2)
2.5.4.2. Phân loại các phương pháp sinh học
Việc phân loại các quá trình xử lý sinh học phụ thuộc vào đặc tính của từng loại bể phản ứng. Các bể phản ứng nước thải bằng phương phpá sinh học chia làm 2
nhĩm chính, theo cách thức sinh trưởng của VSV trong mơi trường sinh trưởng hay dính bám.
Bảng 2.4 Các thiết bị xử lý sinh học thơng dụng
Bể phản ứng với tác nhân sinh trưởng lơ lửng
Bể phản ứng với tác nhân sinh trưởng bám dính
Bùn hoạt tính
Loại bỏ chất dinh dưỡng bằng pp sinh học Phân hủy hiếu khí Tiếp xúc kị khí UASB Phân hủy kị khí Hồ sinh học Kị khí cĩ đệm giãn ðĩa quay sinh học Lọc nhỏ giọt Tháp kín Thiết bị lọc kị khí
Do vi sinh vật đĩng vai trị chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học nên căn cứ vào tính chất, hoạt động và mơi trường của chúng, ta cĩ thể chia phương pháp sinh học thành 2 dạng chính là sinh học kị khí và sinh học hiếu khí
Bảng 2.5 Các cơng trình xử lý sinh học
Hiếu khí Kị khí
Nhân tạo Aerotank, SBR, Unitank Metan
Lọc sinh học UASB
ðĩa tiếp xúc sinh học quay Lọc kị khí Oxyten
Mương oxy hố
Tự nhiên Ao sinh học hiếu khí Ao sinh học kị khí Cánh đđồngtưới
Xử lý hiếu khí
Sự tham gia của VSV hiếu khí làm thống hố các chất bẩn hữu cơở dạng keo, lơ lửng trong nước thải (sau giai đoạn xử lý cơ học). Quá trình hiếu khí tạo ra bùn hoạt tính (khi sử dụng earotank) và màng sinh vật (khi sử dụng bể biophin), được giữ lại bể lắng II. Bùn hoạt tính, màng sinh vật cĩ ý nghĩa rất quan trọng trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.
Bùn hoạt tính là tập hợp các VSV cĩ khả năng hấp thụ các chất hữu cơ chứa trong nước thải lên bề mặt của chúng và oxy hố các chất hữu cơ đĩ. Thành phần hố học của bùn hoạt tính gồm: Tro 15,58% (phần trăm chất khơ ở 1000C), axit silic 3,95%,
oxitsắt 1,58%, P2O5 2,14%, N hữu cơ 3,01%, mỡ 2,51%, axit béo 0,39%. Sự hình thành màng VSV ở bể biopin ta dùng vật liệu lọc là than xỉ, đá dăm và
cung cấp bằng tự nhiên hay nhân tạo. Vận tốc của quá trình khống hố phụ thuộc vào số lượng và chất lượng bùn hoạt tính (phụ thuộc vào bề mặt tiếp xúc giữa VSV và chất hữu cơ), các điều kiện cần thiết để đảm bảo quá trình xử lý sinh học là đủ chất dinh dưỡng cần thiết cho VSV, N, P, K, C, vitamin, nguyên tố vi lượng, hàm lượng chất lơ lửng của nước thải < 150mg/l, Ph ~ 7, khơng cĩ các chất hoạt tính bề mặt (vì sẽ cản trở hồ tan oxy). Các cơng trình xử lý tương ứng:
• Sinh học nhân tạo:
Biophin là cơng trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo nhờ các vi sinh vật hiếu khí.
Quá trình xử lý diễn khi nước thải được tưới lên bề mặt của bể và nước thấm qua lớp vật liệu lọc được đặt trong bể. Ở bề mặt và ở các khe hở của các hạt vật liệu lọc, các chất cặn được giữ lại và tạo thành màng gọi là màng vi sinh. Lượng ơxy cần thiết để ơxy hĩa các chất bẩn hữu cơ thâm nhập vào bể cùng với nước thải khi ta tưới, hoặc qua khe hở thành bể, qua hệ thống tiêu nước từđáy đi lên.
Bể biơphin được phân loại dựa theo nhiều đặc điểm khác nhau, nhưng trên thực tế bểđược phân làm hai loại:
Biơphin nhỏ giọt: dùng để xử lý sinh hĩa nước thải hồn tồn. ðặc điểm riêng của bể là kích thước của các hạt vật liệu lọc khơng lớn hơn 25 – 30mm, và tải trọng nước nhỏ 0,5 – 1,0 m3/m2, nên chỉ thích hợp cho trường hợp lưu lượng nhỏ từ 20 – 1000 m3/ngày đêm.
Biơphin cao tải: khác với biơphin nhỏ giọt là chiều cao của bể cơng tác và tải trọng tưới nước cao hơn, vật liệu lọc cĩ kích thước 40 – 60 mm. Nếu ở bể biơphin nhỏ giọt thống giĩ là nhờ tự nhiên thì ở bể biơphin cao tải lại là nhân tạo. Bể cĩ thể được dùng để xử lý nước thải bằng sinh học hồn tồn hoặc khơng hồn tồn.
− Aerotank là cơng trình là bằng bê tơng, bê tơng cốt thép, với mặt bằng thơng dụng là hình chữ nhật, là cơng trình sử dụng bùn hoạt tính để xử lý các chất ơ nhiễm trong nước.
