- Xử lý nước thải chứa kiềm
c. Nguyên tắc của các phương pháp xử lý sinh học
Theo Lâm Minh Triết và các tác giả (2006), môi trường phân hủy các vật chất hữu cơ trong nước thải có thể diễn ra trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí tương ứng với thuật ngữ là quá trình xử lý sinh học hiếu khí (aerobic) và quá trình xử lý sinh học kỵ khí (yếm khí – anaerobic). Các phương pháp sinh học xử lý nước thải Hiếu khí (Aerobic) Thiếu khí (Anoxic) Kỵ khí (Anaerobic) Bùn hoạt tính (Aerobic activated sludge) Đĩa quay sinh học (Rotating Biological Contractors) Màng lọc sinh học (Strickling filters) Ao hồ ổn định nước thải (Waste water stabilization ponds and lagoons Hồ kỵ khí (Anaerobic sludge digestion) Bể lọc kỵ khí UASB (Upflow anaerobic sludege Bed) Khử nitrat (De- nitrifaction)
Ngoài 2 quá trình này, Hoàng Kim Cơ và các tác giả (2005) còn đề cập đến 2 giải pháp phụ làphương pháp thiếu khí (anoxic) vàphương pháp tùy nghi (facultative) theo sơ đồ dưới dây (Hình 3.17.).
Tùy theo điều kiện cụ thể như tính chất và khối lượng của nước thải, khí hậu, địa hình, diện tích mặt bằng, kinh phí với công nghệ thích hợp người ta sẽ áp dụng một trong những phương pháp trên hoặc kết hợp với nhau.
Theo Hoàng Kim Cơ và các tác giả (2005), quá trình phân hủy các chất hữu cơ của các vi sinh vật dị dưỡng trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí như sau:
- Các phương pháp hiếu khí
Phương pháp này dùng để loại các chất hữu cơ dễ bị vi sinh vật phân hủy ra khỏi nguồn nước. Các chất này được các loại vi sinh vật hiếu khí oxy hóa bằng oxy hòa tan trong nước. O2
(CHO)nNS CO2 + H2O + sinh khối vi sinh vật + các sản phẩm dự trữ + (Chất hữu cơ) Vi sinh (60%) (40%) NH4+ + H2S + năng lượng
vật hiếu khí NO3 -
+ SO42-
Ngoài sinh khối vi sinh vật (khoảng 40% của vật chất tham gia phản ứng) sản phẩm chủ yếu là CO2 và H2O (gần 60%).
Trong phương pháp hiếu khí ammoni cũng được loại bỏ bằng oxy hóanhờ vi sinh vật tự dưỡng
NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O + năng lượng -Các phương pháp thiếu khí
Trong điều kiện thiếu oxy hòa tan việc khử nitrit hóa sẽ xảy ra. Oxy được giải phóng từ nitrat sẽ oxy hóa chất hữu cơ và nitơ sẽ được tạo thành.
NO3- → NO2- + O2
O2 → N2 + CO2 + H2O
Trong hệ thống xử lý theo kỹ thuật bùn hoạt tính sự khử nitrit hóa sẽ xảy ra khi không tiếp tục thông khí. Khi đó oxy cần cho hoạt động của vi sinh vật giảm dần và việc giải phóng oxy từ nitrat sẽ xảy ra. Theo nguyên tắc trên phương pháp thiếu khí (khử nitrit hóa) được sử dụng để loại nitơ ra khỏi nước thải.
-Phương pháp xử lý kỵ khí O2
(CHO)nNS CO2 + H2O + sinh khối vi + cácsản phẩm + các sản phẩm (Chất hữu cơ) Vi sinh (20%) sinh vật (5%) dự trữ trung gian (70%) vật kỵ khí + CH4+ H2 + NH4++ H2S + năng lượng
(5%)
Ở điều kiện kỵ khí, sinh khối vi sinh vật được tạo thành ít ngoài các chất trung gian (đến 70%) còn có một sản phẩm quan trọng là metan. Do vậy người ta thường dựa vào quá trình nàyđể thu metan và quá trình nàyđược gọi là lên men metan.
Quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ có trong nước thải, rác thải hoặc các cặn bùn, cặn thải gồm hai giai đoạn:
- Giai đoạn thủy phân: dưới tác dụng của các enzim thủy phân do vi sinh vật tiết ra, các chất hữu cơ sẽ bị thủy phân - hydratcacbon (kể cả các chất không hòa tan) phức tạp sẽ chuyển thành các đường đơn giản; protein thành albumoz, pepton, peptit, acid amin; lipid sẽ chuyển thành glyceril và các acid béo.
- Giai đoạn tạo khí: sản phẩm thủy phân sẽ tiếp tục bị phân giải và tạo thành sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp các khí chủ yếu là CO2, và CH4. Ngoài ra còn tạo ra một số khí khác, như H2, N2, H2S và một ít muối khoáng.
Các hydratcacbon bị phân hủy sớm nhất và nhanh nhất, hầu hết chuyển thành CO2, và CH4. Các hợp chất hữu cơ hòa tan bị phân hủy gần như hoàn toàn: acid béo tự do được phân hủy tới 80-90%, axit béo loại este được phân hủy 65-68%. Riêng lignin là hợp chất hữu cơ khó phân giải nhất, nó là nguồn tạo ra mùn.
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí sinh ra sản phẩm cuối cùng là hỗn hợp khí, trong đó CH4 (metan) chiếm tới 60-75%. Vì vậy quá trình này còn được gọi là lên men metan.
Quá trình xử lý sinh học kỵ khí thường được ứng dụng để xử lý sơ bộ các loại nước thải có hàm lượng BOD5 cao (>1.000 mg/l), làm giảm tải lượng hữu cơ và tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý hiếu khí diễn ra có hiệu quả. Xử lý sinh học kỵ khí còn được áp dụng để xử lý các loại bùn, cặn (cặn tươi từ bể lắng đợt I, bùn hoạt tính sau khi nén…) ở trạm xử lý nước thải đô thị và một số ngành công nghiệp.
Quá trình xử lý sinh học hiếu khí thường được ứng dụng có hiệu quả cao đối với nước thải có hàm lượng BOD5 thấp như nước thải sinh hoạt sau xử lý cơ học và nước thải của các ngành công nghiệp bị ô nhiễm hữu cơ ở mức độ thấp (BOD5<1.000 mg/l). Tùy theo cách cung cấp oxy mà quá trình xử lý xử lý sinh học hiếu khí được chia làm 2 loại: