Quá trình xử lý sinh học đóng vai trò thiết yếu trong việc giảm thiểu ô nhiễm nước thải, đặc biệt là đối với các chất hữu cơ, nitơ và phốt pho. Nước thải là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính, tác động tiêu cực đến sức khỏe con người, động thực vật và môi trường. Trong bối cảnh tăng trưởng dân số và công nghiệp hóa, việc xử lý nước thải trở nên cấp bách. Các công nghệ xử lý sinh học, với khả năng sử dụng vi sinh vật để phân hủy các chất ô nhiễm, đã và đang được áp dụng rộng rãi. Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn chi tiết về các thuật ngữ cơ bản và các quá trình sinh học phổ biến trong xử lý nước thải, giúp tối ưu hóa hiệu quả của các hệ thống xử lý.
 

1. Các quá trình hiếu khí (Aerobic Process)

Quá trình hiếu khí là một trong những phương pháp xử lý nước thải phổ biến nhất, diễn ra trong điều kiện có oxy. Vi sinh vật sử dụng oxy để phân hủy các chất hữu cơ, giúp giảm BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa) và COD (Nhu cầu oxy hóa học). Đây là phương pháp hiệu quả trong việc loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan, đặc biệt là đối với nước thải chứa các hợp chất dễ phân hủy.

Các bể hiếu khí, như bể aeroten, được thiết kế để cung cấp oxy cho vi sinh vật, giúp tối ưu hóa quá trình phân hủy chất hữu cơ. Quá trình này cũng giúp giảm lượng chất hữu cơ tồn dư trong nước thải, cải thiện chất lượng nước sau xử lý.

Ví dụ thực tế: Các nhà máy xử lý nước thải đô thị thường áp dụng bể aeroten để xử lý nước thải sinh hoạt. Mục tiêu là giảm tải các chất hữu cơ, giảm mùi hôi và làm sạch nước trước khi xả ra môi trường.

2. Các quá trình kị khí (Anaerobic Process)

Trái ngược với quá trình hiếu khí, quá trình kị khí xảy ra trong môi trường không có oxy. Vi sinh vật kị khí sử dụng các chất khác thay thế oxy (như nitrate hoặc sulfate) để phân hủy chất hữu cơ. Quá trình này rất hiệu quả trong việc xử lý bùn, giảm thể tích bùn và sản xuất khí methane – một nguồn năng lượng tái tạo có giá trị.

Quá trình kị khí được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống biogas, nơi khí methane được thu thập và sử dụng như một nguồn năng lượng. Quá trình này không chỉ giúp xử lý nước thải mà còn giúp giảm thiểu lượng bùn thải và tái sử dụng năng lượng.

Ví dụ thực tế: Các nhà máy xử lý nước thải công nghiệp sử dụng công nghệ kị khí để xử lý nước thải có nồng độ BOD cao và sản xuất khí methane phục vụ cho việc sản xuất điện năng.

3. Quá trình thiếu khí (Anoxic Process)

Quá trình thiếu khí diễn ra trong môi trường không có oxy, nhưng có sự hiện diện của một số chất như nitrate. Vi sinh vật trong môi trường thiếu oxy này sẽ chuyển hóa nitrate thành khí nitơ. Đây là quá trình quan trọng trong việc khử nitrat (denitrification), giúp giảm nồng độ nitrat trong nước thải và ngăn ngừa ô nhiễm nguồn nước.

Quá trình thiếu khí chủ yếu được áp dụng trong các hệ thống xử lý nước thải có nồng độ nitrate cao, như nước thải từ các khu vực nông nghiệp hoặc khu công nghiệp sử dụng phân bón.

Ví dụ thực tế: Các trạm xử lý nước thải của các khu vực nông thôn hoặc các vùng công nghiệp có thể sử dụng công nghệ thiếu khí để khử nitrat trong nước thải trước khi xả vào nguồn nước.

4. Quá trình sinh học tùy tiện (Facultative Process)

Quá trình sinh học tùy tiện xảy ra khi vi sinh vật có thể hoạt động trong cả môi trường có oxy và không có oxy. Đây là một quá trình linh hoạt, giúp tối ưu hóa các điều kiện xử lý nước thải, đặc biệt trong những môi trường biến đổi. Vi sinh vật tùy tiện có khả năng sống và phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện thay đổi mức oxy, làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các hệ thống xử lý nước thải có tính chất phức tạp.

Ví dụ thực tế: Các ao hồ xử lý nước thải thường sử dụng quá trình sinh học tùy tiện. Điều này giúp xử lý nước thải hiệu quả trong các môi trường biến đổi về nồng độ oxy.

