4 LOẠI HỒ SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

ho-sinh-hoc

Có nhiều cách thức để phân loại hồ sinh học. Chúng ta có thể sử dụng phương pháp đơn giản để phân loại dựa trên từng loại chuyển hóa có thể xảy ra và cơ chế tiếp nhận cơ chất khác nhau. Có 2 cơ chế chủ yếu cung cấp oxy là: sự tăng trưởng của tảo, tạo ra oxy thông qua hoạt động quang tổng hợp; và cung cấp oxy một cách thụ động, như với các tác nhân hiếu khí bề mặt, hay làm biến đổi quá trình hiếu khí bằng quạt gió.

Hồ sinh học có thể được phân thành 2 loại hồ chính: hồ làm thoáng nhân tạo (hồ tự nhiên) và hồ ổn định nước thải (kỵ khí, tùy tiện và hiếu khí).

Hồ sinh học tự nhiên

Hồ sinh học tự nhiên được hình thành do quá trình kiến tạo bề mặt trái đất, ta biết rằng trái đất trước đây có bề mặt liền khối, theo thời gian, sự vận hành lớp chất lỏng trong lớp vỏ trái đất đã tách bề mặt trái đất thành những mãnh như ngày nay ta gọi là các lục địa, và quá trình này vẫn không ngừng hoạt động, chỉ có điều trực quan chúng ta không thể nhận thấy.

Song song là quá trình hoạt động của núi lửa hoạt động phun trào nham thạch, quá trình sụt lún… cùng với quá trình tạo sơn là sự hình thành nên những đại dương, những con sông hay những hồ tự nhiên phân phố khắp trên trái đất như ngày nay.

Hồ sinh học tự nhiên trước đây, khi chưa chịu tác động đáng kể của con người thường là những hồ sinh thái có độ đa dạng sinh học cao, là nơi cư trú của nhiều loài động thực vật. Đến náy dưới tác động của bàn tay con người, một số hồ đã bị xoá sổ, một số được khai thác cạn kiệt các tài nguyên trong hồ hay phải gánh chịu những vấn đề ô nhiễm môi trường do con người tạo ra.

Hồ sinh học nhân tạo

Hồ sinh học nhân tạo được hình thành do những tác động của con người nhằm những mục đích này hay mục đích khác, như đắp chắn dòng sông ngăn lủ, lưu trử nước cho nhà máy phát điện, diều tiết dòng chảy cung ứng cho tưới tiêu chống hạn tạo những hồ sinh thái ở khu vực thượng nguồn. Hồ còn do quá trình đào đắp đất hoặc khai thác đất đá, khoáng sản tạo thàng các hố sâu rộng, theo thời gian nước được lấp đầy do mưa tạo thành những lòng hồ, làm môi trường sống cho các loại động vật thuỷ sinh,…

Hồ sinh học kỵ khí

Hồ sinh học kỵ khí dùng để lắng và phân hủy cặn lắng và phương pháp sinh hóa tự nhiên dựa trên cơ sở sống và hoạt động của vi sinh vật kỵ khí. Các vi khuẩn kỵ khí phá vỡ các hợp chất hữu cơ trong dòng chảy, giải phóng khí CH4 và CO2.

Nguyên lý hoạt động của Hồ sinh học kỵ khí

Hồ sinh học kỵ khí thường sâu từ 2 – 5m và có khả năng xử lý nước thải chứa chất hữu cơ cao (thường > 100g BOD/m3 với độ sâu 3m hồ). Lượng chất hữu cơ có trong hồ có liên quan mật thiết đến lượng oxy nạp vào hồ, nhằm duy trì điều kiện kỵ khí trên bề mặt hồ sinh học.

Hồ kỵ khí không có mặt của tảo, mặc dù đôi khi chúng ta vẫn có thể bắt gặp có sự hiện diện chủ yếu của loài Chlamydomonas trên bề mặt. Chúng hoạt động cực kỳ hiệu quả trong điều kiện khí hậu ấm (có thể loại bỏ đến 60 – 85% BOD). Hồ kỵ khí làm giảm lượng N, P, K và các vi sinh vật gây bệnh bằng cách tạo ra bùn và giải phóng NH3 vào không khí. Sau khi hoàn thành quá trình xử lý, hồ kỵ khí thường đem lại kết quả sau:

  • Chuyển đổi vật chất từ dạng vật liệu hòa tan thành dạng vật chất lắng đọng như bùn đáy.
  • Hòa tan các dạng vật chất hữu cơ khác.
  • Phá vỡ quá trình phân hủy sinh học của các vật chất hữu cơ.
  • Chứa vật chất không hòa tan và không phân hủy như bùn đáy.
  • Chứa vật chất không hấp thụ và ở dạng vô định hình như bùn đáy.
  • Cho phép xử lý một phần dòng chảy đi qua.

Quá trình lên men và hoạt động của tiến trình oxy hóa kỵ khí trong hồ làm giảm khoảng 70% lượng BOD5 trong dòng chảy. Đây là phương pháp rất hiệu quả để làm giảm BOD5. Thông thường, một hồ kỵ khí đơn trong mỗi lần xử lý liên tục sẽ đạt hiệu quả nếu nồng độ dòng thải vào nhỏ hơn 1.000 mg/l BOD5.

Đối với nước thải công nghiệp có nồng độ cao hơn, phải cần đến chuỗi 3 hồ kỵ khí mới có thể xử lý tốt nhưng thời gian lưu ở mỗi hồ không nên ít hơn 1 ngày (McGarry and Pescod, 1970).

Hồ sinh học tùy tiện:

Hồ tùy tiện có 2 loại: hồ tùy tiện nguyên thủy, tiếp nhận nguồn thải nguyên chất chưa qua xử lý; và hồ tùy tiện thứ cấp, tiếp nhận nguồn thải đã qua xử lý (thường là dòng thải từ hồ kỵ khí). Hồ được thiết kế nhằm loại bỏ BOD trên cơ sở tải lượng tương đối của dòng vào (100 – 400 kg BOD/ha ở nhiệt độ từ 20 – 25oC), tương tự như lượng oxy cung cấp cho việc loại bỏ BOD bởi vi khuẩn trong hồ thường được sinh ra bởi quá trình quang tổng hợp của tảo. Tảo thường chiếm ưu thế trong nước đục, có bùn của hồ tùy tiện là các loài sinh vật phù du (như Chlamydomonas, Pyrobotrys và Euglena).

Dòng chảy vào hồ sinh học tùy tiện từ hồ kỵ khí (hồ tùy tiện thứ cấp) thường được chuyển hóa thành CO2, nước và các tế bào vi khuẩn và tảo mới trong điều kiện có oxy. Lượng tảo trong hồ hiếu khí đòi hỏi phải có ánh sáng mặt trời. Chúng phát triển và sản sinh ra oxy nhiều hơn cả nhu cầu sử dụng của chúng.

Lượng oxy dư này được các vi khuẩn sử dụng để phá vỡ các hợp chất hữu cơ trong dòng thải vào. Việc tạo ra oxy từ tảo xảy ra ở gần bề mặt của hồ hiếu khí, ở độ sâu mà ánh sáng có thể xuyên tới được (thông thường sâu đến 500mm). Oxy cũng có thể được cung cấp vào hồ nhờ gió.

Hồ này thường được gọi chính xác bởi thuật ngữ “tùy tiện”, bởi vì trên thực tế trong hồ thường có tầng hiếu khí ở trên và tầng kỵ khí ở dưới. Sở dĩ có điều này là vì mức oxy cao không thể được duy trì trong toàn bộ độ sâu của hồ hiếu khí. Vì vậy toàn bộ trên bề mặt phát triển lớp hiếu khí, tiếp theo là tầng hiếu/kỵ khí ở lớp trung gian và toàn bộ tầng kỵ khí nằm ở đáy hồ. Oxy không thể được duy trì ở tầng thấp hơn nếu:

  • Hồ quá sâu, màu nước quá tối, nên ánh sáng không thể xuyên tới hoàn toàn.
  • Nhu cầu oxy cho tầng dưới cao hơn khả năng cung cấp. Nhu cầu gia tăng khi hàm lượng chất hữu cơ càng nhiều. Lớp kỵ khí sẽ xuống sâu hơn trong hồ hiếu khí khi hàm lượng chất hữu cơ cực kỳ cao trong dòng thải vào.
  • Tầng mặt giàu oxy, nhưng lại không có sự pha trộn thỏa đáng với tầng đáy.
  • Có thể là sự tổng hợp của các điều kiện trên.

Do hoạt động quang tổng hợp của tảo trong hồ, nên có sự thay đổi nồng độ oxy hòa tan vào ban ngày. Đối với hồ tùy tiện điển hình, cột nước sẽ chủ yếu là hiếu khí ở thời điểm bức xạ mặt trời ở đỉnh điểm, và chủ yếu kỵ khí lúc mặt trời mọc. Sau khi mặt trời mọc, mức độ hòa tan oxy sẽ gia tăng đến cực đại vào giữa trưa, và sau đó sẽ là cực tiểu trong suốt buổi tối.

