e. Trao đổi ion
3.2.3.1 Xử lý sinh học trong điều kiện tự nhiên a Ao hồ sinh học
a. Ao hồ sinh học
xử lý nước thải trong các ao hồ ổn định là phương pháp xử lý đơn giản nhất và đã được sử dụng từ thời xa xưa. Phương pháp này không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tư ít, chi phí hoạt động rẻ tiền, quản lí đơn giản và hiệu quả cũng khá cao.
Qui trình xử lý theo phương pháp ao hồ sinh học khá đơn giản và được tóm tắt như sau:
Nước thải ->loại bỏ rác, cát sỏi… -> các ao hồ ổn định -> nước đã xử lý. Cơ sở khoa học của phương pháp là dựa vào khả năng tự làm sạch của nước, chủ yếu là vi sinh vật và các thủy sinh khác, các chất nhiễm bẩn bị phân hủy thành các chất khí và nước. Như vậy, quá trình làm sạch không phải thuần nhất là quá trình hiếu khí, mà còn có quá trình tùy tiện và kị khí.
Ao hồ hiếu khí
Ao hồ hiếu khí là loại ao nông 0,3 – 0,5(m) có quá trình oxi hóa các chất bẩn hữu cơ chủ yếu là các vi sinh vật hiếu khí. Loại ao hồ này gồm có: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo.
Hồ hiếu khí tự nhiên oxi từ không khí dễ dàng khuếch tán váo lớp nước phía trên và ánh sáng mặt trời chiếu rọi, làm cho tảo phát triển, tiến hành quang hợp thải ra oxi. Để đảm bảo cho ánh sáng qua nước, chiều sâu hồ phải nhỏ, thường là 30-40cm. do chiều sâu như vậy diện tích hồ càng lớn càng tốt. Tải của hồ (BOD) khoảng 250-300 (kg/ha.ngày). Thời gian lưu nước từ 3 – 12 ngày.
Do ao nông, diện tích lớn đảm bảo điều kiện hiếu khí cho toàn bộ nước trong ao (từ mặt thoáng tới đáy). Nước lưu trong ao tương đối dài, hiệu quả làm sạch có thể tới 80-95% BOD, màu nước có thể chuyển sang dần màu xanh của tảo.
Tảo
Vi khuẩn Tảo mới
Chất hữu cơ
Năng lượng mặt trời
Vi khuẩn mới O2 CO ,NH PO ,H O 4 3 2 3- 2
Hình 1. Quan hệ cộng sinh giữa tảo và vi sinh vật hiếu khí
Ao hồ kị khí:
Ao hồ kị khí là loại ao sâu, ít có hoặc không có điều kiện hiếu khí. Các vi sinh vật kị khí hoạt động sống không cần oxi của không khí. Chúng xử dụng oxi ở các hợp chất như nitrat, sulfat… để oxi hóa các chất hữu cơ thành các axit hữu cơ, các loại rượu và CH4, H2S, CO2… và nước.
Ao hồ kị khí thường dùng để lắng và phân hủy cặn lắng ở vùng đáy. Loại ao hồ này có thể tiếp nhận loại nước thải (kể cả nước thải công nghiệp) có độ nhiễm bẩn lớn, tải BOD cao và không cần vai trò quang hợp của tảo. Nước thải lưu ở hồ kị khí thường sinh ra mùi hôi thối khó chịu. Vì vậy không nên bố trí các loại ao hồ này gần khu dân cư và xí nghiệp chế biến thực phẩm.
Để duy trì điều kiện kị khí và giữ ấm nước trong hồ trong những ngày mùa đông giá lạnh, chiều sâu hồ là khá lớn (từ 2-6(m), thông thường lấy ở khoảng 2,5- 3,5(m).
Ao hồ tùy nghi:
Loại ao hồ này rất phổ biến trong thực tế. Đó là loại kết hợp có 2 quá trình song song: phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hòa tan có đều ở trong nước và phân hủy kị khí (sản phẩm chủ yếu là CH4) cặn lắng ở vùng đáy.
Đặc điểm của ao hồ tùy nghi xét theo chiều sâu có 3 vùng: lớp trên là vùng hiếu khí (vi sinh vật hiếu khí hoạt động), vùng giữa là vùng kị khí tùy tiện (vi sinh vật tùy nghi hoạt động) và vùng phía đáy sâu là vùng kị khí (vi khuẩn lên men metan hoạt động).
Nguồn oxi cần thiết cho quá trình oxi hóa các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước nhờ khuếch tán qua mặt nước do sóng gió và nhờ tảo quang hợp dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời. Nồng độ oxi hòa tan ban ngày nhiều hơn ban đêm. Vùng hiếu khí chủ yếu ở lớp nước phía trên mặt ao hồ có độ sâu tới 1m.
Vùng kị khí xảy ra ở lớp đáy hồ. Ơû đây các chất hữu cơ bị phân hủy kị khí sinh ra các chất khí CH4, H2S, N2, CO2 (chủ yếu là CH4). Do vậy quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ còn gọi là quá trình lên men metan). Quá trình này phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, ở nhiệt độ cao quá trình lên men metan xảy ra nhanh hơn. Phân hủy kị khí các chất hữu cơ thường sinh ra các sản phẩm dạng khí có mùi thối khó chịu và có thể còn bị cháy nổ hoặc gây nhiễm độc bầu không khí, có khi gây chết người khi ngửi phải hỗn hợp khí thoát ra từ các bể kị khí với nồng độ cao.
Trong hồ thường hình thành hai tầng phân cách nhiệt: tầng nước ở phía trên có nhiệt độ cao hơn lớp ở dưới. Tầng trên có tảo phát triển, tiêu thụ CO2 làm cho pH chuyển sang kiềm. Tảo phát triển mạnh thành lớp dày rồi chết và tự phân làm cho nước thiếu oxi hòa tan, ảnh hưởng đến vi sinh vật hiếu khí, còn các vi sinh vật kị khí tùy tiện hoạt động mạnh. Trong trường hợp này nên khuấy đảo nước hồ để tránh cho hồ bị quá tải chất hữu cơ.
Xây hồ nên chọn chiều sâu vào khoảng 1 – 1,5m, tỉ lệ chiều dài và chiều rộng là 1:1 hoặc 2:1. Những nơi có nhiều gió, diện tích hồ nên cho rộng, còn những nơi ít gió xây hồ có nhiều ngăn. Đáy hồ cần phải lèn chặt để chống thấm, có thể phải phủ một lớp đất sét dày 15cm. Bờ hồ nên gia cố chắc chắn để chống xói lở.