Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí

X ỬLÝ N ƯỚ
C TH Ả
I BẰ
NG PH ƯƠ
N G PHÁP SINH H Ọ
C K ỴKHÍ

Nước là nguồn tài nguyên quý giá của tất cả các sinh vật sống trên trái đất. Nếu không có
nước thì sẽ không có sự sống xuất hiện. Vì vậy mà việc bảo vệ nguồn nước sạch là việc làm
rất quan trọng. Ngày nay, nhu cầu sử dụng nước sạch của người dân cho hoạt động sinh hoạt
và sản xuất tăng cao, nên lượng nước thải nhiễm bẩn cũng sẽ tăng. Nếu lượng nước thải này
không được xử lý mà xả thải trực tiếp sẽ làm ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm, gây
ảnh hưởng nghiêm trọng đến cuộc sống của người dân và hệ sinh thái môi trường. Để đảm
bảo chất lượng nước thải đầu ra đạt quy chuẩn xả thải, con người đã áp dụng các công nghệ
xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học (kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí), hóa lý, cơ học để
loại bỏ chất bẩn ra khỏi dòng nước.

Vậy công nghệ xử lý nước thải bằng phương
pháp sinh học là gì?
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học chủ yếu là dựa vào hoạt động sống của các vi
khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Các vi sinh vật này sử dụng các chất hữu cơ có
trong nước thải và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng cho hoạt động sống của chúng
và đồng thời các chất hữu cơ này sẽ được phân giải thành hợp chất vô cơ đơn giản. Mục đích
của quá trình này là khử BOD và COD.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học có thể được phân loại như sau:


Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
kỵ khí

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí là do sự hoạt động của các vi sinh
vật trong môi trường mà không cần sự có mặt của oxi không khí và sản phẩm cuối cùng tạo
ra gồm CH4, CO2, N2, H2,… và trong đó khí CH4(metan) chiếm tới 65%. Quá trình này còn có
thể gọi là quá trình lên men metan. Quá trình phân hủy kỵ khí có thể mô tả bằng sơ đồ tổng
quát:
(CHO)nNS → CO2 +H2O + CH4 + NH4 + H2 + H2S + tế bào vi sinh
Quá trình xử lý kỵ khí trong điều kiện nhân tạo có thể được áp dụng để xử lý các loại cặn bã
chất thải công nghiệp có hàm lượng chất bẩn hữu cơ cao BOD 10-30(g/l).
Quá trình phân hủy kỵ khí chất bẩn là quá trình diễn ra hàng loạt các phản ứng sinh hóa phức
tạp và có thể họp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy các chất thải
hữu cơ như sau:


Trong 3 giai đoạn đầu thì lượng COD hầu như không giảm, COD chủ yếu chỉ giảm trong giai
đoạn metan hóa.
Trong xử lý kỵ khí cần lưu ý đến 2 yếu tố quan trọng:


Duy trì sinh khối vi khuẩn càng nhiều càng tốt



Tạo tiếp xúc đủ giữa nước thải với sinh khối vi sinh vật.

Các công trình xử lý nước thải bằng phương
pháp sinh học kỵ khí
Hầm biogas
Biogas là khí sinh học do một số vi khuẩn phân giải kỵ khí chất hữu cơ tạo ra. Các chất hữu
cơ được ủ trong điều kiện kỵ khí để sinh ra các chất khí như H2S, CO2, N2 và CH4, trong đó
CO2 và CH4 có thể cháy được.

Hầm biogas là một hệ thống tự động, khi mà khí được sinh ra trong điều kiện kỵ khí sẽ đẩy
cặn bã vào bể áp lực và ống nạp nhiên liệu. Khi mở van thì các cặn bã trong bể áp lực và ống
nạp nhiên liệu sẽ đẩy khí ra để sử dụng.


Hầm biogas được chia làm ba phần liên tiếp với nhau:


Ngăn trộn là nơi để trộn các chất hữu cơ với nước trước khi đổ vào hầm phân hủy.



Hầm phân hủy là nơi nước và chất hữu cơ bị phân hủy lên men. Khí CH4 và các loại
khí khác sẽ được sinh ra ở đây và những chất khí này sẽ đẩy bùn cặn ở đáy bể lên bể áp lực.



Bể áp lực: là nơi chứa các bùn cặn. Khi mở van thì các cặn bã trong này sẽ đẩy ngược
các chất khí ra để sử dụng.

Bể tự hoại
Bể tự hoại là công trình xử lý nước thải bậc I (xử lý sơ bộ) có nhiệm vụ làm sạch sơ bộ hoặc
hoàn toàn nước thải trước khi thải ra sông, hồ hay mạng lưới thoát nước bên ngoài.
Bể tự hoại hoạt động theo nguyên lý tạo ra trong hai quá trình là quá trình lắng nước thải và
quá trình lên men cặn lắng. Bể tự hoại thường được dùng trong các hộ gia đình có thể thống
cấp thoát nước bên trong nhưng bên ngoài là hệ thống thoát nước chung không có trạm xử lý,
thời gian lưu nước trong bể từ 1 đến 3 ngày. Bể tự hoại cũng được sử dụng trong xử lý cặn
bùn của hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản, với thời gian lưu bùn từ 1-2 tháng. Bùn
được nâng nhiệt đến 350C và có van tháo cặn dưới đáy bể.
Nguyên lý hoạt động của bể tự hoại:



Quá trình thứ 1: Nguyên lý hoạt động của bể tự hoại trong quá trình lắng
cặn trong bể có thể xem như quá trình lắng tĩnh. Dưới tác dụng trọng lượng, các hạt cặn sẽ
rơi xuống dưới đáy bể và nước sau khi ra khỏi bể sẽ trong. Cặn rơi xuống bể ở đây có các
chất hữu cơ sẽ bị phân hủy nhờ hoạt động của vi sinh vật yếm khí.



Quá trình thứ hai: Nguyên lý hoạt động của bể tự hoại trong quá trình lên
men. Sau khi các hạt cặn lắng xuống đáy bể và các chất hữu cơ sẽ bị phân hủy nhờ có các vi
sinh vật yếm khí, cặn sẽ lên men, mất mùi hôi và giảm thể tích. Tốc độ lên men của căn
nhanh hay chậm phụ thuộc vào nhiệt độ, độ PH của nước thải, lượng vi sinh vật trong cặn,
nhiệt độ càng cao thì tốc độ lên men càng nhanh.
Bể tự hoại có dạng hình chữ nhật hay dạng hình tròn trên mặt bằng, xây dựng bằng gạch, bê
tông cốt thép hay bằng vật liệu composit. Bể thường được chia thành 2-3 ngăn và có chiều
sâu 1,5-3m.


Bể tự hoại 3 ngăn
Hiệu quả lắng cặn trong bể tự hoại có thể được từ 40-60% phục thuộc vào nhiệt độ và chế độ
quản lý, vận hành bể. Qua thời gian từ 3-6 tháng, cặn lắng lên men kỵ khí. Quá trình lên men
chủ yếu diễn ra trong giai đoạn đầu là lên men axit.
Ngoài ra còn có bể tự hoại 5 ngăn, trong đó:


Ngăn thứ nhất của bể có vai trò làm ngăn lắng- lên men kỵ khí, đồng thời điều hòa lưu
lượng và nồng độ chất bẩn trong dòng nước thải.



Nhờ các vách ngăn hướng dòng, ở những ngăn tiếp theo, nước thải chuyển động theo
chiều từ dưới lên trên, tiếp xúc với các VSV kỵ khí trong lớp bùn được hình thành dưới đáy
bể trong điều kiện động, các chất hữu cơ được các VSV hấp thụ và chuyển hóa, đồng thời
cho phép tách riêng 2 pha (lên men axit và lên men kiềm).



