Xử lý nước thải bằng phương phâp sinh học lă dựa văo khả năng sống vă hoạt động của vi sinh vật trong nước thải chúng cĩ nhiệm vụ phđn giải những chất hữu cơ phức tạp thănh câc chất vô cơ đơn giản tạo ra năng lượng thông qua câc quâ trình đồng hóa vă dị hóa, nhờ kết quả của câc quâ trình sinh hĩa phức tạp đó mă những chất bẩn hữu cơ được biến đổi trở thănh nước, những chất vơ cơ vă những chất khí đơn giản.
Nhiệm vụ của cơng trình kỹ thuật xử lý bằng phương phâp sinh học lă tạo điều kiện sống vă hoạt động của câc vi sinh hay nĩi câch khâc lă đảm bảo điều kiện để câc chất hữu cơ phđn hĩa được nhanh chĩng.
Câc phương phâp xử lý sinh học cĩ thể phđn loại trín cơ sở khâc nhau, dựa văo quâ trình hơ hấp của sinh vật cĩ thể chia ra lăm 2 loại: quâ trình hiếu khí vă kỵ khí. Phương phâp xử lý sinh học trong mơi trường hiếu khí được sử dụng phổ biến trong xử lý nước thải dệt nhuộm.
Quâ trình hiếu khí dựa trín nguyín tắc lă vi sinh vật hiếu khí phđn hủy câc chất hữu cơ trong điều kiện cĩ oxy hịa tan theo phương trình sau:
Vi khuẩn
Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + NH3 + C5H7NO2 + + (tế băo mới)
Ngồi việc phđn hủy câc chất hữu cơ để tạo ra tế băo mới, vi sinh vật cịn thực hiện quâ trình hơ hấp nội sinh để tạo ra năng lượng theo phương trình:
Vi khuẩn
C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + năng lượng Câc vi sinh vật ở trín được gọi lă bùn hoạt tính, chúng tự sinh ra khi ta thổi khơng khí văo nước thải. Về khối lượng bùn hoạt tính được tính bằng khối lượng chất bay hơi cĩ trong tổng hăm lượng bùn (cặn khơ) đơi khi cịn gọi lă sinh khối.
a. Quâ trình tăng trưởng hiếu khí lơ lửng (aerobic suspended-growth process).
Đđy lă quâ trình vi sinh vật phât triển vă tăng trưởng trong câc bơng cặn bùn hoạt tính ở trạng thâi lơ lửng trong nước ở câc bể xử lý sinh học. bể sinh học năy luơn cần phải được lăm thống để cung cấp đầy đủ oxy cho vi sinh vật tiến hănh quâ trình phđn hủy chất hữu cơ vă phât triển. Ngồi bể sinh học ta cũng cần phải bố trí thín bể lắng để tâch câc bơng bùn hoạt tính ra khỏi nước, tuần hồn một phần bùn trở lại bể sinh học nhằm duy trì nồng độ bùn cần thiết trong bể sinh học vă xả bỏ bớt lượng bùn thừa sinh ra trong quâ trình phât triển. Trong một số trường hợp, ta cũng cĩ thể gộp chung hai bể sinh học vă lắng thănh một cơng trình duy nhất. Khi đĩ, ta khơng cần phải tuần hồn bùn mă chỉ phải xả bùn.
Cấp khí
Nước văo Nước ra
Bùn tuần hồn
Bùn xả
Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải theo quâ trình tăng trưởng lơ lửng
Trín sơ đồ rễ dăng nhận thấy bùn được xả từ trín đường tuần hồn bùn về bể sinh học, tuy nhiín ta cũng cĩ thể xả bùn trực tiếp từ bể sinh học.
b. Quâ trình tăng trưởng hiếu khí dính bâm (aerobic attached-growth process).
Quâ trình tăng trưởng hiếu khí dính bâm lă quâ trình xử lý sinh học trong đĩ quần thể vi sinh vật hoạt động để chuyển hĩa câc chất hữu cơ vă câc thnăh phần khâc trong nước thải thănh khí vă vỏ tế băo được dính bâm văo một văi giâ thể dạng
tấm hoặc hạt cĩ tính trơ như: hạt nhựa, sỏi, sănh,… đơi khi cịn gọi lă câc măng vi sinh vật được bố trí trong bể sinh học.
Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải theo quâ trình vi sinh dính bâm cũng gần giống như sơ đồ xử lý theo quâ trình tăng trưởng lơ lửng, chỉ khâc lă thay vì tuần hồn bùn như quâ trình tăng trưởng lơ lửng thì sơ đồ xử lý năy sẽ tuần hồn lại một phần nước đê qua xử lý nhằm giảm bớt mức độ ơ nhiễm của nước thải đầu văo, trânh hiện tượng quâ tải xảy ra vă giúp giữ cho lớp măng vi sinh luơn trong điều kiện ẩm ướt.
Cấp khí
Nước văo Nước ra
Nước tuần hồn
Bùn xả
Sơ đồ hệ thống xứ lý nước thải theo quâ trình vi sinh dính bâm.
Phương phâp xử lý nước thải theo quâ trình vi sinh dính bâm thường dược sử dụng trong câc bể lọc sinh học, câc dạng bể lọc sinh học thường hay sử dụng như:
- Bể lọc sinh học nhỏ giọt (Trickling filter). - Bể lọc sinh học thơ.
- Bể lọc sinh học tiếp xúc quay (RBC) -
Khi xử lý sinh học trong mơi trường hiếu khí, ta cần lưu ý đến một số yếu tố nhằm duy trì mơi trường thuận lợi cho câc vi khuẩn hiếu khí hoạt động:
- Hăm lượng oxy trong nước thải: đđy chính lă điều kiện tiín quyết vă quan trọng nhất trong quâ trình. Ta phải cấp đầy đủ lượng oxy văo trong bể sinh học để vi khuẩn thực hiện quâ trình phđn hủy chất hữu cơ, đồng thời duy trì một lượng oxy hịa tan trong bể. Trong thực tế, lượng oxy hịa tan nín duy trì trong bể sinh học dao động 1.5 ÷ 4 mg/l tại mọi vị trí của bể, trong đĩ giâ trị 2 mg/l lă giâ trị thường được sử dụng. Khi tăng hăm lượng oxy hịa trong nước thải lớn hơn 4mg/l thì hiệu quả xử lý khơng tăng lín nhiều nhưng ta lại phải tốn chi phí điện năng cho câc mây cung cấp khí.
- Nồng độ cho phĩp của câc chất bẩn hữu cơ: vi sinh vật chỉ hoạt động hiệu quả với một tải lượng hữu cơ nhất định năo đĩ. Muốn xâc định trị số năy phải qua quâ trình lăm thí nghiệm. Khi tải lượng ơ nhiễm tăng qua 1mức sẽ phâ hủy chế độ hoạt động bình thường của vi sinh vật mă cụ thể lă chất hữu cơ đĩ sẽ hủy hoại thănh phần cấu tạo tế băo.
- Độ pH của nước thải: giâ trị pH ảnh hưởng đến đến quâ trình tạo men trong tế băo vă quâ trình hấp thụ câc chất dinh dưỡng văo tế băo. Đối với đa số vi sinh vật, khoảng giâ trị pH tối ưu lă 6.5 ÷ 8.5.
- Chất dinh dưỡng trong nước thải: nitơ vă photpho lă câc nguyín tố dinh dưỡng quan trọng nhất cho sự phât triển của sinh khối. ta cần phải duy trì hăm lượng nito, photpho trong nước thải ở một giâ trị thích hợp nhằm duy trì trạng thâi ổn định của hệ vi sinh vật. Thơng thường tỷ lệ BOD : N : P thích hợp cho hệ vi sinh vật lă 100 : 5 : 1. Ngồi nito, photpho thì câc nguyín tố dinh dưỡng khâc cũng nín cĩ trong nước thải như K, Mg, Ca, S, Fe… Câc nguyín tố năy cũng gĩp phần hình thănh nín cấu trúc của tế băo vi sinh vật nhưng với một nồng độ vừa phải nếu khơng sẽ cĩ tâc dụng tiíu cực đối với quâ trình phât triển.
- Nhiệt độ nước thải: nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn đến chức năng hoạt động của vi sinh vật. Đối với đa số vi sinh vật, nhiệt độ nước thải thich hợp
nằm trong khoảng từ 5 ÷ 30 C. Khi nhiệt độ tăng cao sẽ gđy ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý vì khi đĩ độ hịa tan của oxy trong nước sẽ giảm. Cịn khi nhiệt độ quâ thấp sẽ lăm mất hoạt tính của câc vi sinh vật.
- Nồng độ bùn hoạt tính (vi sinh vật) trong nước thải: nồng độ vi sinh vật trong nước thải (g/l hay mg/l) lă lượng chất rắn lơ lửng cĩ trong bể sinh học (Mixed Liquor Suspended Solids - MLSS). Đđy cũng lă thơng số quan trọng cần phải được kiểm sốt để đảm bảo hiệu suất xử lý như mong muốn. Khi nồng độ bùn trong bể quâ cao thì lượng oxy tiíu thụ sẽ nhiều hơn vă việc tâch bùn ra khỏi nước thải sẽ khĩ hơn. Ngược lại, khi nồng độ bùn quâ thấp, hiệu quả xử lý sẽ giảm xuống vă một số quâ trình diễn ra trong bể như quâ trình nitrat hĩa sẽ khơng tồn tại. Nồng độ bùn hoạt tính thích hợp trong bể sinh học nín duy trì trong khoảng từ 2 ÷ 5 g/l.
Ngồi câc yếu tố níu trín, ta cũng cần phải lưu ý đến một số yếu tố khâc như việc khống chế nồng độ muối vơ cơ, đặc biệt lă câc muối kim loại nặng trong nước thải, câc chất độc, câc chất gđy ức chế cho quâ trình tăng trưởng của vi sinh vật.