Công nghệ xử lý nước thải bằng hồ sinh học

Ngày đăng: 06 - 10 - 2020

Tổng quan về hồ sinh học

Hồ sinh học (Waste Stabilization Ponds) là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ ổn định nước thải. Đây là một trong những hình thức lâu đời nhất để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.

xử lý nước thải bằng hồ sinh học

Hồ sinh học trong xử lý nước thải dùng để xử lý những nguồn thải thứ cấp với cơ chế phân hủy các chất hữu cơ xảy ra một cách tự nhiên. Các hoạt động diễn ra trong hồ sinh học là kết quả của sự cộng sinh phức tạp giữa nấm và tảo, giúp ổn định dòng nước và làm giảm các vi sinh vật gây bệnh. Những quá trình này cũng tương tự như quá trình tự làm sạch ở sông hồ tự nhiên.Các hồ sinh học có thể là hồ đơn hoặc thường kết hợp nhiều phương pháp xử lý khác.

Hồ sinh học trong xử lý nước thải

Cơ chế của hồ sinh học

Biện pháp xử lý nước thải này hoạt động dựa trên quá trình hiếu khí, tùy tiện và kị khí. Tùy thuộc vào quá trình xử lý, hồ sinh học được chia thành 3 loại: hồ kị khí, hồ hiếu khí, hồ tùy tiện.
Các chất thải độc hại được xử lý chủ yếu bằng khả năng tự làm sạch của nước (trong đó chủ yếu do các vi sinh vật và các thủy sinh). Chất bẩn qua 3 quá trình xử lý được phân hủy thành các chất khí và nước.
Các hồ xử lý sinh học được áp dụng rộng rãi ở nước ta, nó được thiết kế theo một bậc hoặc nhiều bậc. Chiều sâu của bậc sau thường cao hơn bậc trước. Thiết bị đưa nước vào hồ phải có cấu trúc thích hợp để phân phối đều hỗn hợp bùn nước trên toàn bộ diện tích hồ.
Hồ sinh học có thể dùng để xử lý nhiều loại nước thải khác nhau: nước thải công nghiệp hay sinh hoạt phức tạp, trong những điều kiện thời tiết khác nhau.

hồ xử lý sinh học

Hệ động thực vật trong hồ sinh học

Hệ động thực vật của hồ sinh học thường có các vi sinh vật: vi sinh vật, nguyên sinh động vật, tảo, rêu, bèo… Các vi sinh vật trong hồ là các vi sinh vật kỵ khí, yếm khí, hiếu khí hay tuỳ tiện như interobacterium, streptococus, clostridium, achromobacter, cytophaga, micrococus, pseu-domonas, bacillus, lactobacillus…
Trong hồ sinh học các loại thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định chất lượng nước. Chúng sử dụng các chất dinh dưỡng (N,P), kim loại nặng (Cu, Cd, Hg, Zn) để cho sự đồng hoá và phát triển sinh khối. Để tồn tại trong những môi trường nước khác nhau đồi hỏi mỗi loại vi khuẩn phải có sự tiến hoá, thích nghi rất cao. Tuỳ theo từng điều kiện cụ thể mà hình thành nên các nhóm thực vật thuỷ sinh và trong các nhóm thực vật thuỷ sinh này chỉ có một số có những tính chất phù hợp cho việc xử lý môi trường nước ô nhiễm.

Thực vật thuỷ sinh dùng để xử lý nước thải chia làm ba nhóm lớn:

– Nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước:

Đặc điểm quan trọng của nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước là chúng tiến hành quá trình quang hợp hay trao đổi chất diễn ra hoàn toàn trong lòng nước. Chính vì vậy nhóm thực vật thuỷ sinh này chỉ có thể phát triển tốt ở một khoảng độ sâu nhất định của nước và chiều sâu này thường từ 50cm (tính từ bề mặt nước) trở lại vì ở chiều sau này thì ánh sáng mặt trời có tác dụng tốt nhất. Nhóm thực vật ngập nước này cũng gây nên những tác hại như làm tăng độ đục của nước, ngăn cản khả năng khuếch tán của ánh sáng vào nước. Do đó các loại thủy sinh này không hiệu quả trong việc làm sạch các chất thải.
Nhóm này bao gồm các loại như rong Hydrilla Verticillata, Caratophyllum…hấp thụ các chất dinh dưỡng và các nguyên tố cần thiết khác qua thân, lớp vỏ, đây là quá trình lọc và hấp thụ các chất hòa tan. Hiệu quả thu hồi các chất dinh dưỡng nitơ của loại thực vật này từ 200-1560 kg/ha.

Thực vật ngập nước bậc

Thực vật ngập nước bậc cao đóng vai trò lớn trong việc cung cấp oxy cho vi khuẩn tham gia phân hủy các chất hữu cơ. Tuy nhiên cũng cần thiết thường xuyên thu hồi các loại thực vật nổi và thực vật ngập nước ra khỏi hồ để tránh hiện tượng nhiễm bẩn nước.

– Nhóm thực vật trôi nổi:

Các loài thực vật này phát triển trên bề mặt nước gồm hai phần: phần lá và phần thân mềm nổi trên mặt nước, đây là phần nhận ánh sáng trực tiếp từ mặt trời, phần dưới là rễ, rễ của các loài thực vật này là rễ chùm. Chúng phát triển trong lòng môi trường nước, nhận các chất dinh dưỡng trong nước và chuyển lên lá thực hiện quá trình quang hợp.
Loài thực vật này trôi nổi trên nước theo gió và dòng nước. Khi chúng di chuyển kéo theo rễ quét trong lòng nước, các chất dinh dưỡng thường xuyên tiếp xúc và hấp thụ qua rễ. Rễ của loài thực vật này là giá thể cho các loại vi khuẩn bám vào để phân hủy các chất thải. So với loài thực vật ngập nước, loài thực vật trôi nổi này có khả năng xử lý các chất ô nhiễm rất cao.
Nhóm này bao gồm các loại bèo như: Eichhorinia crassipes (bèo Nhật Bản, Lục bình); spirodella; lema; Postia statiotes… Sinh khối của bèo tăng rất nhanh trong điều kiện môi trường thuận lợi sau sáu ngày nuôi cấy chúng có thể tăng sinh khối đến 250 kg chất khô/ha.ngày đêm (Theo O’ Bien 1981). Trong quá trình nghiên cứu bèo trong hồ sinh học, các nhà khoa học nhận thấy rằng bộ rễ của bèo là nơi cư trú của nhiều loài vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa các chất hữu cơ ở tầng bề mặt nước. Hiệu quả xử lý BOD đạt 95%; khả năng khử N-NH3, P đến 97%. Ngoài bèo trong hồ sinh học còn có các loại thực vật nổi khác như rau muống, họ sen súng. Đây đều là loại thực vật có khả năng chuyển hóa vật chất rất cao.

Nhóm thực vật trôi nổi

– Thực vật nửa ngập nước:

Loại thực vật này có rễ bám vào đất nhưng phần thân và lá phát triển trên bề mặt nước. phần rễ bám đất ngập nước, nhận các chất dinh dưỡng có trong đất, chuyển nó lên lá trên mặt nước để tiến hành quá trình quang hợp. Loài thực vật làm sạch môi trường chủ yếu phần lắng ở đáy lưu vực nước.

xử lý nước thải bằng hồ sinh học

Dưới đây là bảng thống kê tiêu biểu:

xử lý nước thải

Nguyên lý hoạt hoạt động của hồ sinh học

Khi nước thải vào hồ do vận tốc nước chảy nhỏ, các loại cặn lắng có tỷ trọng lớn được lắng xuống đáy; các chất bẩn hữu cơ còn lại lơ lửng trong nước sẽ được vi khuẩn hấp phụ và oxy hoá. Ở gần sát mặt nước tồn tại nhiều vi sinh vật hiếu khí; tại đây oxy được cung cấp từ quá trình hoà tan từ không khí do chuyển động của sóng, gió. Lượng oxy này không nhiều nhưng khá ổn định; lượng oxy co trong tầng nước nhờ sự quang hợp của tảo. Nhờ có oxy quá trình chuyển hoá hiếu khí của vi sinh vật xảy ra mạnh, chất hữu cơ nhanh chóng bị phân huỷ thành các sản phẩm là sinh khối, , các muối nitrat, nitrit,..
Khí CO2 và hợp chất N, P lại được trong tảo sử dụng trong quá trình quang hợp. Trong quá trình này sẽ giải phóng oxy, cung cấp cho quá trình oxy hoá các chất hữu cơ của vi khuẩn. Sự hoạt động của rong tảo tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Như vậy vi khuẩn hiếu khí và tảo tạo ra một vòng khép kín của sự chuyển hoá vật chất. Tuy nhiên trong trường hợp nước thải đậm đặc chất hữu cơ, tảo có thể chuyển từ hình thức tự dưỡng sang dị dưỡng và tham gia vào quá trình oxy hoá chất hữu cơ. Nấm, xạ khuẩn có trong nước thải cũng thực hiện vai trò tương tự.
Ở phần đáy hồ, các chất hữu cơ có tỷ trọng lớn lắng xuống thường đây là các chất khó phân huỷ; trong môi trường đáy hồ rất thiếu oxy nên phát triển vi sinh vật yếm khí. Các vi sinh vật này tham gia chuyển hoá chất hữu cơ thành các acid hữu cơ, rượu để các vi sinh vật khác tiếp tục chuyển hoá thành khí CH4, CO2, H2S, NH3 , , , … Trong đó NH3 và CO2 có ý nghĩ giúp rong tảo phát triển mạnh; ngược lại trong quá trình phát triển của rong tảo tạo ra oxy là yếu tố không thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật yếm khí. Tuy nhiên rong tảo chỉ phát triển mạnh ở phần gần ánh sáng mặt trời nên một phần oxy tạo ra bay vào không khí, một phần được vi sinh vật hiếu khí sử dụng nên sự ảnh hưởng đến vi sinh vật yếm khí không đáng kể; phần đáy hồ khi rong tảo chết thì xác của nó là chất dinh dưỡng cho các vi sinh vật đáy hồ phát triển. Như vậy, rong tảo không chỉ có tác dụng tích cực đến sự chuyển hoá vật chất (quá trình quang hợp) mà còn tác động tích cực đối với vi sinh vật hiếu khí và vi sinh vật yếm khí.
Như vậy vi sinh vật, tảo, các loại thực vật trong hồ có mối quan hệ thông qua oxy và các chất dinh dưỡng. Oxy giúp sự phát triển của sinh vật hiếu khí nhưng đồng thời cũng là yếu tố tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh trong hồ. Lượng oxy cung cấp cho hồ có sự chênh lệch giữa ngày và đêm; ban đêm lượng oxy không nhiều chỉ tập trung vùng bề mặt, vào ban đêm thì lượng oxy cao hơn. Điều này chứng tỏ rằng lượng oxy có trong hồ phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên là do quá trình quang hợp của tảo và thực vật.
Yếu tố chính đảm bảo quá trình chuyển hoá chất hữu cơ trong hồ sinh học là oxy và nhiệt độ. Ở tầng nước mặt do có oxy khuếch tán từ không khí và oxy quang hợp, quá trình oxy hoá chất hữu cơ diễn ra mạnh, thế năng oxy hoá khử trong hồ giảm dần theo chiều sâu hồ. Ở tầng nước sau, hàm lượng oxy hoà tan giảm tạo điều kiện yếm khí, vi khuẩn phải sử dụng oxy liên kết từ SO42-, NO2- ,NO3- để oxy hoá chất hữu cơ. Trong lớp cặn đáy, các chất hữu cơ thường phân huỷ bằng cách lên men, sản phẩm tạo ra là CH4 , H2S

 Ưu điểm

Ở nước ta hiện này hồ sinh học chiếm vị trí đặc biệt quan trọng trong các biện pháp xử lý nước thải vì có nhiều thuận lợi:
– Không đòi hỏi nhiều vốn đầu tư.
– Bảo trì, vận hành đơn giản, không đòi hỏi có người quản lý thường xuyên.
– Hầu hết các đô thị, các khu dân cư có nhiều ao, hồ hay khu ruộng trũng có thể sử dụng mà không cần cải tạo, xây dựng nhiều.
– Có các điều kiện kết hợp mục đích xử lý nước thải với việc nuôi trồng thủy sản và điều hòa nước mưa.

Các loại hồ sinh học

 Hồ hiếu khí

Hoạt động dựa trên quá trình oxy hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật hiếu khí.Hiện nay người ta phân hồ sinh học hiếu khí thành hai loại:
– Hồ làm thoáng tự nhiên: Ô xy cung cấp cho quá trình ô xy hóa chủ yếu do sự khuyếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của thực vật nước (rong, tảo,…). Để đảm bảo cho ánh sáng có thể xuyên qua, thì chiều sâu của hồ phải nhỏ, tốt nhất là từ 0,3 – 0,5 m. Sức chứa tiêu chuẩn lấy theo chỉ tiêu BOD vào khoảng 250 – 300 kg/ha/ngày. Thời gian lưu nước trong hồ khoảng 3 – 12 ngày.
Tuy nhiên do độ sâu cần nhỏ, thời gian lưu nước lâu nên diện tích của hồ đòi hỏi phải đủ lớn. Vì thế nó chỉ hợp lý về kinh tế khi kết hợp với việc nuôi trồng thủy sản với chăn nuôi và hồ chứa nước cho công nghiệp.
– Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo: Loại này nguồn ô xy cung cấp cho quá trình sinh hóa là bằng các thiết vị như bơm khí nén hay máy khuấy cơ học. Do được tiếp khí nhân tạo nên chiều sâu của hồ có thể từ 2 – 4,5 m, sức chứa tiêu chuẩn theo chỉ tiêu BOD khoảng 400 kg/ha/ngày. Thời gian lưu nước trong hồ chỉ cần từ 1 – 3 ngày

