Phương pháp xử lý sinh học đơn giản nhất là kỹ thuật "ổn định nước thải". Đó là một loại hồ chứa nước thải trong nhiều ngày phụ thuộc vào nhiệt độ, oxy được tạo ra do hoạt động tự nhiên của tảo trong ao. Cơ chế xử
lý trong ổn định chất thải bao gồm cả hai quá trình hiếu khí và kị khí.
a. Ao ổn định hiếu khí
Là loại ao cỡ 0,3 - 0,5 m 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 đến đáy ao.
Hồưa khí (hồ oxy hoá cao tốc)
Dạng đơn giản nhất của các hồ ổn định ưa khí là những hồ lớn, nông bằng đất. Chúng được dùng để xử lý nước thải bằng những quá trình tự
nhiên bao gồm việc sử dụng cả tảo và vi khuẩn. Mô tả quá trình:
Hồ ổn định ưa khí chứa đựng vi khuẩn và tảo ở thể lơ lửng và các điều kiện ưa khí được ngự trị suốt chiều sâu của hồ. Có 2 loại hồ ưa khí chính. Trong loại đầu (cao tốc), mục tiêu là sản xuất tảo ở mức tối đa. Các hồ này thường bị giới hạn ở một độ sâu khoảng 15 - 45 cm. Loại thứ hai (hồ oxy hoá hoặc hồ ổn định), mục tiêu là sản xuất oxy ở mức tối đa và những độ
sâu của hồ thường đạt tới 1,5 m. Lượng oxy cung cấp cho nước hồ từ 2 nguồn:
- Sản phẩm của quá trình quang hợp. - Khuếch tán từ không khí.
Ngoài ra còn có thể nâng cao mức oxy trong nước bằng cách kết hợp sục khí.
b. Ao, hồ kị khí
Là loại ao sâu, không cần oxy hoà tan cho hoạt động vi sinh. Ở đây các loại vi sinh kị khí và vi sinh tùy nghi dùng oxy từ các hợp chất như nitrat, sunphat để oxy. hoá 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 của tảo.
Hồ kị khí thường được dùng để xử lý nước thải có độ ô nhiễm hữu cơ
cao và cũng chứa hàm lượng chất rắn lớn. Điển hình đó là một hồ sâu bằng
đất với các ống dẫn vào và ra hợp lý. Để bảo toàn nhiệt năng và duy trì điều kiện kị khí, các hồ kị khí đã được xây dựng với chiều sâu lớn hơn 6 m.
Thông thường các hồ này ở điều kiện kị khí suốt cả chiều sâu của chúng, trừ vùng rất nhỏ trên bề mặt. Sự ổn định các chất hữu cơ xảy ra bởi sự kết hợp của quá trình kết tủa và chuyển hóa kị khí CO2 và CH4. Các sản phẩm cuối ở thể khí khác, các axit hữu cơ và các mô tế bào. Các chất thải bổ sung vào hồ sẽ lắng xuống đáy. Dòng ra đã được xử lý sơ bộ được đưa tiếp vào các quá trình xử lý khác. Ở đây hiệu suất chuyển hoá BOD thường đạt tới hơn 70%.
c. Ao hồ tùy nghi
Loại ao này thường được sử dụng nhiều hơn hai loại trên. Ao ổn định chất thải tùy nghi là loại ao hoạt động theo cả quá trình hiếu khí và kị khí. Ao thường sâu từ 1 - 2 m, thích hợp cho việc phát triển tảo và các vi sinh tùy nghi. Ban ngày, khi có ánh sáng quá trình chính xảy ra trong ao là hiếu khí. Ban đêm ở lớp đáy ao quá trình chính là kị khí.
Mô tả quá trình:
Có 3 vùng trong một hồ tuỳ nghi:
1. Vùng bề mặt trong đó các vi khuẩn ưa khí và tảo tồn tại trong một mối quan hệ cộng sinh.
2. Vùng đáy kị khí trong đó các chất rắn được tích tuy bị phân hủy bởi các vi khuẩn kị khí.
3. Vùng trung gian, vừa có một phần là ưa khí và một phần là kị khí, trong đó sự phân hủy của các chất thải hữu cơ được tiến hành bởi các vi khuẩn tuỳ tiện.
Trong thực tiễn, oxy được lưu giữ trong lớp trên bởi sự có mặt của các tảo hoặc bằng cách sử dụng các máy thông khí bề mặt. Nếu sử dụng các máy thông khí bề mặt thì không cần có tảo ưu điểm khi sử dụng các máy thông khí bề mặt là có thể nâng tải trọng hữu cơ lớn hơn. Tuy nhiên, tải
trọng hữu cơ đó không được vượt quá số lượng oxy được các máy thông khí cung cấp, không cần phải khuấy trộn toàn bộ thể tích nước trong hồ hoặc các lợi ích của việc phân huỷ kị khí sẽ bị mất đi.
d. Các hồ ưa khí có thông khí
Các hồ này được cải biên từ hồ ổn định tuỳ tiện (facultitive) khi các máy thông khí ở bề mặt được lắp đặt để khắc phục, hạn chế mùi hôi từ các hồ "quá tải hữu cơ".
