Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

Trong nước thải thường chứa các chất không tan ở dạng lơ lửng. Để tách các chất này ra khỏi nước thải. Thường sử dụng các phương pháp cơ học như lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của trọng lực hoặc lực li tâm và lọc. Tùy theo kích thước, tính chất lý hóa, nồng độ chất lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ cần làm sạch mà lựa chọn công nghệ xử lý thích hợp.

Ø   Song chắn rác hoặc lưới chắn rác

Loại bỏ tất cả các tạp vật có thể gây sự cố trong quá trính vận  hành hệ thống xử lý nước thải như tắc ống bơm, đường ống hoặc ống dẫn.
Trong xử lý nước thải đô thị người ta dùng song chắn để lọc nước và dùng máy nghiền nhỏ các vật  bị giữ lại, còn trong xử lý nước thải công nghiệp người ta đặt thêm lưới chắn.
Song chắn rác được phân loại  theo cách vớt rác:
· Song chắn rác vớt rác thủ công, dùng cho trạm xử lý có công suất nhỏ dưới 0,1 m3/ngày.
· Song chắn rác vớt rác cơ giới bằng các bằng cào dùng cho trạm có công suất lớn hơn 0,1 m3/ngày.
Rác được vớt 2-3 lần trong ngày và được nghiền để đưa về bể ủ bùn hoặc xả trực tiếp phía trước thiết bị. Dùng để duy trì sự ổn định của dòng thải, khắc phục những vấn đề vận hành do sự dao động của lưu lượng dòng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ở cuối dây chuyền xử lý.

Lợi ích:
- Làm tăng hiệu quả của hệ thống sinh học do nó hạn chế hiện tượng quá tải của hệ thống về lưu lượng cũng như hàm lượng các chất hữu cơ, giảm được diện tích xây các bể sinh học (do được tính toán chính xác hơn). Hơn nữa các chất ức chế quá trình xử lý sinh học sẽ được pha loãng hoặc trung hòa ở mức độ thích hợp cho các hoạt động của vi sinh vật.
- Chất lượng nước thải sau xử lý và việc cô đặc bùn ở đáy bể lắng thứ cấp được cải thiện do lưu lượng nạp chất rắn ổn định.
- Diện tích bề mặt cần cho hệ thống lọc nước giảm xuống và hiệu suất lọc được cải thiện, chu kỳ làm sạch bề mặt các thiết bị lọc cũng ổn định hơn.

Ø   Bể lắng

Trong quy trình xử lý nước thải , quá trình lắng được sử dụng để loại các tạp chất ở dạng huyền phù thô ra khỏi nước thải. Theo chức năng, các bể lắng được phân thành: bể lắng cát , bể lắng sơ cấp, bể lắng thứ cấp.Yêu cầu: có hiệu suất lắng cao và xả bùn dễ dàng.
Cũng có thể sử dụng bể lắng như công trình xử lý cuối cùng, nếu điều kiện vệ sinh nơi đó cho phép.
·        Bể lắng sơ cấp: đặt trước công trình xử lý sinh học dùng để gữi lại các chất hữu cơ không tan trong nước thải trước khi cho nước thải vào các bể xử lý sinh học và loại bỏ các chất rắn có khả năng lắng (tỉ trọng lớn hơn tỉ trọng của nước) và các chất nổi (tỉ trọng bé hơn tỉ trọng nước). Nếu thiết kế chính xác bể lắng sơ cấp có thể loại bỏ 50 -70% chất rắn lơ lửng, 25  - 40% BOD của nước thải.
·        Bể lắng thứ cấp: đặt sau công trình xử lý sinh học.
     Căn cứ vào chiều nước chảy phân biệt các loại: bể lắng ngang, đứng, radian…

Ø   Lọc

Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải mà các bể lắng không thể loại chúng được, là quá trình tách các hạt rắn ra khỏi pha lỏng hoặc pha khí bằng cách cho dòng khí hoặc lỏng có chứa hạt chất rắn chảy qua lớp ngăn xốp, các hạt rắn sẽ bị gữi lại. Lọc có thể xảy ra dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng hoặc áp suất cao trước vách ngăn hay áp suất thấp sau vách ngăn.

Vật liệu:
· Dạng vách: làm bằng thép tấm có đục lỗ hoặc bằng lưới thép không rỉ nhôm, niken, đồng,.. và cả các loại vải khác nhau (thủy tinh, amiang, bông len, sợi,..).Yêu cầu: trở lực nhỏ, đủ bền về hóa học, dẻo cơ học, không bị trương nở và bi phá hủy ở điều kiện lọc cho trước.
· Bể lọc với lớp vật liệu dạng hạt: có thể là cát thạch anh, than cốc, sỏi nghiền, than nâu, than gỗ,...tùy thuộc vào loại nước thải và điều kiện kinh tế. Đặc tính quan trọng của vật liệu lọc là: độ xốp và bề mặt riêng. Độ xốp phụ thuộc vào cấu trúc, kích thước các hạt xốp, cách sắp đặt các hạt xốp. Bề mặt riêng của lớp vật liệu xốp được xác định bằng độ xốp của các hạt và hình dạng của chúng.
Quá trình lọc gồm các giai đoạn sau: di chuyển các hạt tới bề mặt các chất tạo thành lớp lọc; Gắn chặt các hạt vào bề mặt; Tách các hạt bám dính ra khỏi bề mặt.
· Lọc qua màng lớp bã được tạo thành trên bề mặt vật liệu lọc: các hạt có kích thước lớn hơn kích thước mao quản lớp vật liệu lọc bị gữi lại, tạo thành lớp bã và cũng trở thành như lớp vật liệu lọc. (đặc trưng cho bể lọc chậm).
· Lọc không tạo thành lớp màng các tạp chất: quá trình lọc xảy ra trong bề mặt lớp vật liệu lọc dày, các hạt tạp chất bị gữi lại trên các hạt của vật liệu lọc bằng lực bám dính. Đại lượng bám dính phụ thuộc vào các yếu tố: độ lớn, hình dạng hạt, độ nhám bề mặt, thành phần hóa học, tốc độ dòng chảy, nhiệt độ chất lỏng,...
Khi số hạt tới bề mặt lớp lọc trong một đơn vị thời gian bằng số hạt rời khỏi bề mặt đó sự bão hòa xảy ra và lớp lọc không còn khả năng lọc nữa.

Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý

Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản ứng hóa học, các quá trình hóa lý diễn ra giữa chất bẩn với hóa chất cho thêm vào.
Các phương pháp hóa học như oxi hóa, trung hòa, trao đổi ion, đông keo tụ, khử trùng; còn các phương pháp hóa lý như tuyển nổi, hấp phụ…
Ø   Phương pháp trung hoà, điều chỉnh pH 
Nước thải thường có những giá trị pH khác nhau. Muốn xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về vùng 6,5 – 7,5.
Trung hoà có thể thực hiện bằng trộn dòng thải có tính axit với dòng thải có tính kiềm hoặc sử dụng các hoá chất như: H₂SO₄, NaOH, NaHCO₃, Na₂CO₃, CaO, Ca(OH)₂, CaCO₃… Điều chỉnh pH thường kết hợp ở bể điều hoà hay bể keo tụ.

Ø   Keo tụ
Keo tụ là một hiện tượng làm mất sự ổn định của các hạt huyền phù dạng keo để cuối cùng tạo ra các cụm hạt khi có sự tiếp xúc giữa các hạt.
Người ta sử dụng các loại phèn nhôm, phèn sắt hoặc hỗn hợp hai loại phèn này để làm chất keo tụ.
Hiện nay, thông thường người ta cho thêm các chất trợ keo như polymer hữu cơ để tăng cường quá trình tạo bông và lắng như polyacrylamit. Nó tan trong nước và có tác dụng như những cầu nối kết hợp các hạt phân tán nhỏ thành tập hợp hạt lớn có khả năng lắng tốt hơn. Vì vậy, việc bổ sung thêm chất trợ keo tụ sẽ giúp giảm liều lượng các chất keo tụ, giảm thời gian keo tụ và nâng cao tốc độ lắng các bông keo.


Ø   Hấp phụ                                
Hấp phụ có nghĩa là sự chuyển dịch một phân tử từ pha lỏng đến pha rắn. Phương pháp này được dùng để loại bỏ các chất bẩn hòa tan trong nước mà phương pháp xử lý sinh học cùng các phương pháp khác không loại bỏ được với hàm lượng rất nhỏ. Thông thường đây là các hợp chất hòa tan có độc tính cao hoặc các chất có mùi, vị và màu rất khó chịu.
Các chất hấp phụ thường dùng là than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm… Trong đó than hoạt tính được sử dụng phổ biến nhất.

Ø   Tuyển nổi
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có khả năng tự lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt. Sau đó người ta tách các bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước. Phương pháp tuyển nổi được dùng rộng rãi trong luyện kim, thu hồi khoáng sản quý và cũng được dùng trong xử lý nước thải để tách các hạt keo lơ lửng, tách dầu mỡ...


Ø   Trao đổi ion
Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Các chất này gọi là các ionit và chúng hoàn toàn tan trong nước.
Phương pháp này được dùng để loại các ion kim loại cũng như các chất chứa asen, xianua, chất phóng xạ ra khỏi nước; đồng thời nó còn được dùng phổ biến để làm mềm nước, loại ion Ca²⁺, Mg²⁺ ra khỏi nước cứng.

Ø   Khử trùng
Dùng các chất có tính độc đối với vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun, sán... để làm sạch nước, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh đổ vào nguồn tiếp nhận hoặc tái sử dụng. Khử trùng có thể dùng các hóa chất hoặc tác nhân vật lý như ozon, tia tử ngoại.
Các chất khử trùng thường dùng nhất là khí hoặc nước clo, nước Javen, vôi clorua, các hypoclorit, cloramin B...
Trong quá trình xử lý nước thải, công đoạn khử trùng thường được đặt ở cuối quá trình.

Phương pháp xử lý sinh học

Cơ sở lý thuyết quá trình xử lý sinh học yếm khí

Xử lý sinh học yếm khí là một trong những quá trình được sử dụng để xử lý bùn và nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao (BOD > 1800mg/l, SS = 300 -400mg/l), sản phẩm cuối cùng là CH­₄, CO₂.
Ø   Nguyên lý của phương pháp
Xử lý sinh học bằng vi sinh yếm khí là quá trình phân huỷ các chất hữu cơ, vô cơ có trong nước thải khi không có oxi. Phương pháp này dùng để ổn định cặn và xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ COD, BOD cao. Quá trình phân hủy các chất thực hiện nhờ các chủng vi khuẩn kị khí bắt buộc và kị khí không bắt buộc.
Ø   Cơ chế của quá trình xử lý yếm khí
Cơ chế phân giải yếm khí:
Chất ô nhiễm -----(Chuyển hóa yếm khí)---> CH₄+CO₂+H₂S+E
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ là quá trình phức tạp trong môi trường không có không khí, gồm nhiều giai đoạn và sản phẩm cuối cùng là CH₄, CO₂, H₂S, NH₃…
Ø  Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học yếm khí
- Nhiệt độ
Đây là yếu tố điều tiết cường độ của quá trình bỡi vì nó ảnh hưởng tới hoạt động chuyển hóa của vi sinh vật. Nhiệt độ tối ưu cho toàn quá trình phụ thuộc vào chủng loại vi sinh vật. Trong thực tế, cả 2 nhóm ưa nóng và ưa ấm đều có khả năng phân hủy yếm khí.
Dải nhiệt độ cho quá trình phân giải yếm khí rộng từ 30 – 60⁰C. Tuy nhiên, nhiệt độ tối ưu cho mỗi quá trình còn phụ thuộc vào đặc tính ưa nhiệt của tác nhân sinh học. Bởi chỉ một khoảng biến động nhiệt độ nhỏ cũng ảnh hưởng tới hoạt lực của vi sinh vật.
Với các vi sinh vật ưa nóng, khoảng nhiệt độ tối ưu của chúng từ 55 – 60⁰C, còn với các vi sinh vật ưa ấm thì 33 – 37⁰C.
Để thu được hiệu suất tạo khí metan cao và ổn định thì phải ổn định nhiệt độ trong dải ưa ấm.
- Độ pH
Thiết bị phân hủy yếm khí được vận hành trong khoảng pH từ 6,6 – 7,6 với khoảng tối ưu từ 7 – 7,2. Mặc dù vậy, vi sinh vật axit hóa có thể chịu được pH = 5,5 nhưng ở giá trị này vi khuẩn metan hóa bị ức chế mạnh.
Thiết bị phân hủy yếm khí cần được trang bị thiết bị đo và điều chỉnh pH khi cần thiết để đảm bảo ổn định độ pH của hệ thống ở giá trị trung tính. Nếu pH xuống thấp cần bổ sung kiềm hoặc ngừng cấp liệu để thiết bị tự điều chỉnh.
- Nồng độ cơ chất
Vi khuẩn thực hiện quá trình phân giải yếm khí có tốc độ tạo sinh khối rất nhỏ. Thực nghiệm cho thấy tỷ lệ C/N cần duy trì ở 30/1. Các yếu tố quan trọng khác như P, Ca, K, Na cũng cần bổ sung tùy theo thành phần và tính chất nước thải cần xử lý.
- Tải trọng khối (T_k, kgCOD/m³/ngày)
Tải trọng chất hữu cơ phụ thuộc vào tải lượng có trong nước thải, tải trọng thủy lực hay thời gian lưu. Khi tải lượng chất hữu cơ cao sẽ làm dư thừa các axit hữu cơ dẫn đến pH giảm, gây bất lợi cho vi khuẩn metan hóa. Tải lượng chất hữu cơ thấp sẽ không có lợi cho quá trình khí hóa.
Thời gian lưu nước phụ thuộc vào đặc tính của nước thải và điều kiện môi trường. Thời gian lưu quá ngắn (tải trọng khối cao) sẽ không cho phép các vi khuẩn yếm khí, đặc biệt là vi khuẩn metan tiếp xúc và trao đổi với các chất ô nhiễm nên làm giảm hiệu quả xử lý; ngược lại thời gian lưu càng lâu càng có lợi cho hiệu quả tạo biogas và xử lý nước thải nhưng gây chi phí tốn kém. Thời gian tối ưu cho quá trình phân hủy yếm khí trong hệ thống UASB là 0,5 – 6 ngày.
- Thế oxy hóa khử (hàm lượng H_2­) trong giai đoạn tạo axit axetic
Lactat  +  H₂O  -> axetat    + 2H₂  +  CO₂  + Q
Etanol  +  H₂O ->  axetat    + 2H₂  -  Q
Butyrat + H₂O -> axetat    +  2H₂  -  Q
Propionat + H₂O -> axetat   + 3H₂  +  CO₂  -  Q
Các phản ứng oxy hóa khử này sẽ được thực hiện khi không có các vi khuẩn có khả năng sử dụng H₂.
Thế oxy hóa khử ảnh hưởng tới quá trình phân giải yếm khí theo nguyên lý   Le Chaterier về chuyển dịch cân bằng hóa học: “Mọi sự thay đổi của các yếu tố xác định trạng thái của một hệ cân bằng sẽ làm cho cân bằng chuyển dịch về phía chống lại những thay đổi đó”. Khí H₂ sinh ra từ các phản ứng trên nếu không được giải phóng sẽ gây ra áp lực lớn (nồng độ cao), làm cho cân bằng chuyển dịch về phía không sinh ra H₂ nữa và hiệu quả lên men axit axetic giảm xuống.
Nhờ có quá trình metan hóa làm giảm nồng độ axetat, hơn nữa H₂ được các vi khuẩn metan hóa sử dụng để khử CO₂ tạo khí CH₄ nên nồng độ khí H₂ giảm, cân bằng sẽ chuyển dich theo hướng tạo ra sản phẩm axetat và H₂. Nếu quá trình này diễn ra liên tục thì hiệu quả xử lý nước thải rất cao.
- Các chất độc
Các chất ức chế hoặc độc đối với các vi sinh vật phân giải yếm khí khá đa dạng:
+ Amon: Ức chế quá trình metan hóa.
+ Hydrocacbua halogen hóa: Ức chế quá trình metan hóa.
+ Hydrocacbua vòng thơm: Ảnh hưởng lớn tới nhóm vi khuẩn metan hóa.
+ Một số kim loại nặng.

