Xử lý sinh học hiếu khí
2.1.1. Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa [7]
Người ta sử dụng các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải sinh hoạt cũng như nước thải sản xuất khỏi nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ như H2S, các sunfit, amoniac, nitơ...
Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của VSV để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. VSV sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ VSV gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa.
Để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa, các chất hữu cơ hòa tan, cả các chất keo phân tán nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế bào của VSV. Theo quan điểm hiện đại nhất, quá trình xử lý nước thải gồm ba giai đoạn:
(1). Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào VSV do khuếch tán, đối lưu và phân tử.
(2). Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch tán do sự chênh lệch nồng độ ở trong và ngoài tế bào.
(3). Quá trình chuyển hóa các chất ở trong tế bào VSV với sự sản sinh năng lượng và quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng lượng.
Các giai đoạn trên có quan hệ rất chặt chẽ với nhau và quá trình chuyển hóa các chất đóng vai trò chính trong quá trình xử lý nước thải.
Các hợp chất hóa học trải qua nhiều phản ứng chuyển hóa khác nhau trong nguyên sinh chất của tế bào. Phương trình tổng quát các phản ứng tổng của quá trình oxy hóa sinh hóa ở điều kiện hiếu khí có dạng như sau:
29
enzim men vsv
men vsv vsv
men vsv
Trong phản ứng trên, CxHyOzN là tất cả các chất hữu cơ của nước thải, còn C5H7NO2 là công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào VSV, ΔH là năng lượng.
Phản ứng (2.1) là phản ứng oxy hóa các chất hữu cơ để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào, còn phản ứng (2.2) là phản ứng tổng hợp xây dựng tế bào. Lượng oxy tiêu tốn cho các phản ứng này là tổng BOD của nước thải.
Nếu tiếp tục tiến hành quá trình oxy hóa thì khi không đủ chất dinh dưỡng, quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng oxy hóa chất liệu tế bào (tự oxy hóa):
Như vậy, nước thải có thể được xử lý bằng phương pháp sinh học sẽ được đặc trưng bởi các chỉ tiêu BOD hặc COD. Để có thể xử lý bằng phương pháp này nước thải sản xuất cần không chứa các chất độc và tập chất, các muối kim loại nặng hoặc nồng độ của chúng không được vượt quá nồng độ cực đại cho phép và có tỷ số BOD/COD ≥ 0,5.