CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHỨA NITƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
3.3.1Các hệ thống sinh học hiếu khí 1 Bùn hoạt tính
3.3.1.1 Bùn hoạt tính
Quá trình bùn hoạt tính hay bể hiếu khí (aerotank) là quá trình xử lý sinh học hiếu khí, trong đĩ nồng độ cao các vi sinh vật mới được tạo thành được trộn đều với nước thải. Quy trình xử lý nước thải bằng bùn họat tính được thực hiện với phạm vi ứng dụng rộng rãi xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải cơng nghiệp.
Bùn hoạt tính bao gồm các vi sinh vật sống kết lại thành dạng hạt hoặc dạng bơng với trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng (40%). Chất nền trong bùn hoạt tính cĩ thể đến 90% là chất rắn của rêu, tảo và các phần sĩt rắn khác nhau. Bùn hiếu khí ở dạng bơng bùn vàng nâu, dễ lắng và hệ keo vơ định hình và bùn kỵ khí ở dạng bơng và hạt màu đen. Nhũng vi sinh vật sống trong bùn là vi khuẩn đơn bào hoặc đa bào, nấm, xạ khuẩn, các động vật nguyên sinh, động vật hạ đẳng. Vai trị cơ bản trong quá trình tự làm sạch nước thải của bùn hoạt tính là vi khuẩn. Hệ vi sinh vật đặc trưng trong bùn họat tính như Bacillus, Pseudomonas, Achrobacter, hổn hợp các vi khuẩn khác như E. coli, Micrococus .
Phần lớn các vi sinh vật trên đều cĩ khả năng xâm chiếm và bám dính trên bề mặt vật rắn khi cĩ cơ chất, muối khống và oxy tạo nên màng sinh học dạng nhầy cĩ màu thay đổi theo thành phần nước thải. Trên lớp màng sinh học cĩ chứa hàng tỷ tế bào vi khuẩn nấm men, nấm mốc... Tuy nhiên khác với hệ trong bùn hoạt tính thành phần lồi và số lượng các lồi sinh vật tương đối đồng nhất.
Giai đoạn 1: bùn hoạt tính thành phần và phát triển. Lúc này cơ chất và chất và chất dinh dưỡng đang rất phong phú, sinh khối bùn cịn ít. Theo thời gian, quá trình thích nghi của vi sinh vật tăng, chúng sinh trưởng theo cấp số nhân, sinh khối bùn tăng mạnh.Vì vậy, lượng oxy tiêu thụ tăng dần, vào cuối thời giai đọan này rất cao.Tốc độ tiêu thụ tăng dần, vào cuối giai đoạn này cĩ khi gấp 3 lần ở giai đoạn 2. Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu cơ tăng dần.
Giai đoạn 2: Vi sinh vật phát triển ổn định, hoạt lực enzyme đạt tối đa và kéo dài trong thời gian tiếp theo. Tốc độ phân hủy chất hữu cơ đạt tối đa, các chất hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất. Tốc độ tiêu thụ oxy gần như khơng thay đổi trong một thời gian khá dài.
Giai đoan 3: Tốc độ tiêu thụ oxy cĩ chiều hướng giảm dần và sau đĩ lại tăng lên. Tốc độ phân hủy chất hữu cơ giảm dần và quá trình nitrat hĩa ammoniac xảy ra. Sau cùng, nhu cầu tiêu thụ oxy lại giảm và quá trình làm việc của aerotank kết thúc.
Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí 3.3.1.2 Lọc sinh học.
Thiết bị lọc sinh học là thiết bị được bố trí đệm và cơ cấu phân phối nước thải cũng như khơng khí. Trong thiết bị lọc sinh học, nước thải được lọc qua lớp vật liệu bao phủ bởi lớp màng vi sinh vật. Các vi khuẩn trên màng sinh học thường cĩ hoạt tính cao hơn vi khuẩn trong bùn hoạt tính. Màng vi sinh hiếu khí là một hệ vi sinh
Bùn dư Bùn hoạt tính Không khí Nước thải Nước sạch
tùy tiện. Ở ngồi cùng là lớp vi sinh vật hiếu khí mà dễ thấy là trực khuẩn Bacillus ở
giữa là các vi khuẩn tùy tiện như Pseudomonas, Micrococus và Desulfovibrio. Phần cuối cùng của màng là các động vật nguyên sinh và một số vi sinh vật khác. Vi sinh trong màng sinh học sẽ oxy hĩa các hợp chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Như vậy, các chất hữu cơ được tách ra khỏi nước, cịn khối lượng màng vi sinh vật tăng lên. Màng vi sinh vật chết được cuốn trơi theo nước và đưa ra khỏi thiết bị lọc sinh học.
Vật liệu đệm là vật liệu cĩ độ xốp cao, khối lượng riêng nhỏ và diện tích bề mặt lớn như sỏi, xơ dừa..Màng vi sinh vật đĩng vai trị tương tự như bùn hoạt tính, hấp thụ và phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Tuy nhiên, vận tốc oxy hĩa trong thiết bị lọc sinh học thấp hơn aerotank.
Phần lớn các vi sinh vật cĩ khả năng xâm chiếm bề mặt vật rắn nhờ polymer ngoại bào, tạo thành một lớp nhầy. Quá trình diễn ra rất phức tạp. Ban đầu, oxy và thức ăn được vận chuyển tới bề mặt lớp màng. Lúc này, bề mặt lớp màng cịn tương đối nhỏ, oxy cĩ khả năng xuyên thấu vào trong tế bào. Theo thời gian bề dầy lớp màng tăng lên, dẫn tới việc bên trong màng hình thành một lớp kỵ khí nằm dưới lớp hiếu khí. Khi chất hữu cơ khơng cịn, các tế bào bị phân hủy, trĩc thành từng mảng, cuốn theo dịng nước.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý trong thiết bị lọc sinh học là bản chất của chất hữu cơ ơ nhiễm, vận tốc oxy hĩa, cường độ thống khí, tiết diện màng sinh học, thành phần vi sinh vật….