Vị trí điểm dừng oxy (là độ sâu mà khả năng hòa tan nồng độ oxy tiến tới 0) thường ít thay đổi, gió cũng có ảnh hưởng quan trọng lên hoạt động của hồ tùy tiện, gây ra sự xáo trộn theo chiều dọc của chất lỏng trong hồ. Sự xáo trộn tốt bảo đảm sự phân phối BOD một cách đồng đều, khả năng hòa tan oxy, vi khuẩn và tảo, và do đó nhiệt độ của nước ổn định hơn. Nếu không có sự xáo trộn do gió, số lượng tảo có xu hướng phân tầng trong các dải hẹp hơn, đôi khi dày 20cm, trong suốt khoảng thời gian ánh sang ban ngày. Hoạt động của hồ tùy tiện được mô tả cụ thể trong hình bên dưới

ho-sinh-hoc
Nguyên lý hoạt động của Hồ sinh học tùy tiện

Khi quá trình hoàn thành, hồ tùy tiện sẽ đáp ứng:

  • Tăng cường xử lý dòng thải vào từ xử lý kỵ khí thông qua việc phân chia, phân hủy và tiêu hóa các vật chất hữu cơ.
  • Xử lý hiếu khí phá vỡ hầu hết các dạng hữu cơ còn lại ở gần bề mặt hồ.
  • Làm giảm số lượng vi sinh vật có khả năng gây bệnh.

Đôi khi 2 hoặc nhiều hồ tùy tiện nhỏ liên tiếp có thể dùng thay thế cho việc xây dựng một hồ có kích thước lớn.

Đối với hồ tùy tiện nguyên thủy (tiếp nhận nước thải chưa qua xử lý) làm chức năng kết hợp của 2 loại hồ kỵ khí và tùy tiện thứ cấp. Loại hồ này được thiết kế chung cho việc xử lý nước thải loãng và ở những vị trí cần được xử lý cẩn thận khi mùi phát sinh từ hồ kỵ khí không thể chấp nhận được.

Hồ sinh học hiếu khí:

Quá trình oxy hóa các chất hữu cơ nhờ các vi sinh vật hiếu khí. Có thể phân loại hồ này thành hai nhóm: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo. Hồ sinh học hiếu khí được thiết kế với tác dụng ngăn không cho tảo phát triển. Điều này được thực hiện thông qua 2 điều kiện.

Đầu tiên, sự trộn lẫn hiệu quả có tác dụng làm cho tất cả sinh khối ở tình trạng lơ lửng, do đó cung cấp độ đục cần thiết để làm giảm sự xâm nhập của ánh sáng vào trong cột nước. Sự trộn lẫn này cũng làm cho thời gian lưu bùn cân bằng với thời gian lưu nước.

Thứ hai, thời gian lưu nước được kiểm soát ít hơn giá trị tối thiểu của thời gian lưu bùn làm giảm sự phát triển của tảo. Bởi vì tảo đã bị ngăn chặn không cho phát triển, oxy được cung cấp với nghĩa thụ động.

Hệ thống hồ này có thể được thiết kế với nhiều mục tiêu khác nhau, bao gồm cả việc chuyển hóa các vật liệu hữu cơ đã bị vi khuẩn làm cho thối rữa thông qua việc chuyển đổi thành sinh khối, sự ổn định của vật chất hữu cơ (bao gồm cả sinh khối tổng hợp) thông qua sự phân hủy hiếu khí, và sự chuyển hóa của sinh khối tổng hợp do lắng đọng tự nhiên.

Bất chấp các mục tiêu trên, bước đầu tiên trong hệ thống hồ tùy tiện là sự pha trộn hoàn toàn không khí trong hồ làm cho tất cả các chất rắn sinh học ở trong tình trạng lơ lửng. Chỉ trong hệ thống bùn hoạt tính, các vi khuẩn hiếu khí mới oxy hóa thức ăn của các vật liệu hữu cơ đã bị vi khuẩn làm cho thối rữa thành CO2 và nước, và chuyển hóa thức ăn thành dạng sinh khối mới.

Làm sao để Dovitech có thể hỗ trợ bạn?

Dovitech có nhiều năm kinh nghiệm trong việc thiết kế và xây dựng các hệ thống xử lý nước thải cho nhiều ngành nghề khác nhau, vì vậy bạn hãy liên hệ với chúng tôi nếu bạn có thắc mắc.

Liên hệ với chúng tôi tại đây để nhận được sự tư vấn tận tình hoặc yêu cầu báo giá. Dovitech chân thành cám ơn bạn!

5/5 (1 Review)
Chia sẻ
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *