GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - CHƯƠNG 8

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

113
lượt xem 28
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÍ SINH HỌC 8.1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÍ SINH HỌC 8.1.1. Một số loại vi khuẩn trong hệ thống xử lý nước thải Các nhà máy xử lý nước thải thường dựa trên hoạt động phân hủy các chất hữu cơ dạng dễ phân hủy sinh học của các nhóm vi sinh vật. Sự phân huỷ sinh học này được tiến hành dưới điều kiện có oxy. Ví dụ oxy hoá 2 mg cacbon thì phải cần 2,67 mg oxy. ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG - CHƯƠNG 8

Chương 8 CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÍ SINH HỌC 8.1. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÍ SINH HỌC 8 .1.1. M ộ t s ố l o ạ i vi khu ẩ n trong h ệ t h ố ng x ử l ý n ướ c th ả i C ác nhà máy x ử l ý n ướ c th ả i th ườ ng d ự a trên ho ạ t đ ộ ng phân h ủ y các ch ấ t h ữ u c ơ d ạ ng d ễ p hân h ủ y sinh h ọ c c ủ a các nhóm vi sinh v ậ t. S ự p hân hu ỷ s inh h ọ c này đ ượ c ti ế n hành d ướ i đ i ề u ki ệ n có oxy. Ví d ụ o xy hoá 2 mg cacbon thì ph ả i c ầ n 2,67 mg oxy. Các nguyên t ố h ydro, l ư u hu ỳ nh và nit ơ t rong các ch ấ t h ữ u c ơ - c ác nguyên t ố c hính ch ứ a trong n ướ c th ả i, đ òi h ỏ i m ộ t l ượ ng oxy b ổ s ung cho quá trình oxy hoá chúng. C ác ch ấ t th ả i h ữ u c ơ + O 2 → C O 2 + H 2 O +H 2 SO 4 + N H 4 + … + N O 3- ( C, H, O, N) Vi khu ẩ n D ự a trên ph ươ ng th ứ c phát tri ể n vi khu ẩ n đ ượ c chia thành: + C ác vi khu ẩ n d ị d ưỡ ng (heterotrophic): S ử d ụ ng các ch ấ t h ữ u c ơ l àm ngu ồ n n ă ng l ượ ng và ngu ồ n cacbon đ ể t h ự c hi ệ n các ph ả n ứ ng sinh t ổ ng h ợ p. Trong lo ạ i này có các lo ạ i vi khu ẩ n hi ế u khí ( aerobic) c ó th ể o xy hoá hoà tan khi phân hu ỷ c h ấ t h ữ u c ơ ; vi khu ẩ n k ị k hí ( anaerobic) c ó th ể o xy hoá các ch ấ t h ữ u c ơ m à không c ầ n oxy t ự d o vì chúng có th ể s ử đ ụ ng oxy liên k ế t trong nitrat và sunphat. { CH 2 O} + O 2 → C O 2 + H 2 O + E V i khu ẩ n hi ế u khí { CH 2 O} + N O 3 - → C O 2 + N 2 + E V i khu ẩ n k ị k hí { CH 2 O} + S O 4 2- → C O 2 + H 2 S + E { CH 2 O} → c ác axit h ữ u c ơ + C O 2 + H 2 O + E CH4 + CO2 + E N ă ng l ượ ng E đ ượ c dùng đ ể t ổ ng h ợ p t ế b ào m ớ i và m ộ t ph ầ n thoát ra ở d ạ ng nhi ệ t n ă ng. + C ác vi khu ẩ n t ự d ưỡ ng (aototrophic) có kh ả n ă ng oxy hoá ch ấ t vô c ơ đ ể t hu n ă ng l ượ ng và s ử d ụ ng CO 2 l àm ngu ồ n cacbon cho quá trình sinh t ổ ng h ợ p. Ví d ụ : các lo ạ i vi khu ẩ n nit ơ rat hoá, vi khu ẩ n l ư u hu ỳ nh, vi khu ẩ n s ắ t v .v... + Q uá trình nitrat hoá (nitrification) n itrosomonas 2 NH 4 + + 3 O 2 → 2 NO 2 - + 4 H + + 2 H 2 O + E 75
n itrobacter 2 NO 2 + O 2 → 2 NO 3 - + E - + C ác vi khu ẩ n s ắ t: Có kh ả n ă ng xúc ti ế n cho ph ả n ứ ng oxy hoá Fe 2+ t an trong n ướ c thành Fe(OH) 3 , [FeO(OH)] k ế t t ủ a. v i khu ẩ n s ắ t F e 2 + n ướ c + O 2 → F e 3+ (OH) 3 ↓ + E 4Fe 2+ + 4 H + + O 2 → 4 Fe 3+ + 2 H 2 O hoặc + C ác vi khu ẩ n l ư u hu ỳ nh: Có th ể x úc ti ế n cho ph ả n ứ ng gây ă n mòn thi ế t b ị : H 2 S + O 2 → H +SO 4 + E V i khu ẩ n l ư u hu ỳ nh 8 .1.2. Đ ộ ng h ọ c c ủ a phát tri ể n vi sinh v ậ t T rong nh ữ ng thi ế t k ế x ử l ý môi tr ườ ng b ằ ng ph ươ ng pháp sinh h ọ c c ầ n thi ế t ph ả i có s ự k i ể m soát v ề m ôi tr ườ ng và qu ầ n th ể s inh v ậ t. Đ i ề u ki ệ n môi tr ườ ng ở đ ây đ ượ c th ể h i ệ n qua các thông s ố n h ư đ ộ p H, nhi ệ t đ ộ , ch ấ t dinh d ưỡ ng, hàm l ượ ng oxi hoà tan, các ch ấ t vi l ượ ng... Nh ữ ng thông s ố m ôi tr ườ ng này đ ượ c ki ể m soát đ ể g i ữ m ứ c đ ộ t hích h ợ p đ ố i v ớ i đ ờ i s ố ng và s ự p hát tri ể n c ủ a vi sinh v ậ t. S inh tr ưở ng phát tri ể n vi sinh v ậ t th ườ ng đ ượ c mô t ả n h ư m ộ t ph ả n ứ ng b ậ c m ộ t: t rong đ ó: X l à n ồ ng đ ộ c h ấ t r ắ n h ữ u c ơ , kh ố i l ượ ng / đ ơ n v ị t h ể t ích t là th ờ i gian K hi c ơ c h ấ t tr ở t hành y ế u t ố h ạ n đ ị nh thì t ố c đ ộ s inh tr ưở ng có th ể đ ượ c mô t ả b ở i ph ươ ng trình sau: t rong đ ó: S là n ồ ng đ ộ c ơ c h ấ t µ m l à t ố c đ ộ p hát tri ể n riêng c ự c đ ạ i K s l à h ằ ng s ố b ão hòa hay h ệ s ố b án v ậ n t ố c. V ớ i m ứ c đ ộ l àm s ạ ch nh ấ t đ ị nh các y ế u t ố c h ị u ả nh h ưở ng t ớ i t ố c đ ộ p h ả n ứ ng sinh hoá là ch ế đ ộ t hu ỷ đ ộ ng, hàm l ượ ng oxy trong n ướ c th ả i, nhi ệ t đ ộ , pH, các nguyên t ố d inh d ưỡ ng c ũ ng nh ư c ác kim lo ạ i n ặ ng và các mu ố i khoáng. 76
T ỷ l ệ B OD 5 : N: P trong n ướ c th ả i đ ể x ử l ý sinh h ọ c c ầ n có giá tr ị k ho ả ng 100:5:1. T rong quá trình x ử l ý ch ấ t th ả i b ằ ng ph ươ ng pháp sinh h ọ c, ả nh h ưở ng c ủ a nhi ệ t đ ộ t ớ i t ố c đ ộ p h ả n ứ ng gi ữ m ộ t vai trò r ấ t quan tr ọ ng. Nhi ệ t đ ộ k hông nh ữ ng ả nh h ưở ng t ớ i các ho ạ t đ ộ ng chuy ể n hoá c ủ a vi sinh v ậ t mà còn gây ả nh h ưở ng t ớ i chính b ả n thân c ơ t h ể c ủ a chúng nh ư t ính ch ấ t l ắ ng đ ọ ng c ủ a các ch ấ t sinh h ọ c. 8 .1.3. Quá trình oxy hoá sinh h ọ c O xy hoá sinh h ọ c là quá trình chuy ể n hoá các nguyên t ố t ừ d ạ ng h ữ u c ơ s ang các d ạ ng vô c ơ c ó tr ạ ng thái oxy hoá cao nh ấ t d ướ i tác d ụ ng c ủ a vi khu ẩ n. Vì v ậ y, quá trình này còn đ ượ c g ọ i là s ự k hoáng hoá. v i khu ẩ n C acbon h ữ u c ơ + O 2 → C O2 v i khu ẩ n H ydro h ữ u c ơ O 2 → H 2 O v i khu ẩ n N it ơ h ữ u c ơ + O 2 → N O 3 - v i khu ẩ n L ư u hu ỳ nh h ữ u c ơ + O 2 → S O 4 2- v i khu ẩ n Photpho h ữ u c ơ + O 2 → P O 4 3- V i khu ẩ n oxy hóa các ch ấ t th ả i nh ằ m t ự c ung c ấ p đ ủ n ă ng l ượ ng đ ể c ó th ể t ổ ng h ợ p các phân t ử p h ứ c t ạ p nh ư p rotein và nh ữ ng ch ấ t khác c ầ n thi ế t cho vi ệ c t ạ o nên các t ế b ào m ớ i. 8 .1.4. Ph ươ ng pháp x ử l ý sinh hoá P h ươ ng pháp này d ự a vào kh ả n ă ng s ố ng c ủ a vi sinh v ậ t. C húng s ử d ụ ng các ch ấ t h ữ u c ơ c ó trong n ướ c th ả i làm ngu ồ n dinh d ưỡ ng nh ư c acbon, nit ơ , photpho, kali... T rong quá trình dinh d ưỡ ng các vi sinh v ậ t s ẽ n h ậ n các ch ấ t đ ể x ây đ ự ng t ế b ào và sinh n ă ng l ượ ng nên sinh kh ố i c ủ a nó t ă ng lên. Q uá trình di ễ n ra qua 2 giai đ o ạ n: 1 . Giai đ o ạ n h ấ p ph ụ c ác ch ấ t phân tán nh ỏ , keo và hoà tan (d ạ ng h ữ u c ơ v à vô c ơ ) lên b ề m ặ t t ế b ào vi sinh v ậ t. 2 . Giai đ o ạ n phân hu ỷ c ác ch ấ t ch ỉ h ấ p ph ụ q ua màng vào trong tế b ào vi sinh v ậ t. Đ ó là ph ả n ứ ng hoá sinh (oxy hóa và kh ử ). 77
N ướ c th ả i công nghi ệ p sau khi đ ã x ử l ý b ằ ng ph ươ ng pháp sinh hoá có th ể x ả r a ngu ồ n n ướ c ti ế p nh ậ n, trong nh ữ ng tr ườ ng h ợ p c ụ t h ể c òn th ự c hi ệ n giai đ o ạ n kh ử t rùng tr ướ c khi x ả r a sông, ao h ồ . C ó ba nhóm ph ươ ng pháp x ử l ý n ướ c th ả i theo nguyên t ắ c sinh h ọ c: 1 C ác ph ươ ng pháp hi ế u khí (aerobic). 2 . Các ph ươ ng pháp thi ế u khí (anoxic). 3 . Các ph ươ ng pháp k ị k hí (anaerobic). N guyên t ắ c các ph ươ ng pháp x ử l ý + N guyên t ắ c các ph ươ ng pháp x ử l ý hi ế u khí: P h ươ ng pháp hi ế u khí dùng đ ể l o ạ i các ch ấ t h ữ u c ơ d ễ b ị v i sinh phân hu ỷ r a kh ỏ i ngu ồ n n ướ c. Các ch ấ t này đ ượ c các lo ạ i vi sinh hi ế u khí oxy hoá b ằ ng oxy hòa tan trong n ướ c. V i sinh C h ấ t h ữ u c ơ + O 2 → H 2 O + C O 2 + n ă ng l ượ ng Vi sinh C h ấ t h ữ u c ơ + O 2 → T ế b ào m ớ i N ă ng l ượ ng T ế b ào m ớ i + O 2 → C O 2 + H 2 O + N H 3 T ổ ng c ộ ng: Ch ấ t h ữ u c ơ + O 2 → H 2 O + C O 2 + N H 3 … Trong ph ươ ng pháp hi ế u khí ammoni c ũ ng đ ượ c lo ạ i b ỏ b ằ ng oxy hoá nh ờ v i sinh t ự d ưỡ ng (quá trình nh ậ t hoá) Nitrosomonas 2 NH 4 + + 3 O 2 → 2 NO 2- + 4 H + + 2 H 2 O + N ă ng l ượ ng Nitrobacter 2 NO + O 2 → 2 NO 3- 2- V i Sinh T ổ ng c ộ ng: NH 4 + 2 O 2 → N O 3 + 2 H + + H 2 O + N ă ng l ượ ng + Đ i ề u ki ệ n c ầ n thi ế t cho quá trình: pH = 5,5 - 9,0, nhi ệ t đ ộ 5 - 4 0 o C. + N guyên t ắ c các ph ươ ng pháp x ử l ý thi ế u khí T rong đ i ề u ki ệ n thi ế u oxy hoà tan s ẽ x ả y ra s ự k h ử n itrit. Oxy đ ượ c gi ả i phóng t ừ n itrat s ẽ o xy hoá ch ấ t h ữ u c ơ v à nit ơ s ẽ đ ượ c t ạ o thành. v i sinh NO3- → NO2 + O2 Chất hữu cơ 78
O2 → N2 + CO2 + H2O T rong h ệ t h ố ng x ử l ý theo k ỹ t hu ậ t bùn ho ạ t hóa s ự k h ử n itric s ẽ x ả y ra khi không ti ế p t ụ c cung c ấ p không khí. Khi đ ó oxy c ầ n cho ho ạ t đ ộ ng c ủ a vi sinh gi ả m d ầ n và vi ệ c gi ả i phóng oxy t ừ n itrat s ẽ x ả y ra. Theo nguyên t ắ c trên ph ươ ng pháp thi ế u khí (kh ử n h ậ t hóa) đ ượ c s ử d ụ ng đ ể l o ạ i nit ơ r a kh ỏ i n ướ c th ả i. + N guyên t ắ c các ph ươ ng pháp x ử l ý y ế m khí P h ươ ng pháp x ử l ý k ị k hí dùng đ ể l o ạ i b ỏ c ác ch ấ t h ữ u c ơ t rong ph ầ n c ặ n c ủ a n ướ c th ả i b ằ ng vi sinh v ậ t tu ỳ n ghi và vi sinh k ị k hí. H ai cách x ử l ý y ế m khí thông d ụ ng là: • L ên men axit: Thu ỷ p hân và chuy ể n hoá các sả n ph ẩ m thu ỷ p hân (nh ư a xit béo, đ ườ ng) thành các axit và r ượ u m ạ ch ng ắ n h ơ n và cu ố i cùng thành khí cacbonic. • L ên men metan: Phân hu ỷ c ác ch ấ t h ữ u c ơ t hành metan (CH 4 ) và khí cacbonic (CO 2 ) vi ệ c lên men metan nh ạ y c ả m v ớ i s ự t hay đ ổ i pH. pH t ố i ư u cho quá trình là t ừ 6 ,8 đ ế n 7,4. Thí d ụ v ề p h ả n ứ ng metan hoá: M ethanosarcina C H 3 COOH → C H 4 + C O 2 2 CH 2 (CH 2 )COOH 3 → C H 4 + 2 CH 3 COOH + C 2 H 5 COOH + CH 4 + C O 2 C ác ph ươ ng pháp k ị k hí th ườ ng đ ượ c dùng đ ể x ử l ý n ướ c th ả i công nghi ệ p và ch ấ t th ả i t ừ t r ạ i ch ă n nuôi. T ùy theo đ i ề u ki ệ n c ụ t h ể ( tính ch ấ t, kh ố i l ượ ng n ướ c th ả i, khí h ậ u, đ ị a hình, m ặ t b ằ ng, kinh phí...) ng ườ i ta dùng m ộ t trong nh ữ ng ph ươ ng pháp trên ho ặ c k ế t h ợ p chúng v ớ i nhau. Q uá trình kh ử n itrat T rong quá trình phân hu ỷ h i ế u khí, khi dinh d ưỡ ng c ủ a môi tr ườ ng đ ã suy ki ệ t, các vi sinh v ậ t có kh ả n ă ng s ử d ụ ng ngay chính t ế b ào c ủ a nó, k ế t qu ả c ủ a quá trình t ạ o ra NO 3 ( còn g ọ i là quá trình nitrat hóa). N H 3 b ị o xy hóa theo ph ả n ứ ng D o v ậ y, vi ệ c kh ử n itrat là c ầ n thi ế t sau các quá trình này. Q uá trình kh ử n itrat là bi ế n đ ổ i NH 3 - thành N 2 n h ờ c ác vi sinh v ậ t y ế m khí nh ậ n n ă ng l ượ ng đ ể p hát triể n t ừ p h ả n ứ ng kh ử N O 3 s ong l ạ i yêu c ầ u ngu ồ n cacbon t ừ n goài đ ể t ổ ng h ợ p t ế b ào. Thông th ườ ng dòng th ả i ch ứ a 79
N O 3 - n ghèo dinh d ưỡ ng b ở i v ậ y CH 3 OH th ườ ng đ ượ c dùng làm ngu ồ n cacbon. C ác y ế u t ố m ôi tr ườ ng đ ể đ ả m b ả o duy trì cân b ằ ng ho ạ t đ ộ ng c ủ a các vi khu ẩ n axitogenes và methanolgen:. - T ránh oxy hoà tan. - K hông có các kim lo ạ i đ ộ c t ố k ìm hãm quá trình ho ạ t đ ộ ng c ủ a vi khu ẩ n. - p H: 6,5 - 7,5 và không đ ượ c d ướ i 6,2 vì ở đ i ề u ki ệ n này các vi khu ẩ n t ạ o khí CH 4 k hông ho ạ t đ ộ ng. - Đ ủ l ượ ng dinh d ưỡ ng N, P áp cho vi khu ẩ n. - N hi ệ t đ ộ : 30-38 o C thích h ợ p v ớ i vi khu ẩ n mesophilic, 55-60 o C thích h ợ p v ớ i vi khu ẩ n thermophilic. 8.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ 8 .2.1. Ao h ồ ổ n đ ị nh P h ươ ng pháp x ử l ý sinh h ọ c đ ơ n gi ả n nh ấ t là k ỹ t hu ậ t " ổ n đ ị nh n ướ c th ả i". Đ ó là m ộ t lo ạ i h ồ c h ứ a n ướ c th ả i trong nhi ề u ngày ph ụ t hu ộ c vào nhi ệ t đ ộ , oxy đ ượ c t ạ o ra do ho ạ t đ ộ ng t ự n hiên c ủ a t ả o trong ao. C ơ c h ế x ử l ý trong ổ n đ ị nh ch ấ t th ả i bao g ồ m c ả h ai quá trình hi ế u khí và k ị k hí. a . A o ổ n đ ị nh hi ế u khí L à lo ạ i ao c ỡ 0 ,3 - 0,5 m đ ượ c thi ế t k ế s ao cho ánh sáng m ặ t tr ờ i thâm nh ậ p vào l ớ p n ướ c nhi ề u nh ấ t làm phát tri ể n t ả o do ho ạ t đ ộ ng quang h ợ p đ ể t ạ o oxy. Đ i ề u ki ệ n không khí b ả o đ ả m t ừ m ặ t đ ế n đ áy ao. H ồ ư a khí (h ồ o xy hoá cao t ố c) D ạ ng đ ơ n gi ả n nh ấ t c ủ a các h ồ ổ n đ ị nh ư a khí là nh ữ ng h ồ l ớ n, nông b ằ ng đ ấ t. Chúng đ ượ c dùng đ ể x ử l ý n ướ c th ả i b ằ ng nh ữ ng quá trình t ự n hiên bao g ồ m vi ệ c s ử d ụ ng c ả t ả o và vi khu ẩ n. M ô t ả q uá trình: H ồ ổ n đ ị nh ư a khí ch ứ a đ ự ng vi khu ẩ n và t ả o ở t h ể l ơ l ử ng và các đ i ề u ki ệ n ư a khí đ ượ c ng ự t r ị s u ố t chi ề u sâu c ủ a h ồ . Có 2 lo ạ i h ồ ư a khí chính. Trong lo ạ i đ ầ u (cao t ố c), m ụ c tiêu là s ả n xu ấ t t ả o ở m ứ c t ố i đ a. Các h ồ n ày th ườ ng b ị g i ớ i h ạ n ở m ộ t đ ộ s âu kho ả ng 15 - 45 cm . L o ạ i th ứ h ai (h ồ o xy hoá ho ặ c h ồ ổ n đ ị nh), m ụ c tiêu là s ả n xu ấ t oxy ở m ứ c t ố i đ a và nh ữ ng đ ộ s âu c ủ a h ồ t h ườ ng đ ạ t t ớ i 1,5 m. L ượ ng oxy cung c ấ p cho n ướ c h ồ t ừ 2 n gu ồ n: - S ả n ph ẩ m c ủ a quá trình quang h ợ p. - K hu ế ch tán t ừ k hông khí. 80
Ngoài ra còn có th ể n âng cao m ứ c oxy trong n ướ c b ằ ng cách k ế t h ợ p s ụ c khí. b . Ao, h ồ k ị k hí L à lo ạ i ao sâu, không cầ n oxy hoà tan cho ho ạ t đ ộ ng vi sinh. Ở đ ây các lo ạ i vi sinh k ị k hí và vi sinh tùy nghi dùng oxy t ừ c ác h ợ p ch ấ t nh ư n itrat, sunphat đ ể o xy. hoá ch ấ t h ữ u c ơ t hành mêtan và CO 2 . Nh ư v ậ y các ao này có kh ả n ă ng ti ế p nh ậ n kh ố i l ượ ng l ớ n ch ấ t h ữ u c ơ v à không c ầ n quá trình quang h ợ p c ủ a t ả o. H ồ k ị k hí th ườ ng đ ượ c dùng đ ể x ử l ý n ướ c th ả i có đ ộ ô n hi ễ m h ữ u c ơ c ao và c ũ ng ch ứ a hàm l ượ ng ch ấ t r ắ n l ớ n. Đ i ể n hình đ ó là m ộ t h ồ s âu b ằ ng đ ấ t v ớ i các ố ng d ẫ n vào và ra h ợ p lý. Đ ể b ả o toàn nhi ệ t n ă ng và duy trì đ i ề u ki ệ n k ị k hí, các h ồ k ị k hí đ ã đ ượ c xây d ự ng v ớ i chi ề u sâu l ớ n h ơ n 6 m . T hông th ườ ng các h ồ n ày ở đ i ề u ki ệ n k ị k hí su ố t c ả c hi ề u sâu c ủ a chúng, tr ừ v ùng r ấ t nh ỏ t rên b ề m ặ t. S ự ổ n đ ị nh các ch ấ t h ữ u c ơ x ả y ra b ở i s ự k ế t h ợ p c ủ a quá trình k ế t t ủ a và chuy ể n hóa k ị k hí CO 2 v à CH 4 . Các s ả n ph ẩ m cu ố i ở t h ể k hí khác, các axit h ữ u c ơ v à các mô t ế b ào. Các ch ấ t th ả i b ổ s ung vào h ồ s ẽ l ắ ng xu ố ng đ áy. Dòng ra đ ã đ ượ c x ử l ý s ơ b ộ đ ượ c đ ư a ti ế p vào các quá trình x ử l ý khác. Ở đ ây hi ệ u su ấ t chuy ể n hoá BOD th ườ ng đ ạ t t ớ i h ơ n 70%. c . Ao h ồ t ùy nghi L o ạ i ao này th ườ ng đ ượ c s ử d ụ ng nhi ề u h ơ n hai lo ạ i trên. Ao ổ n đ ị nh ch ấ t th ả i tùy nghi là lo ạ i ao ho ạ t đ ộ ng theo c ả q uá trình hi ế u khí và k ị k hí. Ao th ườ ng sâu t ừ 1 - 2 m , thích h ợ p cho vi ệ c phát tri ể n t ả o và các vi sinh tùy nghi. Ban ngày, khi có ánh sáng quá trình chính x ả y ra trong ao là hi ế u khí. Ban đ êm ở l ớ p đ áy ao quá trình chính là k ị k hí. M ô t ả q uá trình: C ó 3 vùng trong m ộ t h ồ t u ỳ n ghi: 1 . Vùng b ề m ặ t trong đ ó các vi khu ẩ n ư a khí và t ả o t ồ n t ạ i trong m ộ t m ố i quan h ệ c ộ ng sinh. 2 . Vùng đ áy k ị k hí trong đ ó các ch ấ t r ắ n đ ượ c tích tuy b ị p hân h ủ y b ở i các vi khu ẩ n k ị k hí. 3 . Vùng trung gian, v ừ a có m ộ t ph ầ n là ư a khí và m ộ t ph ầ n là k ị k hí, trong đ ó s ự p hân h ủ y c ủ a các ch ấ t th ả i h ữ u c ơ đ ượ c ti ế n hành b ở i các vi khu ẩ n tu ỳ t i ệ n. T rong th ự c ti ễ n, oxy đ ượ c l ư u gi ữ t rong l ớ p trên b ở i s ự c ó m ặ t c ủ a các t ả o ho ặ c b ằ ng cách s ử d ụ ng các máy thông khí b ề m ặ t. N ế u s ử d ụ ng các máy thông khí b ề m ặ t thì không c ầ n có t ả o ư u đ i ể m khi s ử d ụ ng các máy thông khí b ề m ặ t là có th ể n âng t ả i tr ọ ng h ữ u c ơ l ớ n h ơ n. Tuy nhiên, t ả i 81
t r ọ ng h ữ u c ơ đ ó không đ ượ c v ượ t quá s ố l ượ ng oxy đ ượ c các máy thông khí cung c ấ p, không c ầ n ph ả i khu ấ y tr ộ n toàn b ộ t h ể t ích n ướ c trong h ồ h o ặ c các l ợ i ích c ủ a vi ệ c phân hu ỷ k ị k hí s ẽ b ị m ấ t đ i. d . Các h ồ ư a khí có thông khí C ác h ồ n ày đ ượ c c ả i biên t ừ h ồ ổ n đ ị nh tu ỳ t i ệ n (facultitive) khi các máy thông khí ở b ề m ặ t đ ượ c l ắ p đ ặ t đ ể k h ắ c ph ụ c, h ạ n ch ế m ùi hôi t ừ c ác h ồ " quá t ả i h ữ u c ơ ". M ô t ả q uá trình: C ác quá trình trong h ồ t hông khí v ề c ơ b ả n gi ố ng nh ư q uá trình ho ạ t hoá bùn thông khí kéo dài thông th ườ ng (th ờ i gian l ư u là 10 ngày) đ ề u là h ồ đ ượ c làm b ằ ng đ ấ t và oxy c ầ n thi ế t cho quá trình đ ượ c cung c ấ p b ằ ng b ề m ặ t c ủ a các máy thông khí khu ế ch tán. Trong h ồ ư a khí t ấ t c ả c h ấ t r ắ n đ ượ c gi ữ ở t r ạ ng thái l ơ l ử ng. Tr ướ c đ ây các h ồ t hông khí đ ượ c v ậ n hành nh ư l à dòng ch ả y qua h ệ t h ố ng ho ạ t hoá bùn không có tu ầ n hoàn và th ườ ng đ ượ c ti ế p n ố i b ằ ng các b ể l ắ ng l ớ n. Hi ệ n nay r ấ t nhi ề u h ồ t hông khí đ ượ c dùng n ố i ti ế p v ớ i các công trình l ắ ng và k ế t h ợ p v ớ i tu ầ n hoàn các ch ấ t r ắ n sinh h ọ c. T rong tiêu h ủ y ư a khí thông th ườ ng, bùn đ ượ c thông khí m ộ t th ờ i gian dài trong m ộ t b ể h ở k hông đ ượ c đ ố t ẩ m, s ử d ụ ng các máy khu ế ch tán không khí thông th ườ ng ho ặ c thi ế t b ị t hông khí b ề m ặ t. Quá trình này có th ể v ậ n hành theo ph ươ ng th ứ c liên t ụ c ho ặ c gián đ o ạ n, trong đ ó bùn đ ượ c thông khí và tr ộ n đ ề u trong m ộ t th ờ i gian dài, ti ế p đ ó là l ắ ng ở t r ạ ng thái t ĩ nh và g ạ n trong. Trong các h ệ t h ố ng làm vi ệ c liên t ụ c, ng ườ i ta dùng m ộ t b ể r iêng đ ể g ạ n và làm đ ặ c bùn. N goài các lo ạ i ao h ồ t rên, theo ph ươ ng pháp "ao ổ n đ ị nh ch ấ t th ả i" ng ườ i ta còn k ế t h ợ p v ớ i các lo ạ i ao nuôi cá, th ả r au (rau mu ố ng, bèo L ụ c Bình...). Đ ể t ă ng hi ệ u qu ả x ử l ý n ướ c th ả i ta nên k ế t n ố i các lo ạ i ao v ớ i nhau. 8 .2.2. Quá trình bùn ho ạ t tính Đ ây là k ỹ t hu ậ t đ ượ c s ử d ụ ng r ộ ng rãi đ ể x ử l ý n ướ c th ả i đ ô th ị v à công nghi ệ p. Theo cách này, n ướ c th ả i đ ượ c đ ư a qua b ộ p h ậ n ch ắ n rác, lo ạ i rác, ch ấ t r ắ n đ ượ c l ắ ng, bùn đ ượ c tiêu hu ỷ v à làm khô. Quá trình này có th ể h ồ i l ư u (bùn ho ạ t tính xoay vòng) làm tă ng kh ả n ă ng lo ạ i BOD ( đế n 60 - 90%), lo ạ i N ( đế n 40%) và lo ạ i coliform (60 - 90%). M ộ t d ạ ng c ả i ti ế n c ủ a ph ươ ng pháp bùn ho ạ t tính là ph ươ ng pháp "thông khí t ă ng c ườ ng" g ầ n đ ây đ ã đ ượ c s ử d ụ ng ở n hi ề u n ướ c phát tri ể n d ướ i tên g ọ i "m ươ ng oxy hoá". Trong h ệ t h ố ng này có th ể b ỏ q ua các giai đ o ạ n l ắ ng b ướ c m ộ t và tiêu hu ỷ b ùn. Tuy nhiên quá trình l ạ i c ầ n bi ệ n pháp thông khí kéo dài v ớ i c ườ ng đ ộ c ao h ơ n. 82
Mô t ả q uá trình ph ả n ứ ng có khu ấ y tr ộ n liên t ụ c v ớ i s ự t u ầ n hoàn các t ế b ào: V ề v ậ n hành, x ử l ý ch ấ t th ả i b ằ ng ph ươ ng pháp sinh h ọ c v ớ i quá trình bùn ho ạ t tính đ ượ c th ự c hi ệ n theo ki ể u dòng ch ả y (flow sheet). Ch ấ t th ả i h ữ u c ơ đ ượ c đ ư a vào m ộ t b ể p h ả n ứ ng trong đ ó m ộ t s ố l ượ ng vi khu ẩ n c ấ y đ ượ c gi ữ ở t h ể l ơ l ử ng. Các ch ấ t trong b ể p h ả n ứ ng s ẽ đ ượ c khu ấ y tr ộ n đ ề u. Môi tr ườ ng ư a khí trong b ể p h ả n ứ ng s ẽ đ ạ t đ ượ c b ằ ng cách dùng đ ầ u khu ế ch tán ho ặ c thông khí c ơ h ọ c. Đ ồ ng th ờ i c ũ ng có tác d ụ ng đ ể g i ữ h ỗ n h ợ p ch ấ t l ỏ ng ở c h ế đ ộ k hu ấ y tr ộ n hoàn toàn. Sau m ộ t th ờ i gian, h ỗ n h ợ p các t ế b ào m ớ i và c ũ đ ượ c đ ư a qua m ộ t b ể l ắ ng, ở đ ó các t ế b ào đ ượ c tách ra kh ỏ i n ướ c th ả i đ ã x ử l ý. M ộ t ph ầ n các t ế b ào đ ã l ắ ng s ẽ đ ượ c tu ầ n hoàn đ ể g i ữ s ao cho trong b ể p h ả n ứ ng luôn luôn có m ộ t "m ậ t đ ộ " các sinh v ậ t theo yêu c ầ u, còn m ộ t ph ầ n s ẽ đ ượ c th ả i ra. P h ầ n đ ượ c th ả i ra ứ ng v ớ i s ự t ă ng tr ưở ng m ớ i c ủ a kh ố i mô t ế b ào liên h ợ p v ớ i m ộ t lo ạ i n ướ c th ả i nào đ ó. M ứ c sinh kh ố i c ầ n đ ượ c gi ữ l ạ i trong b ể p h ả n ứ ng ph ụ t hu ộ c vào hiệ u su ấ t x ử l ý theo yêu c ầ u và nh ữ ng y ế u t ố k hác liên quan đ ế n đ ộ ng h ọ c sinh tr ưở ng, các b ể t iêu hu ỷ ư a khí có th ể d ùng đ ể x ử l ý: 1 . Riêng đ ố i v ớ i các lo ạ i bùn ho ạ t tính ho ặ c bùn t ừ l ọ c sinh h ọ c. 2 . Nh ữ ng h ỗ n h ợ p c ủ a bùn l ọ c sinh h ọ c v ớ i bùn t ừ b ể l ắ ng s ơ c ấ p. 3 . Bùn th ả i t ừ c ác nhà máy x ử l ý ho ạ t hoá bùn đ ượ c thi ế t k ế k hông có ph ầ n l ắ ng s ơ c ấ p. Hi ệ n nay, hai bi ế n th ể c ủ a quá trình tiêu hu ỷ ư a khí đ ượ c dùng r ộ ng rãi là: tiêu hu ỷ t hông th ườ ng và tiêu h ủ y v ớ i oxy b ổ c ậ p. Quá trình tiêu hu ỷ ư a khí, ư a nhi ệ t c ũ ng đ ang đ ượ c c ứ u xét. M ô t ả q uá trình: T rong tiêu hu ỷ t hông th ườ ng, bùn đ ượ c thông khí m ộ t th ờ i gian dài trong m ộ t b ể h ở v à không đ ượ c đ ố t ẩ m ... c ó các máy khu ế ch tán không khí thông th ườ ng ho ặ c m ộ t thi ế t b ị t hông khí b ề m ặ t. Quá trình này có th ể đ ượ c v ậ n hành theo ph ươ ng th ứ c liên t ụ c hay gián đ o ạ n. S ự t iêu h ủ y ư a khí b ằ ng oxy tinh khi ế t là m ộ t bi ế n th ể c ủ a quá trình tiêu hu ỷ ư a khí trong đ ó oxy tinh khi ế t đ ượ c s ử d ụ ng thay cho không khí. Kh ố i bùn cu ố i cùng đ ượ c sinh ra t ươ ng t ự n h ư b ùn đ ượ c tiêu hu ỷ t hông th ườ ng. S ự t hay đ ổ i dùng oxy tinh khi ế t là m ộ t công ngh ệ m ớ i hi ệ n đ ang đ ượ c nghiên c ứ u ở m ộ t s ố n ơ i trên quy mô th ự c ti ễ n. S ự t iêu h ủ y ư a khí, ư a nhi ệ t c ũ ng th ể h i ệ n hãy còn là mộ t tinh ch ế k hác c ủ a quá trình tiêu hu ỷ ư a khí. Quá trình này đ ượ c th ự c hi ệ n v ớ i các vi khu ẩ n ư a nhi ệ t ở m ộ t nhi ệ t đ ộ l ớ n h ơ n t ừ 2 5 o C-55 o C (77-122 o F) nhi ệ t đ ộ 83
c ủ a không khí xung quanh. Nó có th ể đ ạ t hi ệ u su ấ t kh ử p h ầ n có th ể s inh hu ỷ c ao (cho đ ế n 80%) v ớ i th ờ i gian l ư u r ấ t ng ắ n (3 - 4 ngày). 8.3. CÁC QUÁ TRÌNH LỌC SINH HỌC 8 . 3.1. Đ i ề u ki ệ n ư a khí T hi ế t b ị l ọ c sinh h ọ c (b ể l ọ c nh ỏ g i ọ t) C ác quá trình x ử l ý sinh h ọ c b ằ ng sinh tr ưở ng ư a khí bám theo b ề m ặ t th ườ ng đ ượ c dùng đ ể k h ử c ác ch ấ t h ữ u c ơ c ó trong n ướ c th ả i. Ph ươ ng pháp này c ũ ng đ ượ c dùng đ ể t h ự c hi ệ n quá trình nitrat hoá (chuy ể n hoá nitrogen ở d ạ ng NH 3 t hành NO 3 ). C ác quá trình sinh tr ưở ng bám theo b ề m ặ t bao g ồ m: l ọ c sinh h ọ c, l ọ c nh ỏ g i ọ t, l ọ c thô và l ọ c quay tròn là nh ữ ng quá trình thông d ụ ng nh ấ t. Các quá trình này sẽ đ ượ c xét đ ế n m ộ t cách chi ti ế t h ơ n các quá trình khác. H ình 8.1.H ệ t hông x ử l ý n ướ c th ả i dùng thi ế t b ị t i ế p xúc sinh h ọ c có kèm theo b ể l ắ ng trong K hái ni ệ m v ề m ộ t b ể l ọ c sinh h ọ c, b ể l ọ c nh ỏ g i ọ t xu ấ t phát t ừ v i ệ c s ử d ụ ng các b ể l ọ c ti ế p xúc. Chúng là nh ữ ng b ể k ín n ướ c ch ứ a đ ầ y đ á v ụ n. Trong lúc v ậ n hành, l ớ p l ọ c ti ế p xúc đ ượ c đ ổ đ ầ y n ướ c th ả i t ừ t rên xu ố ng cho phép n ướ c th ả i ti ế p xúc v ớ i môi tr ườ ng l ọ c trong th ờ i gian ng ắ n. Sau đ ó tháo c ạ n n ướ c và b ể l ọ c ng ừ ng làm vi ệ c, tr ướ c khi l ậ p l ạ i chu kì m ớ i. M ộ t chu kì đ i ể n hình c ầ n 12 gi ờ ( 6 gi ờ đ ể v ậ n hành và 6 gi ờ n gh ỉ ). Nh ữ ng h ạ n ch ế c ủ a b ể l ọ c ti ế p xúc bao g ồ m: D ễ b ị t ắ c, kho ả ng th ờ i gian ng ừ ng ho ạ t đ ộ ng dài và t ả i tr ọ ng t ươ ng đ ố i th ấ p. M ô t ả q uá trình: B ể l ọ c sinh h ọ c lo ạ i nh ỏ g i ọ t hi ệ n đ ạ i bao g ồ m m ộ t l ớ p môi tr ườ ng l ọ c b ằ ng các v ậ t li ệ u d ễ t h ấ m. Các vi sinh v ậ t bám vào đ ó và n ướ c th ả i c ầ n l ọ c th ấ m qua ho ặ c ch ả y nh ỏ g i ọ t qua l ớ p l ọ c có tên là "b ể l ọ c nh ỏ g i ọ t" (hay còn g ọ i là b ể l ọ c sinh h ọ c). V ậ t li ệ u làm môi tr ườ ng l ọ c th ườ ng b ằ ng đ á có đ ườ ng kính 25 - 100 mm. 84