Ø  Đặc điểm  thiết bị UASB
Các dạng thiết bị xử lý yếm khí rất đa dạng và phong phú. Từ loại đơn giản như hầm Biogas đến phức tạp như thiết bị UASB. Các dạng xử lý yếm khí như: thiết bị yếm khí tiếp xúc, thiết bị yếm khí giả lỏng, thiết bị xử lý chảy ngược qua lớp bùn hoạt tính dòng hướng lên (UASB), thiết bị dạng tháp đệm...
Trong đó, UASB là dạng xử lý được sử dụng rộng rãi trong xử lý nhiều loại nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao; nó rất phù hợp cho xử lý nước thải công nghiệp .

- Cấu tạo
Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) có thể làm bằng bê tông cốt thép hoặc bằng gạch, thường có mặt bằng hình chữ nhật, được cách nhiệt với bên ngoài. Để tách khí ra khỏi nước thải, trong bể gá thêm tấm phẳng đặt nghiêng so với phương ngang góc >= 35^o.


- Nguyên tắc hoạt động
Nước thải sau khi điều chỉnh pH theo ống dẫn vào hệ thống phân phối đều trên diện tích đáy bể. Nước thải từ dưới lên với vận tốc 0,6 – 0,9 m/s để giữ cho lớp bùn luôn ở trạng thái lơ lửng. Hỗn hợp bùn kị khí trong bể hấp thụ chất hữu cơ hòa tan trong nước thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành khí (70 – 80% mêtan, 20 – 30% cácbonic) và nước. Các hạt bùn cặn bám vào các bọt khí được sinh ra nổi lên trên bề mặt làm xáo trộn và gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng. Khi hạt cặn nổi lên va phải tấm chắn phía trên bị vỡ ra, khí thoát lên trên cặn rơi xuống dưới. Hỗn hợp bùn nước đã tách hết khí được chuyển vào ngăn lắng. Hạt cặn trong ngăn lắng tách bùn lắng xuống đáy và tuần hoàn lại vùng phản ứng kị khí. Nước trong được thu vào máng và được dẫn sang bể xử lý đợt II (Aeroten). Khí biogas được thu về bình chứa rồi theo ống dẫn ra ngoài.
Bùn trong bể được hình thành hai vùng rõ rệt: ở chiều cao khoảng 1/4 tính từ đáy lên, lớp bùn hình thành do các hạt cặn keo tụ có nồng độ từ 5000 – 7000 mg/l, phía trên lớp này là lớp bùn lơ lửng có nồng độ 1000 – 3000 mg/l gồm các bông cặn chuyển động giữa lớp bùn đáy và bùn tuần hoàn từ ngăn lắng rơi xuống. Bùn trong bể là sinh khối đóng vai trò quyết định trong việc phân hủy và chuyển hóa chất hữu cơ. Nồng độ cao của bùn hoạt tính trong bể cho phép bể làm việc với tải trọng chất hữu cơ cao.
Để hình thành khối bùn hoạt tính đủ nồng độ, làm việc hiệu quả đòi hỏi thời gian vận hành khởi động từ 3 – 4 tháng. Nếu cấy vi khuẩn tạo axit và vi khuẩn tạo mêtan trước với nồng độ thích hợp và vận hành với chế độ thủy lực nhỏ hơn 1/2 công suất thiết kế, thời gian khởi động có thể rút xuống còn 2 – 3 tuần.
Lượng cặn dư bằng 0,15 – 0,2%  lượng COD, tức bằng một nửa cặn sinh ra so với xử lý hiếu khí. Cặn dư định kỳ xả ra bên ngoài và có thể tiếp tục đưa đi làm khô.

- Ưu, nhược điểm của UASB
+ Ưu điểm:
-         Năng lượng cần thiết cho hệ thống UASB rất thấp.
-         Lượng bùn tạo thành nhỏ (nhỏ hơn 3 – 20 lần xử lý hiếu khí).
-         Có thể tuần hoàn hay không tuần hoàn lại bùn.
-         Tạo sản phẩm khí sinh học CH₄ (70 – 80%), là nguồn năng lượng sạch, có thể sử dụng cho sinh hoạt.
-         UASB rất thích hợp cho xử lý nước thải có nhiều cặn lơ lửng.
-         UASB có thể phân hủy các chất hữu cơ phức tạp: vòng, halogen…
-         UASB thích hợp cho xử lý nước thải công nghiệp có hàm lượng và tải lượng ô nhiễm cao.
+ Nhược điểm:
-         Các quá trình xảy ra trong thiết bị phức tạp.
-         Tác nhân sinh học rất nhạy cảm với các yếu tố môi trường.
-         Quá trình khởi động kéo dài.
-         Yêu cầu cao sự tương thích giữa thức ăn và hàm lượng sinh khối.
-         Quá trình cố định vi khuẩn trên lớp đệm rất khó điều khiển.

Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý sinh học hiếu khí

Ø  Nguyên lý của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính 
Sử dụng các vi sinh vật để oxy hoá các chất hữu cơ và vô cơ có khả năng chuyển hoá sinh học được; đồng thời chính vi sinh vật cũng sử dụng một phần chất hữu cơ và năng lượng khai thác được từ quá trình oxi hoá để tổng hợp nên sinh khối của chúng.
Ø  Cơ chế của quá trình xử lý hiếu khí
+ Oxy hoá các hợp chất hữu cơ không chứa nitơ (Gluxit, hyđrocacbua, pectin, axit hữu cơ, các chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ khác…)

                        
Ø  Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý sinh học hiếu khí 
- Oxi hòa tan (DO)
Đây là thông số quan trọng đối với hệ thống xử lý hiếu khí. DO được cấp liên tục để đáp ứng yêu cầu oxy hóa của vi sinh vật.
Nếu thiếu oxi hoà tan sẽ gây ra hiện tượng phồng bùn do vi khuẩn dạng sợi phát triển, làm cho bùn xốp, khó lắng. Việc cung cấp oxi còn có tác dụng tạo ra độ đồng nhất các pha trong thiết bị, làm rã các khối bông sinh học lớn, giảm các điểm chết trong thiết bị, nâng cao hiệu quả làm sạch và rút ngắn thời gian lưu nước trong hệ thống.
Độ hoà tan của oxi vào trong nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố, không chỉ phụ thuộc vào phương thức cấp khí (công suất máy nén, áp lực nén, đặc trưng của hệ thống phân phối khí), chiều cao cột nước mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ, tính chất nước thải, tỷ số F/M (nguồn dinh dưỡng/lượng sinh khối), tốc độ sinh trưởng, đặc trưng hình thái và sinh lý vi sinh vật.
Để đảm bảo tốc độ oxi hoá các chất bẩn diễn ra tốt, nồng độ oxi hoà tan cần đạt 2 – 4mg/l, lượng khí cung cấp 45 – 90 m³/kg .
- pH 
pH của nước thải có ảnh hưởng lớn đến các quá trình hóa sinh của vi sinh vật, quá trình tạo bùn và lắng. Dải pH tối ưu cho xử lý hiếu khí nước thải từ 6,5 - 8,5.
Để đảm bảo pH trong khoảng trên, trong thực tế trước khi cho nước thải vào bể xử lý sinh học hiếu khí, người ta thường điều hoà lưu lượng, điều chỉnh giá trị pH ở bể điều hoà.
- Nhiệt độ
Nhiệt độ ảnh hưởng tới hoạt động của vi sinh vật. Mỗi vi sinh vật cũng có một khoảng nhiệt độ tối ưu, nếu tăng nhiệt độ quá ngưỡng sẽ ức chế hoạt động của vi sinh vật hoặc bị tiêu diệt hay tạo bào tử.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến DO:
+ Khi nhiệt độ tăng DO giảm và vận tốc phản ứng tăng lên.
+ Khi nhiệt độ giảm DO tăng nhưng ngược lại vận tốc phản ứng giảm.
Trong bể Aeroten nhiệt độ tối ưu là 20 – 27 ⁰C, nhưng cũng có thể chấp nhận nhiệt độ 16 – 37⁰C. [11]
Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tốc độ phản ứng sinh học thể hiện qua biểu thức:
                                    R_T = R₂₀.θ^{(T – 20)}  
Trong đó: 
+  R_T, R₂₀: tốc độ phản ứng ở nhiệt độ T ⁰C và ở 20⁰C
+ θ : hệ số nhiệt độ (có giá trị từ 1,00 – 1,04 )
+ T: nhiệt độ xử lý (⁰C ).
Thành phần dinh dưỡng 
Thành phần dinh dưỡng trong nước thải chủ yếu là nguồn Cacbon (thể hiện BOD), cùng với N (thường ở dạng NH₄⁺) và P (ở dạng muối photphat) là những nguyên tố đa lượng; ngoài ra còn có các nguyên tố vi lượng như: Mg, Fe, Mn...
Tỷ lệ các chất dinh dưỡng phù hợp là C : N : P = 100 : 5 : 1
Thiếu dinh dưỡng trong nước thải sẽ làm giảm mức độ sinh trưởng, phát triển tăng sinh khối của vi sinh vật, thể hiện bằng lượng bùn hoạt tính tạo thành giảm, kìm hãm và ức chế quá trình oxy hoá các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn.
Nếu thiếu N một cách kéo dài, ngoài việc cản trở quá trình sinh hoá còn làm cho bùn hoạt tính khó lắng, các hạt bông bị phồng lên trôi nổi theo dòng nước ra làm cho nước khó trong và chứa một lượng lớn vi sinh vật, làm giảm tốc độ sinh trưởng cũng như cường độ oxy hoá của chúng.
Nếu thiếu P, vi sinh vật dạng sợi phát triển và cũng làm cho bùn hoạt tính lắng chậm và giảm hiệu quả xử lý.
- Chất độc đối với VSV 
Các chất độc hữu cơ, vô cơ, đặc biệt là các kim loại nặng, các ion halogen có khả năng ức chế thậm chí làm vô hoạt hệ enzym oxi hóa khử ở vi sinh vật. Vì thế, cần phải xử lý trước các chất độc này.
Nồng độ muối vô cơ cần khống chế sao cho < 10 g/l.
- Hàm lượng các chất rắn lơ lửng (SS ) ở dạng huyền phù  
Nếu nồng độ chất lơ lửng không quá 100mg/l thì loại hình xử lý thích hợp là bể lọc sinh học và nồng độ không quá 150mg/l là xử lý bằng aeroten sẽ cho hiệu quả phân huỷ các chất hữu cơ nhiễm bẩn là cao nhất.
Hàm lượng chất rắn lơ lửng cao thường làm ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý. Vì vậy, cần phải qua lắng trong giai đoạn xử lý sơ bộ một cách đầy đủ để loại bỏ các cặn lớn và một phần các chất rắn lơ lửng.
- Nồng độ chất bẩn hữu cơ trong nước thải
Nồng độ cơ chất trong môi trường ảnh hưởng nhiều tới đời sống của vi sinh vật. Vi sinh vật sẽ bị ức chế và bị kìm hãm quá trình hoạt động sống trong trường hợp nồng độ chất bẩn hữu cơ cao hơn nồng độ cho phép.
Đối với Aeroten thông thường thì hàm lượng BOD = 500mg/l; đối với Aeroten khuấy trộn hoàn chỉnh thì BOD < 1000mg/l. Nếu BOD cao quá thì cần pha loãng nước thải hoặc qua xử lý kị khí trước rồi qua xử lý hiếu khí sau.
- Hàm lượng sinh khối (MLSS ) và tỉ lệ F/M  
Hàm lượng sinh khối trong bể sinh học hiếu khí thường dao động từ 500 – 3000mg/l. Tuỳ theo hàm lượng và bản chất của chất ô nhiễm trong nước thải cũng như hoạt lực của bùn hoạt tính mà hàm lượng sinh khối sẽ khác nhau:
+ Các hệ thống cao tải có thể sử dụng hàm lượng sinh khối cao từ 1500 – 3000mg/l.
+ Với hệ thống Aeroten thông thường thì hàm lượng sinh khối dao động trong khoảng từ 500 – 1500mg/l.
Tỉ lệ F/M (Food/ microorganism = chất thải/ vi sinh vật): là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật hiếu khí.
+ Nếu F/M << 1: Thiếu dinh dưỡng cho vi sinh vật hoạt động.
+ Nếu F/M >1 : Vi sinh vật phát triển sinh khối, không tạo nha bào nên không kết dính với nhau lại thành bông, kích thước bông bùn giảm, bùn khó lắng làm nước ra sau xử lý không đạt độ trong yêu cầu.
+ Tỷ lệ F/M = 0,2 ÷ 0,6 : Tạo độ ổn định trong quá trình xử lý hiếu khí.

