Xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí có ưu và nhược điểm gì?

Nước thải, đặc biệt là từ các khu công nghiệp và khu dân cư, đã và đang trở thành một trong những nguồn ô nhiễm nghiêm trọng nhất đối với môi trường nước. Với sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp, lượng nước thải ngày càng gia tăng, kéo theo đó là những hệ lụy nghiêm trọng về sức khỏe con người và hệ sinh thái. Dr.Air sẽ tìm hiểu về Xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí có ưu và nhược điểm gì? cũng như những thách thức cần vượt qua để đảm bảo hiệu quả và bền vững trong việc bảo vệ nguồn nước và môi trường sống.

Xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí được hiểu như thế nào?

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, hay còn gọi là xử lý bằng vi sinh, là một kỹ thuật dựa trên hoạt động của vi sinh vật, chủ yếu là các sinh vật hoại sinh có trong nước thải.

Trong quá trình này, vi sinh vật có mặt trong nước thải liên tục chuyển hóa các chất hữu cơ bằng cách tổng hợp chúng thành tế bào mới. Vi sinh vật có khả năng hấp thụ một lượng lớn chất hữu cơ qua bề mặt tế bào. Khi quá trình hấp thụ diễn ra, nếu các chất hữu cơ không được đồng hóa thành tế bào chất, khả năng hấp thụ sẽ giảm xuống gần như bằng 0.

Một phần chất hữu cơ sẽ được sử dụng để tạo ra tế bào mới, trong khi phần còn lại sẽ được oxy hóa để tạo ra năng lượng cần thiết cho quá trình tổng hợp. Phương pháp này không chỉ hiệu quả trong việc giảm thiểu ô nhiễm mà còn thân thiện với môi trường.

Ưu điểm của việc sử dụng vi sinh vật hiếu khí trong xử lý nước thải

Sử dụng vi sinh vật hiếu khí trong xử lý nước thải mang lại nhiều lợi ích so với các phương pháp xử lý khác như hóa học và vật lý:

Hiệu quả cao: Vi sinh vật hiếu khí có khả năng phân hủy một lượng lớn chất hữu cơ có trong nước thải, giúp giảm đáng kể nồng độ BOD và COD.

Thân thiện với môi trường: Quá trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí không sản sinh ra các sản phẩm phụ độc hại như trong các phương pháp hóa học.

Chi phí thấp: So với các phương pháp hóa học và vật lý, chi phí vận hành và bảo trì hệ thống xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí thường thấp hơn nhiều.

Dễ dàng vận hành: Quy trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí tương đối đơn giản, dễ dàng kiểm soát và vận hành, giúp tiết kiệm thời gian và công sức cho nhân viên.

Việc áp dụng vi sinh vật hiếu khí trong xử lý nước thải không chỉ mang lại hiệu quả cao mà còn góp phần quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Cơ chế hoạt động của xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí 

Vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất hữu cơ thông qua quá trình oxy hóa sinh hóa, diễn ra theo các bước chính sau:

• Hấp thụ chất hữu cơ: Vi sinh vật hiếu khí hấp thụ các chất hữu cơ từ nước thải qua màng tế bào.
• Phân giải chất hữu cơ: Các enzyme bên trong tế bào vi sinh vật sẽ phân hủy các chất hữu cơ thành các hợp chất đơn giản hơn.
• Oxy hóa: Oxy từ môi trường được hấp thụ vào tế bào, tham gia vào quá trình oxy hóa các hợp chất đơn giản này, cung cấp năng lượng cho vi sinh vật.
• Sản phẩm cuối cùng: Quá trình phân hủy tạo ra các sản phẩm cuối như CO₂, H₂O, NH₃ và các hợp chất vô cơ đơn giản khác.

Việc cung cấp đủ oxy trong môi trường giúp vi sinh vật hoạt động hiệu quả, từ đó làm sạch các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải. Nước thải thường chứa nhiều chất hữu cơ, gây ô nhiễm môi trường. Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí sử dụng vi sinh vật hiếu khí để phân hủy các chất hữu cơ này, biến chúng thành các chất vô cơ đơn giản, không gây hại cho môi trường.

Quy trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí

Vi sinh vật hiếu khí cần môi trường có oxy liên tục để phân hủy và chuyển hóa các chất hữu cơ. Quy trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí bao gồm ba giai đoạn chính:

• Các chất hữu cơ bị Oxy hóa

CxHyOz + O2 => CO2 + H2O + DH

• Vi sinh vật tiến hành tổng hợp tế bào mới

CxHyOz + NH3 + O2 => CO2 + H2O + DH

• Vi sinh vật phân hủy nội bào

C5H7NO2 + 5O2 => 5CO2 + 5 H2O + NH3 ± DH

Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí có thể chia thành hai loại chính:

Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng: Phương pháp này chủ yếu được sử dụng để khử các chất hữu cơ chứa carbon, bao gồm các quy trình như bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn và quá trình lên men phân hủy hiếu khí. Trong số đó, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank) là phổ biến nhất.

Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám: Bao gồm các phương pháp như bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học và bể phản ứng nitrat hóa với màng cố định.

Những quy trình này giúp cải thiện hiệu quả xử lý nước thải và bảo vệ môi trường.

Lưu ý khi vận hành quy trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí

Việc vận hành hệ thống xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí đòi hỏi sự hiểu biết về đặc tính của nước thải và quy trình nuôi cấy vi sinh vật. Dù quy trình có sự khác biệt tùy theo loại nước thải, người vận hành cần nắm vững những yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật như sau:

Độ pH: Duy trì pH ổn định trong khoảng thích hợp để vi sinh vật phát triển tốt.

Nhiệt độ: Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp đều ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật.

Chất vi lượng: Cung cấp đủ vi chất cần thiết để vi sinh vật hoạt động hiệu quả.

Ánh sáng: Môi trường ánh sáng phải phù hợp với loại vi sinh vật cần sử dụng.

Độ mặn: Một số vi sinh vật cần khả năng chịu đựng độ mặn trong nước thải, đặc biệt là trong nước thải thủy sản.

Dinh dưỡng: Cần đảm bảo đủ dinh dưỡng cho vi sinh vật phát triển và hoạt động tốt.

Chất ức chế: Kiểm soát các hợp chất gây ức chế như chlorine, chloramines, thiourea, xyanua, phenol, kim loại nặng (như bạc, đồng, niken, thủy ngân, và kẽm).

Chỉ số DO: (Dissolved Oxygen) Oxy hòa tan trong nước cần được duy trì ở mức tối ưu cho vi sinh vật hiếu khí.

Ngoài ra, việc chọn lựa men vi sinh chất lượng đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước thải. Men vi sinh tốt không chỉ thích nghi tốt với môi trường mà còn có khả năng xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm, thậm chí trong môi trường có độ mặn cao hay chứa nồng độ ô nhiễm lớn.

Câu hỏi thường gặp

• Vi sinh vật hiếu khí là gì?

Vi sinh vật hiếu khí là các loại vi sinh vật sống và phát triển trong môi trường có đủ oxy, chúng có khả năng phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải thành các sản phẩm đơn giản hơn.

• Quá trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí diễn ra như thế nào?

Quá trình này bao gồm các bước hấp thu chất hữu cơ, phân giải thành các hợp chất đơn giản, oxy hóa chúng để tạo ra năng lượng, và cuối cùng sản phẩm cuối cùng là CO2, H2O và các hợp chất vô cơ khác.

• Lợi ích của việc sử dụng vi sinh vật hiếu khí trong xử lý nước thải là gì?

Sử dụng vi sinh vật hiếu khí mang lại nhiều lợi ích, bao gồm hiệu quả cao trong việc giảm BOD và COD, thân thiện với môi trường, chi phí vận hành thấp và dễ dàng trong vận hành và kiểm soát.

• Có những yếu tố nào ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí?

Các yếu tố ảnh hưởng bao gồm độ pH, nhiệt độ, nồng độ oxy, chất dinh dưỡng, ánh sáng, và sự hiện diện của các chất độc hại như kim loại nặng và hợp chất hóa học gây ức chế.

• Cần phải chú ý điều gì khi vận hành hệ thống xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí?

Cần phải kiểm tra thường xuyên các chỉ số như nồng độ DO (dissolved oxygen), độ pH, nhiệt độ và tình trạng của vi sinh vật trong hệ thống để đảm bảo quá trình xử lý diễn ra hiệu quả.