XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

1. Phạm vi ứng dụng
Phương pháp sinh học được áp dụng trong việc xử lý nước thải đối với các ngành sản xuất có nồng độ các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học cao như: sản xuất giấy, chế biến thực phẩm, đông lạnh,  nuôi trồng thủy sản, chăn nuôi gia súc, chế biến sữa, sản xuất bia, rượu, mía đường….
2. Nguyên lý cơ bản 
Qúa trình xử lý nước thải công nghiệp được thực hiện nhờ vào hệ sinh vật có trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, N,P…làm nguồn cung cấp chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển đồng thời các chất này sẽ được phân giải thành các chất đơn giản hơn không gây ô nhiễm môi trường. 
Tùy vào từng điều kiệm môi trường  khác nhau mà các vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí hoặc hiếu khí phát triển để phân hủy các chất ô nhiễm có trong nước.
a. Xử lý sinh học kỵ khí
Công nghệ sinh học kỵ khí là phương pháp xử lý nước thải công nghiệp dựa trên sự có mặt của vi sinh vật trong điều kiện không có oxi không khí. 
Một số vi sinh vật kỵ khí tham gia vào xử lý gồm: acetogenic becteria, methanogennic, vi khuẩn, nấm men, nấm mốc…
Quá trình phân hủy kỵ khí cỏ thể chia làm 4 giai đoạn:
 - Thủy phân: Cacbonhidrat, chất béo, protein, chất hòa tan, …. được chuyển hoá thành đường, amino axit.
 - Axit hóa: đường, amino axit chuyển hóa thành axit béo dễ bay hơi, axit hữu cơ, rượu, H2, CO2…
 - Axetat hóa: Axit béo dễ bay hơi, axit hữu cơ, rượu được chuyển hóa thành axetat, H2, CO2
 - Metan hóa: Axetat chuyển hóa thành CH4, CO2, H2O.
Sau quá trình phân hủy các chất hữu cơ được tạo thành các chất như: CH4, CO2, N2, NH3, H2S,…
Sau quá trình xử lý kỵ khí COD có thể giảm 25-50%.
Một số công trình sử dụng phương pháp sinh học kỵ khí:
Hồ kỵ khí: thường được sử dụng đê xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ chất hữu cơ và hàm lượng cặn cao trong thời gian lưu nước khoảng từ 20-50 ngày. 
Bể UASB (Up-flow Anaerobic Slugle Blanked): áp dụng nguyên lý dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí. Bể UASB thường được dùng cho hệ thống xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ chất hữu cơ cao và hàm lượng cặn thấp. Cả 3 quá trình phân hủy, lắng bùn, tách khí đều được thực hiện tại 1 bể. Khí metan sinh ra có thể được thu hồi để làm khí đốt. 

 
Hình ảnh: Mô hình bể xử lý sinh học UASB

b. Xử lý sinh học thiếu khí
Trong quá trình thiếu khí các vi sinh vật thiếu khí xử lý các hợp chất của Nito, photpho trong nước thông qua quá trình Nitrat hóa và quá trình photphorit.
Trong điều kiện thiếu oxi, các chủng vi sinh vật như Nitrosomonas và Nitrobacter giữ vai trò Nitrat hoá  các hợp chất của Nito;
Vi sinh vật giữ vai trò chính trong quá trình photphoryl thuộc chủng acinetobector.
Trong  công trình thiếu khí phải được bố trí máy khuấy chìm với tốc độ phù hợp và có hệ thống tuần hoàn bùn hoạt tính từ công trình phía sau về bể thiếu khí.
c. Xử lý sinh học hiếu khí
Các vi sinh vật hiếu khí sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ thành các chất đơn giản hơn làm giảm bớt nồng độ các chất ô nhiễm có trong nước trong điều kiện được cung cấp đầy đủ oxi không khí.
Một số loại vi sinh vật tham gia vào quá trình phân hủy hiếu khí như nitrosomonas, nitrobacter,  pseudomonas, zoogloea, achromobacter, nocardia, mycobacterium…
Quá trình xử lý sinh học hiếu khí được thực hiện như  sau:
-Oxy hoá các chất hữu cơ: CxHyOz + O2 => CO2 + H2O + DH
-Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + NH3 + O2 => CO2 + H2O + DH 
- Phân huỷ nội bào: C5H7NO2 + 5O2 => 5CO2 + 5 H2O + NH3 ± DH
Trong quá trình hoạt động, bể phải được sục khí liên tục để đảm bảo cung cấp đầy đủ oxi cho vi sinh vật  sinh trưởng, phát triển, đồng thời tránh gây hiện tượng lắng bùn dưới đáy bể. 
Một số công trình sử dụng công nghệ sinh học hiếu khí:
Hồ sinh học hiếu khí:
Hồ sinh học hiếu khí (Waste Stabilization Ponds) là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo được sử dụng vào xửl lý nước thải công nghiệp.
Đây là phương pháp xử lý nước thải bằng cơ chế phân hủy các chất theo tự nhiên. Vi sinh vật sử dụng oxy để oxy hóa các chất hữu cơ, rong tảo tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon có trong nước thải. Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ pH và nhiệt độ tối ưu( không  dưới 6oC).
Công nghệ bùn hoạt tính Aerotank
Trong bể bùn hoạt tính các vi sinh vật sinh trưởng và phát triển ở dạng lơ lửng. Quá trình phân hủy gồm 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Bùn hoạt tính được hình thành và phát triển, tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi. 
Giai đoạn 2: VSV phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi gần như không thay đổi. Đây là giai đoạn các chất hữu cơ bị phân hủy mạnh nhất.
Giai đoạn 3: Tốc độ phân hủy chất hữu cơ giảm dần và quá trình nitrat hóa amoniac xảy ra. Sau cùng, nhu cầu tiêu thụ oxi lại giảm và quá trình làm việc của aerotank kết thúc.
Trong bể bùn hoạt tính, không khí phải thường xuyên được cung cấp nhờ hệ thống ống dẫn và đĩa thổi khí nhằm đảm bảo đầy đủ oxi cho vi sinh vật phát triển, tránh gây hiện tượng lắng bùn. Bùn hoạt tính phải được tuần hoàn từ bể lắng nhằm tăng lượng vi sinh vật trong bể.

 
Hình ảnh: Hệ thống phân phối khí dưới đáy bể

Công nghệ xử lý sinh học dạng mẻ SBR
Bể hoạt động theo kiểu gián đoạn với các quy trình xử lý được thực hiện trong cùng một bể. Quá trình xảy ra trong bể SBR được thực hiện lần lượt theo 5 giai đoạn: 
(1) –  Làm đầy; 
(2) – Phản ứng; 
(3) – Lắng; 
(4) – Rút nước; 
(5) – Ngưng
(1) Pha làm đầy: Nước thải công nghiệp được bơm vào bể xử lý trong khoảng từ 1-3 giờ. Trong bể phản ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tùy thuộc theo mục tiêu xử lý, hàm lượng BOD đầu vào mà quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: Làm đầy - tĩnh, làm đầy- hòa trộn, làm đầy- sục khí.
(2) Pha sục khí: Tiến hành sục khí cho bể xử lý để tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính hay làm thoáng bề mặt để cấp oxy vào nước và khuấy trộn đều hỗn hợp. Thời gian làm thoáng phụ thuộc vào chất lượng nước thải, thường khoảng 2 giờ. Trong pha phản ứng, quá trình nitrat hóa có thể thực hiện, chuyển Nitơ từ dạng N-NH3 sang N-N¬O22- và nhanh chóng chuyển sang dạng N - NO3-
(3) Pha lắng: Lắng trong nướcThời gian lắng trong và cô đặc bùn thường kết thúc sớm hơn 2 giờ.
(4) Pha rút nước :Khoảng 0.5 giờ.
(5) Pha ngưng: Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi phụ thuộc vào thời gian vận hành.
Công nghệ xử lý sinh học hiếu khí Biofin
Hoạt động dựa trên sự sinh trưởng bám dính của vi sinh vật trong bể. Nước thải chảy qua khe hở của lớp vật liệu lọc và tiếp xúc với màng sinh học và được làm sạch nhờ các vi sinh vật có trong màng. Các chất hữu cơ được phân hủy thành  CO2 và H2O. Lớp màng hình thành bị bong tróc ra cuốn theo dòng nước,trên bề mặt giá vật liệu lọc lại hình thành màng mới. Hiện tượng này được lặp đi lặp lại nhiều lần làm cho dòng nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ được làm sạch. 

 

Bình luận