Đõy là nhúm phương phỏp thường được sử dụng rộng rói hơn so với cỏc phương phỏp khỏc trong xứ lý nước thải chăn nuụi do nước thải chăn nuụi giàu thành phần hữu cơ, cho nờn dễ ỏp dụng phương phỏp xử lý sinh học. Phương phỏp sinh học xử lý nước thải chăn nuụi là cỏc phương phỏp dựng cỏc tỏc nhõn sinh học như tảo, vi khuẩn, nấm, nguyờn sinh động vật, thực vật nước hay cỏc động vật như cỏ, nhuyễn thể…hay thực vật nước để phõn hủy, chuyển húa và chuyển dạng cỏc chất ụ nhiễm trong nước thải chăn nuụi. Trong cỏc hệ thống xử lý sinh học, cộng đồng cỏc sinh vật khai thỏc năng lượng từ cỏc chất thải để duy trỡ họat động và tăng trưởng nhờ hệ thống enzyme sinh học. Dựa vào khả năng này của vi sinh vật, người ta sử dụng vi sinh vật nhằm chuyển húa cỏc chất thải sinh học (biowastes) mà thường là cỏc chất ụ nhiễm trong nước thải chăn nuụi sang dạng khụng ụ nhiễm hay lọai bỏ chỳng ra khỏi dũng thải. Cỏc quỏ trỡnh phõn giải dị húa của vi sinh vật, tảo, nấm men và nấm là những con đường chớnh cho toàn bộ hay ớt nhất là một phần của quỏ trỡnh phõn hủy cỏc hợp chất hữu cơ cú nguồn gốc từ phõn, nước tiểu hay xỏc động vật. - Mục tiờu của xử lý sinh học nước thải là lọai bỏ cỏc chất ụ nhiễm bởi quỏ trỡnh chuyển húa và tổng hợp sinh khối trong cỏc tỏc nhõn sinh học hay làm đụng tụ và loại bỏ cỏc chất rắn dạng keo khụng cú khả năng kết tủa. Quỏ trỡnh phõn giải cỏc chất hữu cơ tạo thành cỏc chất đơn giản như CH4, CO2, H2O, NH3, khớ NOx… và cuối cựng chỳng sẽ bị loại bỏ khỏi dũng nước thải bằng quỏ trỡnh lắng bựn, chuyển thành dạng bền vững khụng độc của cỏc hợp chất hữu cơ và vụ cơ hũa tan và loại bỏ cỏc chất dinh dưỡng (N, P) trong nước thải.
- Ưu điểm của cỏc phương phỏp sinh học là phương phỏp rẻ tiền, an toàn cho mụi trường so với phương phỏp húa học. Ngũai lợi ớch về mụi trường, phương phỏp xử lý sinh học cũn cú khả năng tạo cỏc sản phẩm phụ cú giỏ trị kinh tề như khớ sinh học (biogas), phõn vi sinh hay nhiều sản phẩm khỏc…
- Tuy nhiờn phương phỏp xử lý sinh học thường phụ thuộc vào một số cỏc yếu tố mụi trường như thời tiết, nhiệt độ, thời gian xử lý khỏ lõu, đũi hỏi mặt bằng rộng và cú thể tạo mựi hay cỏc khớ nếu khụng che phủ kớn và quản lý tốt chỳng cú thể phỏt tỏn vào mụi trường.
Người ta cú thể sử dụng nhiều quỏ trỡnh sinh học khỏc nhau trong xử lý nước thải chăn nuụi. Hỡnh 2.2. là một số cỏc quỏ trỡnh sinh học thường ỏp dụng trong xử lý nước thải chăn nuụi.
Phương phỏp xử lý sinh học hiếu khớ
Là phương phỏp xử lý chất ụ nhiễm trong nước thải bằng con đường oxy húa khử sinh học với sự tham gia của cỏc tỏc nhõn sinh học như virus, vi khuẩn, xạ khuẩn, tảo, nấm…(chủ yếu là vi sinh vật) hiếu khớ. Ở phương thức này, trong cỏc hệ thống xử lý diễn ra quỏ trỡnh oxy húa cỏc hợp chất hữu cơ hũa tan hay cỏc hợp chất cao phõn tử sinh học hũa tan ngọai bào như carbohydrate, protein, chất bộo hay lipit trong nước thải chăn nuụi hay trong khối bựn hoạt tớnh đến sản phẩm cuối cựng là CO2, H2O, và một lượng đỏng kể bựn dư. Bựn họat tớnh là tập hợp của cỏc vi sinh vật khoỏng húa cú khả năng hấp phụ bề mặt cỏc chất hữu cơ cú trong nước thải. Bựn dư từ quỏ trỡnh xử lý hiếu khớ nước thải chăn nuụi cú thể là một lọai phõn vi sinh cú giỏ trị. Ngũai ra cũn cú một lượng nhỏ NH3 và H2S được hỡnh thành do quỏ trỡnh phõn hủy cỏc axit amin chứa lưu huỳnh hay axit amin cú cấu trỳc mạch vũng.
Trong cỏc hệ thống xử lý hiếu khớ, oxy cú thểđược cung cấp bằng phương phỏp bơm sục khớ hoặc khuấy sục khớ. Tuy nhiờn trong thực tế xử lý nước thải chăn nuụi người
Xử lý sinh học Quỏ trỡnh hiếu khớ Quỏ trỡnh kỵ khớ Quỏ trỡnh thiếu khớ Quỏ trỡnh kết hợp Hồ sinh học Lọc sinh học Hỡnh 2.2. Phõn loại phương phỏp xử lý sinh học
ta thường dựng phương phỏp bơm sục khớ mà ớt khi sử dụng phương phỏp khuấy. Nguyờn nhõn là do bể hiếu khớ thường là bể kớn để trỏnh sự bốc hơi cỏc khớ tạo mựi vào mụi trường khụng khớ. Phương thức cung cấp oxy khỏc nhau sẽ dẫn tới sự khỏc nhau về khả năng vận chuyển oxy vào hệ thống và khả năng tỏch CO2 ra khỏi hệ thống. Việc tỏch CO2 ra khỏi hệ thống là rất cần thiết để ngăn giảm pH và duy trỡ nhiệt độ thớch hợp của hệ thống.
Quỏ trỡnh xử lý sinh học hiếu khớ cú thể diễn ra trong điều kiện nhõn tạo hoặc tự nhiờn. Ở phương phỏp xử lý nhõn tạo cú thể sử dụng bể phản ứng sinh học hiếu khớ (Aeroten), lọc sinh học hiếu khớ (biofilter) hay đĩa quay sinh học RBC (rotating biological contactor) hay một số phương phỏp khỏc… Ở phương phỏp xử lý tự nhiờn cú thể là cỏnh đồng tưới, hồ sinh học hay dựng thực vật cỏc vựng đất ngập nước…
- Bể Aeroten
Bể aroten là dạng bể kỹ thuật truyền thống và đuợc ứng dụng nhiều trong xử lý hiếu khớ nước thải do kỹ thuật đơn giản, dễ vận hành và chi phớ thấp. Nguyờn lý của quỏ trỡnh là dũng chảy của nước thải và bựn hoạt tớnh ở trạng thỏi lơ lửng (bựn chứa vi sinh vật hoạt động) được nạp bóo hũa oxy bằng phương phỏp sục khớ. Cỏc tỏc nhõn sinh học tham gia vào quỏ trinh bao gồm một tập hợp cỏc nhúm vi sinh vật như sau:
– Virus
– Vi khuẩn (bacteria)
– Xạ khuẩn (actinomicetes)
– Vi nấm: nấm men (yeasts), Nấm mốc hay nấm sợi (mods)
– Vi tảo (Algae)
– Nguyờn sinh động vật (protozoa)
Hỡnh 2.3. Mụ hỡnh xử lý hiếu khớ (aeroten) nước thải chăn nuụi
Nước thải đầu vào Bể lắng I aeroten Bể Bể lắng I Nước ra Tuần hũan bựn họat tớnh Xả bựn cặn Xả bựn họat tớnh thừa Khụng khớ nộn Bựn tuần hoàn Dũng ra Bựn thải Dũng vào từ lắng 1 Khụng khớ khuếch tỏn Lắng 2
Ngũai ra cũn cú cỏc vi sinh vật khỏc, như vi khuẩn hoại sinh… Bựn hoạt tớnh bao gồm cả tế bào chết, tế bào già và cả cỏc tế bào trẻ hoạt động phõn tỏn trong nước thải thành cỏc dạng hạt nhỏ.
Ở cỏc dõy chuyền cụng nghệ aeroten truyền thống, nước thải đầu tiờn được tỏch cỏc chất rắn thụng qua hệ thống chắn rỏc. Sau đú chỳng được lắng sơ bộ trước khi được bơm vào bể sục khớ (aeration tank). Ởđú, nước thải được hũa với dũng bựn hồi lưu từ phần đầu cuối của bể hiếu khớ. Khụng khớ sục đồng đều theo suốt chiều dài của bể và được khuấy trộn bằng cỏch sục khớ. Cỏc quỏ trỡnh xảy ra trong bể bao gồm:
- Sục khớ
- Hấp thụ cỏc chất lơ lửng,
- Kết bụng của cỏc tế bào vi sinh vật với cỏc chất hữu cơ bị oxy hoỏ. - Bựn hoạt tớnh thừa được lấy ra ở bể lắng thứ cấp.
- Tuần hũan một lương bựn họat tớnh về bể aeroten
O xy cú thể cung cấp thụng qua một trong cỏc phương thức: Khuấy cơ học, thổi
khụng khớ hay nộn khụng khớ và nạp thụng qua bộ phận khuyếch tỏn khớ ngõm trong nước
thải (Hỡnh…..và )
- Lọc sinh học
Nguyờn lý của quỏ trỡnh lọc sinh học là sử dụng vi sinh vật bỏm dớnh trờn lớp màng của l?p vật liệu lọc, dũng nước thải được tưới từ trờn xuống qua lớp vật liệu lọc và cỏc chất thải được xử lý bởi cỏc tỏc nhõn sinh vật trong vật liệu lọc. Nước thải được bơm vào giàn phun xoay vũng đều trờn bề mặt của một tầng vật liệu, thường bằng cỏc viờn sỏi, đỏ hay cỏc vật liệu nhõn tạo, cú vi sinh vật hiếu khớ bỏm dớnh. Theo phương
Hỡnh 2.4. Bể Aeroten với hệ thống cấp khớ bề mặt
Hỡnh . Caực kieồu bể aeroten
Hỡnh 2.5. Cỏc kiểu bể aeroten nhõn tạo xử lý nước thải chăn nuụi
Hệ thống cấp khớ
Với hỡnh thức xử lý nước thải này, số lượng và chất lượng quần thể vi sinh vật của màng vi sinh vật phụ thuộc vào một số yếu tố như khả năng bỏm dớnh của vi sinh vật ở lớp vật liờu lọc, thành phần nước thải, lượng oxy hũa tan trong dũng nước thải,... ở bề mặt vật liệu lọc và cỏc khe hở giữa chỳng, cỏc cặn bẩn được giữ lại. Sau đú chất hữu cơđược phõn hủy hiếu khớ, oxy khụng khớ đuợc nạp vào bể lọc bằng cỏch nạp tự nhiờn khớ đồng thời cựng với dũng nước thải khi tưới, nạp khớ qua cỏc khe hở bố trớ ở thành bể hoặc qua hệ thống thu nước phõn bố trong khối vật liệu lọc. Để bể sinh học hoạt động tốt, đạt hiệu quả cao cần phải phõn phối đều nước thải trờn bề mặt lọc, thụng giú, cung cấp oxy đầy đủ cho cỏc vi sinh vật hoạt động với tải lượng, tốc độ thớch hợp (Hỡnh….).
Tuy nhiờn phương phỏp lọc sinh học thường ớt được sử dụng trong xử lý nước thải chăn nuụi do lớp vật liệu lọc thường nhanh chúng bị bóo hũa cơ chất, đặc biệt là đối với nước thải chăn nuụi cú độđậm đặc cao.
Bựn Thải Dũng vào Dũng ra Tuần hoàn dũng ra Tuần hoàn bựn lắng cấp 2 Tuần hoàn xen kẽ Bừm Bể lắng cấp 1 Bể lắng cấp 2 Hỡnh 2.7. Một hệ thống lọc thỏp sinh học Thỏp lọc sinh học
- Đĩa quay sinh học
Thiết bị xử lý hiếu khớ theo kiểu đĩa quay bao gồm hàng loạt đĩa trũn, phẳng được làm bằng PVC (polyvinylclorua) hoặc PS (polystyren), lắp trờn cựng một trục quay cơ giới. Khi trục quay cỏc đĩa quay cũng chớnh cà cỏc màng sinh học dỡm trong phần lỏng và tiếp xỳc với chất hữu cơ trong nước thải, sau đú chỳng được quay xoay hướng ra phần khụng khớ bờn trờn ra khỏi vựng chứa nước thải, cỏc màng vi sinh vật bỏm dớnh trờn đĩa sẽđược tiếp xỳc với oxy khụng khớ khi quay. Nhờ cỏc đĩa quay liờn tục màng sinh học luõn phiờn vừa tiếp xỳc với khụng khớ và tiếp xỳc với cỏc chất hữu cơ trong nước thải. Nhờđú mà quỏ trỡnh phõn giải vi sinh vật được thực hiện thuận lợi. Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý là lớp màng sinh học bỏm dớnh trờn cỏc đĩa. Cỏc vi sinh vật trong nước bỏm vào đĩa vật liệu và phỏt triển ở đú cho đến khi tất cả vật liệu được bao bọc bởi lớp màng
nhầy dày chừng 0,16-0,32 cm.