Quá trình sinh học dính bám là quá trình phát triển của vi sinh vật trên bề mặt các vật liệu rắn trong mơi trường hiếu khí hoặc kị khí. Vi sinh vật sẽ tiết ra chất gelatin và chúng cĩ thể di chuyển trong lớp genlatin dính bám này. Đầu tiên, vi khuẩn chỉ hình thành ở một khu vực, sau đĩ màng vi sinh vật sẽ khơng ngừng phát triển phủ kín tồn bộ bề mặt vật liệu tiếp xúc. Chất dinh dưỡng (chất hữu cơ, muối khống) và oxy cĩ trong nước thải sẽ khuếch tán vào lớp màng biofilm và từ đĩ quá trình ổn định chất hữu cơ sẽ diễn ra làm giảm nồng độ các chất ơ nhiễm cĩ khả năng phân hủy sinh học trong nước rác.
Màng sinh học là tập hợp các lồi vi sinh vật khác nhau, chủ yếu là các vi khuẩn hiếu khí, ngồi ra cịn cĩ các vi sinh vật tuỳ tiện và kị khí. Ở ngồi cùng của lớp màng là lớp hiếu khí, cĩ rất nhiều tế bào của loại trực khuẩn Bacillus. Lớp trung gian là lớp vi khuẩn tuỳ tiện, như Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococcus và cả Bacillus. Lớp sâu bên trong màng là lớp kị khí gồm các loại vi khuẩn khử lưu huỳnh, khử nitrat. Ngồi ra cịn cĩ một quần thể nguyên sinh động vật và một số sinh vật khác bám trên lớp màng. Chúng sử dụng màng sinh học làm thức ăn và tạo thành các lỗ nhỏ trên bề mặt của màng. Lớp màng vi sinh dính bám sau thời gian hoạt động sẽ ngày càng dày thêm, các lớp bên trong do ít tiếp xúc với cơ chất và ít nhận được oxy sẽ chuyển sang phân huỷ kị khí, sản phẩm của biến đổi kị khí là các acid hữu cơ, các alcol… Các chất này chưa kịp khuếch tán ra ngồi đã bị các vi sinh vật khác sử dụng. Kết quả là lớp sinh khối ngồi phát triển liên tục nhưng lớp bên trong lại phân hủy liên tục.
Quá trình lọc sinh học được chia làm 3 loại: lọc sinh học hiếu khí dạng ngập nước, lọc sinh học hiếu khí dạng khơng ngập nước với hệ thống quạt giĩ cưỡng bức, quá trình lọc nhỏ giọt và đĩa quay sinh học.
• Bể lọc sinh học ngập nước
Bể lọc sinh học chứa đầy vật liệu tiếp xúc, là giá thể cho vi sinh vật sống bám. Vật liệu tiếp xúc thường là đá cĩ đường kính trung bình 25 – 100 mm, hoặc vật liệu nhựa cĩ hình dạng khác nhau cĩ chiều cao từ 4 – 12m. Nước thải được phân bố đều trên mặt lớp vật liệu bằng hệ thống quay hoặc vịi phun, cĩ thể từ dưới lên hoặc từ trên xuống. Quần thể vi sinh vật sống bám trên giá thể tạo nên màng nhầy sinh học cĩ khả năng hấp phụ và phân hủy chất hữu cơ chứa trong nước thải. Quần thể vi sinh vật này cĩ thể bao gồm vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí và tùy tiện, nấm, tảo và các động vật nguyên sinh… trong đĩ vi khuẩn tùy tiện chiếm ưu thế.
• Tháp lọc sinh học
Khác với bể lọc sinh học ngập nước, tháp lọc sinh học được xây dựng với hệ thống quạt giĩ cưỡng bức từ dưới lên, nước thải được phân phối từ phía trên, chảy qua lớp màng vi sinh bám trên các giá thể và xuống bể thu ở phía dưới. Hệ thống thu nước này cĩ cấu trúc rỗ để tạo điều kiện khơng khí lưu thơng trong bể. Sau khi ra khỏi bể, nước thải vào bể lắng đợt hai để loại bỏ màng vi sinh tách khỏi giá thể. Nước sau xử lý cĩ thể tuần hồn để pha lỗng nước thải đầu vào bể lọc sinh học, đồng thời duy trì độ ẩm cho màng nhầy.
Đối vớp tháp lọc sinh học: lượng khơng khí được cung cấp nhiều nên sinh khối phát triển rất nhanh, thời gian nước thải chảy xuống thường ngắn nên vi sinh vật khĩ oxy hố hết lượng hữu cơ cĩ trong nước thải đến mức tối đa, do đĩ thường phải tuần hồn lại nước đầu ra hoặc kết hợp với bể aeroten.
