Xử lý nước thải bằng vi sinh vật: Cơ chế và phương pháp thực hiện

Bạn đang tìm kiếm giải pháp xử lý nước thải hiệu quả, thân thiện với môi trường? Phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật là một trong những lựa chọn hàng đầu được nhiều chuyên gia và doanh nghiệp tin tưởng. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về phương pháp này, từ cơ chế hoạt động cho đến ứng dụng thực tế, đồng thời cung cấp những thông tin hữu ích để bạn vận hành hệ thống hiệu quả.

Xử lý nước thải bằng vi sinh vật là gì?

Xử lý nước thải bằng vi sinh vật là một phương pháp ứng dụng các loài vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ, hóa chất độc hại có trong nước thải, biến chúng thành các dạng vô hại hoặc dễ xử lý hơn. Đây là một giải pháp hiệu quả, thân thiện với môi trường và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt.

Các cơ chế sinh học chính trong xử lý nước thải

Phương pháp xử lý nước thải sinh học sử dụng vi sinh vật để phân hủy và loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải thông qua quá trình trao đổi chất của chúng. Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ như chất đạm, chất béo, carbonhydrat trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng.

Quá trình xử lý thường diễn ra trong bể xử lý có đặt bùn vi sinh hoặc các giá thể chứa vi sinh vật. Trong đó có 2 cơ chế chính:

• Xử lý hiếu khí: Vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ dưới sự có mặt của oxy và tạo ra carbon dioxide, nước, nitơ và các hợp chất đơn giản khác. Đây là quá trình oxy hoá.
• Xử lý kỵ khí: Diễn ra mà không cần oxy, các chất hữu cơ được chuyển hóa thành khí mêtan, cacbonic và các chất khác.

Hai cơ chế này giúp loại bỏ hơn 90% các chất ô nhiễm có trong nước thải, bao gồm cả mùi hôi khó chịu. Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi nhờ hiệu quả, tiết kiệm và ít gây ô nhiễm môi trường.

Phương pháp kỵ khí và quá trình diễn ra

1. Giai đoạn thủy phân

Vi sinh vật thủy phân cacbonhydrat thành acid:

C6H12O6 → 2CH3COOH + 2CO2 + 2H2

Vi sinh vật thủy phân protein thành acid amin:

C5H7NO2 + H2O → CH3CH(NH2)COOH + NH3

2. Giai đoạn acidogenesis

Vi sinh vật chuyển acid thành H2, CO2, CH3COOH:

CH3CH(NH2)COOH + 2H2O → CO2 + NH3 + HCOOH + 2H2

3. Giai đoạn acidotroph

CH3COOH → CH4 + CO2
HCOOH → CH4 + CO2

4. Giai đoạn methanogenesis

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

5. Tách khí

Sử dụng hệ thống tách khí ly tâm cao tốc để tách CH4 khỏi bùn vi sinh:

Bùn vi sinh + CH4 +CO2 → Bùn vi sinh (kiệt sức, giảm pH) + CH4 + CO2 (gas)

Nước thải sau xử lý chứa các chất cặn bã của quá trình phân hủy hữu cơ và các sản phẩm axit, khí không được tách.

Phương pháp hiếu khí và quá trình diễn ra

1. Giai đoạn thủy phân

Vi sinh vật thủy phân cacbonhydrat, protein, chất béo thành các axit béo, citrat, pyruvat,…:

C6H12O6 + Enzym → 2C3H4O3

2. Giai đoạn khử trùng

C3H4O3 + O2 → 3CO2 + 2H2O

CH3CH2COOH + 2O2 → 2CO2 + 2H2O

3. Giai đoạn nitrat hóa

NH4+ + 2O2 → NO2- + 2H+ + H2O

NO2- + H2O → NO3- + 2H+

4. Giai đoạn khử nitơ

Vi sinh vật hiếu khí khử nitơ thành khí:

5NH4+ + 3O2 → 2N2 + 8H+ + 5H2O

5. Giai đoạn kết tủa sinh học:

Các sản phẩm cuối cùng là nước, nitơ khí và bùn vi sinh kết tủa.

Nước thải sau xử lý chứa các chất dinh dưỡng: NO3-, NH4+, PO43-…ở nồng độ thấp.

Một số lưu ý khi xử lý nước thải bằng vi sinh vật

Trong quy trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật cần lưu ý một số điểm sau:

• Điều chỉnh pH và nhiệt độ là quan trọng để tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật.
• Cân bằng dinh dưỡng bằng cách bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết như C, N, P cho vi sinh.
• Bảo trì thường xuyên hệ thống cung cấp oxy, hệ thống làm lạnh/sưởi ấm, trộn tan để duy trì điều kiện tối ưu.
• Theo dõi chặt chẽ chất lượng nước thải đầu vào, điều chỉnh quy trình khi cần thiết.
• Luân chuyển đều bùn vi sinh trong các bể xử lý để duy trì hiệu quả hoạt động.
• Xử lý kịp thời các sự cố như quá tải, hư hỏng thiết bị để đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn xả thải.
• Vệ sinh thường xuyên các bể xử lý, thiết bị phụ trợ để ngăn ngừa sự cố do mầm bệnh gây ra.

Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp

Khi lựa chọn công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, cần xem xét các yếu tố sau:

• Thành phần và tính chất nước thải: Lượng và dạng (nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp,..) các chất hữu cơ trong nước thải (chất béo, protein, glucide…), mức độ độc hại.
• Lưu lượng nước thải: Lớn hay nhỏ để lựa chọn hệ thống phù hợp.
• Yêu cầu xử lý: Tiêu chuẩn xả thải theo quy định.
• Điều kiện vận hành: Có cung cấp oxy hay không, nhiệt độ, độ pH ưu thích các loại vi sinh.
• Điều kiện địa lý, cơ sở vật chất: Không gian, điện năng, nguồn nước phục vụ xử lý.
• Chi phí đầu tư và vận hành: So sánh các phương pháp theo yêu cầu kinh tế.

Lựa chọn công nghệ phù hợp giúp nâng cao hiệu quả và tiết kiệm chi phí xử lý.

Các công nghệ xử lý nước thải bằng vi sinh hiện nay

Công nghệ MBBR

Công nghệ xử lý nước thải MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) là phương pháp sinh học dựa trên sự phát triển màng bám vi sinh trên những giá thể nhỏ di động trong bể xử lý.

Nguyên lý hoạt động:

• Nước thải được đưa vào bể xử lý chứa những giá thể nhỏ (làm bằng nhựa, xốp…) có diện tích bề mặt lớn để vi sinh vật bám và phát triển thành màng vi sinh.
• Hệ thống trộn tan cho phép giá thể di chuyển liên tục trong dung dịch, tăng cường trao đổi chất giữa nước thải và màng vi sinh.
• Quá trình xử lý diễn ra trong điều kiện hiếu khí nhờ vi sinh bám màng xử lý các chất ô nhiễm.

Công nghệ này có ưu điểm là hiệu quả cao, chi phí thấp, dễ vận hành và bảo trì, thích hợp cho việc xử lý nước thải công nghiệp.

Có một số điều kiện hoạt động chính của vi sinh vật trong công nghệ xử lý nước thải MBBR:

• Nhiệt độ: Khoảng 15-30 độ C là tối ưu đối với hầu hết các loại vi sinh.
• Độ pH: Phạm vi pH từ 6-8 là phù hợp nhất để vi sinh hoạt động hiệu quả.
• Nguồn carbon: Cần có đủ nguồn carbon hữu cơ từ nước thải để nuôi vi sinh.
• Ôxy: Điều kiện hiếu khí là cần thiết cho hầu hết các phản ứng ôxi hóa của vi sinh.
• Chất dinh dưỡng: Cần cân bằng các nguyên tố dinh dưỡng như nitơ, photpho, sắt, đồng v.v.
• Không gian sống: Bề mặt lớn của giá thể tạo điều kiện phát triển màng vi sinh.
• Luân chuyển liên tục của giá thể giúp tăng cường trao đổi chất.

Đảm bảo đủ các điều kiện trên sẽ giúp vi sinh hoạt động hiệu quả nhất.

Công nghệ SBR

Công nghệ xử lý nước thải SBR (Sequencing Batch Reactor) là phương pháp xử lý sinh học trong điều kiện bán hiếu khí.

Nguyên lý hoạt động:

• Nước thải được đưa vào một bể phản ứng duy nhất trải qua các giai đoạn lắng, pha tăng trưởng và xả.
• Trong mỗi chu kỳ, quá trình xử lý diễn ra liên tục bao gồm: thủy phân, nitrat hóa, khử nitơ và kết tủa.

Điều kiện hoạt động của vi sinh vật:

• Nhiệt độ: 15-30°C
• Độ pH: 6-8
• Ôxy: Điều kiện bán hiếu khí
• Chất dinh dưỡng: C, N, P
• Thời gian xử lý: Chu kỳ kéo dài 8-12 giờ
• Bùn hoạt tính phân tán trong bể phản ứng

Công nghệ UASB

Công nghệ xử lý nước thải UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là phương pháp sinh học kỵ khí, sử dụng bùn vi sinh trôi nổi.

Nguyên lý hoạt động:

• Nước thải được đưa vào bể phản ứng từ đáy lên, chạy qua lớp bùn vi sinh trôi nổi.
• Trong điều kiện thiếu oxy, các phản ứng khử carbon diễn ra.

Điều kiện hoạt động của vi sinh vật:

• Nhiệt độ: Mesophilic (15-30°C), Thermophilic (30-40°C)
• Độ pH: 6.5-7.5
• Chất dinh dưỡng: C, N, P, S, trace elements
• Thời gian lưu: 10-20 giờ
• Không khí: Điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt
• Bùn vi sinh trôi nổi có độ sệt cao

Công nghệ AAO

Công nghệ xử lý nước thải AAO (Anaerobic Aerated Oxidation Ditch) là phương pháp kết hợp khử carbon kỵ khí và ôxi hóa hiếu khí.

Nguyên lý hoạt động:

• Nước thải được đưa vào một hệ thống bể kéo dài.
• Phân khu không khí hóa tạo điều kiện ôxi hóa, phân khu kỵ khí cho phép quá trình khử carbon.

Điều kiện hoạt động của vi sinh vật:

• Nhiệt độ: Mesophilic (15-30°C)
• Độ pH: 6.5-7.5
• Chất dinh dưỡng: C, N, P, S
• Ôxy: Khu vực hiếu-kỵ khí
• Thời gian lưu: 1-2 ngày
• Bùn hoạt tính trôi nổi

Công nghệ kết hợp đặc điểm của hệ sinh thái hiếu-kỵ khí, xử lý nhanh và hiệu quả.

Ngoài ra bạn có thể tham khảo thêm Công nghệ MBR.

Kết luận

SKY Tech là đơn vị tiên phong trong việc ứng dụng công nghệ sinh học xử lý nước thải tại Việt Nam. Chúng tôi sở hữu đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm, triển khai nhiều dự án xử lý thành công áp dụng công nghệ hiện đại. Chất lượng công việc luôn đảm bảo tiêu chuẩn nghiêm ngặt, mang lại hiệu quả cao.

Hãy liên hệ với SKY Tech để được tư vấn và hỗ trợ.