Mô tả quá trình:
Các quá trình trong hồ thông khí về cơ bản giống như quá trình hoạt hoá bùn thông khí kéo dài thông thường (thời gian lưu là 10 ngày) đều là hồ được làm bằng đất và oxy cần thiết cho quá trình được cung cấp bằng bề
mặt của các máy thông khí khuếch tán. Trong hồ ưa khí tất cả chất rắn được giữ ở trạng thái lơ lửng. Trước đây các hồ thông khí được vận hành như là dòng chảy qua hệ thống hoạt hoá bùn không có tuần hoàn và thường được tiếp nối bằng các bể lắng lớn. Hiện nay rất nhiều hồ thông khí được dùng nối tiếp với các công trình lắng và kết hợp với tuần hoàn các chất rắn sinh học.
Trong tiêu hủy ưa khí thông thường, bùn được thông khí một thời gian dài trong một bể hở không được đốt ẩm, sử dụng các máy khuếch tán không khí thông thường hoặc thiết bị thông khí bề mặt. Quá trình này có thể vận hành theo phương thức liên tục hoặc gián đoạn, trong đó bùn được thông khí và trộn đều trong một thời gian dài, tiếp đó là lắng ở trạng thái tĩnh và gạn trong. Trong các hệ thống làm việc liên tục, người ta dùng một bể riêng
để gạn và làm đặc bùn.
Ngoài các loại ao hồ trên, theo phương pháp "ao ổn định chất thải" người ta còn kết hợp với các loại ao nuôi cá, thả rau (rau muống, bèo Lục Bình...). Để tăng hiệu quả xử lý nước thải ta nên kết nối các loại ao với nhau.
8.2.2. Quá trình 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 qua bộ phận chắn rác, loại rác, chất rắn được lắng, bùn được tiêu huỷ và làm khô. Quá trình này có thể
hồi lưu (bùn hoạt tính xoay vòng) làm tăng khả năng loại BOD (đến 60 - 90%), loại N (đến 40%) và loại coliform (60 - 90%).
Một dạng cải tiến của phương pháp bùn hoạt tính là phương pháp "thông khí tăng cường" gần đây đã được sử dụng ở nhiều nước phát triển dưới tên gọi "mương oxy hoá". Trong hệ thống này có thể bỏ qua các giai
đoạn lắng bước một và tiêu huỷ bùn. Tuy nhiên quá trình lại cần biện pháp thông khí kéo dài với cường độ cao hơn.
Mô tả quá trình phản ứng có khuấy trộn liên tục với sự tuần hoàn các tế bào:
Về vận hành, xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học với quá trình bùn hoạt tính được thực hiện theo kiểu dòng chảy (flow sheet). Chất thải hữu cơ được đưa vào một bể phản ứng trong đó một số lượng vi khuẩn cấy
được giữ ở thể lơ lửng. Các chất trong bể phản ứng sẽ được khuấy trộn đều. Môi trường ưa khí trong bể phản ứng sẽ đạt được bằng cách dùng đầu khuếch tán hoặc thông khí cơ học. Đồng thời cũng có tác dụng để giữ hỗn hợp chất lỏng ở chế độ khuấy trộn hoàn toàn. Sau một thời gian, hỗn hợp các tế bào mới và cũ được đưa qua một bể lắng, ở đó các tế bào được tách ra khỏi nước thải đã xử lý.
Một phần các tế bào đã lắng sẽ được tuần hoàn để giữ sao cho trong bể
phản ứng luôn luôn có một "mật độ" các sinh vật theo yêu cầu, còn một phần sẽ được thải ra.
Phần được thải ra ứng với sự tăng trưởng mới của khối mô tế bào liên hợp với một loại nước thải nào đó. Mức sinh khối cần được giữ lại trong bể
phản ứng phụ thuộc vào hiệu suất xử lý theo yêu cầu và những yếu tố khác liên quan đến động học sinh trưởng, các bể tiêu huỷ ưa khí có thể dùng để
xử lý:
1. Riêng đối với các loại bùn hoạt tính hoặc bùn từ lọc sinh học. 2. Những hỗn hợp của bùn lọc sinh học với bùn từ bể lắng sơ cấp.
3. Bùn thải từ các nhà máy xử lý hoạt hoá bùn được thiết kế không có phần lắng sơ cấp. Hiện nay, hai biến thể của quá trình tiêu huỷ ưa khí được dùng rộng rãi là: tiêu huỷ thông thường và tiêu hủy với oxy bổ cập. Quá trình tiêu huỷ ưa khí, ưa nhiệt cũng đang được cứu xét.
Mô tả quá trình:
Trong tiêu huỷ thông thường, bùn được thông khí một thời gian dài trong một bể hở và không được đốt ẩm... có các máy khuếch tán không khí thông thường hoặc một thiết bị thông khí bề mặt. Quá trình này có thể được vận hành theo phương thức liên tục hay gián đoạn.
Sự tiêu hủy ưa khí bằng oxy tinh khiết là một biến thể của quá trình tiêu huỷ ưa khí trong đó oxy tinh khiết được sử dụng thay cho không khí. Khối bùn cuối cùng được sinh ra tương tự như bùn được tiêu huỷ thông thường. Sự thay đổi dùng oxy tinh khiết là một công nghệ mới hiện đang
được nghiên cứu ở một số nơi trên quy mô thực tiễn.
Sự tiêu hủy ưa khí, ưa nhiệt cũng thể hiện hãy còn là một tinh chế khác của quá trình tiêu huỷ ưa khí. Quá trình này được thực hiện với các vi khuẩn ưa nhiệt ở một nhiệt độ lớn hơn từ 25oC-55oC (77-122oF) nhiệt độ
của không khí xung quanh. Nó có thể đạt hiệu suất khử phần có thể sinh huỷ cao (cho đến 80%) với thời gian lưu rất ngắn (3 - 4 ngày).