Ø  Các dạng thiết bị thường gặp
+ Xử lý nước thải bằng lọc sinh học
Nguyên lý của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxy hoá các chất bẩn hữu cơ trong nước. Các màng sinh học là tập thể các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hiếu khí, kỵ khí và tuỳ tiện. Các vi khuẩn hiếu khí tập trung ở lớp ngoài của màng sinh học, ở đây chúng phát triển và gắn với giá mang là các vật liệu lọc (được gọi là sinh trưởng dính bám).
Trong quá trình làm việc, các vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy từ trên xuống, sau đó nước thải đã làm sạch được thu gom xả vào bể lắng bậc 2. Nước thải vào bể lắng bậc 2 có thể kéo theo những mãnh vở của màng sinh học bị tróc ra khi lọc làm việc. Trong thực tế, một phần nước đã qua bể lắng được quay trở lại làm nước pha loãng cho các loại nước thải đậm đặc trước khi vào bể lọc và giữ nhiệt cho màng sinh học làm việc.
Các chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxi hóa bỡi quần thể vi sinh vật ở màng sinh học. Màng này thường dày khoảng 0,1 – 0,4mm. Các chất hữu cơ trước hết bị phân hủy bỡi vi sinh vật hiếu khí, sau đó thấm sâu vào màng, nước hết oxi hòa tan và sẽ chuyển sang phân hủy bỡi vi sinh vật kị khí. Khi các chất hữu cơ có trong nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ chuyển sang hô hấp nội bào và khả năng dính kết cũng giảm, dần dần bị vỡ cuốn theo nước lọc. Hiện tượng này gọi là tróc màng. Sau đó lớp màng mới lại xuất hiện.
Vật liệu lọc khá phong phú : từ đá dăm, đá ong, vòng kim loại, vòng gốm, than đá, than cốc, gỗ mãnh, chất dẻo tấm uốn lượn...
Lọc sinh học đang được dùng hiện nay chia làm 2 loại:
+ Lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập trong nước,
+ Lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước.
Phương pháp lọc có ưu điểm là: đơn giản, tải lượng chất gây ô nhiễm thay đổi trong giới hạn rộng trong ngày, thiết bị cơ khí đơn giản và tiêu hao ít năng lượng nhưng cũng có nhược điểm là hiệu suất quá trình phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độ không khí, chiều dày màng sinh học, tốc độ oxi hóa, cường độ hô hấp của vi sinh vật, bản chất các chất hữu cơ, đặc tính bể lọc, độ thấm ướt của màng…


+ Bể Aeroten thường (truyền thống)
Nước thải sau khi được tách cặn trong bể lắng sơ cấp sẽ được dẫn vào và trộn với bùn hoạt tính tuần hoàn ở đầu bể aeroten. Tiếp đó xảy ra các phản ứng khoáng hóa các chất hữu cơ, tổng hợp sinh khối và nitrat hóa bỡi các enzym của vi sinh vật trong điều kiện có đủ oxi. Sau khi ra khỏi bể, nước thải đã được làm sạch.
Nhược điểm của bể này là chỉ áp dụng để xử lý nước thải có BOD_v < 400mg/l.


+ Bể Aeroten làm thoáng kéo dài
Bể này được thiết kế với tải trọng chất hữu cơ thấp, chỉ số F/M thấp, thời gian làm thoáng thường 20 – 30h.
Bể này sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp có công suất < 3500 m³/ngày. Trong bể này, do vi sinh vật bị bỏ đói nên thực hiện quá trình oxy hóa tế bào tăng dẫn tới nước thải ra được xử lý triệt để, lượng bùn thải ít.

+ Mương oxy hóa
Mương oxy hóa là một dạng cải tiến của bể aeroten khuấy trộn hoàn chỉnh, làm việc trong chế độ làm thoáng kéo dài với hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính chuyển động tuần hoàn và liên tục ở trong mương (trạng thái lơ lửng).
Khi hoạt động, trong mương oxy hóa sẽ hình thành 2 vùng cơ bản :
Vùng oxic : quá trình oxy hóa cacbon và nitrat hóa xảy ra khi có đủ oxy.
Vùng anoxic : là vùng thiếu khí, xảy ra quá trình denitrat hóa.

+ Aeroten tải trọng cao
Bể này được áp dụng khi yêu cầu nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn cột B hoặc cột C. Khi đó nước thải vào aeroten sẽ được trộn với 10 – 15% bùn tuần hoàn và hỗn hợp này sẽ được đưa vào bể để làm thoáng trong thời gian 1 – 3h.

