1. Giới thiệu về xử lý nước thải sinh học

1.1 Xử lý nước thải sinh học là gì?

Xử lý nước thải sinh học là một công nghệ khai thác sức mạnh của Vi sinh vật Vi khuẩn có thể tiêu thụ và phá vỡ các chất ô nhiễm hữu cơThì chất dinh dưỡng (như nitơ và phốt pho)Thì và các chất gây ô nhiễm khác được tìm thấy trong nước thải. Về cơ bản, nó là một phiên bản được kiểm soát, tăng tốc của quá trình tự thanh lọc của tự nhiên.

Mục tiêu cơ bản là biến đổi các chất có hại, hòa tan và keo (góp phần vào Bod và ĐồngD) thành các sản phẩm phụ vô hại, như carbon dioxide, nước và sinh khối vi sinh vật mới (bùn). Phương pháp này là rất quan trọng bởi vì nó là cách hiệu quả nhất và thường là cách tiết kiệm chi phí nhất để loại bỏ phần lớn tải trọng hữu cơ trước khi nước được đưa trở lại môi trường.

---

1.2 Tầm quan trọng của xử lý sinh học trong quản lý nước thải

Việc xả nước thải không kiểm soát được rủi ro nghiêm trọng đối với các hệ sinh thái y tế công cộng và dưới nước. Nồng độ cao của chất hữu cơ oxy hòa tan trong việc nhận nước, dẫn đến cái chết của cá và đời sống dưới nước khác. Ngoài ra, các chất dinh dưỡng dư thừa có thể gây ra lớn MỘTlgal nở hoa (Hoàng gia), và mầm bệnh có thể lây lan bệnh.

Điều trị sinh học là linchpin của quản lý nước thải hiện đại vì nhiều lý do:

• Loại bỏ chất ô nhiễm hiệu quả: Nó loại bỏ hiệu quả Nhu cầu oxy hóa sinh (Bod) , là thước đo của chất hữu cơ phân hủy sinh học.

• Kiểm soát dinh dưỡng: Nó có thể được thiết kế đặc biệt để loại bỏ nitơ (để ngăn chặn sự suy giảm oxy và độc tính) và phốt pho (để kiểm soát sự phú dưỡng).

• Hiệu quả chi phí: Nói chung, nó ít sử dụng nhiều năng lượng và ít tốn kém hơn so với các lựa chọn xử lý tiên tiến hoặc hóa chất hoàn ĐẾNàn cho các ứng dụng quy mô lớn.

1.2.1 Điều trị sinh học là giai đoạn thứ cấp

Xử lý nước thải thường đạt được trong một chuỗi các giai đoạn:

1. Điều trị chính: Một quá trình vật lý trong đó trọng lực được sử dụng trong các bể lớn để giải quyết các chất rắn nặng nhất (TSS) và bỏ qua dầu mỡ và vật liệu nổi.

2. Điều trị thứ cấp: Đây là Giai đoạn điều trị sinh học . Nước chảy từ các chất làm sạch chính vẫn chứa mức độ cao của chất hữu cơ keo hòa tan và mịn; Vi sinh vật được giới thiệu để tiêu thụ tải này.

3. Điều trị cấp ba/nâng cao: Một giai đoạn đánh bóng cuối cùng có thể bao gồm lọc, khử trùng và loại bỏ các chất gây ô nhiễm hoặc chất dinh dưỡng cụ thể trước khi nước được thải ra một cách an toàn hoặc tái sử dụng.

---

1.3 Tổng quan về các quá trình sinh học

Các quy trình xử lý nước thải sinh học được phân loại rộng rãi dựa trên các yêu cầu oxy của các vi sinh vật liên quan:

• Các quy trình hiếu khí: Các hệ thống này yêu cầu oxy hòa tan (LÀM) để chức năng. Các vi sinh vật sử dụng oxy để chuyển hóa các chất ô nhiễm hữu cơ thành carbon dioxide, nước và các tế bào mới. Đây là phương pháp phổ biến nhất để loại bỏ Bod. Ví dụ bao gồm Bùn hoạt tính Và Bộ lọc nhỏ giọt .

• Các quy trình kỵ khí: Các hệ thống này hoạt động trong không có oxy . Vi sinh vật phá vỡ chất hữu cơ thành khí sinh học (Chủ yếu là metan và ${\text{Đồng}}_2$ ) và một khối lượng bùn thấp hơn. Chúng thường được sử dụng cho nước thải công nghiệp cường độ cao hoặc để xử lý bùn kết quả từ các quá trình hiếu khí. Một ví dụ là Chăn bùn kỵ khí $\text{Uasb}$ ) .

