2.3. Các phương pháp xử lý nước thải
2.3.4. Phương pháp xử lý sinh học
Phương pháp này đựa trên khả năng của vi sinh sử dụng đối với chất này làm chất dinh dưỡng trong hoạt động sống. Phương pháp này ứng dụng để loại các chất hữu cơ hòa tan và một số chất hữu cơ ra khỏi nước thải sinh hoạt và công nghiệp.
Để thực hiện qua trình oxy hóa sinh hóa, các chất hữu cơ hòa tan, cả các chất keo và phân tán nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào trong tế bào vi sinh vật.
Có ba phương pháp xử lý sinh hóa là hiếu khí, yếm khí và tùy tiện. Xử lý hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh hô hấp hiếu khí. Để chúng hoạt động tốt cần đảm bảo có dòng oxy cố định và nhiệt độ 20-40°C.
Quá trình xử lý yếm khí diễn ra không cần oxy, được ứng dụng để khử cặn độc.
Quá trình xử lý tùy tiện sử dụng vi sinh vật hô hấp tùy tiện.
Quá trình này có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc trong các công trình nhân tạo.
2.3.4.1. Phương pháp hiếu khí
Quá trình này có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc trong các công trình nhận tạo.
a) Xử lý nước thải trong công trình nhân tạo
Việc xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo được tiến hành trong bể thông khí (aerotank) hoặc thiết bị sinh học.
* Xử lý trong các bể thông khí
Trong các xử lý hiếu khí, các vi sinh vật sinh trưởng ở trạng thái huyền phù.
Quá trình xử lý trong aerotank diễn ra theo dòng nước thải được sục khí và trộn với bùn hoạt tính. Việc sục khí đảm bảo hai yêu cầu của quá trình: bão hòa O2 vào trong
nước và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Nước thải được đưa vào trong bể lắng, để tăng cường sự lắng các hạt lơ lửng có thể đưa vào một phần bùn hoạt tính, sau đó nước trong đi vào bể ổn định - thông khí sơ bộ, đưa thêm vào đây một phần bùn hoạt tính từ bể lắng đợt II. Các quá trình sinh học xảy ra xảy ra trong aerotank được chia thành 2 giai đoạn:
• Hấp thụ các chất hữu cơ trên bề mặt bùn hoạt tính và khoáng hóa các chất dễ bị oxy hóa với sự tiêu thụ mãnh liệt oxy.
• Oxy hóa bổ sung các chất khó bị oxy hóa, tái sinh bùn hoạt tính. Ở giai đoạn này oxy hóa tiêu thụ chậm.
* Xử lý nước thải trong thiết bị lọc sinh học.
Bể lọc sinh học là thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp màng bám trên lớp vật liệu lọc (môi trường lọc). Nước thải được chảy từ trên xuống và được lọc qua lớp vật liệu bao phủ màng vi sinh. Vi sinh trong màng oxy hóa các chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Vì vậy chất hữu cơ được tách ra khỏi nước. Đồng thời khối lượng màng sinh học tăng lên. Màng sinh học chết trôi theo nước thải ra khỏi thiết bị. Vật liệu đệm có thể là đá dăm, xỉ, đá cuội, keramit, vòng sứ nhựa hoặc kim loại. Cường độ oxy hóa trong thiết bị lọc sinh học thấp hơn trong aerotank. Thiết bị lọc sinh học được dùng xử lý nước với năng suất đến 1000m3/ngày đêm nếu BOD < 200mg/l. (Nguyễn Trung Việt, 2012).
b) Làm sạch nước thải trong điều kiện tự nhiên
Cơ sở của phương pháp này là dựa vào khả năng tự làm sạch của đất và nguồn nước. Việc xử lý nước thải được thực hiện trên các công trình :
* Cánh đồng tưới
Dẫn nước thải theo hệ thống mương đất trên cánh đồng tưới, dùng bơm và ống phân phối phun nước thải lên mặt đất. Một phần nước bốc hơi, phần còn lại thấm vào đất để tạo độ ẩm và cung cấp một phần chất dinh dưỡng cho cây cỏ sinh trưởng.
Phương pháp này chỉ được dùng hạn chế ở những nơi có khối lượng nước nhỏ, vùng đất khô cằn xa khu dân cư, độ bốc hơi cao và đất luôn thiếu độ ẩm. Ở cánh đồng tưới
không được trồng rau xanh và cây thực phẩm vì vi khuẩn, virút gây bệnh và kim loại nặng trong nước thải chưa được loại bỏ sẽ gây tác hại cho sức khỏe của người sử dụng các loại rau và cây thực phẩm này.
*Ao sinh học
Ao sinh học là dãy ao gồm 3-5 bậc, qua đó nước thải chảy vào với vận tốc nhỏ, được lắng trong và xử lý sinh học. Nước thải được xả và những nơi vận chuyển và chứa nước có sẵn trong tự nhiên để pha loãng chúng và tận dụng khả năng tự làm sạch của các nguồn nước tự nhiên. Khi xả nước thải vào nguồn tiếp nhận, nước của nguồn tiếp nhận sẽ bị nhiễm bẩn. Mức độ nhiễm bẩn phụ thuộc vào: lưu lượng và chất lượng nước thải, khối lượng và chất lượng nước có sẵn trong nguồn, mức độ khuấy trộn để pha loãng. Khi lưu lượng và tổng hàm lượng chất bẩn trong nước thải nhỏ so với lượng nước của nguồn tiếp nhận, ôxy hòa tan có trong nước đủ để cấp cho quá trình làm sạch hiếu khí các chất hữu cơ. Tuy nhiên, các chất lơ lửng, vi trùng gây bệnh và kim loại nặng,… nếu không loại bỏ trước vẫn đe dọa đến sức khỏe và sinh hoạt cộng đồng thông qua hoạt động của các loài cá, chim và các loài sinh vật có ích khác.
* Hồ sinh học hiếu khí
Có diện tích rộng, chiều sâu cạn. Chất hữu cơ trong nước thải được xử lý chủ yếu nhờ sự cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn sống ở dạng lơ lửng. Ôxy cung cấp cho vi khuẩn nhờ sự khuếch tán qua bề mặt và quang hợp của tảo. Chất dinh dưỡng và CO2
sinh ra trong quá trình phân hủy chất hữu cơ được tảo sử dụng. Hồ hiếu khí có hai dạng: (1) có mục đích là tối ưu sản lượng tảo, hồ này có chiều sâu cạn 0,15 - 0,45 m;
(2) tối ưu lượng ôxy cung cấp cho vi khuẩn, chiều sâu hồ này khoảng 1,5 m. Để đạt hiệu quả tốt có thể cung cấp ôxy bằng cách thổi khí nhân tạo.
2.3.4.2. Phương pháp yếm khí
Phương pháp này được ứng dụng để lên men bùn cặn sinh ra trong quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học, cũng như nước thải công nghiệp chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao (BODtp=4-5 g/l). Đây là phương pháp cổ điển nhất dùng để ổn định bùn cặn, trong đó các vi khuẩn yếm khí phân hủy các chất hữu cơ.
Để xử lý nước thải, người ta sử dụng quá trình lên men metan. Người ta thường giải thích quá trình lên men khí metan gồm hai pha: pha axit và pha kiềm (hay phametan).
Trong pha axit, các vi khuẩn tạo axit (bao gồm các vi khuẩn tùy tiện, vi khuẩn yếm khí) hóa lỏng các chất rắn hữu cơ sau đó lên men các chất hữu cơ phức tạp đó tạo thành các axit bậc thấp như axit béo, cồn, axit amin, amoniac, glyxerin, axeton, dihydrosunfua, CO2, H2.
Trong pha kiềm, các vi khuẩn tạo metan chỉ gồm các vi khuẩn yếm khí chuyển hóa các sản phẩm trung gian trên tạo thành CH4 và CO2..