Cấu tạo của hồ:

Các loại hồ sinh học hiếu khí có thể làm một hoặc nhiều bậc, chiều sâu của các bậc sau sâu hơn các bậc phía trước. Thiết bị đưa nước vào hồ phải có cấu tạo thích hợp để phân phối, điều hòa nước trên toàn bộ diện tích hồ. Thông thường, hồ một bậc thường được thiết kế với diện tích 0,5 – 0,7 ha; hồ nhiều bậc thì mỗi bậc 2,25 ha; tùy theo công suất mà có thể xây dựng làm nhiều hồ

Một số điểm cần lưu ý khi áp dụng:

Xử lý nước thải bằng hồ sinh học nói chung, đặc biệt là hồ sinh học hiếu khí có những ưu điểm nên nó là một trong số những loại hình công trình xử lý nước thải được sử dụng rộng rãi và đem áp dụng ở tỉnh ta khá thích hợp, có thể kết hợp làm hồ thả bèo, nuôi cá. Điều đó đem lại hiệu quả kinh tế và tăng cường xử lý nước thải. Nếu thả bèo trên mặt hồ sẽ tăng thêm nguồn ô xy cho quá trình quang hợp, đồng thời rễ bèo có nhiều sinh vật sẽ thúc đẩy quá trình ô xy hóa. Tuy nhiên, cần lưu ý là không nên thả bèo kín mặt hồ để đảm bảo cho ánh sáng xuyên qua.
Nước thải trước khi đưa vào hồ tuy đã được xử lý sơ bộ, nhưng hàm lượng các chất bẩn vẫn còn cao, muốn kết hợp nuôi trồng thủy sản thì chỉ nên nuôi ở các bậc hồ thứ cấp (2, 3) hay những hồ đã được pha loãng bằng nguồn nước khác có chất lượng tốt hơn.
Việc lựa chọn loại cá hay thủy sản khác nuôi trong các bậc của hồ cần phải có sự hướng dẫn của các chuyên gia nuôi trồng thủy sản.

 Hồ kỵ khí

Hồ 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

Đặc điểm

– Chuyên xử lý những loại nước thải CN nhiễm bẩn, nước thải chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao.
– Trong hồ, các vi khuẩn kỵ khí phá vỡ các hợp chất hữu cơ trong dòng chảy, giái phóng khí CH4 và CO2.
– Hồ kỵ khí làm giảm hàm lượng N, P, K và các vi sinh vật gây bệnh bằng cách tạo ra bùn và giải phóng NH3 vào không khí.

Cấu tạo

– Chiều sâu hồ từ 2,4-3,6m.
– Hồ thường được thiết kế với 2 ngăn (dự phòng).
– Thời gian lưu nước về mùa hè là >1,5 ngày còn về mùa đông > 5 ngày.
– S kỵ khí = 10-20% S hiếu khí.

Hồ tùy tiện

Có 2 loại hồ tùy tiện
– Hồ tùy tiện nguyên thủy, tiếp nhận nguồn thải nguyên chất chưa qua xử lý.
– Hồ tùy tiện thứ cấp, tiếp nhận nguồn thải đã qua xử lý (thường là dòng thải từ hồ kỵ khí)

Đặc điểm

Trong hồ tùy tiện thường xảy ra 2 quá trình song song:
– Oxy hóa hiếu khí
– Phân hủy metan cặn lắng
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.

Cấu tạo

Hồ có cấu tạo 3 lớp: lớp hiếu khí, lớp trung gian và lớp kỵ khí.
Chiều sâu hồ tùy tiện 0,9-1,5 m. Ở vùng có gió, S hồ lớn còn ở vùng ít gió hồ được thiết kế có nhiều ngăn.

Công ty môi trường Nam Nhật- Đơn vị xử lý nước thải uy tín, chất lượng, hiệu quả

Chi tiết về công nghệ xử lý nước thải hay những thắc mắc về dịch vụ, nhu cầu thiết kế báo giá, Quý khách hàng vui lòng liên hệ Hotline: 037 637 2014 hoặc gửi Email để được tư vấn !

Tư vấn ngay

0376372014