Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ hoà tan có trong nước thải cũng như một số chất ô nhiễm vô cơ khác như H2S, sunfit, amoniac, nitơ. Vi sinh vật sẽ sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển, góp phần giảm nồng độ ô nhiễm của nước thải. Từ đó xử lý nước thải hiệu quả.
Ngày nay, phương pháp sinh học ngày càng phổ biến nhờ hiệu quả, chi phí hợp lý và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, có bao nhiêu cách xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học? Ưu nhược điểm của chúng? Cách áp dụng trên thực tế cụ thể ra sao? Hãy cùng Công ty TNHH Kỹ thuật NTS tìm hiểu trong bài viết này nhé!
Tìm hiểu về Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là gì?
Xử lý sinh học là công nghệ sử dụng vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh, để phân hủy các chất hữu cơ và chất ô nhiễm trong nước thải thành các hợp chất vô cơ đơn giản như CO₂, H₂O, N₂, tạo thành bùn và sinh khối mới. Phương pháp này thường được áp dụng trong giai đoạn xử lý thứ cấp (sau xử lý cơ học và hóa lý), đóng vai trò quan trọng trong việc giảm BOD, COD và nồng độ dinh dưỡng trong nước thải. Đây là công nghệ phổ biến trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, công nghiệp nhẹ và nông nghiệp, nhờ tính hiệu quả, thân thiện với môi trường và chi phí vận hành tương đối thấp.
Nguyên tắc hoạt động phương pháp xử lý sinh học
Nguyên tắc hoạt động của xử lý sinh học là lợi dụng hoạt động sống của vi sinh vật để chuyển hóa chất ô nhiễm thành khí, nước và sinh khối ít độc hại hơn, từ đó giúp nước thải đạt tiêu chuẩn trước khi xả ra môi trường hoặc tái sử dụng.
- Trong điều kiện hiếu khí (có oxy): Vi sinh vật cần oxy hòa tan để phân hủy chất hữu cơ. Chúng oxy hóa các hợp chất này thành CO₂, H₂O và tạo sinh khối mới (bùn vi sinh). Quá trình này thường diễn ra trong bể aerotank, bể lọc sinh học,…
- Trong điều kiện kỵ khí (thiếu oxy): Vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ nhờ quá trình lên men và khử, tạo ra các khí như CH₄, CO₂, H₂S. Đây là nguyên lý được áp dụng trong các bể kỵ khí như UASB hay hầm biogas.
- Trong điều kiện thiếu khí (anoxic): Một số vi khuẩn khử nitrat (NO₃⁻) thành khí nitơ (N₂) – giúp loại bỏ hợp chất chứa nitơ trong nước thải. Quá trình này quan trọng trong xử lý dinh dưỡng, đặc biệt là nước thải sinh hoạt và đô thị.
Vai trò của xử lý sinh học trong hệ thống xử lý nước thải
Trong toàn bộ quy trình xử lý nước thải, công đoạn xử lý sinh học giữ vai trò đặc biệt quan trọng. Nếu giai đoạn cơ học và hóa lý chủ yếu loại bỏ các tạp chất thô và cặn lắng, thì xử lý sinh học mới thực sự tác động đến phần “cốt lõi” là các hợp chất hữu cơ hòa tan và chất dinh dưỡng khó phân hủy như:
- Giai đoạn trung tâm trong nhiều dây chuyền xử lý, sau khi loại bỏ rác thô và cặn lắng.
- Giúp giảm BOD, COD đáng kể, chuẩn bị cho các bước xử lý nâng cao (lọc, khử trùng).
- Có khả năng xử lý ổn định, duy trì chất lượng nước đầu ra theo tiêu chuẩn môi trường.
Các cách xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Xử lý bằng bùn hoạt tính hiếu khí
Xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính hiếu khí là phương pháp sử dụng các vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Quá trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục nhằm cung cấp một lượng oxy ổn định. Phản ứng oxy hóa diễn ra nhanh đồng thời các chất ô nhiễm tích tụ được vi sinh vật hấp thụ để làm thức ăn, gia tăng sinh khối, từ từ tạo thành các hạt bông gọi là bùn hoạt tính.
Nguyên lý & quy trình:
- Nước thải sau lắng sơ cấp vào bể aerotank, được sục khí liên tục để duy trì nồng độ tiêu chuẩn DO.
- Vi sinh vật hấp thụ các hợp chất hữu cơ hòa tan, chuyển hóa chúng thành năng lượng, tế bào mới và sản phẩm khoáng hóa (CO₂, H₂O).
- Hỗn hợp bùn, nước đi qua bể lắng thứ cấp – nơi bùn được tách. Bùn hoạt tính tuần hoàn trở lại để duy trì nồng độ tiêu chuẩn MLSS.
Công nghệ xử lý nước thải bằng bể SBR
Xử lý nước thải bằng bể SBR là phương pháp tượng tự cách xử lý bằng bùn hoạt tính hiếu khí, nhưng được diễn ra theo chu kỳ gián đoạn trong cùng một kết cấu. Quy trình bao gồm các giai đoạn như sau:
- Giai đoạn Nạp vào : Nước thải được nạp vào, có thể đồng thời sục khí hoặc khuấy trộn.