• Các quá trình anoxic: Các quy trình này là không có oxy , nhưng các vi sinh vật sử dụng oxy liên kết hóa học (cụ thể là từ nitrat hoặc nitrite các ion) thay vì phân tử ${\text{O}}_2$ . Đây là bước quan trọng cho Xử lý (loại bỏ nitơ) trong nhiều nhà máy điều trị tiên tiến.

2. Nguyên tắc xử lý nước thải sinh học

Hiệu quả của việc xử lý nước thải sinh học hoàn toàn dựa trên sự hiểu biết và kiểm soát thế giới siêu nhỏ trong lò phản ứng. Phần này chi tiết các tác nhân sinh học chính và các quá trình sinh hóa cơ bản mà họ thúc đẩy.

2.1 Vai trò của vi sinh vật

Một hệ thống điều trị sinh học lành mạnh, thường được gọi là rượu hỗn hợp hoặc Sinh khối , là một hệ sinh thái đa dạng. Mục tiêu tập thể của cộng đồng vi sinh vật này là tiêu thụ các chất ô nhiễm hữu cơ ("thực phẩm") để phát triển, sinh sản và tạo ra năng lượng.

2.1.1 Vi khuẩn

Vi khuẩn là con ngựa của quá trình điều trị. Họ chịu trách nhiệm cho phần lớn $\text{Bod}$ loại bỏ Và Loại bỏ chất dinh dưỡng . Chúng tạo thành flocs (cụm nhỏ) rất quan trọng để giải quyết trong các bộ làm rõ. Các nhóm chính bao gồm vi khuẩn dị dưỡng (tiêu thụ các hợp chất carbon) và vi khuẩn tự trị (thực hiện nitrat hóa).

2.1.2 nấm

Nấm thường ít chiếm ưu thế hơn nhưng trở nên quan trọng trong một số điều kiện nhất định, đặc biệt là trong các hệ thống điều trị thấp $\text{PH}$ hoặc high-strength industrial wastes. While they contribute to organic degradation, excessive fungal growth can cause Bulking (định cư kém của bùn) do cấu trúc sợi của chúng.

2.1.3 Protozoa

Động vật nguyên sinh và các sinh vật cao hơn khác (như rotifers) không phải là những người thoái hóa chính mà đóng vai trò quan trọng trong đánh bóng nước thải. Họ tiêu thụ vi khuẩn phân tán và vật chất hạt mịn, đóng vai trò là "chất tẩy rửa" góp phần vào một nước thải cuối cùng rõ ràng hơn. Sự hiện diện và đa dạng của họ cũng là các chỉ số chính của sức khỏe và sự ổn định của hệ thống sinh học.

---

2.2 Phản ứng sinh hóa

Việc loại bỏ các chất ô nhiễm xảy ra thông qua một chuỗi các phản ứng sinh hóa phức tạp, được phân loại bởi chất nhận electron được sử dụng bởi các vi sinh vật.

2.2.1 Quá trình hiếu khí

Những phản ứng này xảy ra khi có Oxy hòa tan ( $\text{LÀM}$ ) . Các vi khuẩn sử dụng $\text{LÀM}$ Là chất nhận điện tử cuối cùng để chuyển đổi chất hữu cơ thành các sản phẩm ổn định, vô hại.

Chất hữu cơ O2 → Vi khuẩn Đồng2 H2 O Tế bào mới

Nitrat hóa , một quá trình hiếu khí hai bước, là chìa khóa để loại bỏ nitơ:

1. Nóng nitrit hóa: MỘTmoniac ( ${\text{NH}}_4^{}$ ) được chuyển đổi thành nitrite ( ${\text{KHÔNG}}_2^{-}$ ).

2. Nitratation: Nitrit ( ${\text{KHÔNG}}_2^{-}$ ) được chuyển đổi thành nitrat ( ${\text{KHÔNG}}_3^{-}$ ).

2.2.2 Các quá trình kỵ khí

Những phản ứng này xảy ra trong khi hoàn toàn không có ${\text{O}}_2$ . Quá trình này bao gồm một số bước để chuyển đổi chất hữu cơ phức tạp thành khí sinh học (chủ yếu khí mêtan ( ${\text{Ch}}_4$ ) Và ${\text{CO}}_2$ ), có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng. Các giai đoạn chính là thủy phân, tạo axit, acetogenesis, và cuối cùng, Methanogenesis .

Chất hữu cơ → vi khuẩn Ch4 CO2 tế bào mới nóng

2.2.3 Các quá trình anoxic

Những phản ứng này xảy ra khi $\text{LÀM}$ vắng mặt, nhưng Nitrat ( ${\text{KHÔNG}}_3^{-}$ ) là hiện tại. Một số vi khuẩn sử dụng oxy liên kết hóa học trong phân tử nitrat, làm giảm nitrat thành vô hại khí nitơ ( ${\text{N}}_2$ ) được phát hành vào bầu khí quyển. Quá trình này được gọi là Xử lý Và is essential for preventing nitrogen pollution.

Chất hữu cơ nitrat → vi khuẩn khí nitơ (N2) CO2 H2 O

---

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến điều trị sinh học

Hiệu quả của cộng đồng vi sinh vật rất nhạy cảm với các điều kiện trong lò phản ứng. Kiểm soát hoạt động tập trung vào việc duy trì các yếu tố này trong phạm vi tối ưu.

2.3.1 Nhiệt độ

Hoạt động của vi sinh vật tăng theo nhiệt độ lên đến một điểm tối ưu (thông thường $20-35^{\circ }\text{C}$ cho thực vật thành phố). Nhiệt độ thấp hơn làm chậm tốc độ phản ứng, trong khi nhiệt độ quá cao có thể làm biến tính các enzyme, tiêu diệt các vi khuẩn.

2.3.2 $\text{PH}$

Hầu hết các vi sinh vật phát triển mạnh trong một khu vực gần trung tính $\text{PH}$ phạm vi (thông thường $6.5-7.5$ ). Vô cùng $\text{PH}$ (axit hoặc cơ bản) có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn và ngăn chặn các quá trình quan trọng như nitrat hóa.

2.3.3 Sẵn có chất dinh dưỡng

Vi sinh vật cần một chế độ ăn uống cân bằng để phát triển. Chìa khóa Các chất dinh dưỡng đa lượng - Nitơ (N) Và Phốt pho (P) -must be available, often in the ratio of $\text{Bod}:\text{N}:\text{P}$ của về $100:5:1$ . Thiếu hụt có thể hạn chế nghiêm trọng sự tăng trưởng của sinh khối cần thiết để xử lý chất thải.

2.3.4 oxy hòa tan ( $\text{LÀM}$ )

$\text{LÀM}$ Cấp độ rất quan trọng đối với quá trình hiếu khí (Thông thường được duy trì tại $1-3\text{mg/l}$ ), vì không đủ oxy sẽ làm chậm quá trình suy thoái. Ngược lại, $\text{LÀM}$ phải được kiểm soát nghiêm ngặt hoặc vắng mặt Hát điểm Và anoxic các khu vực cho các quá trình tương ứng xảy ra.

Đây là dự thảo nội dung cho phần thứ ba của bài viết của bạn, tập trung vào Các loại quy trình xử lý nước thải sinh học .

---

3. Các loại quy trình xử lý nước thải sinh học

Các hệ thống điều trị sinh học được phân loại cơ bản bởi cách cộng đồng vi sinh vật được duy trì và liệu oxy có được cung cấp hay không. Các quá trình này có thể được nhóm thành aerobic (yêu cầu oxy), kỵ khí (thiếu oxy) và hệ thống lai.

3.1 Quá trình điều trị hiếu khí

Các quá trình hiếu khí là loại điều trị thứ cấp phổ biến nhất, dựa vào việc cung cấp oxy liên tục để duy trì chuyển hóa vi sinh vật. Chúng có hiệu quả cao trong việc loại bỏ chất hữu cơ (Bod).

3.1.1 Quy trình bùn hoạt tính

Đây là hệ thống hiếu khí phổ biến nhất trên toàn cầu. Nó liên quan đến việc đưa nước thải vào bể chứa khí chứa huyền thoại vi sinh vật ( bùn hoạt tính ). Các vi khuẩn tiêu thụ các chất gây ô nhiễm, hình thành các khối vi sinh vật dày đặc, có thể giải quyết (Flocs), và sau đó được tách ra khỏi nước được xử lý trong một chất làm sạch thứ cấp. Một phần của bùn này được tái chế trở lại bể sục khí để duy trì nồng độ sinh khối hoạt động cao.

3.1.2 Bộ lọc nhỏ giọt

Các bộ lọc nhỏ giọt (hoặc bộ lọc sinh học) là các hệ thống màng cố định trong đó nước thải được phân phối trên một lớp môi trường (ví dụ: đá, nhựa). MỘT màng sinh học (một lớp vi sinh vật) phát triển trên bề mặt phương tiện truyền thông. Khi nước thải "lừa" xuống, các vi khuẩn trong màng sinh học hấp thụ và làm suy giảm chất hữu cơ. Lưu thông không khí tự nhiên cung cấp oxy cần thiết.

3.1.3 Các tiếp xúc sinh học quay (RBC)

RBC là một hệ thống màng cố định khác bao gồm các đĩa lớn, cách đều nhau, các đĩa quay được gắn trên trục ngang. Các đĩa được nhấn chìm một phần trong nước thải. Khi các đĩa quay, họ xen kẽ lấy một màng nước thải và sau đó đưa màng sinh học vào khí quyển để chuyển oxy.

3.1.4 Đồ chơi có khí

Đây là những lưu vực lớn, nông sử dụng các thiết bị sục khí bề mặt hoặc hệ thống không khí khuếch tán để cung cấp oxy cho quần thể vi sinh vật trong nước thải. Chúng yêu cầu một khu vực đất rộng nhưng đơn giản hơn để hoạt động và lý tưởng cho các khu vực có mật độ dân số thấp hơn.

3.1.5 Bihoặceacthoặc (MBRS) (MBRS)

MBR kết hợp một quy trình bùn hoạt tính thông thường với một lọc màng đơn vị (vi lọc hoặc siêu lọc). Các màng tách các chất rắn, loại bỏ sự cần thiết của một bộ làm rõ thứ cấp. Điều này cho phép nồng độ sinh khối cao hơn nhiều (cao $\text{SRT}$ ) và sản xuất nước thải chất lượng đặc biệt cao, sẵn sàng để tái sử dụng.

---

3.2 Quá trình điều trị kỵ khí

Các quá trình kỵ khí hoạt động mà không cần oxy và đặc biệt phù hợp để xử lý nước thải cường độ cao hoặc để ổn định bùn, vì chúng tạo ra một nguồn năng lượng có giá trị.

3.2.1 Tiêu hóa kỵ khí

Điều này chủ yếu được sử dụng để ổn định bùn (Biosolids) được tạo ra bằng cách điều trị hiếu khí. Bùn được đặt trong các bể được làm nóng, niêm phong trong đó vi khuẩn kỵ khí chuyển đổi một phần đáng kể của chất rắn hữu cơ thành khí sinh học ( ${\text{Ch}}_4$ ). Điều này làm giảm khối lượng bùn và mùi.

3.2.2 Tấm chăn bùn kỵ khí nâng lên ( $\text{Uasb}$ ) Lò phản ứng

Các $\text{Uasb}$ là một hệ thống kỵ khí tỷ lệ cao trong đó nước thải chảy lên qua một "tấm chăn" dày đặc của các hạt vi sinh vật (bùn). Khi chất hữu cơ bị suy giảm, khí sinh học được sản xuất làm cho các hạt lưu thông, tạo ra sự tiếp xúc tuyệt vời giữa sinh khối và nước thải.

3.2.3 Bộ lọc kỵ khí

Cácse fixed-film reactors are packed with media. Wastewater flows through the packed bed, and the anaerobic microbes grow attached to the media, creating a highly efficient system for treating soluble organic waste.

---

3.3 Quá trình điều trị lai

Các hệ thống lai kết hợp các tính năng của các loại lò phản ứng thông thường hoặc khác nhau để tăng cường hiệu quả, đặc biệt là loại bỏ chất dinh dưỡng và hạn chế không gian.

3.3.1 Lò phản ứng hàng loạt giải trình tự ( $\text{SBRS}$ )

$\text{SBRS}$ là duy nhất ở chỗ tất cả các giai đoạn điều trị (điền, phản ứng, giải quyết, rút) xảy ra tuần tự Xe tăng đơn . Chúng rất linh hoạt và dễ thích nghi để loại bỏ chất dinh dưỡng chính xác bằng cách kiểm soát thời gian của các pha hiếu khí, anoxic và kỵ khí trong chu kỳ.

3.3.2 SLUDGE KINH SÁCh FILM cố định tích hợp ( $\text{Ifas}$ ) Hệ thống

$\text{Ifas}$ Các hệ thống là sự kết hợp của bùn hoạt tính (tăng trưởng lơ lửng) và công nghệ màng cố định. Các chất mang màng sinh học (môi trường nhựa) được thêm trực tiếp vào lưu vực sục khí bùn hoạt tính. Điều này cho phép nồng độ sinh khối cao, cung cấp một môi trường ổn định cho vi khuẩn phát triển chậm (như nitrifers) trong khi vẫn duy trì tính linh hoạt của hệ thống bùn lơ lửng.

4. Cân nhắc thiết kế cho các hệ thống điều trị sinh học

Thiết kế một nhà máy xử lý sinh học hiệu quả và ổn định đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các đặc tính nước thải và hiệu chuẩn cẩn thận các thông số lò phản ứng. Mục tiêu là tạo ra môi trường tối ưu cho các vi sinh vật phát triển mạnh và loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm.

4.1 Đặc điểm nước thải

Các success of a biological system starts with accurately characterizing the influent (incoming) wastewater.

4.1.1 $\text{Bod}$ (Nhu cầu oxy sinh hóa)

$\text{Bod}$ là lượng oxy theo yêu cầu của các vi sinh vật để phân hủy chất hữu cơ trong nước trong một thời gian cụ thể (thường là năm ngày, ${\text{Bod}}_5$ ). Nó là tham số thiết kế chính Được sử dụng để kích thước lò phản ứng sinh học, vì nó chỉ ra lượng tải hữu cơ mà quần thể vi sinh vật phải tiêu thụ.

4.1.2 $\text{COD}$ (Nhu cầu oxy hóa học)

$\text{COD}$ là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hóa học tất cả hoặcganic and inorganic matter. It measures both biodegradable and non-biodegradable components. The $\text{Bod}/\text{COD}$ tỷ lệ rất quan trọng: tỷ lệ cao (ví dụ:> 0,5) cho thấy chất thải cao Phân hủy sinh học Và well-suited for biological treatment.

4.1.3 $\text{TSS}$ (Tổng chất rắn lơ lửng)

$\text{TSS}$ Đại diện cho các chất rắn được giữ trong hệ thống treo. Cao $\text{TSS}$ Có thể cần phải điều trị chính rộng hơn và ảnh hưởng đến việc quản lý bùn sinh học (sinh học). Giải quyết tốt của $\text{TSS}$ là rất quan trọng để sản xuất nước thải sạch.

4.1.4 Chất dinh dưỡng (nitơ và phốt pho)

Các concentration of Nitơ ( $\text{N}$ ) Và Phốt pho ( $\text{P}$ ) là quan trọng vì hai lý do:

1. Sức khỏe vi sinh vật: Đủ $\text{N}$ Và $\text{P}$ được yêu cầu cho sự tăng trưởng sinh khối ( $100:\text{Bod}:5:\text{N}:1:\text{P}$ tỷ lệ).

2. Chất lượng nước thải: Nếu các chất dinh dưỡng này có mặt với số lượng cao, hệ thống phải được thiết kế riêng cho Loại bỏ chất dinh dưỡng (Nitrat hóa/khử nitrat hóa và loại bỏ phốt pho sinh học tăng cường, $\text{Ebpr}$ ) để ngăn chặn sự phú dưỡng trong việc tiếp nhận nước.

---

4.2 Tiêu chí lựa chọn quy trình

Chọn quy trình sinh học phù hợp phụ thuộc vào một số yếu tố:

• Sức mạnh nước thải: Độ bền cao (cao $\text{COD}/\text{Bod}$ ) Chất thải công nghiệp thường ủng hộ Hát điểm processes Đối với sản xuất khí sinh học, tiếp theo là đánh bóng. Chất thải thành phố thấp đến trung bình thường sử dụng Bùn hoạt tính hiếu khí .

• Yêu cầu nước thải: Giới hạn xả thải nghiêm ngặt (đặc biệt đối với các chất dinh dưỡng) nhu cầu các hệ thống phức tạp như $\text{MBRS}$ hoặc multi-stage processes ( $\text{SBRS}$ , bùn hoạt tính nhiều giai đoạn).

• Đất có sẵn: Các vị trí bị hạn chế không gian thường yêu cầu các công nghệ nhỏ gọn, tốc độ cao như $\text{MBRS}$ hoặc $\text{Ifas}$ , trong khi đầm phá phù hợp, nơi đất giá rẻ và dồi dào.

• Chi phí hoạt động: Các quá trình hiếu khí đòi hỏi đầu vào năng lượng cao để sục khí, trong khi các quá trình kỵ khí tạo ra năng lượng (khí sinh học), ảnh hưởng đến chi phí dài hạn.

---

4.3 Thông số thiết kế lò phản ứng

Cácse parameters are the operational levers used to control the microbial ecosystem within the reactor.

4.3.1 Thời gian duy trì thủy lực ( $\text{Hrt}$ )

$\text{Hrt}$ là thời gian trung bình một đơn vị nước vẫn còn bên trong lò phản ứng.

Một lâu hơn $\text{Hrt}$ Cung cấp nhiều thời gian tiếp xúc hơn giữa các vi sinh vật và các chất ô nhiễm, nhưng đòi hỏi kích thước bể lớn hơn.

4.3.2 Thời gian lưu giữ vững chắc ( $\text{SRT}$ )

$\text{SRT}$ (Cũng được gọi $\text{Mcrt}$ hoặc Sludge Retention Time) is the average time the Vi sinh vật (solids) vẫn hoạt động trong hệ thống.

$\text{SRT}$ là Tham số điều khiển quan trọng nhất cho hoạt động sinh học. Dọc theo $\text{SRT}$ (ví dụ., $10-30$ ngày) là cần thiết để nuôi dưỡng các sinh vật phát triển chậm như máy tính nitrif Để loại bỏ nitơ.

4.3.3 Food-to-Microhoặcism ( $\text{F}/\text{M}$ ) Tỷ lệ

Các $\text{F}/\text{M}$ tỷ lệ là tải trọng hữu cơ hàng ngày (thực phẩm, được đo là $\text{Bod}$ hoặc $\text{COD}$ ) được cung cấp trên một đơn vị khối lượng vi sinh vật ( $\text{M}$ , được đo dưới dạng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi của rượu hoặc $\text{MLVSS}$ ) trong lò phản ứng.

