Các công nghệ xử lý nước thải nhiễm nồng độ BOD cao hiệu quả

   Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD – Biochemical Oxygen Demand) là một chỉ tiêu quan trọng đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước thải. Nước thải có nồng độ BOD cao chứa lượng lớn các chất hữu cơ dễ phân hủy, gây ra hiện tượng thiếu hụt oxy trong nước nếu không được xử lý kịp thời, ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và sức khỏe cộng đồng. Việc xử lý nước thải nhiễm nồng độ BOD cao đòi hỏi các công nghệ hiệu quả và tiên tiến để đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn quy định.

   1. Quá trình xử lý sinh học hiếu khí

   Xử lý sinh học hiếu khí là phương pháp phổ biến nhất trong việc xử lý nước thải có nồng độ BOD cao. Quá trình này sử dụng vi sinh vật hiếu khí để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải, biến đổi chúng thành khí CO2, nước và bùn sinh học. Có một số hệ thống xử lý hiếu khí phổ biến như sau:

• Bể Aerotank: Nước thải được sục khí liên tục để cung cấp oxy cho vi sinh vật, giúp chúng phân hủy các chất hữu cơ. Quá trình này diễn ra trong các bể lớn, thường có hệ thống sục khí cơ học hoặc sục khí bề mặt để đảm bảo cung cấp đủ oxy.

• Bể bùn hoạt tính: Nước thải được trộn với bùn hoạt tính chứa vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí. Sau quá trình xử lý, hỗn hợp nước và bùn được đưa vào bể lắng để tách bùn khỏi nước. Bùn hoạt tính được tuần hoàn lại bể hiếu khí để duy trì nồng độ vi sinh vật cần thiết.

• Bể lọc sinh học: Nước thải chảy qua lớp vật liệu lọc như than hoạt tính, đá, sỏi… có vi sinh vật bám trên bề mặt. Quá trình này giúp vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ khi nước thải tiếp xúc với bề mặt vật liệu lọc.

   2. Quá trình xử lý sinh học kỵ khí

   Xử lý sinh học kỵ khí sử dụng vi sinh vật kỵ khí để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải trong điều kiện không có oxy. Quá trình này thường được sử dụng cho nước thải có nồng độ BOD cao do hiệu quả xử lý cao và khả năng sản xuất khí sinh học (biogas) như metan, có thể sử dụng làm năng lượng. Các hệ thống kỵ khí phổ biến bao gồm:

• Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket): Nước thải được bơm từ dưới lên qua lớp bùn kỵ khí. Vi sinh vật kỵ khí phân hủy các chất hữu cơ và tạo ra khí metan. Khí metan được thu hồi và sử dụng làm năng lượng, còn nước thải sau xử lý tiếp tục được xử lý thêm nếu cần.

• Bể CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor): Nước thải được khuấy liên tục trong bể kỵ khí, giúp phân bố đều vi sinh vật và chất hữu cơ. Quá trình này hiệu quả trong việc phân hủy các chất hữu cơ phức tạp.

• Bể bùn kỵ khí tầng cố định: Nước thải chảy qua các lớp vật liệu cố định có vi sinh vật kỵ khí bám trên bề mặt, giúp phân hủy các chất hữu cơ khi nước tiếp xúc với bề mặt vật liệu.

   3. Công nghệ lọc màng (Membrane Bioreactor – MBR)

   Công nghệ lọc màng là sự kết hợp giữa quá trình xử lý sinh học và màng lọc, giúp loại bỏ hiệu quả các chất hữu cơ và vi khuẩn trong nước thải. MBR có ưu điểm là kích thước hệ thống nhỏ gọn, hiệu quả xử lý cao và nước sau xử lý có thể tái sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Trong hệ thống MBR, nước thải được xử lý sinh học trong bể hiếu khí hoặc kỵ khí, sau đó được lọc qua màng để loại bỏ các hạt nhỏ và vi sinh vật. Công nghệ này thường được sử dụng cho các nhà máy xử lý nước thải công suất lớn và yêu cầu chất lượng nước sau xử lý cao.

   4. Công nghệ lọc sinh học bằng vật liệu hấp phụ

   Lọc sinh học bằng vật liệu hấp phụ sử dụng các vật liệu có khả năng hấp phụ cao như than hoạt tính, zeolit hoặc biochar để loại bỏ các chất hữu cơ trong nước thải. Các vật liệu này có bề mặt lớn và cấu trúc xốp, giúp hấp phụ hiệu quả các chất hữu cơ và vi khuẩn. Quá trình này có thể được kết hợp với xử lý sinh học để nâng cao hiệu quả xử lý BOD.

• Than hoạt tính: Được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước thải do khả năng hấp phụ cao và khả năng tái sinh sau sử dụng.

• Zeolit: Là khoáng vật tự nhiên có cấu trúc xốp, khả năng trao đổi ion và hấp phụ các chất hữu cơ và kim loại nặng trong nước thải.

• Biochar: Sản phẩm từ quá trình nhiệt phân sinh khối, có cấu trúc xốp và khả năng hấp phụ tốt, thân thiện với môi trường.

   5. Quá trình xử lý nâng cao

   Quá trình xử lý nâng cao được áp dụng để loại bỏ các chất hữu cơ còn lại sau các giai đoạn xử lý chính, đảm bảo nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn cao nhất. Các công nghệ xử lý nâng cao bao gồm:

• Oxi hóa tiên tiến: Sử dụng các chất oxi hóa mạnh như ozone, hydrogen peroxide hoặc các hệ thống oxi hóa kết hợp để phân hủy các chất hữu cơ khó xử lý. Quá trình này tạo ra các gốc tự do có khả năng oxi hóa mạnh, giúp loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm hữu cơ.

• Lọc nano: Sử dụng các màng lọc có kích thước lỗ rất nhỏ để loại bỏ các hạt và vi sinh vật còn lại trong nước thải. Công nghệ này đảm bảo nước sau xử lý đạt chất lượng cao, có thể tái sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau.

• Lọc sinh học kết hợp: Kết hợp giữa quá trình xử lý sinh học và các phương pháp xử lý hóa học hoặc vật lý để nâng cao hiệu quả xử lý BOD. Hệ thống này thường được thiết kế tùy theo đặc điểm cụ thể của nước thải và yêu cầu chất lượng nước sau xử lý.

   Kết luận

   Xử lý nước thải nhiễm nồng độ BOD cao là một thách thức quan trọng trong bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Các công nghệ xử lý hiện đại như xử lý sinh học hiếu khí và kỵ khí, công nghệ lọc màng, lọc sinh học bằng vật liệu hấp phụ và các quá trình xử lý nâng cao đều có những ưu điểm và ứng dụng riêng. Việc lựa chọn công nghệ phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm cụ thể của nguồn nước thải, yêu cầu về chất lượng nước sau xử lý và điều kiện kinh tế. Sự phát triển không ngừng của các công nghệ xử lý nước thải sẽ góp phần quan trọng vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.