5. Khử BOD dạng cacbon (Carbonaceous BOD Removal)

Khử BOD dạng cacbon là quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc cacbon thành tế bào vi sinh vật và các sản phẩm khí như CO2. Đây là một bước quan trọng trong quá trình xử lý nước thải, giúp giảm mức độ ô nhiễm và nhu cầu oxy của nước thải. Quá trình này chủ yếu xảy ra trong các hệ thống xử lý sinh học hiếu khí và giúp đảm bảo rằng nước thải không còn tác động tiêu cực đến môi trường khi xả ra.

6. Quá trình khử nitrat và nitrit (Nitrification và Denitrification)

• Nitrification: Là quá trình chuyển hóa amon (NH₄⁺) thành nitrit (NO₂⁻) và sau đó thành nitrat (NO₃⁻). Quá trình này giúp giảm lượng amon trong nước thải, một chất độc hại đối với sinh vật thủy sinh.
• Denitrification: Là quá trình chuyển hóa nitrat thành khí nitơ (N₂), một quá trình quan trọng giúp giảm nồng độ nitrate trong nước thải.

7. Cơ chất hay chất nền (Substrate)

Trong quá trình xử lý sinh học, cơ chất hay chất nền là các chất hữu cơ hoặc chất dinh dưỡng mà vi sinh vật sử dụng để sinh trưởng và phân hủy. Cơ chất chủ yếu là BOD, bao gồm các hợp chất hữu cơ chứa cacbon trong nước thải. Quá trình phân hủy này giúp giảm lượng chất hữu cơ trong nước thải, góp phần làm sạch nước.

8. Quá trình sinh trưởng lơ lửng (Suspended Growth Process)

Quá trình sinh trưởng lơ lửng là quá trình mà vi sinh vật phát triển trong nước thải, tạo thành các bông cặn bùn hoạt tính. Các bông cặn này có khả năng phân hủy các chất hữu cơ và cuối cùng lắng xuống dưới đáy bể. Đây là một quá trình quan trọng trong các hệ thống xử lý nước thải hiện đại, đặc biệt là trong các bể hiếu khí và bể aeroten.

9. Quá trình sinh trưởng dính bám (Attached Growth Process)

Quá trình sinh trưởng dính bám là quá trình trong đó vi sinh vật phát triển thành các màng sinh học (biofilm), bám vào các vật liệu trơ như đá, gỗ hoặc chất dẻo. Quá trình này thường xảy ra trong các công trình xử lý như bể lọc sinh học hoặc đĩa quay sinh học. Màng sinh học giúp phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải, làm sạch nước hiệu quả.

10. Bùn hoạt tính (Activated Sludge)

Bùn hoạt tính là loại bùn chứa vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ trong môi trường có oxy. Đây là phương pháp phổ biến trong các hệ thống xử lý sinh học. Quá trình này giúp giảm BOD và COD, đồng thời tái chế bùn để sử dụng trong các quá trình tiếp theo. Bùn hoạt tính có thể được xử lý bằng phương pháp hiếu khí hoặc kị khí.

11. Hồ sinh học (Lagoon Process)

Hồ sinh học là một hệ thống xử lý nước thải sử dụng các ao hồ có chiều sâu và cường độ xử lý khác nhau. Quá trình này giúp xử lý nước thải một cách từ từ, trong môi trường tự nhiên, thích hợp cho các khu vực nông thôn hoặc những nơi có diện tích lớn nhưng chi phí xử lý thấp.

12. Bể Aeroten (Aerotank)

Bể aeroten là một công trình xử lý nước thải có dạng bể, sử dụng bùn hoạt tính và oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Bể aeroten thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý hiếu khí, đặc biệt là trong các công trình xử lý nước thải đô thị và công nghiệp.

Kết luận

Việc hiểu rõ các thuật ngữ và quá trình sinh học trong xử lý nước thải không chỉ giúp cải thiện hiệu quả xử lý mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường và nguồn nước. Các công nghệ và phương pháp xử lý sinh học hiện đại như bể aeroten, bể cố dòng chảy khuấy trộn hoàn chỉnh hay bể lọc sinh học đều đóng góp vào việc tối ưu hóa quá trình xử lý, giảm thiểu ô nhiễm và tái sử dụng nước thải hiệu quả. Chúng ta cần tiếp tục đầu tư và phát triển các công nghệ xử lý sinh học để hướng đến một tương lai bền vững hơn cho hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng.