Quy trình xử lý nước thải sinh học

Với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp và đẩy mạng sản xuất đã đem lại hiệu quả không nhỏ cho nền kinh tế của đất nước, tuy nhiên bên cạnh đó luôn tồn tại các vấn đề nhức nhối đi kèm, tiêu biểu phải kể đến việc môi trường đang ngày càng ô nhiễm, đặc biệt là việc xử lý nguồn nước thải.
Có rất nhiều phương pháp xử lý nguồn nước bị ô nhiễm hiện nay, mỗi phương pháp lại bao gồm những quá trình xử lý nước thải công nghiệp riêng, dưới đây chúng tôi xin giới thiệu một trong những cách xử lý nước thải phổ biến nhất đó là phương pháp sinh học. Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như một số chất vô cơ như H2S, Sunfit, ammonia, Nito… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất để làm thức ăn. Một cách tổng quát, phương pháp xử lý sinh học có thể phân thành 2 loại:
– Phương pháp kị khí sử dụng nhóm vi sinh vật kị khí, hoạt động trong điều kiện không có oxy.
– 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 hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Để thực hiện quá trình này, các chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo 3 giai đoạn chính như sau:
– Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng đến bề mặt tế bào vi sinh vật.
– Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào.
– Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế bào mới.
Tốc độ quá trình oxy hóa sinh hóa phụ thộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng các tạp chất và mức độ ổn định của lưu lượng nước thải vào hệ thống xử lý. Ở mỗi điều kiện xử lý nhất định, các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hoá là chế độ thủy động, hàm lượng oxy trong nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng và các yếu tố vi lượng.
Trong mỗi quá trình chất thải sẽ được đưa vào các bể riêng biệt được xây dựng từ trước kết hợp với sự phát triển tiên tiến của khoa học công nghệ, chất thải và nguồn nước thải ô nhiễm sẽ được đưa vào bể tự động và khép kín hoàn toàn theo hệ thống bom chim nuoc thai như máy bơm chìm Tsurumi, một số dòng máy bơm nước thải chịu được tính axit ăn mòn nhẹ, một số dòng có thể cắt nhỏ rác… điểm chung của các dòng máy bơm nước thải Tsurumi này là có khớp nối tự động và có thể lắp đặt tự động nhờ phao điện… Nước thải và chất thải sau khi xử lý xong ở bể này sẽ được bơm hút qua bể khác tiếp tục chu trình xử lý, do đó tiết kiệm tối đa được công sức và thời gian cho con người.
* Phương pháp kỵ khí:
Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:
Vi sinh vật
Chất hữu cơ ——————> CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới
Một cách tổng quát quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn:
– Giai đoạn 1: thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử;
– Giai đoạn 2: acid hóa;
– Giai đoạn 3: acetate hóa;
– Giai doạn 4: methan hóa.
Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử như proteins, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin,…trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn, và chất béo thành các acid béo. Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2. Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic acid, propionic acid và lactic acid. Bên cạnh đó, CO2 và H2, methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrate. Vi sinh vật chuyển hóa methan chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như CO2 + H2, formate, acetate, methanol, methylamines, và CO.
Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia quá trình xử lý kỵ khí thành:
– Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process), quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB);
– Qúa trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình lọc kỵ khí (Anaerobic Filter Process).
* Phương pháp hiếu khí:
Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn:
– Oxy hóa các chất hữu cơ;
– Tổng hợp tế bào mới;
– Phân hủy nội bào.
Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tùy 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 để khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân hủy hiếu khí. Trong số các quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến nhất.
– Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate với màng cố định.