• A cao $\text{F}/\text{M}$ (ví dụ., > 0.5 $\text{kg}\text{Bod}/\text{kg}\text{MLVSS}\cdot \text{d}$ ) có nghĩa là vi khuẩn là "đói" và xử lý nước một cách nhanh chóng, nhưng bùn lắng xuống kém.

• A thấp $\text{F}/\text{M}$ (ví dụ., < 0.1 $\text{kg}\text{Bod}/\text{kg}\text{MLVSS}\cdot \text{d}$ ) dẫn đến bùn cũ, định cư tốt, nhưng đòi hỏi một bể lớn hơn và chậm hơn.

---

4.4 Quản lý bùn

Tất cả các quá trình sinh học tạo ra Sinh khối dư thừa (bùn) phải được loại bỏ khỏi hệ thống. Bùn này thường $95-99\%$ Nước nhưng chứa các chất gây ô nhiễm tập trung, làm cho nó trở thành một thách thức xử lý. Xử lý bùn (dày lên, khử nước và thường xuyên Hát điểm digestion ) là một thành phần quan trọng, chi phí cao của quản lý nước thải tổng thể, nhằm ổn định vật liệu và giảm khối lượng của nó trước khi xử lý cuối cùng (ví dụ: ứng dụng đất hoặc chôn lấp).

5. Các ứng dụng của xử lý nước thải sinh học

Xử lý sinh học là một công nghệ thích ứng cao, cần thiết để chế biến nước thải từ các nguồn khác nhau, từ các khu vực đô thị lớn đến các cơ sở công nghiệp chuyên biệt.

5.1 Xử lý nước thải thành phố

Nước thải thành phố, chủ yếu có nguồn gốc từ nhà dân cư, doanh nghiệp thương mại và tổ chức, là ứng dụng cổ điển để điều trị sinh học.

• Đặc trưng: Nó thường chứa tải trọng hữu cơ trung bình ( $\text{Bod}$ Và $\text{COD}$ ), mức độ cao của chất rắn lơ lửng ( $\text{TSS}$ ), và một lượng đáng kể các chất dinh dưỡng (nitơ và phốt pho).

• Các quy trình được sử dụng: Các standard treatment train relies heavily on Bùn hoạt tính Processes (Thường được sửa đổi cho Loại bỏ chất dinh dưỡng sinh học hoặc $\text{BNR}$ ) và đôi khi các hệ thống màng cố định như Bộ lọc nhỏ giọt hoặc $\text{RBC}$ . Mục tiêu chính là đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt để bảo vệ các tuyến đường thủy công cộng.

---

5.2 Xử lý nước thải công nghiệp

Nước thải công nghiệp có nhiều sự khác biệt về thành phần và nồng độ so với nước thải đô thị, thường đưa ra những thách thức độc đáo đòi hỏi các giải pháp sinh học tùy chỉnh.

5.2.1 Công nghiệp thực phẩm và đồ uống

• Đặc trưng: Tải trọng hữu cơ cao (đường, chất béo, tinh bột) và thường là nhiệt độ cao.

• Các quy trình được sử dụng: Hệ thống kỵ khí giống $\text{Uasb}$ lò phản ứng thường được sử dụng trước tiên để xử lý mức cao $\text{COD}$ Và generate valuable khí sinh học ( ${\text{Ch}}_4$ ) . Điều này thường được theo sau bởi một hệ thống hiếu khí nhỏ gọn ( $\text{MBR}$ hoặc $\text{Bùn hoạt tính}$ ) để đánh bóng cuối cùng.

5.2.2 Ngành công nghiệp giấy và bột giấy

• Đặc trưng: Khối lượng cao, màu sắc và các hợp chất lignin phân hủy sinh học chậm.

• Các quy trình được sử dụng: Các hệ thống quy mô lớn như Đồ đạc có sục khí hoặc high-rate activated sludge are common due to the massive flow rates. Specialized fungal or bacterial strains may be needed for color and persistent compound removal.

5.2.3 Công nghiệp hóa học

• Đặc trưng: Chứa các chất ô nhiễm độc hại hoặc không thông thường (chất hữu cơ tái tính, kim loại nặng) có thể ức chế hoạt động của vi sinh vật tiêu chuẩn.

• Các quy trình được sử dụng: Điều trị thường đòi hỏi phải có chất sinh học chuyên biệt, mạnh mẽ hoặc nhiều giai đoạn, đôi khi liên quan đến Sinh học (Thêm nuôi cấy vi khuẩn được lựa chọn đặc biệt) hoặc ghép với các phương pháp nâng cao như Các quá trình oxy hóa nâng cao ( $\text{AOPS}$ ) trước hoặc sau giai đoạn sinh học.

