Quá trình xử lý sinh học hiếu khí được ứng dụng cĩ hiệu quả cao đối với nước thải cĩ hàm lượng BOD5 thấp như nước thải sinh hoạt sau xử lý cơ học và nước thải của các ngành cơng nghiệp bị ơ nhiễm hữu cơ ở mức độ thấp ( BOD5 < 1000 mg/l). Tùy theo cách cung cấp oxi mà quá trình xử lý sinh học hiếu khí được chia thành hai loại:
Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên (oxy được cung cấp từ khơng khí tự nhiên) với các cơng trình tương ứng như: cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, hồ sinh vật, đất ngập nước, …
Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo ( oxy được cung cấp bởi các thiết bị sục khí cưỡng bức, thiết bị khuấy trộn cơ giới, …) với các quá trình và cơng trình tương ứng như sau:
Quá trình vi sinh vật tăng trưởng lơ lửng:
− Bể bùn hoạt tính thổi khí (Aerotank)
− Mương oxy hĩa
− Hồ sinh học
Quá trình vi sinh vật tăng trưởng dính bám:
− Bể lọc sinh học nhỏ giọt
− Tháp lọc sinh học
− Bể lọc sinh học tiếp xúc dạng đĩa quay (RBC)
Quá trình kết hợp: Bể lọc sinh học hiếu khí tiếp xúc ( cĩ cấu tạo và nguyên tắc hoạt động giống bể Aerotank nhưng bên trong bể cĩ trang bị thêm các vật liệu tiếp xúc để làm giá thể cho các vi sinh vật dính bám
− Bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng:
Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục. Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Nồng độ oxy hịa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2 khơng được nhỏ hơn 2mg/L.
Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu rõ vai trị quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ cĩ trong nước thải và thu năng lượng để cĩ thể chuyển hĩa thành tế bào mới, chỉ một phần chất hữu cơ bị oxy hĩa hồn tồn thành CO2, H2O,
3
NO−, 2
4
SO −, … Một cách tổng quát, vi sinh tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm Pseudomonas, Achromobacter, Flacobacterium, Bdellovibro, Zoogleoa, Nocardia, Mycobacterium và hai loại vi khuẩn nitrate hĩa Nitrosomonas và Nitrobacter. Thêm vào đĩ nhiều loại vi kuẩn dạng sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa,
Thiothrix, Lecicothrix và Geotrichum cũng tồn tại.
Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ thống cần cĩ hàm lượng SS khơng vượt quá 150 mg/l, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ khơng quá 25 mg/l, pH = 6,5 - 8,5, nhiệt độ 6 – 370C. Một số sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính sinh trưởng lơ lửng được trình bày trong hình 3.8.
− Bể lọc sinh học nhỏ giọt (Trickling filter).
Bể lọc sinh học nhỏ giọt là một thiết bị phản ứng sinh học trong đĩ các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên các vật liệu lọc. Bể lọc hiện đại bao gồm một lớp vật liệu dễ thấm nước với vi sinh vật kết dính trên đĩ. Nước thải đi qua lớp vật liệu này sẽ thấm hay nhỏ giọt lên đĩ. Vật liệu thường là đá dăm hoặc các vật liệu tổng hợp. Nếu vật liệu lọc là đá hoặc sỏi thì kích thước hạt dao động trong khoảng 25-100 mm, chiều sâu lớp vật liệu dao động trong khoảng 0,9-2 m, trung bình là 1,8 m. Bể lọc với
vật liệu là đá dăm thường cĩ dạng trịn. Nước thải được phân phối đều lên lớp vật liệu nhờ hệ thơng phân phối. Bể lọc với vật liệu lọc là chất dẻo tổng hợp thì cĩ chiều cao từ 4-12 m. Ba dạng vật liệu lọc tổng hợp thường dùng là: (1) vật liệu tạo dịng chảy thẳng đứng; (2) vật liệu tạo dịng chảy ngang; (3) vật liệu tạo dịng chảy ngẫu nhiên.
Chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi quần thể vi sinh vật dính kết trên lớp vật liệu lọc. Các chất hữu cơ cĩ trong nước thải bị hấp thụ vào màng vi sinh vật dày 0,1-0,2 mm và bị phân hủy bởi vi sinh vật hiếu khí. Khi vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, bề dày lớp màng tăng lên do đĩ oxy bị tiêu thụ trước khi khuếch tán hết chiều dày lớp màng vi sinh. Như vậy mơi trường kỵ khí hình thành ngay sát màng vật liệu lọc. Khi chiều dày lớp màng tăng lên, quá trình đồng hĩa chất hữu cơ xảy ra trước khi chúng tiếp xúc với vi sinh vật ở gần vật liệu lọc. Kết quả là vi cinh vật ở đây bị phân hủy nội bào, khơng cịn khả năng bám dính trên bề mặt vật liệu lọc và bị rửa trơi.
Hình 3.4: Cấu tạo bể lọc sinh học nhỏ giọt.