- Giai đoạn Phản ứng: Vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ (hiếu khí) hoặc khử nitrat (thiếu khí).
- Giai đoạn Lắng: Hệ thống dừng sục khí, bùn lắng xuống đáy.
- Giai đoạn Xả nước: Lấy nước sạch ở phía trên và chuẩn bị cho chu kỳ mới.
Xử lý bằng công nghệ sinh học tăng trưởng bám dính
Công nghệ sinh học tăng trưởng bám dính là sử dụng vi sinh vật phát triển thành màng sinh học (biofilm) bám trên giá thể rắn. Khi nước chảy qua, chất hữu cơ khuếch tán vào màng, bị phân hủy dần.
Cơ chế hoạt động:
- Lớp ngoài của biofilm: vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất hữu cơ.
- Lớp trong (thiếu oxy): diễn ra khử nitrat, khử sulfat.
- Khi biofilm dày, phần già sẽ bong ra, cuốn theo dòng nước.
Xử lý bằng công nghệ lọc sinh học
Đây là phương pháp xử lý nước thải sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong bể lọc nhân tạo. Vi sinh vật dính bám trên bề mặt vật liệu lọc, sau khi nước thải chảy qua lớp vật liệu này thì các chất ô nhiễm sẽ được phân hủy và xử lý.
Quy trình:
- Nước thải được phun hoặc phân phối đều lên lớp vật liệu lọc (cao 1.5–3 m).
- Không khí lưu thông tự nhiên hoặc cưỡng bức cung cấp oxy.
- Biofilm trên vật liệu phân hủy chất hữu cơ.
- Nước chảy ra dưới đáy, qua bể lắng để tách bùn bong ra.
Xử lý bằng bể xử lý kỵ khí
Bể xử lý kỵ khí là công trình sinh học sử dụng quần thể vi sinh vật kỵ khí để phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy hoàn toàn. Thông qua chuỗi phản ứng sinh hóa phức tạp (thủy phân, axit hóa, acetat hóa và methane hóa), các chất hữu cơ khó phân hủy được chuyển hóa thành khí sinh học (CH₄, CO₂), nước và một lượng bùn kỵ khí tương đối ổn định.
Cơ chế sinh hóa:
- Thủy phân: phân cắt polymer (tinh bột, protein, chất béo) thành các hợp chất đơn giản
- Axit hóa: tạo axit hữu cơ, H₂, CO₂, NH₃.
- Acetat hóa: chuyển axit béo bay hơi thành acetate và H₂.
- Methane hóa: vi khuẩn methanogens chuyển acetate và H₂/CO₂ thành CH₄ và CO₂.
Xử lý kỵ khí bằng UASB
Xử lý kỵ khí bằng bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là một công nghệ sinh học yếm khí sử dụng vi sinh vật kỵ khí để phân hủy chất hữu cơ trong nước thải, giảm ô nhiễm và sản sinh khí biogas. Nước thải được bơm từ đáy lên, di chuyển qua lớp bùn hoạt tính dạng hạt, nơi vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ thành CH₄ và CO₂.
Bể xử lý nước thải UASB hoạt động theo nguyên tắc như sau:
- Ban đầu, nước thải di chuyển từ phía dưới bể lên và đi qua lớp lọc bùn kỵ khí.
- Lúc này, độ pH 6,6 – 7,6 đảm bảo duy trì trong quá trình phát triển của vi sinh vật kỵ khí.
- Tại đây, một hỗn hợp được tạo ra từ lượng nước thải và bùn. Từ đó, tạo ra khí metan và carbon dioxide.
- Sau khi hoàn tất quá trình xử lý nước thải sinh hoạt, bằng cách sử dụng các vách tấm chắn ngang để tách pha khí – lỏng – rắn.
- Chất khí bay lên và được hấp thụ hoàn toàn bởi dung dịch NaOH từ 5 – 10%.
- Phần bùn còn lại lắng xuống đáy bể và nước đi qua màng chắn, tiếp tục dẫn đến bể xử lý tiếp theo.
So sánh các công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
| Phương pháp | Ưu điểm | Nhược điểm |
Bùn hoạt tính |
|
|
Bể SBR |
|
|
Tăng trưởng bám dính |
|
|
Lọc sinh học |
|
|
Bể xử lý kỵ khí |
|
|
Kỵ khí bằng UASB |
|
|
Công nghệ sinh học trong xử lý môi trường trên thực tế có rất nhiều cách và quy trình vận hành cũng khá phức tạp. Công Ty TNHH Kỹ Thuật NTS với đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm sẽ luôn tận tâm, nhiệt tình cùng doanh nghiệp khi ứng dụng công nghệ sinh học hiện đại, tân tiến nhất và tối ưu chi phí. Liên hệ NTS ngay để được tư vấn giải pháp phù hợp cho công trình của bạn.
Tham khảo thêm:
Về dịch vụ
Về dự án
Về sản phẩm
