa tan (ở hệ hiếu khí) hay ở dạng hợp chất với Nitơ (hệ thiếu khí). Quá trình kỵ khí diễn ra ở điều kiện hoàn toàn không có oxy. Nói chung quá trình kỵ khí tạo ra ít năng lượng hơn quá trình hiếu khí, do đó công trình thường có thể tích lớn hơn.

Quá trình bùn hoạt tính dựa trên các vi sinh vật lơ lửng tự do trong nước. Việc tiếp xúc giữa vi sinh vật với nước thải có được liên tục hay không sẽ phụ thuộc vào việc khuấy trộn trong các bể phản ứng. Một lợi thế của quá trình bùn hoạt tính là khả năng kiểm soát thời gian lưu trữ bùn (vi sinh vật).

Quá trình màng vi sinh vật dính bám có vi sinh vật có thể phát triển trên những vật liệu lọc. Khi nước thải thấm lọc qua lớp vật liệu này thì sẽ tiếp xúc với các vi sinh vật. Cả hai hệ thống này cần phải có công trình bể lắng (bể lắng đợt 2) để tách sinh khối vi sinh vật ra khỏi nước. Hầu hết tất cả các hệ thống MBR dựa trên nguyên tắc bùn hoạt tính lơ lửng.

Đôi nét về các vi sinh vật và vi khuẩn xử lý nước thải

Các quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học phụ thuộc rất nhiều và loại vi sinh vật. Các vi khuẩn có vai trò thiết yếu bao gồm chuyển hóa các hợp chất hữu cơ hòa tan hoặc ở dạng cặn không tan thành sinh khối và các sản phẩm khí, chuyển hóa Amoni thành Nitrat (quá trình Nitrat hóa – Nitrification) và chuyển hóa Nitrat thành khí Nitơ (quá trình khử Nitơ – Denitrification). Các dạng bậc cao của vi sinh vật như Protozoa hay rotifier đóng vai trò quan trọng trong việc tiêu thụ chất hữu cơ không tan gồm cả xác vi khuẩn. Các nghiên cứu về MBR chỉ ra rằng bể MBR có thời gian lưu thủy lực 20 ngày. Một nghiên cứu khác cho thấy số lượng vi sinh vật nguyên sinh trong bể MBR có màng đặt ngập thì nhiều hơn so với quá trình bùn hoạt tính mặc dù đều có thời gian lưu nước như nhau.

Các vi sinh vật có thể phân loại dựa theo điều kiện môi trường thích hợp với sự phát triển của chúng hoặc theo nguồn năng lượng hay nguồn cacbon để tổng hợp sinh khối. Các vi khuẩn dị dưỡng (heterotrophs) sử dụng các chất các bon hữu cơ làm nguồn năng lượng và nguồn cacbon để tổng hợp sinh khối. Các vi khuẩn này chịu trách nhiệm xử lý các chất hữu cơ (BOD) trong các công trình xử lý nước thải. Vi khuẩn tự dưỡng (autotrophs) sử dụng các phản ứng vô cơ để thu năng lượng, ví dụ các phản ứng oxy hóa sắt (II) thành sắt (III) và nhận các bon từ các chất vô cơ, ví dụ CO2. Các vi khuẩn tham gia quá trình Nitrat hóa, khử sunfat và lên men kỵ khí tạo khí metan là những vi khuẩn tự dưỡng. Về cơ bản, vi khuẩn tự dưỡng không thu năng lượng một cách hiệu quả như vi khuẩn dị dưỡng và do đó sinh trưởng với tốc độ chậm hơn.

Điều kiện môi trường quan trọng với sự phát triển của vi sinh vật là lượng các chất rắn hòa tan (TDS), pH và nhiệt độ. Hầu hết các vi sinh vật chỉ có thể hoạt động hiệu quả trong dung dịch pha loãng, ở nhiệt độ bình thường và pH trung hòa. Một số loại vi sinh vật có thể phát triển trong các điều kiện đặc biệt, ví dụ: Thiobacillus (pH 1,5 – 2). Hệ thống màng kết hợp với bể sinh học có thể cho phép quá trình phân hủy chất hữu cơ trong dòng nước thải mà các vi sinh vật rất khó tồn tại trong đó.

Tóm lại có thể thấy quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó vi sinh vật chính là nhân tố quan trọng nhất.

Cảm ơn bạn đã dành thời gian theo dõi bài viết, nếu có bất kỳ nội dung cần bổ sung hoặc góp ý, hãy đừng ngần lại để lại bình luận để Môi trường Hợp Nhất đưa đến nội dung hoàn chỉnh hơn đến quý bạn đọc. Hẹn gặp lại bạn ở những chủ đề tiếp theo.