Bùn hoạt tính là loại bùn xốp chứa nhiều vi sinh cĩ khả năng ơxy hĩa và khống hĩa các chất hữu cơ cĩ trong nước thải.
ðể giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, và để đảm bảo ơxy dùng cho quá trình ơxy hĩa các chất hữu cơ thì phải luơn luơn đảm bảo việc làm thống giĩ. Số lượng bùn tuần hồn và số lượng khơng khí cần cấp phụ thuộc vào độ ẩm và mức độ yêu cầu xử lý nước thải.
Bểđược phân loại theo nhiều cách: theo nguyên lý làm việc cĩ bể thơng thường và bể cĩ ngăn phục hồi; theo phương pháp làm thống là bể làm thống bằng khí nén, máy khuấy cơ học, hay kết hợp; …
Ngồi 2 cơng trình xử lý sinh học nhân tạo trên cịn cĩ các cơng trình khác: Mương ơxy hĩa, lọc sinh học tiếp xúc, …
• Sinh học tự nhiên
− Cánh đồng tưới và bãi lọc:
Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc được xây dựng ở những nơi cĩ độ dốc tự nhiên 0,02, cách xa khu dân cư về cuối hướng giĩ, và thường được xây dựng ở những nơi đất cát,
Cánh đồng tưới và bãi lọc là những ơ đất được san phẳng hoặc dốc khơng đáng kể, và được ngăn cách bằng những bờ đất. Nước thải được phân phối vào các ơ nhờ hệ thống mạng lưới tưới, bao gồm: mương chính, mương phân phối và hệ thống mạng lưới tưới trong các ơ. Kích thước của các ơ phụ thuộc vào địa hình, tính chất của đất và phương pháp canh tác.
− Hồ sinh học:
Hồ sinh học là hồ chứa dùng để xử lý nước thải bằng sinh học, chủ yếu dựa vào quá trình tự làm sạch của hồ.
Ngồi nhiệm vụ xử lý nước thải hồ sinh học cịn cĩ thể đem lại những lợi ích sau:
+ Nuơi trồng thủy sản.
+ Nguồn nước để tưới cho cây trồng
+ ðiều hịa dịng chảy nước mưa trong hệ thống thốt nước đơ thị. Các phản ứng xảy ra trong điều kiện hiếu khí: Các chất hữu cơ + O2 Vi sinh H2O + CO2 + Q + tế bào mới Tế bào mới + O2 Năng lượng (Q) CO2 + H2O + NH3 2NH4+ + 3O2 Nitrosomonas 4H+ + NO2- + 2H2O NO2- + O2 Nitrobacter NO3- ðiều kiện: pH = 5,5 – 9 DO ≥ 0,5 mgO2/l Nhiệt độ 5 ÷ 400C SS ≤ 150 mg/l BOD5≤ 500mg/l
Hình 2.5. Các cơng trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí
Xử lý kị khí
Xử lý sinh học trong điều kiện kị khí (khơng cĩ oxy) với sự tham gia của VSV kị khí phân huỷ các chất hữu cơ chứa trong cặn (cặn tươi, bùn hoạt tính dư, rác đã nghiền nhỏ). Cặn tươi là cặn từ bể lắng đợt I mà thành phần hạt khác nhau từ 7 – 10mm chiếm 5 – 20%, 1 – 7mm chiếm 9 – 33%, < 1mm chiếm 50 – 88%. D9ộ ẩm của cặn tươi từ 92 – 96%, thành phần hữu cơ chiếm 65 – 70%. Bùn hoạt tính dư cĩ thành phần hạt tương đối đồng nhất, kích thứơc hạt < 1mm chiếm 98%. ðộẩm từ 96 – 99,2%, thành phần hữu cơ chiếm 70 – 75%. Cặn của nước thải cĩ chứa các chất cĩ giá trị dinh dưỡng như N, P, K, … và một số nguyên tố vi lượng sử dụng tốt cho việc làm phân bĩn. Cặn dễ bị phân huỷ thối rữa, cĩ chứa giun sán, … nên cần xử lý cặn. Xử lý cặn gồm 2 quá trình lên men kị khí gồm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1:
Lên men axit (lên men hydro) là qua trình phân huỷ chất hữu cơ thành các sản phẩm trung gian như axit beo, hydro, H2S, CO2, axit amin, NH3, Ph thấp.Vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn kị khí dạng nấm, vi khuẩn butilic, propionic. Thể tích cặn khơng đổi và cĩ mùi. Các phương trình phản ứng xảy ra như sau: 4H2 CH4 + 2H2O Cơng nghệ hiếu khí Hồ sinh học hiếu khí Lọc hiếu khí Lọc SH nhỏ giọt Sinh trưởng dính bám Sinh trửng lơ lửng Hiếu khí tiếp xúc Xử lý sinh học theo mẻ ðĩa quay sinh học Aerotan k
4(CH3OH) 3CH4 + CO2 + H2O
4(CH3)3N 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3
- Giai đoạn 2: Lên men bazơ (lên men mêtan) là 2 quá trình chuyển hố các sản phẩm của giai đoạn thành axit cacbonic, CH4, H2, CO2, pH = 7 – 8 . Vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn tạo mêtan, methanobacterrium, methanococcus, methannosarcina.
CO2 + 2H2O CH4 + 2O2
Hình 2.6. Các phương pháp xử lý sinh học kỵ khí nước thải