Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải, từ đó làm sạch nước. Các chất gây ô nhiễm nước đặc trưng như: BOD, COD, TSS, Ni tơ, phốt pho, độ màu, dầu mỡ…

Đây là một trong những phương pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường, thường được áp dụng trong các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Dưới đây là các phương pháp sinh học phổ biến:

1. Phương pháp kỵ khí (Anaerobic)

• Quá trình: Trong điều kiện thiếu oxy, các vi sinh vật kỵ khí phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải thành các sản phẩm như methane (CH₄), CO₂, và các hợp chất khác như H2S,….
• Ưu điểm:
  • Không cần cung cấp oxy nên tiết kiệm năng lượng.
  • Có thể sản xuất khí sinh học (biogas) để sử dụng như nguồn năng lượng.
• Ứng dụng: Thường sử dụng cho nước thải có tải lượng hữu cơ cao như nước thải chăn nuôi, sản xuất thực phẩm, Nước thải thủy sản, nước thải công nghiệp.

Các giai đoạn của quá trình kỵ khí Anaerobic

Anaerobic – quá trình yếm khí gồm 4 giai đoạn chính: thủy phân, Acid hóa, Acetic hóa và Methane hóa. Đồng thời, quá trình này sẽ được diễn ra cùng lúc với quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ.

• Giai đoạn thủy phân: Các vi khuẩn phân hủy và những chất không tan như protein, lipid, polysaccharides tiết ra các loại enzyme. Chúng có tác dụng chuyển hóa những tạp chất thành các chất hòa tan, điển hình như: đường, acid béo, amino acid. Trong đó, tốc độ xử lý của giai đoạn này diễn ra chậm, phụ thuộc vào độ pH, kích thước hạt và đặc tính thủy phân.
• Giai đoạn Acid hóa: Các chất hòa tan bao gồm: acid béo dễ bay hơi, alcohols, methanol, H2, NH3, CO2, H2S hay acid lactic được chuyển hóa thành những chất đơn giản bởi các vi khuẩn lên men. Thêm vào đó, độ pH giảm xuống tới mức 4 để thực hiện tốt quá trình này.
• Giai đoạn Acetic hoá (Acetogenesis): Đây là giai đoạn sử dụng các vi khuẩn acetic để chuyển hóa những chất từ giai đoạn Acid thành sinh khối mới, acetate, H2 và CO2.
• Giai đoạn Methane hóa (Methanogens): Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân hủy kỵ khí, có vai trò chuyển hóa các chất acetic, acid fomic, metanol, H2, CO2 thành sinh khối mới, methane và CO2.

Các hệ thống phổ biến:

• Bể kỵ khí UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket): Vi sinh vật kỵ khí được giữ lại trong bể dưới dạng màng bùn. Nước thải đi lên qua lớp bùn này, và các vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ.
• Bể biogas: Nước thải được phân hủy trong môi trường kín, tạo ra khí biogas, có thể sử dụng làm năng lượng.

2. Phương pháp hiếu khí (Aerobic)

• Quá trình: Trong điều kiện có oxy, vi sinh vật hiếu khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ thành CO₂, nước và sinh khối (bùn vi sinh).
• Sục khí và bổ sung bùn hoạt tính để tăng lượng hoạt động của vi sinh vật.
• Điều chỉnh hàm lượng của chất dinh dưỡng.
• Ức chế những chất độc ảnh hưởng.

• Ưu điểm:
  • Hiệu quả xử lý cao với nước thải có nồng độ ô nhiễm trung bình và thấp.
  • Dễ vận hành và kiểm soát.
• Nhược điểm: Cần cung cấp oxy liên tục, dẫn đến tiêu tốn năng lượng.

Các hệ thống phổ biến:

• Bể aerotank: Nước thải được sục khí để cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí phát triển, phân hủy các chất hữu cơ.
• Hệ thống bùn hoạt tính: Sử dụng bùn vi sinh có chứa nhiều vi sinh vật để xử lý nước thải, thường kết hợp với hệ thống bể lắng để tách bùn vi sinh sau xử lý.
• Hồ sinh học: Hồ có hệ thống cung cấp oxy tự nhiên hoặc cưỡng bức, kết hợp với các vi sinh vật tự nhiên để xử lý nước thải.

3. Phương pháp thiếu khí (Anoxic)

• Quá trình: Sử dụng vi sinh vật trong điều kiện thiếu oxy để xử lý các hợp chất nitơ (NO₃⁻) trong nước thải thông qua quá trình khử nitrat (denitrification), biến nitrat thành khí nitơ (N₂).Cụ thể, quá trình khử Nitrat có thể xảy ra hai con đường trong hệ thống sinh học: đồng hóa – khử nitrat thành ammonium và dị hóa – khử nitrat thành NO(g), N2O (g) và N2(g).

  Trong đó, các vi khuẩn tham gia quá trình này hoạt động dưới dạng dị dưỡng lấy Carbon để tổng hợp tế bào từ những hợp chất hữu cơ như: Bacillus, Paracoccus, Spirillum, Pseudomonas, Methanomonas,… Đối với những loài tự dưỡng sẽ nhận Carbon cho quá trình tổng hợp tế bào của các chất vô cơ.

• Ứng dụng: Được sử dụng trong hệ thống xử lý nước thải có chứa nhiều hợp chất nitơ như nước thải sinh hoạt hoặc nước thải từ nhà máy chế biến thực phẩm.

4. Phương pháp kết hợp (Hiếu khí – Thiếu khí – Kỵ khí)

• Quá trình: Hệ thống xử lý nước thải sinh học kết hợp cả ba điều kiện (hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí) để xử lý nhiều loại chất ô nhiễm khác nhau trong nước thải.
• Ưu điểm: Tối ưu hiệu quả xử lý đồng thời với nhiều loại chất ô nhiễm, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ và nitơ.
• Hệ thống phổ biến:
  • Công nghệ AAO (Anaerobic – Anoxic – Oxic): Kết hợp các bể xử lý kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí để xử lý cả hợp chất hữu cơ và nitơ.
  • Hệ thống SBR (Sequencing Batch Reactor): Là hệ thống xử lý gián đoạn, nước thải được bơm vào bể và trải qua các giai đoạn kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí luân phiên.
  • Công nghệ AAO kết hợp MMBR hoặc AAO kết hợp MBR

Ứng dụng của công nghệ AAO dùng vi sinh vật phân hủy chất ô nhiễm kết hợp với MBBR hỗ trợ tăng cường hoạt động của các vi sinh. Điều này góp phần hỗ trợ quy trình xử lý nước thải đạt hiệu quả cao hơn

Các ưu điểm của Công nghệ AAO kết hợp MBBR

• Khi so sánh công nghệ MBBR và AAO thì công nghệ AAO có khả năng xử lý tốt nồng độ ô nhiễm BOD, Nitơ và Photpho. Sau quá trình xử lý ứng dụng AAO – MBBR, những nồng độ ô nhiễm này giảm đáng kể, nước thải đầu ra đạt quy chuẩn hiện hành, có thể dùng tưới tiêu, hoặc tái sử dụng cho sinh hoạt.
• Thiết bị xử lý nước thải AAO – MBBR nhỏ gọn và công suất cao, hoạt động ổn định.
• Thiết kế công trình dưới dạng module tiện lợi cho việc mở rộng quy mô và nâng cao công suất xử lý.
• Thi công nhanh chóng, đơn giản và không yêu cầu diện tích lớn.
• Tiết kiệm điện năng hiệu quả.

5. Phương pháp hồ sinh học (Lagoons or Ponds)

• Quá trình: Nước thải được đưa vào các hồ tự nhiên hoặc nhân tạo, nơi các vi sinh vật tự nhiên (vi khuẩn, tảo, động vật nguyên sinh) phân hủy các chất hữu cơ.
• Ưu điểm: Chi phí xây dựng và vận hành thấp, sử dụng sức mạnh của thiên nhiên.
• Nhược điểm: Diện tích đất lớn và thời gian xử lý kéo dài.
• Chỉ phù hợp với các loại nước thải chăn nuôi: như chăn nuôi heo,bò, gà,…

6. Phương pháp lọc sinh học (Biofiltration)

• Quá trình: Nước thải đi qua lớp vật liệu lọc (đá, sỏi, màng lọc) được phủ bởi màng vi sinh vật. Các vi sinh vật này sẽ phân hủy các chất hữu cơ khi nước thải đi qua.
• Ưu điểm: Hiệu quả cao, có thể áp dụng cho nhiều loại nước thải khác nhau.
• Hệ thống phổ biến:
  • Bể lọc sinh học (Biofilter): Nước thải chảy qua màng sinh học trên vật liệu lọc, vi sinh vật trong màng sẽ xử lý chất ô nhiễm.
  • Tháp lọc sinh học (Trickling Filter): Nước thải chảy xuống từ trên tháp, qua lớp màng sinh học và bị phân hủy bởi vi sinh vật.

Tổng kết:

• Phương pháp xử lý sinh học là một phương pháp rất hiệu hiệu quả  để xử lý nước thải, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm như BOD, COD, TSS, nitơ và chất hữu cơ.
• Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học đã hình thành và phát triển qua hàng trăm năm qua, đã chứng minh được tính hiệu quả thực tiễn, góp phần bảo vệ môi trường và giúp môi trường sống ngày càng xanh sạch đẹp
• Xử lý nước thải là trách nhiệm của cá nhân và tổ chức. Nó là trách nhiệm của con người với môi trường.