Các quá trình hiếu khí có thể xảy ra trong điều kiện tự nhiên hay trong các điều kiện xử lý nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều.
− Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn: Oxy hóa chất hữu cơ : (đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào)
CxHyOzN + O2 vsv CO2 + NH3 + H2O + Q − Tổng hợp tế bào: (tổng hợp xây dựng tế bào)
− Oxy hóa nội bào (tự oxy hóa): khi môi trường thiếu dinh dưỡng, xảy ra quá trình tự oxy hóa:
C5H7NO2 + O2 vsv CO2 + NH3 +H2O + Q
Trong quá trình oxy hóa hiếu khí, các chất hữu cơ chứa N, S, P cũng được chuyển thành NO3-, SO42-, PO43-, CO2, H2O.
NH3 + O2 vsv HNO2 + O2 +vsv HNO3
Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:
- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân hủy hiếu khí. Trong số các quá trình này, quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến nhất.
- Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate với màng cố định.
Các công trình nghiên cứu.
Hồ sinh học.
Nguyên lý và công dụng: Xử lý nước thải ở hồ sinh học là lợi dụng quá trình tự
làm sạch của nguồn tiếp nhận nước thải. Lượng ô xy cho quá trình sinh hóa chủ yếu là do không khí xâm nhập qua mặt thoáng của hồ và do quá trình quang hợp của thực vật nước.
Ngoài nhiệm vụ xử lý nước thải, hồ sinh học còn có thể đem lại những lợi ích sau:
- Nuôi trồng thủy sản.
- Là nơi tích trữ nguồn nước để tưới cho cây trồng.
- Điều hòa dòng chảy nước mưa trong hệ thống thoát nước đô thị hoặc các khu công nghiệp, khu dân cư.
xử lý nước thải vì có nhiều thuận lợi: - Không đòi hỏi nhiều vốn đầu tư.
- Bảo trì, vận hành đơn giản, không đòi hỏi có người quản lý thường xuyên.
- Hầu hết các đô thị, các khu dân cư có nhiều ao, hồ hay khu ruộng trũng có thể sử dụng mà không cần cải tạo, xây dựng nhiều.
- Có các điều kiện kết hợp mục đích xử lý nước thải với việc nuôi trồng thủy sản và điều hòa nước mưa.
Phân loại hồ:
Hiện nay người ta phân hồ sinh học hiếu khí thành hai loại:
- Hồ làm thoáng tự nhiên: Ô xy cung cấp cho quá trình ô xy hóa chủ yếu do sự khuếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của thực vật nước (rong, tảo,…). Để đảm bảo cho ánh sáng có thể xuyên qua, thì chiều sâu của hồ phải nhỏ, tốt nhất là từ 0,3 - 0,5 m. Sức chứa tiêu chuẩn lấy theo chỉ tiêu BOD vào
khoảng 250 - 300 kg/ha/ngày. Thời gian lưu nước trong hồ khoảng 3 - 12 ngày. Tuy nhiên do độ sâu cần nhỏ, thời gian lưu nước lâu nên diện tích của hồ đòi hỏi phải đủ lớn. Vì thế nó chỉ hợp lý về kinh tế khi kết hợp với việc nuôi trồng thủy sản với chăn nuôi và hồ chứa nước cho công nghiệp.
- Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo: Loại này nguồn ô xy cung cấp cho quá trình sinh hóa là bằng các thiết vị như bơm khí nén hay máy khuấy cơ học. Do được tiếp khí nhân tạo nên chiều sâu của hồ có thể từ 2 - 4,5 m, sức chứa tiêu chuẩn theo chỉ tiêu BOD khoảng 400 kg/ha/ngày. Thời gian lưu nước trong hồ chỉ cần từ 1 - 3 ngày.
Cấu tạo của hồ:
Các loại hồ sinh học hiếu khí có thể làm một hoặc nhiều bậc, chiều sâu của các bậc sau sâu hơn các bậc phía trước. Thiết bị đưa nước vào hồ phải có cấu tạo thích hợp để phân phối, điều hòa nước trên toàn bộ diện tích hồ. Thông thường, hồ một bậc thường được thiết kế với diện tích 0,5 - 0,7 ha; hồ nhiều bậc thì mỗi bậc 2,25 ha; tùy theo công suất mà có thể xây dựng làm nhiều hồ.
Bể Aerotank là công trình nhân tạo xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, trong đó người ta cung cấp ôxi và khuấy trộn nước thải với bùn hoạt tính.
Các quá trình sinh hóa xảy ra trong Aerotank.
• Quá trình tăng sinh khối.
Gồm có 4 pha: pha chậm, pha tăng trưởng, pha cân bằng và pha chết.
• Quá trình khử Nitơ.