+ Bể Aeroten kết hợp lắng hoạt động gián đoạn theo mẻ (SBR -Sequencing Batch Reactor)
Các giai đoạn hoạt động diễn ra trong một ngăn bể bao gồm: làm đầy nước thải, thổi khí, để lắng tĩnh, xả nước thải và xả bùn dư. Trong bước một, khi cho nước thải vào bể, nước thải được trộn với bùn hoạt tính lưu lại từ chu kỳ trước. Sau đấy, hỗn hợp nước thải và bùn được sục khí ở bước hai với thời gian thổi khí đúng như thời gian yêu cầu. Quá trình diễn ra gần với điều kiện trộn hoàn toàn và các chất hữu cơ được oxy hoá trong giai đoạn này. Bước thứ ba là quá trình lắng bùn trong điều kiện tĩnh. Tiếp đến, nước trong nằm phía trên lớp bùn được xả ra khỏi bể. Bước cuối cùng là xả lượng bùn dư được hình thành trong quá trình thổi khí ra khỏi ngăn bể, các ngăn bể khác hoạt động lệch pha để đảm bảo cho việc cung cấp nước thải lên trạm xử lý nước thải liên tục.
Công trình SBR hoạt động gián đoạn, có chu kỳ. Các quá trình trộn nước thải với bùn, lắng bùn cặn... diễn ra gần giống điều kiện lý tưởng nên hiệu quả xử lý nước thải cao. BOD của nước thải sau xử lý thường thấp hơn 50 mg/l, hàm lượng cặn lơ lửng từ 10 đến 45 mg/l và N-NH₃ khoảng từ 0,3 đến 12 mg/l. Bể aeroten hoạt động gián đoạn theo mẻ làm việc không cần bể lắng đợt hai. Trong nhiều trường hợp, người ta cũng bỏ qua bể điều hoà và bể lắng đợt một.
Hệ thống aeroten hoạt động gián đoạn SBR có thể khử được nitơ và phốt pho sinh hoá do có thể điều chỉnh được các quá trình hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí trong bể bằng việc thay đổi chế độ cung cấp ôxy. Các ngăn bể được sục khí bằng máy nén khí, máy sục khí dạng Jet hoặc thiết bị khuấy trộn cơ học. Chu kỳ hoạt động của ngăn bể được điều khiển bằng rơle thời gian. Trong ngăn bể có thể bố trí hệ thống vớt váng, thiết bị đo mức bùn...
Bể aeroten hệ SBR có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, hiệu quả xử lý cao, khử được các chất dinh dưỡng nitơ, dễ vận hành. Sự dao động lưu lượng nước thải ít ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý. Để bể hoạt động có hiệu quả người vận hành phải có trình độ và theo dõi thường xuyên các bước xử lý nước thải.

Ø   Ưu, nhược điểm khi sử dụng phương pháp hiếu khí 
- Ưu điểm:
+ Thời gian xử lý nhanh, thời gian lưu bùn và nước nhỏ thích hợp với các nhà máy có lưu lượng dòng thải lớn và hàm lượng BOD không cao lắm hoặc có thể kết hợp xử lý lần 2 sau bể yếm khí nếu còn hàm lượng BOD cao.
+ Hiệu suất xử lý khá cao, chịu được sự dao động lớn của lưu lượng và chất lượng nước thải.
+ Bùn sau xử lý có thể tận dụng làm phân vi sinh.
+ Hệ thống được cấp khí liên tục nên nước sau xử lý đảm bảo được lượng oxy hoà tan.
+ Hạn chế sinh ra khí độc, mùi thối.
+ Phương pháp này có thể loại bỏ BOD trong thời gian ngắn, có thể khử được N, P. Hiệu suất khử BOD có thể lên tới 99%.
+ Bùn dễ lắng.

- Nhược điểm:
+ Tốn năng lượng cho quá trình sục khí.
+ Lượng bùn sinh ra nhiều hơn so với yếm khí.
+ Thích hợp đối với nước thải có BOD < 1000mg/l và hàm lượng chất độc thấp.
+ Khó phân huỷ được một số chất béo và các chất hữu cơ mạch vòng.
Phương pháp xử lý sinh học yếm khí, hiếu khí (điều kiện nhân tạo) rất thích hợp cho nước thải ở khu công nghiệp.

Tổng quan về các công nghệ xử lý nước thải khu công nghiệp

Để được tư vấn miễn phí về các dịch vụ xử lý môi trường nói chung và xử lý nước thải nói riêng, quý khách vui lòng liên hệ theo số điện thoại: 0904921518.
Ngoài ra chúng tôi còn nhận khảo sát, thiết kế, thi công cho các công trình xử lý nước thải trên khắp các tỉnh thành. Với tiêu chí chất lượng đặt lên hàng đầu.