Phương pháp sinh học dựa vào khả năng sống hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải ở dạng hoà tan hoặc phân tán nhỏ. Do vậy phương pháp này dùng khi đã loại bỏ các tạp chất phân tán thô.
Phương pháp sinh học chia làm hai nhóm:
Trong điều kiện tự nhiên.
Trong điều kiện nhân tạo.
Phần này chỉ chú ý đến xử lý bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo.
Ưu điểm:
Diện tích công trình nhỏ, gọn, kín.
Có thể kiểm soát được lượng khí thải sinh ra.
Chất lượng nước sau xử lý đảm bảo tiêu chuẩn ổn định.
3.5.1. Các phương pháp hiếu khí xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo:
Bể phản ứng sinh học hiếu khí – Aerotank: Quá trình chuyển hoá vật chất có trong Aerotank khi cho nước ô nhiễm hay nước thải vào hoàn toàn do hoạt động sống của nhiều loài vi sinh vật khác nhau. Các vi sinh vật trong bể Aerotank tồn tại ở dạng huyền phù. Các vi sinh vật trong bể Aerotank có xu hướng lắng đọng xuống đáy, do đó việc khuấy trộn các dung dịch trong aerotank là điều rất cần thiết.
3.5.1.1. Tác động của hệ thống cấp khí:
Không khí được cung cấp nhờ một moteur nén khí dùng cho:
Cung cấp oxy cho tế bào vi sinh vật.
Làm xáo trộn dung dịch, tăng khả năng tiếp xúc giữa tế bào vi sinh vật và vật chất.
Tăng nhanh quá trình sinh sản của vi khuẩn.
Tăng nhanh sự thoát khỏi dung dịch của các chất khí được tạo thành trong quá trình lên men.
Tăng nhanh sự thoát nhiệt.
Để cung cấp oxy cho aerotank người ta sử dụng những cách sau: thổi khí; nén khí; làm thoáng cơ học; thổi, nén khí với hệ thống cơ học.
Khi cung cấp khí vào aerotank cần lưu ý mấy điểm sau:
Không khí phải được cung cấp đầy đủ và đều khắp aerotak để tăng hiệu quả xử lý.
Các lỗ phân phối khí thải được phân phối đều trong các ống dẫn khí ra.
Tác động của cách khuấy:
Làm tăng mức độ hoà tan của oxy.
Làm tăng khả năng tiếp xúc giữa vi sinh vật và chất hữu cơ có trong Aerotank.
Làm tăng khả năng tách hai tế bào trong quá trình sinh sản của vi khuẩn do tác động cơ học của dòng chảy.
3.5.1.2. Một số bể aerotank tiêu biểu:
Aerotank tải trọng thấp.
Aerotank tải trọng cao bậc một.
Aerotank tải trọng cao nhiều bậc.
Aerotank tải trọng cao xen kẽ bể lắng bùn.
Aerotank khuấy trộn hoàn chỉnh.
Aerotank với hệ thống nhỏ giọt (bể sinh học).
3.5.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng:
Lượng oxy tiêu thụ: Phải làm sao cho hàm lượng oxy hoà tan không nhỏ hơn 2mg/l.
Nồng độ chất hữu cơ.
Chất dinh dưỡng: Cần thiết phải đảm bảo các nguyên tố dinh dưỡng BOD:N:P = 100:5:1
Độc tố: phenol, kim loại nặng, muối vô cơ và NH3. 3.5.2. Các phương pháp kị khí:
Dựa trên sự chuyển hoá vật chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy nhờ rất nhiều loài vi sinh vật yếm khí tồn tại trong nước thải.
Sản phẩm của quá trình là CH4, CO2, N2 , H2S, NH3 trong đó CH4 chiếm nhiều nhất.
Phân hủy kị khí có thể chia làm 6 quá trình:
Thủy phân polyme.
Lên men các đường và aminoacid.
Phân hủy kị khí các axit béo mạch dài và rượu.
Phân hủy kị khí các axit béo dễ bay hơi (ngoại trừ acidacetic).
Hình thành khí metan và acidacetic.
Hình thành khí methane từ hydrogen và CO2.
Các quá trình này có thể hợp thành 4 giai đoạn xảy ra đồng thời:
Thủy phân: Dưới tác dụng của enzim do vi khuẩn tiết ra các phức chất và chất không tan chuyển hoá thành các phức chất đơn giản hơn hoặc chất hoà tan (như các aminoacid, acid béo). Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất.
Acid hoá: Các vi khuẩn lên men chuyển hoá các chất hoà tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới.
Acetic hoá: Vi khuẩn acetic chuyển hoá các sản phẩm của giai đoạn acid hoá thành acetat, H2, CO2 và sinh khối mới.
Methanol hoá: Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân hủy kị khí acid acetic, H2, CO2, acid formic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới.
Trong công nghệ xử lý kị khí cần lưu ý những yếu tố quan trọng:
Duy trì sinh khối vi khuẩn càng nhiều càng tốt.
Tạo tiếp xúc đủ giữa sinh khối vi khuẩn với nước thải.
Khi hai yếu tố trên đáp ứng công trình xử lý kị khí có thể áp dụng tải trọng rất cao.
3.5.2.1. Các công nghệ xử lý kị khí
a. Quá trình phân hủy kị khí xáo trộn hoàn toàn:
Bể xáo trộn liên tục không có tuần hoàn bùn, thích hợp xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ hòa tan dễ phân hủy nồng độ cao hoặc xử lý bùn hữu cơ. Để xáo trộn dùng cách khuấy hoặc tuần hoàn khí biogas. Thời gian lưu sinh khối là thời gian lưu nước. Do thời gian
lưu bùn trong phân hủy kị khí thường từ 12 ÷ 30 ngày nên thể tích bể xáo trộn hoàn toàn đòi hỏi lớn hơn nhiều so với các công nghệ xử lý khác. Loại bể này có thể chịu đựng tốt trong trường hợp có độc tố hoặc khi tải trọng tăng đột ngột.
b. Quá trình tiếp xúc kị khí :
Gồm hai giai đoạn: phân hủy kị khí xáo trộn hoàn toàn và lắng hoặc tách riêng phần cặn sinh học. Bùn sau khi tách được tuần hoàn trở lại bể phân hủy kị khí.
Hệ thống tiếp xúc kị khí có thể hoạt động ở tải trọng chất hữu cơ từ 0,5 đến 10 kg COD/
m3/ngày với thời gian lưu nước từ 12 giờ đến 5 ngày.
c. Lọc kị khí (giá thể cố định dòng chảy ngược dòng) :
Bể lọc kị khí là cột chứa đầy vật liệu rắn trơ là giá thể cố định cho vi sinh kị khí sống bám trên bề mặt. Giá thể đó có thể là đá, sỏi, than, vòng nhựa tổng hợp, tấm nhựa, vòng sứ . . . dòng nước thải phân bố đều, đi từ dưới lên, tiếp xúc với màng vi sinh bám dính trên bề mặt giá thể. Do màng vi sinh bám dính tốt nên dẫn đến lượng sinh khối trong bể tăng lên và thời gian lưu bùn kéo dài. Loại bể này cần thêm hệ thống xáo trộn bằng khí Biogas sinh ra thông qua hệ thống phân phối khí đặt dưới lớp vật liệu và máy nén khí biogas.
d. Quá trình kị khí bám dính xuôi dòng :
Nước thải chảy vào từ trên xuống qua lớp gía thể Modul. Giá thể này tạo nên các dòng chảy nhỏ tương đối thẳng theo hướng từ trên xuống thích hợp xử lý nước thải có hàm lượng SS cao
e. Quá trình kị khí tăng giá thể lơ lửng :
Nước thải được bơm từ dưới lên qua lớp vật liệu hạt là giá thể cho vi sinh sống bám.
Vật liệu này có đường kính nhỏ do đó tỉ lệ diện tích bề mặt/thể tích rất lớn tạo sinh khối bám dính lớn. Hàm lượng sinh khối trong bể có thể lên 10.000 – 40.000 mg/l.