---

5.3 Xử lý nước thải nông nghiệp

Điều này bao gồm dòng chảy từ các trang trại và, đáng chú ý nhất là nước thải từ các hoạt động cho động vật tập trung ( $\text{Cafos}$ ), hoặc phân.

• Đặc trưng: Nồng độ cực kỳ cao của $\text{Bod}$ , $\text{TSS}$ , mầm bệnh, và đặc biệt là chất dinh dưỡng.

• Các quy trình được sử dụng: Điều trị liên quan đến đầm phá, tiếp theo là tiêu hóa kỵ khí (để giảm thể tích và sản xuất năng lượng) và điều trị hiếu khí tiếp theo để loại bỏ chất dinh dưỡng và mầm bệnh trước khi áp dụng hoặc xuất viện.

---

5.4 Xử lý nước thải tại chỗ

Phương pháp sinh học là rất cần thiết để xử lý nước thải ở các khu vực không có quyền truy cập vào các hệ thống thành phố tập trung.

• Bể tự hoại: Trong khi chủ yếu là vật lý, lớp bùn trong bể tự hoại trải qua quá trình tiêu hóa kỵ khí chậm.

• Cây quy mô nhỏ: Các hệ thống như nhỏ gọn $\text{SBRS}$ hoặc package $\text{MBRS}$ được sử dụng cho các trường riêng lẻ, bệnh viện, phát triển nhà ở hoặc các địa điểm công nghiệp từ xa, cung cấp nước thải chất lượng cao trong một dấu chân nhỏ.

Đây là dự thảo nội dung cho Phần thứ sáu của bài viết của bạn, tập trung vào Ưu điểm và nhược điểm của điều trị sinh học .

---

6. Ưu điểm và nhược điểm của điều trị sinh học

Mặc dù các quá trình sinh học tạo thành xương sống của quản lý nước thải hiện đại, nhưng chúng phải chịu những hạn chế nhất định phải được quản lý thông qua thiết kế và vận hành cẩn thận.

6.1 Ưu điểm

Điều trị sinh học mang lại lợi ích hấp dẫn so với các lựa chọn thay thế vật lý hoặc hóa học hoàn toàn.

6.1.1 Loại bỏ chất gây ô nhiễm hiệu quả

Hệ thống sinh học đặc biệt hiệu quả trong việc loại bỏ hoặcganic $\text{Bod}$ Và $\text{COD}$ từ nước thải, thường đạt được $90\%$ -Plus Tỷ lệ loại bỏ. Hơn nữa, chúng là phương tiện thực tế và hiệu quả nhất cho quy mô lớn Loại bỏ chất dinh dưỡng sinh học ( $\text{BNR}$ ) , cần thiết để bảo vệ các tuyến đường thủy nhạy cảm khỏi sự phú dưỡng gây ra bởi nitơ và phốt pho dư thừa.

6.1.2 Hiệu quả chi phí

Sau khi được xây dựng, chi phí vận hành cho các quá trình sinh học thường thấp hơn so với quy trình điều trị hóa học. Mặc dù các hệ thống hiếu khí đòi hỏi năng lượng đáng kể cho sục khí, nhưng điều này thường được bù đắp bằng chi phí cao và cung cấp liên tục cần thiết cho chất keo tụ hóa học hoặc kết tủa cần thiết trong các phương pháp phi sinh học. Hệ thống kỵ khí thậm chí có thể được nhà sản xuất năng lượng ròng thông qua thế hệ và sử dụng khí sinh học ( ${\text{Ch}}_4$ ).

6.1.3 thân thiện với môi trường

Điều trị sinh học về cơ bản liên quan đến các quá trình tự nhiên, chuyển đổi các chất ô nhiễm thành các sản phẩm ổn định, không độc hại ( ${\text{CO}}_2$ , ${\text{H}}_2\text{O}$ , và sinh khối). Kết quả Biosolids (bùn) Thường có thể được đối xử và tái sử dụng một cách an toàn như một sửa đổi đất, thúc đẩy cách tiếp cận kinh tế tuần hoàn để quản lý chất thải.

---

6.2 Nhược điểm

Các reliance on a living microbial community introduces certain operational vulnerabilities.

6.2.1 Độ nhạy cảm với các chất độc hại

Vi sinh vật là các tế bào sống và có thể dễ dàng bị ức chế hoặc giết chết bởi các đầu vào đột ngột của Hóa chất công nghiệp độc hại , kim loại nặng, cao $\text{PH}$ (axit hoặc bazơ), hoặc nồng độ muối cao. Một "tải trọng sốc" có thể quét sạch sinh khối của một hệ thống, yêu cầu nhiều ngày hoặc vài tuần để dân số phục hồi và điều trị chất lượng trở lại.

6.2.2 Sự bất ổn của quá trình

Hệ thống sinh học có thể bị các vấn đề bất ổn liên quan đến sức khỏe vi sinh vật, chẳng hạn như bùn bulking hoặc tạo bọt .

• Bulking xảy ra khi vi khuẩn sợi phát triển quá mức, ngăn chặn các loại bùn thải đúng cách trong bộ làm sạch, dẫn đến cao $\text{TSS}$ Trong nước thải cuối cùng.

• Tạo bọt thường được gây ra bởi các loại vi khuẩn cụ thể và có thể dẫn đến các vấn đề hoạt động và các mối nguy hiểm an toàn trên bề mặt bể sục khí.

6.2.3 Sản xuất bùn

Các fundamental goal of biological treatment is to convert dissolved pollutants into solid biomass (sludge). This necessary conversion creates the ongoing challenge and cost of bùn management (khử nước, ổn định và xử lý). Chi phí xử lý bùn có thể chiếm $30\%\text{to}50\%$ của tổng ngân sách hoạt động cho một nhà máy xử lý nước thải.

7. Những tiến bộ và đổi mới gần đây

Các field of biological wastewater treatment is continually evolving, driven by the need for greater efficiency, smaller footprints, and increased resource recovery. Recent innovations are transforming traditional systems.

7.1 Các quá trình oxy hóa nâng cao ( $\text{AOPS}$ )

$\text{AOPS}$ không nghiêm ngặt sinh học nhưng ngày càng được sử dụng trong song song với các hệ thống sinh học. Chúng liên quan đến việc tạo ra các loài thoáng qua phản ứng cao, chẳng hạn như gốc hydroxyl ( $\cdot \text{Ồ}$ ) , trong đó nhanh chóng oxy hóa và phá hủy các chất gây ô nhiễm hữu cơ không phân hủy sinh học (Recalcitrant hoặc Micropollutants).

• Ứng dụng: $\text{AOPS}$ được sử dụng như một tiền xử lý để phá vỡ các hợp chất độc hại, khiến chúng có thể tiếp cận được với các vi sinh vật hoặc như một sau điều trị (giai đoạn cấp ba) Để đánh bóng nước thải bằng cách loại bỏ dấu vết của dược phẩm và thuốc trừ sâu.

7.2 BioAugation và sinh học

Cácse techniques focus on actively managing the microbial population:

• Sinh học: Liên quan đến bổ sung các nền văn hóa vi sinh vật được lựa chọn đặc biệt đến một lò phản ứng. Điều này thường được thực hiện để giới thiệu các sinh vật có khả năng làm giảm các chất ô nhiễm công nghiệp phức tạp, cụ thể mà sinh khối bản địa không thể xử lý.

• Biostimulation: Liên quan đến Tối ưu hóa môi trường lò phản ứng (ví dụ., adding specific limiting nutrients like trace metals or vitamins) to enhance the growth and activity of the existing, native biomass to improve treatment efficiency.

7.3 Công nghệ bùn hạt

Sự đổi mới này cung cấp một bước nhảy vọt lớn về hiệu quả hệ thống và giảm dấu chân, chủ yếu được sử dụng trong Bùn hạt hiếu khí ( $\text{Ags}$ ) hệ thống.

• Nguyên tắc: Thay vì hình thành các loại bùn hoạt tính truyền thống, sinh khối tự nhiên tổ chức thành hình cầu dày đặc, nhỏ gọn, hình cầu hạt . Các hạt này ổn định nhanh hơn đáng kể và có các vùng riêng biệt (bên ngoài hiếu khí, nội thất anoxic/kỵ khí) cho phép loại bỏ đồng thời carbon, nitơ và phốt pho trong một lò phản ứng duy nhất.

• Lợi thế: Cho phép nồng độ sinh khối cao hơn nhiều và loại bỏ sự cần thiết của một bộ làm rõ riêng, giảm dấu chân thực vật $75\%$ .

7.4 Kỹ thuật di truyền của vi sinh vật

Mặc dù vẫn chủ yếu trong giai đoạn nghiên cứu và thí điểm, kỹ thuật di truyền giữ lời hứa to lớn. Các nhà khoa học đang điều tra các cách để:

• Tăng cường suy thoái: Sửa đổi các vi khuẩn để tăng tốc sự phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ dai dẳng ( $\text{Bật lên}$ ).

• Cải thiện hiệu quả: Các sinh vật kỹ sư thực hiện nhiều phản ứng (ví dụ: quá trình nitrat hóa và khử nitrat đồng thời) hiệu quả hơn hoặc chịu đựng các điều kiện độc hại sẽ ức chế quần thể tự nhiên.