Độ s âu c ủ a l ớ p đ á thay đ ổ i v ớ i t ừ ng thi ế t k ế c ụ t h ể , thông th ườ ng là t ừ 0 ,9 - 2,5m và trung bình là 1,8 m. Các b ể l ọ c sinh h ọ c có s ử d ụ ng nh ự a làm môi tr ườ ng l ọ c là m ộ t ki ể u m ớ i, đ ượ c áp d ụ ng g ầ n đ ây. B ể l ọ c này đ ượ c xây d ự ng v ớ i d ạ ng vuông hay các d ạ ng khác có đ ộ s âu t ừ 9 - 1 2 m. Các b ể l ọ c v ớ i môi tr ườ ng l ọ c b ằ ng đ á hi ệ n nay th ườ ng là hình tròn và dung d ị ch n ướ c th ả i đ ượ c phân b ố đ ề u t ừ t rên xu ố ng b ằ ng m ộ t b ộ p h ậ n quay tròn. C ác b ể l ọ c đ ượ c xây d ự ng v ớ i m ộ t h ệ t h ố ng thoát n ướ c phía d ướ i đ ể t hu th ậ p n ướ c th ả i đ ã x ử l ý và các ch ấ t r ắ n sinh h ọ c đ ã đ ượ c tách kh ỏ i môi tr ườ ng l ọ c. H ệ t h ố ng thoát n ướ c phía d ướ i là r ấ t quan tr ọ ng vì nó v ừ a là b ộ p h ậ n thu th ậ p n ướ c v ừ a là m ộ t k ế t c ấ u r ỗ ng qua đ ó không khí có th ể l ư u thông. Ch ấ t l ỏ ng thu đ ượ c s ẽ đ ượ c đ ư a qua m ộ t b ể l ắ ng ở đ ó các ch ấ t r ắ n s ẽ đ ượ c tách kh ỏ i n ướ c th ả i đ ã đ ượ c x ử l ý. Trong th ự c ti ễ n, m ộ t ph ầ n c ủ a n ướ c thu l ạ i t ừ h ệ t h ố ng thoát phía d ướ i ho ặ c là dòng ra t ừ b ể l ắ ng s ẽ đ ượ c tu ầ n hoàn l ạ i, th ườ ng là đ ể p ha loãng n ướ c th ả i đ i vào. C h ấ t h ữ u c ơ c ó trong n ướ c th ả i đ ượ c phân hu ỷ b ở i các vi sinh v ậ t bám vào môi tr ườ ng l ọ c. Ch ấ t h ữ u c ơ c ủ a ch ấ t l ỏ ng đ ượ c h ấ p ph ụ t rên màng sinh h ọ c ho ặ c ở p h ầ n ngoài c ủ a l ớ p màng sinh h ọ c. Chúng s ẽ b ị c ác vi sinh v ậ t ư a khí phân hu ỷ . Khi các vi sinh v ậ t phát tri ể n, đ ộ d ày l ớ p màng t ă ng lên. Nh ư v ậ y m ộ t môi tr ườ ng k ị k hí đ ượ c thi ế t l ậ p g ầ n b ề m ặ t c ủ a môi tr ườ ng l ọ c. K hi l ớ p bùn dày lên, ch ấ t h ữ u c ơ đ ượ c h ấ p ph ụ s ẽ t h ự c hi ệ n quá trình trao đ ổ i ch ấ t tr ướ c khi nó có th ể t i ế p c ậ n v ớ i các vi sinh v ậ t g ầ n b ề m ặ t c ủ a môi tr ườ ng l ọ c. K ế t qu ả l à không có ngu ồ n h ữ u c ơ t ừ b ên ngoài cho cacbon c ủ a các t ế b ào, nên các vi sinh vậ t g ầ n b ề m ặ t c ủ a môi tr ườ ng l ọ c chuy ể n sang giai đ o ạ n t ă ng tr ưở ng n ộ i sinh và m ấ t đ i kh ả n ă ng bám vào b ề m ặ t c ủ a môi tr ườ ng l ọ c. Khi đ ó ch ấ t l ỏ ng r ử a trôi l ớ p bùn kh ỏ i môi tr ườ ng l ọ c và m ộ t l ớ p bùn m ớ i b ắ t đ ầ u phát tri ể n. Hi ệ n t ượ ng m ấ t đ i l ớ p bùn đ ó g ọ i là "l ộ t da" và là m ộ t ch ứ c n ă ng c ơ b ả n c ủ a t ả i tr ọ ng h ữ u c ơ v à thu ỷ l ự c lên b ể l ọ c. T ả i tr ọ ng thu ỷ l ự c đ ể t ính cho các v ậ n t ố c tr ượ t, còn t ả i tr ọ ng h ữ u c ơ đ ể t ính cho t ố c đ ộ t rao đ ổ i ch ấ t trong l ớ p bùn. Trên c ơ s ở t ố c đ ộ n ạ p t ả i tr ọ ng thu ỷ l ự c và t ả i tr ọ ng h ữ u c ơ , các b ể l ọ c th ườ ng đ ượ c chia ra làm hai lo ạ i: t ố c đ ộ t h ấ p và t ố c đ ộ c ao. T hi ế t b ị t i ế p xúc sinh h ọ c lo ạ i quay tròn: T hi ế t b ị t i ế p xúc sinh h ọ c quay tròn g ồ m m ộ t lo ạ i đ ĩ a tròn cách nhau không xa b ằ ng polystiren ho ặ c ciorua polyvinin. Các đ ĩ a đ ượ c ng ậ p trong n ướ c th ả i m ộ t ph ầ n và quay tròn v ớ i t ố c đ ộ c h ậ m trong n ướ c th ả i. 85
H ình 8.2. Thi ế t b ị t i ế p xúc sinh h ọ c lo ạ i quay tròn M ô t ả q uá trình: K hi v ậ n hành, nh ữ ng kh ố i t ă ng tr ưở ng sinh h ọ c s ẽ b ám vào b ề m ặ t c ủ a các đ ĩ a và có th ể h ình thành m ộ t l ớ p bùn trên toàn b ộ m ặ t ư ớ t c ủ a các đ ĩ a. S ự q uay tròn c ủ a các đ ĩ a làm cho sinh kh ố i ti ế p xúc v ớ i ch ấ t h ữ u c ơ t rong n ướ c th ả i và sau đ ó v ớ i không khí đ ể h ấ p th ụ o xy. S ự q uay tròn c ủ a các đ ĩ a ả nh h ưở ng đ ế n s ự c huy ể n giao oxy và gi ữ a kh ố i sinh v ậ t trong đ i ề u ki ệ n " ư a khí". S ự q uay đ ó c ũ ng là c ơ c h ế đ ể l ấ y đ i các ch ấ t r ắ n th ừ a t ừ c ác đ ĩ a b ằ ng các l ự c tr ượ t mà nó t ạ o ra và đ ể g i ữ c ác ch ấ t r ắ n đ ượ c tách r ờ i ra ở t h ể l ơ l ử ng, nh ư v ậ y chúng có th ể đ ượ c dùng trong x ử l ý th ứ c ấ p. 8 .3.2. Đ i ề u ki ệ n thi ế u oxy V i ệ c lo ạ i nitrogen d ướ i d ạ ng nitrat hoá b ằ ng cách chuy ể n hoá thành khí nitrogen có th ể t h ự c hi ệ n theo ph ươ ng pháp sinh h ọ c trong nh ữ ng đ i ề u ki ệ n thi ế u oxy. Quá trình này g ọ i là kh ử n itrat. Tr ướ c đ ây, chuy ể n hoá th ườ ng đ ượ c coi nh ư l à m ộ t s ự k h ử n itrat k ị k hí. Tuy nhiên, các quá trình chính v ề s inh hoá không ph ả i k ị k hí mà l ạ i là m ộ t bi ế n th ể c ủ a quá trình ư a khí. Vì v ậ y, vi ệ c s ử d ụ ng t ừ " thi ế u oxy" thay cho t ừ " k ị k hí" đ ượ c coi là thích h ợ p. Các quá trình kh ử n itrat chính có th ể x ế p lo ạ i là các quá trình sinh tr ưở ng ở t h ể h uy ề n phù và sinh tr ưở ng bám theo b ề m ặ t. K h ử n itrat b ằ ng sinh tr ưở ng ở t h ể h uy ề n phù K h ử n itrat b ằ ng sinh tr ưở ng ở t h ể h uy ề n phù th ườ ng đ ượ c th ự c hi ệ n trong m ộ t h ệ t h ố ng ho ạ t hoá bùn theo ki ể u dòng đ ẩ y (ngh ĩ a là ti ế p theo sau b ấ t kì quá trình chuy ể n hoá amoniac và nitrogen ở d ạ ng h ữ u c ơ t hành nitrat - nitrat hóa). Các vi khu ẩ n k ị k hí nh ậ n đ ượ c n ă ng l ượ ng đ ể t ă ng tr ưở ng t ừ v i ệ c chuy ể n nitrat qua thành khí nitrogen nh ư ng đ òi h ỏ i m ộ t ngu ồ n cacbon t ừ b ên ngoài đ ể t h ự c hi ệ n s ự t ổ ng h ợ p t ế b ào. Các dòng ra đ ượ c nitrat hóa th ườ ng ch ứ a ít h ợ p ch ấ t có cacbon vì th ế m etanol th ườ ng đ ượ c dùng làm ngu ồ n cacbon, nh ư ng các ch ấ t th ả i công nghi ệ p nghèo ch ấ t dinh d ưỡ ng c ũ ng đ ã đ ượ c dùng. Vì khí nitrogen t ạ o thành trong ph ả n ứ ng kh ử n itrat c ả n tr ở s ự l ắ ng xu ố ng c ủ a h ỗ n h ợ p dung d ị ch nên m ộ t b ể p h ả n ứ ng kh ử k hí 86
nitrogen ph ả i ho ạ t đ ộ ng tr ướ c b ể l ắ ng trong cho quá trình kh ử n itrat. Vi ệ c kh ử m etanol d ư c òn l ạ i, k ể c ả B OD c ũ ng là m ộ t thu ậ n l ợ i n ữ a c ủ a vi ệ c dùng b ể k h ử k hí nitrogen. K h ử n itrat b ằ ng màng c ố đ ị nh S ự k h ử n itrat qua m ộ t màng c ố đ ị nh đ ượ c ti ế n hành trong mộ t b ể p h ả n ứ ng hình tháp tr ụ c h ứ a đ á ho ặ c m ộ t trong nh ữ ng v ậ t li ệ u t ổ ng h ợ p làm môi tr ườ ng l ọ c đ ể l àm ch ỗ b ám cho vi khu ẩ n sinh tr ưở ng. Tu ỳ t hu ộ c vào kích th ướ c c ủ a môi tr ườ ng l ọ c, quá trình này có th ể c ầ n ho ặ c không c ầ n n ố i ti ế p theo m ộ t "b ể l ắ ng trong". Vi ệ c th ả i các ch ấ t r ắ n đ ượ c th ự c hi ệ n thông qua vi ệ c t ả i đ i ch ấ t r ắ n ở t h ể l ơ l ử ng trong dòng ra ở m ứ c th ấ p. Vi ệ c r ử a s ạ ch b ả ng n ướ c theo chu kì ho ặ c r ử a b ằ ng không khí là đ i ề u c ầ n thi ế t đ ể n g ă n c ả n các ch ấ t r ắ n đ óng ch ặ t trong tháp. Đ i ề u đ ó có th ể g ây ra t ổ n th ấ t áp su ấ t quá l ớ n. C ũ ng nh ư t rong quá trình kh ử n itrat b ằ ng sinh tr ưở ng ở t h ể h uy ề n phù, thông th ườ ng m ộ t ngu ồ n cacbon c ấ p t ừ n goài là c ầ n thi ế t cho quá trình. H ầ u h ế t các ứ ng d ụ ng c ủ a quá trình này bao g ồ m ph ươ ng th ứ c "ch ả y xu ố ng" (b ằ ng tr ọ ng lượ ng hay b ằ ng áp l ự c). 8 .3.3. Đ i ề u ki ệ n k ị k hí H ai quá trình sinh trưở ng ở t h ể h uy ề n phù, k ị k hí thông d ụ ng nh ấ t đ ể x ử l ý n ướ c th ả i là: + Q uá trình tiêu hu ỷ k ị k hí + Q uá trình ti ế p xúc k ị k hí S ự t iêu h ủ y k ị k hí T iêu h ủ y k ị k hí là m ộ t trong 3 quá trình s ử d ụ ng lâu nh ấ t dùng đ ể ổ n đ ị nh các ch ấ t bùn. Nó bao g ồ m s ự p hân hu ỷ c h ấ t h ữ u c ơ v à vô c ơ k hi không có oxy phân t ử . Quá trình này đ ã và đ ang đ ượ c áp d ụ ng chính trong ổ n đ ị nh các ch ấ t bùn sinh ra trong x ử l ý n ướ c th ả i và trong x ử l ý m ộ t s ố c h ấ t th ả i công nghi ệ p. M ô t ả q uá trình: T rong tiêu hu ỷ k ị k hí, ch ấ t h ữ u c ơ t rong h ỗ n h ợ p bùn l ắ ng s ơ c ấ p và bùn sinh h ọ c, trong đ i ề u ki ệ n k ị k hí đ ượ c chuy ể n hoá sinh h ọ c thành mê tan (CH 4 ) và cacbon dioxide (CO 2 ). Quá trình đ ượ c th ự c hi ệ n trong m ộ t b ể p h ả n ứ ng kín khí. Bùn đ ượ c đ ư a vào m ộ t cách liên t ụ c ho ặ c theo đ ợ t và đ ượ c gi ữ l ạ i trong b ể p h ả n ứ ng v ớ i nh ữ ng th ờ i gian khác nhau. Bùn đ ã đ ượ c ổ n đ ị nh s ẽ đ ượ c l ấ y ra liên t ụ c ho ặ c theo đ ợ t trong quá trình, không b ị t h ố i r ữ a và s ố c ác ch ấ t gây b ệ nh trong bùn đ ượ c gi ả m đ i r ấ t nhi ề u. H i ệ n nay, ng ườ i ta dùng 2 ki ể u b ể t iêu hu ỷ , t ố c đ ộ b ình th ườ ng (chu ẩ n) và t ố c đ ộ c ao. Trong quá trình tiêu hu ỷ t ố c đ ộ c hu ẩ n (hình a), các ch ấ t 87
t rong b ể t iêu hu ỷ t h ườ ng là không đ ượ c đ un ấ m lên và không đ ượ c khu ấ y tr ộ n. Th ờ i gian l ư u cho quá trình này dao đ ộ ng t ừ 3 0 - 60 ngày. Trong quá trình tiêu hu ỷ t ố c đ ộ c ao (hình b) các ch ấ t tiêu hu ỷ đ ượ c đ ố t ấ m và khu ấ y tr ộ n đ ề u. Th ờ i gian l ư u là 15 ngày ho ặ c ít h ơ n. M ộ t s ự p h ố i h ợ p gi ữ a hai quá trình c ơ b ả n đ ó đ ượ c g ọ i là quá trình hai giai đ o ạ n (hình c). Ch ứ c n ă ng ch ủ y ế u c ủ a giai đ o ạ n 2 là tách các ch ấ t r ắ n đ ượ c tiêu h ủ y kh ỏ i ph ầ n n ướ c n ổ i lên trên m ặ t. Tuy nhiên, m ộ t s ự t iêu h ủ y khác và m ộ t s ự s ả n sinh ra khí có th ể x ả y ra. Hình 8.3. Những bể kiểu tiêu huỷ kị khí điển hình Quá trình một giai đoạn năng suất thông thường: Quá trình một giai đoạn, bể chứa được khuấy trộn, nước thải vào thành dòng liên tục, năng suất cao. Quá trình hai giai đoạn - Quá trình tiếp xúc kị khí Một số chất thải công nghiệp có BOD cao có thể được ổn định rất hiệu quả bởi xử lý kị khí. Trong quá trình tiếp xúc kị khí, các chất thải chưa được xử lý được trộn với các chất rắn trong bùn tuần hoàn lại, xong rồi được tiêu huỷ trong một bể phản ứng gắn vào nơi không khí đi vào. Các chất chứa trong bể được trộn lẫn hoàn toàn. Sau sự tiêu huỷ, hỗn hợp đó được tách ra ở một bể lắng trong hoặc hệ thống tuyển nổi bằng chân không, phần nước trong trên bề mặt được đưa ra để xử lý tiếp. Bùn đặc kị khí đã lắng được đưa vào hệ tuần hoàn lại để "cấy giống" cho nước thải mới đưa vào. Vì các 88
