Không quá khó để vận hành, xử lý sinh học có thể phân hủy và loại bỏ các chất gây ô nhiễm hữu cơ. Điển hình nhất là trong các ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, sản xuất hóa chất, và các ngành công nghiệp đô thị. Bài viết này, FLASH giới thiệu chung về xử lý sinh học và một số phương pháp phổ biến nhất. 

Hệ thống xử lý nước thải sinh học là gì?

Đây là một công nghệ sử dụng vi khuẩn hiếu khí, một số loài động vật nguyên sinh để làm sạch nước. Khi phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ, chúng tạo ra hiệu ứng keo tụ cho phép các chất này lắng xuống đáy. Điều này tạo ra một loại bùn sinh học có thể tách nước và xử lý như chất thải rắn.

Thông thường xử lý nước thải sinh học được chia thành ba loại chính:

• Hiếu khí – Yêu cầu oxy để phân hủy chất hữu cơ thành carbon dioxide và sinh khối.
• Kỵ khí – Không cần oxy để phân hủy chất hữu cơ, thường tạo thành metan, carbon dioxide và sinh khối dư thừa
• Thiếu khí – Vi sinh vật sử dụng các phân tử khác ngoài oxy để phát triển, chẳng hạn như để loại bỏ sunfat, nitrat, nitrit,…

Hoạt động của vi sinh có thể được xác định bằng nhu cầu oxy sinh học (BOD). BOD chỉ lượng oxy hòa tan cần thiết để vi sinh phân hủy chất hữu cơ thành các phân tử nhỏ hơn. Mức độ BOD càng cao, nồng độ ô nhiễm càng nặng và ngược lại. Điều này thường gặp ở chất thải công nghiệp, chất thải phân sinh hoạt hoặc dòng chảy phân bón.

Khi ô nhiễm tăng cao có thể làm cạn kiệt oxy cần thiết cho các sinh vật thủy sinh khác. Từ đó dẫn đến tảo nở hoa, và gây hại cho hệ sinh thái thủy sinh tại khu vực xả thải. 

Tóm lại: Phương pháp này tối ưu hóa quá trình phân hủy tự nhiên của vi sinh để phá vỡ kết cấu sinh học của vật chất ô nhiễm. Chúng cũng thường thay thế hoặc vận hành song song với các phương pháp vật lý và hóa học. 

Hệ thống xử lý nước thải sinh học hoạt động như thế nào?

Điểm chung của hệ thống hiếu khí là đảm bảo ngoài oxy hòa tan, cần phải cân bằng về lưu lượng, tải trọng, pH, nhiệt độ và chất dinh dưỡng. Tùy thuộc vào thành phần của nước thải mà hệ thống sẽ khác nhau. Sau đây là một số loại hệ thống xử lý nước thải sinh học phổ biến sẽ hữu ích cho nhà máy của bạn.

Công nghệ hiếu khí

Bùn hoạt tính 

Phát triển vào đầu những năm 1900 ở Anh và hiện đã được sử dụng rộng rãi trong nhà máy nước thải đô thị. Nước thải sau khi xử lý sơ cấp đi vào bể sục khí và gặp các vi sinh hiếu khí. Các chất hữu cơ bị phân hủy, kết tụ thành các bông bùn. Các bông bùn lơ lửng đi vào bể lắng và được loại bỏ bằng quá trình lắng. Hệ thống xử lý bùn hoạt tính thường có yêu cầu về không gian lớn và tạo nhiều bùn. Nhưng chi phí vốn và chi phí bảo trì tương đối thấp so với các phương án khác. 

Lò phản ứng sinh học cố định FBBR

Được phát triển trong những năm 1970 và 80, lò phản ứng gồm các bể chứa nhiều ngăn, trong đó các buồng được đệm bằng giá thể. Lớp vật liệu cố định này đóng vai trò sàng lọc nước thải. FBBR có thể xử lý nước thải từ mức BOD trung bình cao xuống mức nước thải rất thấp. Giá thể có diện tích bề mặt lý tưởng để khuyến khích sự hình thành màng sinh học. Một ngăn trong bể có thể có cả vùng hiếu khí và thiếu khí để loại bỏ cacbon và khử nitơ cùng một lúc. Điều này cũng áp dụng cho quá trình nitrat hóa, khử nitơ, khử sulfua. 

Lò phản ứng sinh học chuyển động (MBBR)

Được phát minh vào cuối những năm 1980 ở Na Uy, MBBR thường bao gồm các bể sục khí chứa màng sinh học. Tại đó các vi sinh bám vào, phát triển như 1 kiểu giá thể nhưng có sự chuyển động nhẹ. Do các yếu tố phân huỷ sinh học có thể chuyển động lơ lửng, MBBR cho phép xử lý nước thải có hàm lượng BOD cao. Theo sau màng MBBR là một bể lắng thứ cấp. Bùn dư lắng xuống và được loại bỏ bằng hút chân không hoặc ép lọc chất rắn. MBBR thường được sử dụng để loại bỏ phần lớn tải lượng BOD ngược dòng tại cơ sở chế biến thực phẩm và đồ uống, cơ sở hóa dầu và nhà máy lọc dầu. 

Lò phản ứng sinh học dạng màng (MBR)

Phổ biến vào những năm 1990, MBR là một công nghệ xử lý nước thải sinh học tiên tiến. Hệ thống kết hợp bùn hoạt tính với quá trình lọc màng nên tạo ra ít bùn thải. Tuy nhiên, MBRs lại tạo ra chất rắn lơ lửng hỗn hợp (MLSS) cao hơn, và thời gian lưu bùn (SRT) lâu hơn phương pháp bùn hoạt tính thông thường. 

MBR điển hình thường bao gồm: bể hiếu khí (hoặc kỵ khí), máy sục khí, máy trộn, màng lọc thường và màng lọc dạng sợi rỗng. Vì qua nhiều bước và thiết bị làm sạch, MBR được biết đến với vốn, chi phí vận hành và chi phí bảo trì cao. 

Bộ lọc nhỏ giọt 

Bộ lọc này có thể xử lý nước thải và cả khí thải. Bằng cách cho không khí hoặc nước đi qua bộ lọc, nó tạo một lớp màng sinh học trên bề mặt. Màng sinh học có thể bao gồm cả vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí, phân hủy các chất bẩn hữu cơ chất thải. Một số phương tiện được sử dụng bao gồm sỏi, cát, bọt và vật liệu gốm. Ứng dụng phổ biến nhất là xử lý nước thải đô thị, loại bỏ H2S và kiểm soát mùi hôi. 

Công nghệ xử lý kỵ khí 

Bùn kỵ khí trong dòng chảy ngược (UASB) 

Vi khuẩn kỵ khí phân hủy chất hữu cơ mà không cần oxy. Quá trình tạo ra 3 sản phẩm là khí sinh học chứa metan, nước thải đã xử lý và bùn kỵ khí. Với hệ thống UASB, nước thải được bơm từ đáy lên cao. Chất hữu cơ đi qua một lớp bùn trước khi đi vào bộ tách khí-lỏng-rắn (GLS) phía trên. Tại đây, hệ thống giữ lại biogas, đẩy các chất rắn lơ lửng lắng xuống và quay trở lại vùng phản ứng thấp hơn. Nước thải đã được làm sạch sẽ đi ra khỏi đỉnh của hệ thống. 

Khí sinh học (methane và carbon dioxide) được tái sử dụng để đốt cháy, tạo ra hơi nước hoặc điện để sử dụng cho các quy trình khác tại cơ sở. Quá trình UASB tạo ra ít bùn hơn so với các hệ thống sinh học hiếu khí.  Nhưng để hoạt động bình thường, UASB đòi hỏi người vận hành có tay nghề cao để duy trì các điều kiện thủy lực và kỵ khí tối ưu. 

Các lớp bùn dạng hạt mở rộng (EGSB)

Là một quá trình tương tự UASB nhưng EGSB sử dụng lực hướng lên mạnh hơn để tăng diện tích tiếp xúc giữa nước thải với bùn. Thiết bị của EGBS có thể linh hoạt, ví dụ thêm đầm phá có mái che, thêm màng cố định, tạo môi trường ngập nước, và các lò phản ứng có bể khuấy liên tục. Do đó mà EGBS mang lại công suất cao hơn nhưng cũng tốn kém hơn.