Các ngăn cuối cùng là ngăn lọc kị khí, có tác dụng làm sạch bổ sung nước thải, nhờ
các VSV kị khí gắn bám trên bề mặt các hạt vật liệu lọc và năng cặn lơ lửng trôi theo nước.

Bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược – UASB (Upflow Anaerobic
Blanket reactor)
UASB là một trong những phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí
được ứng dụng rộng rãi nhờ các đặc điểm sau:



Cả 3 quá trình: Phân hủy – Lắng bùn – Tách khí được đặt chung trong một công trình.
Tạo thành các loại hạt bùn kỵ khí có mật độ VSV cao và tốc độ lắng vượt xa do có
lớp bùn hiếu khí lơ lửng
Bể UASB được chia làm 2 vùng:




Vùng lắng: được đặt nằm trên vùng phân hủy kỵ khí. Nước thải sau khi phân hủy sẽ di
chuyển lên vùng này để lắng cặn.



Vùng chứa bùn phân hủy kỵ khí (không chiếm quá 60% thể tích bể): là lớp bùn chứa
các VSV kỵ khí có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ, nước thải được chảy vào vùng
này để xử lý.
Nhờ có các VSV trong bùn hoạt tính mà các chất bẩn trong nước thải khi di chuyển từ dưới
lên, xuyên qua lớp bùn bị phân hủy. Trong bể, các VSV liên kết nhau và hình thành các hạt
bùn đủ lớn để tránh bị cuốn trôi ra khỏi bể. Đồng thời các loại khí được tạo ra trong điều kiện
kỵ khí sẽ tạo ra dòng tuần hoàn cục bộ giúp cho việc tạo thành những hạt bùn hoạt tính và giữ
cho chúng được ổn định. Các bọt khí và hạt bùn có khí bám vào sẽ nổi lên trên mặt tạo thành
hỗn hợp trên bể. Khi hỗn hợp này va phải lớp lưới chắn phía trên, các bọt khí sẽ vỡ ra và các
hạt bùn được tách ra sẽ lắng xuống dưới bể.
Bể UASB được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao.



Ưu điểm:



Chi phí đầu tư và vận hành thấp



Lượng hóa chất cần bổ sung ít



Không đòi hỏi cấp khí, do đó ít tiêu hao năng lượng, có thể thu hồi và tái sử dụng
năng lượng từ biogas



Lượng bùn sinh ra ít, cho phép vận hành với tải trọng cao, giảm diện tích công trình



Nhược điểm:



Giai đoạn xây dựng lâu



Dễ bị sốc tải khi chất lượng nước vào biến động



Bị ảnh hưởng bởi các chất độc hại



Khó hồi phục sau thời gian ngừng hoạt động


Bể UASB

Lọc kỵ khí bám dính cố định – AFR (Anaerobic filter reactor)
Hệ thống lọc kỵ khí bám dính cố định sử dụng các VSV bám dính trên các vật liệu lọc được
đặt trong bể với dòng chảy của nước thải là từ dưới lên hoặc là từ trên xuống và màng VSV

bám dính này không bị rửa trôi trong quá trình xử lý.
Dòng thải nước vào và dòng tuần hoàn ra được phân bố từ bên này sang bên kia bể phản ứng
sinh học, chảy cắt ngang hoặc là chảy ngược qua màng sinh học. Qúa trình xử lý được xảy ra
là kết quả của bùn lơ lửng và hòa trộn sinh khối bị giữ lại bởi màng lọc. Dòng chảy ra ở phần
trên của màng là tập hợp của các tác nhân bị đào thải. Dòng chảy ra được tuần hoàn lại để
duy trì việc nạp nước trong bể phản ứng. Phần khí ở dưới đáy bể sẽ được thu hồi và chuyển
đến nơi khác để sử dụng lại. Thời gian lưu nước trung bình trong bể khoảng từ 0,5-4 ngày với
tải trọng thể tích chất hữu cơ từ 5-15 kg COD/m3/ngày.