• Tháp lọc sinh học nhỏ giọt
Tháp lọc sinh học nhỏ giọt cĩ kết cấu giống như tháp lọc sinh học. Tuy nhiên, vận tốc của nước thải đi qua giá thể nhỏ hơn nhiều, cấu trúc của giá thể cũng được thay đổi sao cho cĩ thể lưu nước được trên giá thể lâu hơn. Trong tháp lọc sinh học nhỏ giọt thường tận dụng khí trời để khuyếch tán oxy vào màng sinh học thay vì dùng quạt giĩ cưỡng bức. Bể lọc sinh học nhỏ giọt cho phép giảm hàm lượng chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải xuống mức thấp nhất. Mặc dù vậy nĩ ít được sử dụng do chi phí đầu tư ban đầu lớn, chiếm diện tích rộng.
• Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (Rotating Biological Contactor- RBC)
RBC bao gồm các đĩa trịn polystyren hoặc polyvinyl chloride đặt gần sát nhau. Đĩa nhúng chìm một phần trong nước thải và quay ở tốc độ chậm. Tương tự như bể lọc sinh học, màng vi sinh hình thành và bám trên bề mặt đĩa. Khi đĩa quay, màng sinh khối trên đĩa tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đĩ tiếp xúc với oxy. Đĩa quay tạo điều kiện chuyển hĩa oxy và luơn giữ sinh khối trong điều kiện hiếu khí. Đồng thời, khi đĩa quay tạo nên lực cắt loại bỏ các màng vi sinh khơng cịn khả năng bám dính và giữ chúng ở dạng lơ lửng để đưa sang bể lắng đợt hai. Trục RBC phải tính tốn đủ đỡ vật liệu nhựa và lực quay. Chiều dài tối đa của trục thường 8m. Vật liệu nhựa tiếp xúc thường cĩ hình dạng khác nhau tùy thuộc vào nhà chế tạo. Diện tích bề mặt trung bình khoảng 9.300 – 16.700 m2/trục dài 8m. Thể tích bể thích hợp khoảng 5 l/m2 diện tích vật liệu.[9]
3.2.3 Quá Trình Kị Khí/Thiếu Khí (Anaerobic/Anoxic)
Quá trình khị khí/thiếu khí (A/A) loại được hơn 70% nitơ cĩ trong nước rác, trong khi đĩ quá trình bùn hoạt tính thơng thường chỉ khử được 20% nitơ. Đồng thời, hiệu quả khử BOD của quá trình kị khí/thiếu khí khơng giảm mà chỉ cần 50% năng lượng so với xử lý hiếu khí. Khi tỷ lệ BOD5/TKN nhỏ hơn 10, thì nên thêm nguồn cacbon như methanol để quá trình khử nitrat (denitrication) được hiệu quả hơn.
Hệ thống A/A khử sắt xuống nồng độ thấp hơn 1mg/l với hiệu quả hơn 99%. Magan cũng được loại bỏ ra khỏi nước thải với hiệu quả hơn 50% khi nồng độ đầu vào từ 4 – 5 mg/l. Kim loại được oxy hĩa trong các quá trình sinh học thành các dạng khơng tan hoặc kết hợp trong bơng bùn vi sinh vật. Tuy nhiên nhiều nghiên cứu cho thấy rằng hiệu quả khử sắt trong hệ thống A/A và hiếu khí là như nhau. Mangan thì được xử lý tốt hơn trong hệ thống sinh học hiếu khí. Nồng độ mangan đến 50mg/l, niken đến 20mg/l khơng ức chế hoạt động của hệ thống A/A. Đồng với nồng độ khoảng 5 – 15 mg/l ức chế quá trình nitrat hĩa và khử nitrat hĩa. Việc khơi phục hoạt động của hệ thống sinh học sau khi ức chế bởi kim loại nặng là rất lâu, cĩ khi kéo dài hơn một tháng. Khi nước rác cĩ nồng độ sắt và mangan quá cao (Fe # 80 mg/l, Mn # 10 mg/l) thì sẽ làm giảm tỷ lệ MLVSS/MLSS của bùn hoạt tính, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý và tốn kém năng lượng khuấy trộn.
3.3. MỘT SỐ CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC RÁC MỚI TRONG VÀNGỒI NƯỚC NGỒI NƯỚC
3.3.1 Trong Nước
BCL Gị Cát đi vào hoạt động năm 2002. Hiện nay, tại bãi rác Gị Cát cĩ 2 hệ thống xử lý nước rác hoạt động đồng thời với cơng suất 400 m3/ngày: