Các biện pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học mới nhất

Việc xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học mang đến nhiều ưu điểm vượt trội so với các công nghệ cũ. Bằng công nghệ tiên tiến, hiện đại đã được nghiên cứu và tối ưu nên chất lượng nước thải sau xử lý luôn đảm bảo về chất lượng.

Hiện nay, tùy thuộc vào từng khu vực cũng như loại nước thải mà trong công nghệ sinh học cũng chia thành khá nhiều phương pháp xử lý với những ưu nhược điểm khác nhau.

Chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết về những phương pháp xử lý này trong nội dung bài viết sau đây nhé.

Mục Lục

Tìm hiểu về xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

Nước thải là một trong những chất thải hàng ngày thải ra với số lượng rất lớn. Từ nước thải sinh hoạt cho tới nước thải y tế, nước thải công nghiệp,…. đều cần phải được xử lý nghiêm ngặt trước khi đưa ra môi trường để đảm bảo môi trường cũng như hệ sinh thái, sức khỏe con người không bị ảnh hưởng.

Trong các biện pháp xử lý nước thải hiện nay, phương pháp công nghệ sinh học được chú trọng ứng dụng rộng rãi tại nhiều nhà máy xí nghiệp và các khu vực địa phương khác nhau.

Thực chất, phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học được thực hiện nhờ trên sự hoạt động của hệ thống vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nguồn nước hoặc các chất vô cơ như H2S, Sunfit, Amoniac, Nito,… Những vi sinh vật có ích này thường dùng các chất hữu cơ và khoáng chất có trong nước thải để làm nguồn thức ăn. Sự phát triển của chúng càng tốt thì quá trình xử lý càng diễn ra nhanh chóng.

Các phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học có thể được phân loại như sau:

  • Công nghệ sinh học hiếu khí:
  • Phương pháp tự nhiên: Gồm cánh đồng tưới và ao sinh học hiếu khí.
  • Phương pháp nhân tạo: Gồ sinh học tăng trưởng dính bám, bể Aerotank và lọc sinh học.
  • Công nghệ sinh học thiếu khí
  • Công nghệ sinh học kỵ khí:
  • Phương pháp tự nhiên: Gồm biện pháp kị khí tiếp xúc và ao sinh học kỵ khí.
  • Phương pháp nhân tạo:  Gồm lọc kỵ khí và công nghệ UASB.
  • Công nghệ sinh học kết hợp hiếu khí và kị khí: Sử dụng ao hồ hiếu khí kết hợp kị khí.

Việc phân loại này có thể được tổng hợp trong bảng sau:

Các phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học
Các phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học

Trong nội dung bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu với các một số phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học phổ biến nhất thuộc công nghệ sinh học hiếu khí, công nghệ sinh học kị khí, công nghệ sinh học kị khí kết hợp hiếu khí. Các bạn cùng tìm hiểu ngay sau đây nhé.

Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học hiếu khí

Xử lý nước thải bằng công nghệ hiếu khí là việc sử dụng những vi sinh vật hiếu khí để xử lý nước thải. Công nghệ này tận dụng sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí để phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thải. Với công nghệ này, người ta thường cung cấp đầy đủ các chất khí đặc biệt là lượng oxi trong nhiệt độ và pH phù hợp.

Ta có thể tóm tắt quá trình này như sau:

(CHO)nNS + O2 ⇒  CO2 + H2O + NH4 + H2S + Tế bào sinh vật + DH

Khi sử dụng công nghệ hiếu khí, các chất khí như NH4+ và H2S cũng bị phân hủy nhờ quá trình Nitrat hóa, Sunfat hóa bởi những vi sinh vật tự dưỡng. Phương trình của quá trình phân hủy này như sau:

NH4 + 2O2 ® NO3- + 2H+ + H2O + DH

H2S + 2O2 ® SO42- + 2H+ +DH

Thông thường, quá trình xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học hiếu khí trải qua 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Đây là giai đoạn mà các chất hữu cơ trong nước thải diễn ra quá trình oxi hóa nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng cho các vi sinh vật. Phương trình hóa học của giai đoạn 1:

CxHyOzN + O2 ® CO2 + H2O + NH3 + DH

Giai đoạn 2: Giai đoạn tổng hợp, hình thành mới. Phương trình của giai đoạn 2:

CxHyOzN + NH3 + O2 ® CO2 + C5H7NO2

Giai đoạn 3: Giai đoạn này diễn ra quá trình phân hủy nội bào dưới sự tác động của các vi sinh vật hiếu khí, phương trình như sau:

5H7NO2 + 5O2 ® 5CO2 + 5 H2O + NH3

NH3 + O2 ® O2 + HNO2 ® HNO3

Công nghệ xử lý nước thải Aerotank

Với công nghệ xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính, công nghệ Aerotank bao gồm các loại bể khác nhau với nguyên lý vận hành khác nhau:

  • Bể Aerotank truyền thống
  • Bể Aerotank tải trọng cao nhiều bậc
  • Bể Aerotank có ngăn tiếp xúc với bùn hoạt tính đã ổn định
  • Bể Aerotank thông khí kéo dài
Bể sinh học hiếu khí Aerotank
Bể sinh học hiếu khí Aerotank

Trong đó, công nghệ xử lý nước thải bằng Aerotank truyền thống được sử dụng phổ biến nhất. Với công nghệ này, các vi sinh vật hiếu khí dùng chất hữu cơ trong chất thải để làm chất dinh dưỡng sinh trưởng. Khi khối vi sinh vật này phát triển càng lớn thì lượng ô nhiễm trong nước thải sẽ càng giảm. Các thiết bị thường được dùng để cấp khí cho loại bể này là: máy sục khí bề mặt, máy thổi khí,….

Quy trình xử lý nước thải bằng công nghệ Aerotank

Toàn bộ quá trình phân hủy trong bể Aerotank  có thể được diễn giải bằng phương trình:

Chất hữu cơ + Vi sinh vật hiếu khí ⇒ H2O + CO2 + Sinh khối mới

Để nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường thì cần chú ý bổ sung thêm bể thiếu khí Anoxit, loại bể này sẽ giúp xử lý triệt để hàm lượng Nito trong nước thải.

Ưu điểm của công nghệ Aerotank truyền thống

  • Hiệu suất xử lý cao
  • Vận hành đơn giản, an toàn
  • Loại bỏ triệt để lượng Nito
  • Không cần gia tăng thể tích bể nếu nâng công suất (20%)
  • Không gây ô nhiễm thứ cấp
  • Công nghệ Aerotank truyền thống phù hợp với nhiều loại nước thải: nước thải sinh hoạt, y tế, công nghiệp, thủy hải sản, chế biến lương thực thực phẩm,….

Nhược điểm của công nghệ Aerotank truyền thống

  • Nếu quá trình vận hành gặp sự cố trong bất cứ giai đoạn nào thì có thể gây ô nhiễm thứ cấp
  • Không loại bỏ được màu sắc của chất thải công nghiệp
  • Tốn năng lượng

Để tìm hiểu chi tiết về các thông tin cũng như nguyên lý hoạt động của quá trình xử lý nước thải bằng công nghệ Aerotank, các bạn có thể tham khảo tại đây.

Công nghệ xử lý sinh học SBR

Cũng là phương pháp xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính nhưng trong công nghệ SBR, giai đoạn sục khí và lắng diễn ra trong cùng một kết cấu, chỉ cách nhau một khoảng thời gian ngắn.

Công nghệ SBR thường được dùng để xử lý những chất thải có hàm lượng Nito và chất hữu cơ cao. Tất nhiên chúng cũng có thể được dùng để xử lý nước thải có lượng ô nhiễm thấp.

Quy trình xử lý nước thải bằng SBR

Công nghệ sinh học SBR thường trải qua 4 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Đây là giai đoạn đưa nước vào trong bể SBR. Giai đoạn này có thể được vận hành với 3 chế độ là làm đầy tĩnh, làm đầy khuấy trộn và làm đầy sục khí.

Giai đoạn 2: Tiến hành sục khí để Nitrat hóa, phân hủy chất hữu cơ đồng thời thực hiện các thí nghiệm để kiểm tra thông số của DO, BOD, N, P, nhiệt độ, cường độ sục, pH,…… ở đầu vào để đảm bảo tạo bông bùn hoạt tính tốt cho quá trình lắng.

Công nghệ xử lý nước thải theo mẻ SBR
Công nghệ xử lý nước thải theo mẻ SBR

Giai đoạn 3: Ngừng sục khí để diễn ra quá trình lắng.

Giai đoạn 4: Bùn lắng được tháo ra ngoài trong khi đó, nước đã được tạo lắng thì tiếp tục được chuyển tới giai đoạn khử tiếp theo.

Ưu điểm của công nghệ SBR

  • Có thể áp dụng cho nhiều loại nước thải
  • Dễ bảo trì, bảo dưỡng. Một số bộ phận thậm chí còn không cần phải tháo nước cạn bể khi bảo trì.
  • Hệ thống thiết bị có thể vận hành hoàn toàn tự động
  • Chất lượng nước thải đảm bảo tiêu chuẩn khi thải ra môi trường bởi được khử P, N rất tốt.
  • Quá trình kết bông diễn ra thuận tiện do không có hệ thống gạt bùn
  • Công nghệ sinh học SBR không có bể lắng 2 đồng thời quá trình tuần hoàn bùn của công nghệ này cũng đã giúp tiết kiệm được diện tích khá lớn
  • Chi phí đầu tư và hoạt động thấp
  • Hiệu quả lắng cao
  • Có thể nâng công suất dễ dàng mà không ảnh hưởng tới sự vận hành của bể

Nhược điểm của công nghệ SBR

  • Cần nhiều thiết bị hoạt động cùng lúc với nhau
  • Công suất xử lý thấp hơn so với một số loại bể khác

Các bạn cũng có thể tìm hiểu sâu hơn về công nghệ SBR tại đây.

Công nghệ sinh học tăng trưởng dính bám

Công nghệ sinh học tăng trưởng dính bám là một trong những công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay với nhiều ưu điểm vượt trội. Công nghệ này hoạt động dựa trên sự sinh trưởng của các vi sinh vật. Các vi sinh vật này dính bám phát triển dính bám trên vật liệu tiếp xúc đặt trong bể.

Về nguyên lý hoạt động của công nghệ này cũng tương tự như trường hợp sử dụng vi sinh vật sinh trưởng dạn lơ lửng (sẽ được giới thiệu kỹ hơn ở phần sau).

Ưu điểm của công nghệ sinh học dính bám

  • Hiệu quả xử lý tốt
  • Giảm diện tích, giảm chi phí đầu tư
  • Tiết kiệm điện năng tới 40% so với những công nghệ khác

Nhược điểm của công nghệ sinh học dính bám

Yêu cầu phải cung cấp đúng loại vi sinh vật trong quá trình nuôi cấy và vận hành thì công nghệ này mới có thể đem lại hiệu quả như mong muốn.

Công nghệ lọc sinh học

Đây là công nghệ sinh học mà các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp vật liệu lọc. Khi nước thải đi qua lớp vật liệu này trong bể thì nước sẽ được thấm hoặc nhỏ giọt trên đó. Nhờ vậy mà những chất hữu cơ có trong nước thải sẽ được phân hủy trong giai đoạn này.

Với công nghệ này, vi sinh vật càng phát triển thì lớp màng này sẽ càng tăng lên.

Tùy thuộc vào cách bố trí vật liệu lọc mà bể lọc sinh học có thể được phân loại thành các dạng như sau:

  • Bể có vật liệu lọc không ngập nước
  • Bể có vật liệu lọc ngập nước

Ưu điểm của công nghệ lọc sinh học

  • Tiết kiệm nguồn nhân công
  • Tiết kiệm năng lượng

Nhược điểm của công nghệ lọc sinh học

  • Hiệu suất làm sạch thấp
  • Dẽ xảy ra tình trạng tác nghẽn
  • Nếu nhiệt độ không ổn định sẽ gây ra những sự cố trong quá trình vận hành
  • Quá trình xử lý gây mùi hôi khó chịu
  • Lượng bùn dư thải ra không ổn định
  • Giá thành xây dựng cao
  • Khối lượng vật liệu lớn
Công nghệ lọc sinh học hiếu khí
Công nghệ lọc sinh học hiếu khí

Bể có vật liệu lọc ngập nước

Ưu điểm:

  • Tiết kiệm diện tích
  • Không gây mùi khó chịu
  • Quá trình vận hành nhanh, gọn
  • Thời gian khởi động nhanh
  • Khâu vận hành có thể tự động hóa

Nhược điểm:

  • Quá trình xử lý nước thải bằng bể lọc vật liệu ngập nước gây tốn tải lượng và giảm lượng nước thu hồi
  • Tốn năng lượng
  • Giảm khả năng giữ huyền phù

Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học kị khí

Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học kị khí được vận hành nhờ sự sinh trưởng và phát triển của những vi sinh vật. Những vi sinh vật này có thể phát triển tốt trong môi trường không cần tới oxi. Sản phẩm của quá trình này là  CH4 (chiếm 65%), CO2, N2, H2,…

Quá trình xử lý nước thải ằng công nghệ này có thể được diễn giải bằng phương trình hóa học như sau:

(CHO)nNS ⇒  CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + tế bào mới

 Việc xử lý nước thải trong điều kiện kị khí trải qua 4 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch hợp chất cao phân tử

Giai đoạn 2: Giai đoạn xảy ra quá trình axit hóa

Giai đoạn 3: Giai đoạn diễn ra quá trình Acetate hóa

Giai đoạn 4: Đây là khâu cuối cùng và trong giai đoạn này diễn ra quá trình Methane hóa.

Ưu điểm của xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học kỵ khí:

  • Tiết kiệm năng lượng
  • Không đòi hỏi công nghệ cao và phức tạp
  • Tạo ra lượng bùn có hoạt tính cao tuy nhiên lại không sản sinh ra quá nhiều lượng bùn nên chi phí xử lý hậu kỳ nhanh chóng
  • Hiệu quả xử lý BOD cao, đạt tới 80 – 95%
  • Xử lý triệt để một số chất khó phân hủy
  • Sau quá trình xử lý, chất khí thải ra có CH4 có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực

Công nghệ sinh học xử lý nước thải bằng UASB

Bể UASB là công nghệ xử lý sinh học với sự di chuyển ngược của các dòng chảy qua tầng bùn kị khí. Bể UASB có thể sử dụng để xử lý những nguồn nước thải chứa chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp.

Dòng nước chảy ngược được khống chế với vận tốc 0,6 – 0,9m/h.

Quá trình phân hủy chất hữu cơ diễn ra trong quá trình nước thải phân phối từ dưới lên dưới tác động của các vi sinh vật. Hệ thống tách pha phía trên sẽ giúp lọc các chất rắn – lỏng – khí ra. Trong đó, các chất khí sẽ được bay lên, bùn rơi xuống đáy bể còn lượng nước sau xử lý sẽ chảy qua bộ phận xử lý tiếp theo.

Để áp dụng công nghệ xử lý nước thải bằng UASB, cần phải đảm bảo các yếu tố sau:

Đối với việc nuôi cấy bùn ban đầu: Nồng độ tối thiểu càn đạt là 10kg/m3. Cùng với đó, lương bùn bổ sung không quá 60% thể tích bể.

Về hàm lượng chất hữu cơ: Nếu COD từ 50000mg/l thì cần phải pha loãng trước khi cho vào bể

Về chất dinh dưỡng trong nước thải: Cần phải đảm bảo tỷ lệ tối thiểu theo công thức sau đây:

(COD/Y) : N : P : S = (50/Y) : 5 : 1 : 1

Trong đó, Y là hệ số sản lượng tế bào phụ thuộc vào loại nước thải. Nước thải dễ axit hóa Y= 0,03, khó axit hóa Y= 0,15.

Xử lý nước thải bằng UASB
Xử lý nước thải bằng UASB

Hàm lượng cặn lơ lửng: Hàm lượng này cần đảm bảo không vượt quá 3000mg/l. Nếu cao hơn con số này thì những chất khó phân hủy sẽ bị lưu lại trong bể gây cản trở sự phân hủy chất thải trong nước.

Nước thải chứa độc tố: Nước thải cần đảm bảo tỷ lệ Amoni không vượt quá 2000mg/l, lượng sunphate không lớn hơn 500mg/l, hoặc nồng độ muối từ 5000 – 15000mg/l.

Ưu điểm của công nghệ xử lý nước thải bằng UASB

  • Tiết kiệm năng lượng
  • Công nghệ, thiết bị máy móc đơn giản
  • Giảm chi phí xử lý
  • Xử lý triệt để chất hữu cơ cũng như một số chất khó phân hủy
  • Có thể thu hồi khí sinh học sau quá trình xử lý nước thải

Nhược điểm của công nghệ xử lý nước thải bằng UASB

  • Tốn nhiều diện tích
  • Quá trình nuôi cấy bùn mất nhiều thời gian và phức tạp

Về công nghệ xử lý nước thải bằng bể UASB, trước đây Hút bể phốt 247 cũng đã có dịp giới thiệu chi tiết với các bạn. Do đó, nếu có nhu cầu tìm hiểu kỹ về công nghệ này thì các bạn có thể tham khảo tại đây.

Công nghệ lọc sinh học trong điều kiện kị khí (UAF/ADF)

Đây là công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện kị khí nhân tạo. Đối với công nghệ này, bể lọc kị khí là những bể lọc kín bên trong có vật liệu để các vi sinh vật dính bám vào.

Những vật liệu dùng trong bể có thể là sỏi, than đá, xỉ, ống nhựa,…. Dòng nước thải có thể chảy ngược từ dưới lên hoặc chảy xuôi từ trên xuống. Nước thường được phân bố đồng đều trong thể tích bể. Khi chảy qua lớp vật liệu thì những chất hữu cơ sẽ dính bám lại và bị phân hủy bởi các vi sinh vật kị khí. Trong khi đó, lượng nước đi qua lớp vật liệu này sẽ được chảy vào máng thu để tiếp tục xử lý.

Khi thiết kế lớp vật liệu cần chú ý đảm bảo được độ rỗng từ 90 – 300m3/m2 bề mặt.

Ưu điểm của công nghệ xử lý bằng bể lọc sinh học kị khí

  • Có thể xử lý nguồn nước có nồng độ ô nhiễm cao
  • Thời gian lưu ngắn, vi sinh vật dễ thích nghỉ với nước thải và dựa vào đó để sinh trưởng, phát triển tốt
  • Dễ vận hành, điều khiển
  • Tiết kiệm năng lượng
  • Dễ kết hợp với những công nghệ xử lý nước thải hiện đại khác

Nhược điểm của công nghệ xử lý bằng bể lọc sinh học kị khí

  • Mất nhiều thời gian để khởi động hệ thống
  • Hệ thống dễ bị tắc nghẽn
  • Hàm lượng cặn lơ lửng sau xử lý lớn
  • Vật liệu lọc có giá thành cao

Công nghệ sinh học kết hợp hiếu khí và kị khí MBR

Công nghệ xử lý nước thải bằng công nghệ MBR là quá trình xử lý nước thải bằng bể lọc sinh học dạng màng.

Bể MBR được cấu thành từ các sợi rỗng hình phẳng/ dạng ống, hoặc có thể kết hợp cả 2 dạng này. Mỗi đơn vị Mbr được tạo nên từ nhiều sợi rỗng liên kết với nhau. Mỗi sợi rỗng lại có cấu tạo như một màng lọc riêng biệt có nhiều lỗ nhỏ li ti trên bề mặt có chức năng ngăn chặn các chất thải, cặn bã đi qua.

Ưu điểm của công nghệ sinh học MBR

  • Do không cần xây dựng thêm bể lắng, kích thước bể nén bùn cũng không cần quá lớn nên giảm được chi phí, diện tích cũng như thời gian xây dựng.
  • Thời gian lưu nước ngắn chỉ từ 2.5 đến 5 giờ
  • Tiết kiệm chi phí, thời gian để xử lý bùn thải, giảm thiểu tình trạng bùn nổi như những bể truyền thống khác.
Xử lý nước thải bằng MBR
Xử lý nước thải bằng MBR
  • Nước thải sau xử lý luôn đạt tiêu chuẩn chất lượng với lượng chất rắn thấp, chỉ dưới 5mg/l, lượng COD cũng rất thấp. Thậm chí, có thể tận dụng nguồn nước này để tưới cây, rửa đường,….
  • Bể Mbr có cơ chế vận hành đơn giản, dễ dàng, không tốn nhiều nhân công.
  • Nếu nhà máy nâng công suất hoạt động thì bể Mbr vẫn có thể hoạt động bình thường khi chỉ cần đầu tư thêm Modul màng lọc Mbr.
  • Công nghệ Mbr có thể được sử dụng cho các loại bể kỵ khí hoặc bể hiếu khí.

Nhược điểm của công nghệ sinh học MBR

  • Dễ bị nghẽn, tắc
  • Cần làm sạch màng theo định kỳ từ 6 – 12 tháng.

Nếu các bạn muốn tìm hiểu kỹ hơn về công nghệ này thì có thể tham khảo tại đây.

Trên đây là những biện pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học mới, hiện đại và được ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay.

Tùy thuộc vào tính chất nguồn nước thải, điều kiện về diện tích không gian cũng như điều kiện kinh tế mà mỗi địa phương hoặc các nhà máy, khu công nghiệp nên lựa chọn phương pháp xử lý nước thải phù hợp. Nếu bạn có nhu cầu tìm hiểu thêm về các phương pháp xử lý nước thải mới nhất, các bạn hãy liên hệ ngay với Hút bể phốt 247 để được hỗ trợ tư vấn nhanh nhất.

Các biện pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học mới nhất
5 (2) votes

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.