Thực chất của biện pháp sinh học để xử lý nước thải là sử dụng khả
năng sống và hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất bền hữu cơ trong nước thải. Chúng sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận
được các chất làm vật liệu để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối được tăng lên.
Phương pháp này thường được sử dụng để làm sạch các loại có chứa các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ, keo. Do vậy, chúng thường được dùng sau khi loại các tạp chất phân tán thô ra khỏi nước thải.
Đối với các chất hữu cơ có trong nước thải thì phương pháp này dùng để
khử các hợp chất sunfit, muối amoni nitrat - tức là các chất chưa bị oxy hóa hoàn toàn. Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy sinh hóa các chất bẩn sẽ là CO2, H2O, N2, SO42-,…Các nghiên cứu cho thấy vi sinh vật có thể phân hủy tất cả các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và rất nhiều chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo ( trang 38-39, [3]).
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học gồm các phương pháp sau: _ Phương pháp hiếu khí.
_ Phương pháp kỵ khí. _ Phương pháp thiếu khí.
Tùy điều kiện cụ thể nhưđịa hình, tính chất và khối lượng nước thải, khí hậu, mặt bằng nơi cần xử lý, kinh phí cho phép với công nghệ thích hợp, người ta sẽ chọn một trong những phương pháp trên hay kết hợp với nhau ( trang 80, [11]).
Các phương pháp này có những ưu điểm sau:
_ Có thể xử lý nước thải có phổ nhiễm bẩn các chất hữu cơ tương đối rộng.
_ Hệ thống có thể tự điều chỉnh theo phổ các chất nhiễm bẩn và nồng
độ của chúng.
_ Thiết kế và trang thiết bịđơn giản.
Đồng thời chúng cũng có những nhược điểm sau: _ Đầu tư cơ bản cho việc xây dựng khá tốn kém.
_ Phải có chếđộ công nghệ làm sạch đồng bộ và hoàn chỉnh.
_ Các chất hữu cơ khó phân hủy cũng như các chất vô cơ có độc tính
ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả làm sạch. Các chất có độc tính tác động
đến quần thể sinh vật nói chung và trong bùn hoạt tính làm giảm hiệu suất xử lý của quá trình.
_ Có thể phải làm loãng nước thải có nồng độ chất bẩn cao, như vậy sẽ
làm tăng lượng nước thải và cần diện tích mặt bằng rộng.
Tuy vậy, các phương pháp sinh học vẫn được dùng phổ biến rộng rãi và tỏ ra rất thích hợp cho quá trình làm sạch nước thải chứa các chất hữu cơ dễ
phân hủy ( trang 298-299, [1]).
I.1. Các phương pháp hiếu khí:
a. Nguyên tắc:
Phương pháp hiếu khí dùng để loại các chất hữu cơ dễ bị vi sinh phân hủy ra khỏi nguồn nước. Các chất này được các loại vi sinh hiếu khí oxy hóa bằng oxy hòa tan trong nước.
Chất hữu cơ + O2 vi sinh vật H2O + CO2 + Năng lượng.
Chất hữu cơ + O2 vi sinh vật Tế bào mới.
Tổng cộng: Chất hữu cơ + O2 H2O + CO2 + NH3 + …
Trong phương pháp hiếu khí amoniac cũng được loại bỏ bằng oxy hóa nhờ vi sinh tự dưỡng ( quá trình nitrit hóa ). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2 NH4+ + 3 O2 Nitrosomonas 2 NO2- + 4 H+ + 2 H2O + Năng lượng. 2 NO2- + O2 Nitrobacter 2 NO3- Tổng cộng: NH4+ + 2 O2 Vi sinh NO3- + 2 H+ + H2O + Năng lượng. ( giảm pH )
Điều kiện thích hợp cho quá trình là: pH= 5,5 - 9,0, oxy hòa tan lớn hơn hoặc bằng 0,5 mg/l, nhiệt độ 5-400C.
b. Kỹ thuật xử lý nước thải theo phương pháp hiếu khí: ¾ Kỹ thuật bùn hoạt tính:
Đây là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải đô thị và công nghiệp. Theo cách này, nước thải được đưa ra bộ phận chắn rác, loại rác, chất rắn được lắng, bùn được tiêu hủy và làm khô.
Một dạng cải tiến của phương pháp bùn hoạt tính là phương pháp “thông khí tăng cường” gần đây được sử dụng tại nhiều nước phát triển dưới tên gọi là “mương oxy hóa”. Trong hệ thống này có thể bỏ qua các giai đọan lắng bước một và tiêu hủy bùn. Tuy nhiên quá trình này lại cần biện pháp thông khí kéo dài với cường độ cao hơn.
¾ Ao ổn định nước thải:
Phương pháp xử lý sinh học đơn giản nhất là kỹ thuật “ổn định nước thải”. Đó là một loại ao chứa nước trong nhiều ngày phụ thuộc vào nhiệt
độ, oxy được tạo ra qua hoạt động tự nhiên của tảo trong ao. Cơ chế xử lý trong ao ổn định chất thải bao gồm cả hai quá trình hiếu khí và kị khí.
_ Ao ổn định chất thải hiếu khí: là loại ao cạn cỡ 0,3-0,5m được thiết kế sao cho ánh sáng mặt trời thâm nhập vào lớp nước nhiều nhất làm phát triển tảo do hoạt động quang hợp để tạo oxy. Điều kiện không khí bảo đảm từ
mặt ao đến đáy ao.
_ Ao ổn định chất thải kỵ khí: là loại ao sâu không cần oxy hòa tan cho hoạt động vi sinh. Ở đây các loại vi sinh kỵ khí và vi sinh tùy nghi dùng oxy từ các hợp chất như nitrat, sunfat để oxy hóa chất hữu cơ thành mêtan và CO2. Như vậy các ao này có khả năng tiếp nhận khối lượng lớn chất hữu cơ và không cần quá trình quang hợp tảo. Ao ổn định chất thải tùy nghi là loại ao hoạt
động theo cả quá trình kỵ khí và hiếu khí. Ao thường sâu từ 1-2m, thích hợp cho việc phát triển tảo và các vi sinh tùy nghi. Ban ngày khi có ánh sáng, quá trình xảy ra trong ao là hiếu khí. Ban đêm ở lớp đáy ao quá trình chính là kỵ khí.
Ao ổn định chất thải tùy nghi thường được sử dụng nhiều hơn hai loại trên. Ngoài ba loại ao trên, theo phương pháp “ ao ổn định chất thải ” người ta còn kết hợp với các loại ao nuôi cá, ao thủy thực vật ( ao rau muống, lục bình ). Để tăng cường hiệu quả xử lý nước thải, ta nên kết nối các loại ao với nhau.
I.2. Các phương pháp thiếu khí ( anoxic ):
Trong điều kiện thiếu oxy hòa tan việc khử nitrit hóa sẽ xảy ra. Oxy
được giải phóng từ nitrat sẽ oxy hóa chất hữu cơ và nitơ sẽđược tạo thành. NO3- vi sinh NO2- + O2
O2 Chất hữu cơ N2 + CO2 + H2O
Trong hệ thống xử lý theo kỹ thuật bùn hoạt tính sự khử nitrit hóa sẽ
xảy ra khi không tiếp tục thông khí. Khi đó oxy cần cho hoạt động của vi sinh giảm dần và việc giải phóng oxy từ nitrit sẽ xảy ra. Theo nguyên tắc trên, phương pháp thiếu khí ( khử nitrit hóa ) được sử dụng để loại nitơ ra khỏi nước thải.
I.3. Các phương pháp kỵ khí:
Phương pháp xử lý kỵ khí dùng để loại bỏ các chất hữu cơ có trong phần cặn của nước thải bằng vi sinh vật tùy nghi và vi sinh vật kỵ khí.
_ Lên men acid thủy phân và chuyển hóa các sản phẩm thủy phân ( như acid béo, đường ) thành các acid và rượu mạch ngắn hơn và cuối cùng thành khí cacbonic.
_ Lên men metan: Phân hủy các chất hữu cơ thành metan ( CH4 ) và khí cacbonic ( CO2 ). Việc lên men metan nhạy cảm với sự thay đổi pH, pH tối ưu cho quá trình từ 6,8-7,4. Thí dụ về phản ứng metan hóa:
CH3COOH Methanosarcina CH4 + CO2
2 CH2(CH2)COOH M.Suboxydans CH4 + 2CH3COOH +C2H5COOH + CO2 + 2 H2O + CO2
Các phương pháp kỵ khí thường được dùng để xử lý nước thải công nghiệp và chất thải từ chuồng trại chăn nuôi ( trang 80-84, [11]).