vi sinh vật kị khí có năng suất tổng hợp thấp nên số bùn đặc thừa ra cần phải là nhỏ nhất. Quá trình này đã được dùng có hiệu quả cho việc ổn định chất thải của các nhà máy đóng gói thịt và của các chất thải có độ hoà tan cao. Thiết bị phản ứng dòng ngược qua lớp bùn kị khí (UASB) Ưu thế của thiết bị phản ửng loại này là sự có mặt của lớp bùn lắng có hoạt tính rất cao ở dưới đáy. Trong đó, các vi sinh vật bám vào nhau hoặc vào các chất rất nhỏ ở thể huyền phù để hình thành những hạt nhỏ hoặc những khối kết. Một nét quan trọng khác có liên quan đến sự lấy đi chất khí mà không ảnh hưởng đến sự lắng xuống của các vi sinh vật và sự quay trở lại lớp bùn lắng. Trong quá trình này, chất thải được đưa vào từ dưới đáy của bể phản ứng vào trong lớp bùn, ở đây hầu hết chúng được chuyển hóa thành mêtan và cacbon dioxide. Chất khí phát sinh gây ra một sự rung chuyển đủ để giữ cho các hạt của lớp bùn chuyển động liên tục và giữ cho cả lớp bùn được trộn đều. Một số hạt bị đẩy lên khỏi lớp bùn, nhưng khi mất "bẫy khí" chúng lắng xuống trở lại lớp bùn. Thiết bị UASB được trang bị với một "bộ phận tách" khí và chất rắn ở phần trên của thiết bị (hình 8.4). Hình 8.4. Thiết bị phản ứng ngược dòng qua lớp bùn kị khí Bộ phận tách này hoạt động để tách khí sinh ra trong phản ứng mêtan hoá từ các hạt bùn phân tán. Điều này rất quan trọng đối với sự lưu lại của bùn trong thiết bị phản ứng. Lượng sinh khối được giữ lại tính theo một đơn vị thể tích của bể phản ứng thường lớn hơn là trong bể phản ứng có màng cố định, dòng chảy xuống hoặc trong bể lọc dòng chảy hướng lên trên. Hệ thống này đã được ứng dụng cho cả chất thải có độ ô nhiễm hữu cơ thấp và cao. 8.4. XỬ LÍ THẤM QUA ĐẤT Xử lý nước thải qua đất bao gồm việc sử dụng cây cối, mặt đất và nền đất để xử lý nước thải. Ba phương pháp điển hình để xử lý nước thải qua đất được trình bày ở hình 8.5 là sự "tưới" nước, thấm nhanh qua đất, chảy tràn mặt đất. Các quá trình sử dụng đất ngập nước, sử dụng lớp dưới mặt đất và trồng trọt dưới nước ít được áp dụng hơn trên quy mô lớn. 89
Hình 8. 5. Các quá trình về xử lý bằng đất Tưới nước Tưới bằng nước thải, quá trình xử lý bằng đất được áp dụng phổ biến nhất hiện nay, bao gồm việc tưới nước thải vào đất và để đáp ứng các yêu cầu sinh trưởng của cây cối. Dòng nước thải khi đi vào đất sẽ được xử lý bằng những quá trình vật lý, hoá học và sinh học. Dòng nước thải đó có thể dùng tưới cho các loại cây bằng cách phun mưa hoặc bằng các kỹ thuật tưới bề mặt như là làm ngập nước hay tưới theo rãnh, luống. Có thể tưới cho cây trồng với tốc độ tiêu thụ từ 2,5 - 7,5 cm / tuần. Thấm nhanh vào đất Theo phương pháp này, dòng nước thải được đưa vào đất với tốc độ lớn (10 - 210 cm / tuần) bằng cách rải đều trong các bồn chứa hoặc phun mưa. Việc xử lý xảy ra khi nước chảy qua nền đất (đất dưới mặt) ở những nơi mà nước ngầm có thể dùng để đảo ngược lại gradient thủy lực và bảo vệ nước ngầm hiện có ở những nơi chất lượng nước ngầm không đáp ứng với chất lượng mong đợi nước được phục hồi quay trở lại bằng cách dùng bơm để hút nước đi, hoặc là những đường tiêu nước dưới mặt đất, hoặc tiêu nước tự nhiên. Hố xử lý Trong phương pháp này, nước cần xử lý được cho chảy xuống hố hay rãnh đào. Từ hố hay rãnh này nước thấm vào đất và diễn ra quá trình làm sạch. Phương pháp này chỉ dùng khi lưu lượng nước xử lý nhỏ và lớp đất phía dưới có độ rỗng lớn. Đây là một phương pháp xử lý đơn giản, ít tốn kém trong đầu tư nhưng cần thận trọng để tránh gây ô nhiễm nước ngầm. Chảy tràn mặt đất Chảy tràn mặt đất là quá trình xử lý chủ yếu bằng sinh học, trong đó nước thải được đưa đến các tầng trên của các ruộng bậc thang và cho chảy tràn qua bề mặt trồng trọt đến các hố thu gom nước. Sự phục hồi nước được thực hiện bằng các quá trình vật lý, hoá học và sinh học. Dòng chảy tràn mặt đất có thể sử dụng hoặc như là quá trình xử lý thứ cấp, ở đó dòng thải đã nitrat hoá có nồng độ BOD thấp. Ở những nơi không cho phép tháo nước 90
trên mặt đất nước thải có thể tuần hoàn lại hoặc đưa vào đất trong những hệ thống tưới tiêu hay là hệ thống thấm nhanh. Trong điều kiện diện tích đất cho phép có thể xử lý nước ô nhiễm hay nước thải bằng cách cho chảy tràn lên một vùng đất có độ dốc nhất định. Trên vùng đất này (được gọi là bãi tưới) có thảm thực vật thích hợp. Lớp nước thải chảy tràn có chiều dày, vận tốc và chiều dài (tới rãnh góp) được tính toán sao cho luôn giữ được điều kiện háo khí và có thời gian lưu trên bãi đủ để cho quá trình xử lý thực hiện được thuận lợi và đạt tới mức cần thiết. Cơ chế loại chất ô nhiễm trong trường hợp xử lý này bao gồm: tác dụng lọc ở phần nước thấm xuống đất, tác dụng phân huỷ sinh học xảy ra trên mặt bãi và trong lớp đất sát mặt và do quá trình bốc hơi. Sản phẩm phân huỷ được bộ rễ thực vật hấp thụ. Nước sau khi chảy qua bãi được tập trung vào rãnh đào ở cuối bãi để dẫn đến kênh tiêu ra sông hay hồ. Cũng như phương pháp dùng hố xừ lý, khi dùng phương pháp này cần chú ý đến chiều sâu nước ngầm để tránh làm ô nhiễm nước ngầm. Mặt khác, bãi tưới phải bố trí ở xa vùng dân cư để tránh gây ô nhiễm không khí vùng dân cư. Đất dùng để làm bãi tưới phải đạt độ tơi xốp nhất định. 91